ESP IoT с питанием от аккумулятора: 10 шагов (с изображениями)

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-01-23 15:05

В этих инструкциях показано, как создать основу IoT ESP с питанием от аккумулятора на основе конструкции из моих предыдущих инструкций.

Шаг 1: энергосберегающий дизайн

Энергопотребление - серьезная проблема для IoT-устройства с батарейным питанием. Чтобы полностью исключить длительное энергопотребление (несколько мА) из-за ненужного компонента во время работы, эта конструкция разделяет все эти части и перемещается в док-станцию для разработки.

Док разработки

Он состоит:

1. USB на микросхему TTL
2. Схема преобразования сигналов RTS / DTR в EN / FLASH
3. Зарядный модуль Lipo

Док-станция для разработки требуется только во время разработки и всегда подключается к компьютеру, поэтому размер и портативность не имеют большого значения. Я бы хотел сделать это более изощренным способом.

IoT устройство

Он состоит:

1. Модуль ESP32
2. Lipo аккумулятор
3. Схема 3v3 LDO
4. Выключатель питания (опционально)
5. ЖК-модуль (опционально)
6. Схема управления питанием ЖК-дисплея (опция)
7. кнопка для пробуждения из глубокого сна (необязательно)
8. другие датчики (по желанию)

Вторая проблема для IoT-устройства с батарейным питанием - это компактный размер и иногда также проблема портативности, поэтому я постараюсь использовать для его изготовления более мелкие компоненты (SMD). В то же время я добавлю ЖК-дисплей, чтобы сделать его более красивым. ЖК-дисплей также может продемонстрировать, как снизить энергопотребление во время глубокого сна.

Шаг 2: подготовка

Док разработки

• Модуль USB в TTL (выломанные контакты RTS и DTR)
• Небольшие кусочки акриловой доски
• 6-контактный мужской заголовок
• 7-контактный круглый мужской заголовок
• 2 NPN транзистора (на этот раз я использую S8050)
• 2 резистора (~ 12-20 кОм должно быть в порядке)
• Модуль Lipo Charger
• Некоторые макетные провода

IoT устройство

• 7-контактный круглый женский заголовок
• Модуль ESP32
• Регулятор 3v3 LDO (на этот раз я использую HT7333A)
• Конденсаторы SMD для стабильности мощности (это зависит от пикового тока устройства, на этот раз я использую 1 x 10 мкФ и 3 x 100 мкФ)
• Выключатель
• ЖК-дисплей с поддержкой ESP32_TFT_Library (на этот раз я использую JLX320-00202)
• Транзистор SMD PNP (на этот раз я использую S8550)
• Резисторы SMD (2 x 10 кОм)
• Аккумулятор Lipo (на этот раз я использую 303040 500 мАч)
• Кнопка включения триггера
• Некоторые медные ленты
• Некоторые медные провода с покрытием

Шаг 3: выход из RTS и DTR

Большинство модулей USB-TTL, поддерживающих Arduino, имеют вывод DTR. Впрочем, модулей с выломанным выводом RTS не так уж и много.

Сделать это можно двумя способами:

• Купите модули USB в TTL с выходными контактами RTS и DTR.

• Если вы выполните все следующие критерии, вы можете самостоятельно разорвать вывод RTS, в большинстве микросхем RTS - это вывод 2 (вы должны дважды подтвердить свой технический паспорт).

  1. у вас уже есть 6-контактный модуль USB для TTL (для Arduino)
  2. чип в форм-факторе SOP, но не QFN
  3. вы действительно доверяете своим навыкам пайки (я сдул 2 модуля до успеха)

Шаг 4: Сборка док-станции для разработки

Создание визуализируемой схемы - это субъективное искусство, вы можете найти более подробную информацию в моих предыдущих инструкциях.

Вот краткое изложение подключения:

Контакт 1 TTL (5 В) -> Контакт 1 док-станции (Vcc)

-> Зарядное устройство Lipo, контакт Vcc, контакт TTL 2 (GND) -> Контакт док-станции 2 (GND) -> Контакт заземления модуля Lipo Charger, контакт TTL 3 (Rx) -> Контакт док-станции 3 (Tx), контакт TTL 4 (Tx) -> Контакт 4 док-станции (Rx) Контакт 5 TTL (RTS) -> NPN транзистор 1 Эмиттер -> резистор 15 кОм -> транзистор NPN 2 База TTL контакт 6 (DTR) -> транзистор NPN 2 Эмиттер -> резистор 15 кОм -> Транзистор NPN 1 Базовый транзистор NPN 1 Коллектор -> Контакт 5 док-станции (Программа) Транзистор NPN 2 Коллектор -> Контакт 6 док-станции (RST) Контактный разъем BAT модуля Lipo Charger -> Контакт 7 док-станции (Аккумулятор + аккумулятор)

Шаг 5: Необязательно: прототипирование макета

Работа по пайке в части устройства IoT немного сложна, но это не существенно. Основываясь на той же схеме, вы можете просто использовать макетную плату и немного проводов для создания своего прототипа.

Прикрепленное фото - мой прототип теста с тестом Arduino Blink.

Шаг 6: Сборка устройства Интернета вещей

Для компактного размера я выбираю много компонентов SMD. Вы можете просто переключить их на компоненты, удобные для макетов, для облегчения создания прототипов.

Вот краткое изложение подключения:

Контакт док-станции 1 (Vcc) -> Выключатель питания -> Lipo + ve

-> 3v3 LDO-регулятор Vin Dock pin 2 (GND) -> Lipo -ve -> 3v3 LDO Regulator GND -> конденсатор (-ы) -ve -> ESP32 GND Dock pin 3 (Tx) -> ESP32 GPIO 1 (Tx) Dock контакт 4 (Rx) -> ESP32 GPIO 3 (Rx) Контакт док-станции 5 (Программа) -> ESP32 GPIO 0 Контакт док-станции 6 (RST) -> ESP32 ChipPU (EN) Контакт док-станции 7 (батарея + ve) -> Lipo + ve Регулятор LDO 3v3 Vout -> ESP32 Vcc -> резистор 10 кОм -> ESP32 ChipPU (EN) -> транзистор PNP Эмиттер ESP32 GPIO 14 -> резистор 10 кОм -> база транзистора PNP ESP32 GPIO 12 -> кнопка пробуждения -> GND ESP32 GPIO 23 -> LCD MOSI ESP32 GPIO 19 -> LCD MISO ESP32 GPIO 18 -> LCD CLK ESP32 GPIO 5 -> LCD CS ESP32 GPIO 17 -> LCD RST ESP32 GPIO 16 -> LCD D / C PNP транзисторный коллектор -> LCD Vcc -> светодиод

Шаг 7: потребление энергии

Какова фактическая потребляемая мощность этого IoT-устройства? Давай замерим моим измерителем мощности.

• Все компоненты включены (ЦП, Wi-Fi, ЖК-дисплей), он может использовать около 140-180 мА
• Выключил Wi-Fi, продолжайте отображать фото на ЖК-дисплее, он потребляет около 70-80 мА
• При выключенном ЖК-дисплее ESP32 переходит в глубокий сон, он потребляет около 0,00 - 0,10 мА

Шаг 8: Удачного развития

Пришло время разработать собственное IoT-устройство с питанием от аккумулятора!

Если вы не можете дождаться написания кода, вы можете попробовать скомпилировать и прошить мой предыдущий исходный код проекта:

github.com/moononournation/ESP32_BiJin_ToK…

Или, если вы хотите попробовать функцию отключения питания, попробуйте мой следующий исходный код проекта:

github.com/moononournation/ESP32_Photo_Alb…

Шаг 9: Что дальше?

Как упоминалось на предыдущем шаге, мой следующий проект - фотоальбом ESP32. Он может загружать новые фотографии, если подключен Wi-Fi, и сохранять их на флеш-память, так что я всегда могу просматривать новые фотографии в дороге.

Шаг 10: Дополнительно: чехол с 3D-печатью

Если у вас есть 3D-принтер, вы можете распечатать корпус для своего IoT-устройства. Или вы можете положить его в прозрачную коробочку для сладостей, как в моем предыдущем проекте.