ESP IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

คำแนะนำนี้แสดงวิธีสร้าง ESP IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ตามการออกแบบในคำแนะนำก่อนหน้าของฉัน

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบประหยัดพลังงาน

การใช้พลังงานเป็นปัญหาใหญ่สำหรับอุปกรณ์ IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ เพื่อขจัดการใช้พลังงานในระยะยาว (ไม่กี่ mA) จากส่วนประกอบที่ไม่จำเป็นในขณะทำงาน การออกแบบนี้จะแยกชิ้นส่วนเหล่านั้นทั้งหมดออกและเปลี่ยนไปใช้แท่นพัฒนา

อู่พัฒนา

ประกอบด้วย:

1. ชิป USB เป็น TTL
2. วงจรแปลงสัญญาณ RTS/DTR เป็น EN/FLASH
3. โมดูลเครื่องชาร์จ Lipo

จำเป็นต้องใช้แท่นพัฒนาในขณะที่กำลังพัฒนาและเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์เสมอ ดังนั้นขนาดและแบบพกพาจึงไม่ใช่เรื่องใหญ่ ฉันต้องการใช้วิธีแฟนซีมากขึ้นในการทำ

อุปกรณ์ IoT

ประกอบด้วย:

1. โมดูล ESP32
2. แบตลิโพ
3. วงจร 3v3 LDO
4. สวิตช์ไฟ (อุปกรณ์เสริม)
5. โมดูล LCD (อุปกรณ์เสริม)
6. วงจรควบคุมพลังงาน LCD (อุปกรณ์เสริม)
7. ปุ่มสำหรับปลุกจากการนอนหลับลึก (ไม่จำเป็น)
8. เซ็นเซอร์อื่นๆ (อุปกรณ์เสริม)

ข้อกังวลประการที่สองสำหรับอุปกรณ์ IoT ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่คือขนาดกะทัดรัด และบางครั้งก็เกี่ยวข้องกับการพกพาด้วย ดังนั้นฉันจะพยายามใช้ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กกว่า (SMD) เพื่อสร้าง ในเวลาเดียวกัน ฉันจะเพิ่ม LCD เพื่อทำให้ดูสวยงามยิ่งขึ้น จอ LCD ยังสามารถสาธิตวิธีลดการใช้พลังงานขณะหลับสนิท

ขั้นตอนที่ 2: การเตรียมการ

อู่พัฒนา

• โมดูล USB เป็น TTL (พิน RTS และ DTR แยกออก)
• แผ่นอะครีลิคชิ้นเล็ก
• ส่วนหัวชาย 6 พิน
• หัวกลมตัวผู้ 7 พิน
• ทรานซิสเตอร์ NPN 2 ตัว (ฉันใช้ S8050 ในครั้งนี้)
• ตัวต้านทาน 2 ตัว (~ 12-20k น่าจะใช้ได้)
• โมดูลเครื่องชาร์จ Lipo
• สายเขียงหั่นขนมบางส่วน

อุปกรณ์ IoT

• หัวกลมตัวเมีย 7 พิน
• โมดูล ESP32
• ตัวควบคุม LDO 3v3 (ฉันใช้ HT7333A ในครั้งนี้)
• ตัวเก็บประจุ SMD เพื่อความเสถียรของพลังงาน (ขึ้นอยู่กับกระแสสูงสุดของอุปกรณ์ ฉันใช้ 1 x 10 uF และ 3 x 100 uF ในครั้งนี้)
• สวิตช์ไฟ
• LCD รองรับ ESP32_TFT_Library (ครั้งนี้ฉันใช้ JLX320-00202)
• ทรานซิสเตอร์ SMD PNP (ฉันใช้ S8550 ในครั้งนี้)
• ตัวต้านทาน SMD (2 x 10 K โอห์ม)
• แบตเตอรี่ Lipo (ฉันใช้ 303040 500 mAh ในครั้งนี้)
• ปุ่มกดสำหรับทริกเกอร์ปลุก
• เทปทองแดงบางส่วน
• สายทองแดงเคลือบบ้าง

ขั้นตอนที่ 3: RTS & DTR แยกออก

โมดูล USB เป็น TTL ส่วนใหญ่ที่รองรับ Arduino มีขา DTR อย่างไรก็ตาม มีโมดูลไม่มากที่แยกพิน RTS ออก

มี 2 วิธีในการทำ:

• ซื้อโมดูล USB เป็น TTL ที่มีหมุดแยก RTS และ DTR

• หากคุณปฏิบัติตามเกณฑ์ต่อไปนี้ทั้งหมด คุณสามารถแยกหมุด RTS ออกได้เอง ในชิปส่วนใหญ่ RTS จะเป็นพิน 2 (คุณควรยืนยันด้วยแผ่นข้อมูลของคุณอีกครั้ง)

  1. คุณมีโมดูล USB to TTL 6 พินอยู่แล้ว (สำหรับ Arduino)
  2. ชิปอยู่ใน SOP แต่ไม่ใช่ฟอร์มแฟคเตอร์ QFN
  3. คุณเชื่อมั่นในทักษะการบัดกรีของคุณจริงๆ (ฉันได้ระเบิดไป 2 โมดูลก่อนที่จะประสบความสำเร็จ)

ขั้นตอนที่ 4: การประกอบแท่นพัฒนา

การสร้างวงจรที่มองเห็นได้เป็นศิลปะเชิงอัตนัย คุณอาจพบรายละเอียดเพิ่มเติมในคำแนะนำก่อนหน้าของฉัน

นี่คือบทสรุปของการเชื่อมต่อ:

TTL พิน 1 (5V) -> ด็อกพิน 1 (Vcc)

-> โมดูลเครื่องชาร์จ Lipo Vcc พิน TTL พิน 2 (GND) -> ด็อกพิน 2 (GND) -> โมดูลเครื่องชาร์จ Lipo GND พิน TTL พิน 3 (Rx) -> ด็อกพิน 3 (Tx) TTL พิน 4 (Tx) -> ด็อกพิน 4 (Rx) TTL พิน 5 (RTS) -> ทรานซิสเตอร์ NPN 1 อิมิตเตอร์ -> ตัวต้านทาน 15 K โอห์ม -> ทรานซิสเตอร์ NPN 2 ฐาน TTL พิน 6 (DTR) -> ทรานซิสเตอร์ NPN 2 อิมิตเตอร์ -> ตัวต้านทาน 15 K โอห์ม -> ทรานซิสเตอร์ NPN 1 ทรานซิสเตอร์ NPN ฐาน 1 ตัวสะสม -> ด็อกพิน 5 (โปรแกรม) ทรานซิสเตอร์ NPN 2 คอลเลคเตอร์ -> ด็อกพิน 6 (RST) โมดูลเครื่องชาร์จ Lipo พิน BAT -> ด็อกพิน 7 (แบตเตอรี่ +ve)

ขั้นตอนที่ 5: ตัวเลือก: การสร้างต้นแบบเขียงหั่นขนม

งานบัดกรีในส่วนอุปกรณ์ IoT นั้นค่อนข้างยาก แต่ก็ไม่จำเป็น ด้วยการออกแบบวงจรเดียวกัน คุณสามารถใช้เขียงหั่นขนมและลวดเพื่อสร้างต้นแบบได้

รูปภาพที่แนบมาคือการทดสอบต้นแบบของฉันด้วยการทดสอบ Arduino Blink

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบอุปกรณ์ IoT

สำหรับขนาดกะทัดรัด ฉันเลือกส่วนประกอบ SMD จำนวนมาก คุณสามารถเปลี่ยนไปใช้ส่วนประกอบที่เป็นมิตรกับบอร์ดบอร์ดเพื่อให้สร้างต้นแบบได้ง่าย

นี่คือบทสรุปของการเชื่อมต่อ:

ด็อกพิน 1 (Vcc) -> สวิตช์เปิด/ปิด -> Lipo +ve

-> ตัวควบคุม LDO 3v3 Vin Dock 2 (GND) -> Lipo -ve -> 3v3 LDO Regulator GND -> ตัวเก็บประจุ -ve -> ESP32 GND Dock pin 3 (Tx) -> ESP32 GPIO 1 (Tx) Dock พิน 4 (Rx) -> ESP32 GPIO 3 (Rx) ด็อกพิน 5 (โปรแกรม) -> ESP32 GPIO 0 ด็อกพิน 6 (RST) -> ESP32 ChipPU (EN) ด็อกพิน 7 (แบตเตอรี่ +ve) -> Lipo +ve 3v3 LDO Regulator Vout -> ESP32 Vcc -> ตัวต้านทาน 10 K Ohm -> ESP32 ChipPU (EN) -> ทรานซิสเตอร์ PNP Emittor ESP32 GPIO 14 -> ตัวต้านทาน 10 K Ohm -> ตัวต้านทาน PNP ทรานซิสเตอร์ Base ESP32 GPIO 12 -> ปุ่ม Wake -> 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 ทรานซิสเตอร์สะสม -> LCD Vcc -> LED

ขั้นตอนที่ 7: การใช้พลังงาน

การใช้พลังงานที่แท้จริงของอุปกรณ์ IoT นี้คืออะไร? มาวัดกันด้วยมิเตอร์ไฟฟ้ากัน

• ส่วนประกอบทั้งหมดบน (CPU, WiFi, LCD) สามารถใช้งานได้ประมาณ 140 - 180 mA
• ปิด WiFi แล้ว ต่อภาพเป็น LCD ใช้ประมาณ 70 - 80 mA
• ปิด LCD แล้ว ESP32 เข้าสู่โหมดสลีปลึก ใช้งานประมาณ 0.00 - 0.10 mA

ขั้นตอนที่ 8: มีความสุขในการพัฒนา

ได้เวลาพัฒนาอุปกรณ์ IoT ที่ใช้แบตเตอรี่ของคุณเองแล้ว!

หากคุณรอการเข้ารหัสไม่ได้ คุณอาจลองคอมไพล์และแฟลชซอร์สของโปรเจ็กต์ก่อนหน้าของฉัน:

github.com/moononournation/ESP32_BiJin_ToK…

หรือถ้าคุณต้องการลิ้มรสคุณสมบัติปิดเครื่อง ให้ลองใช้แหล่งโครงการต่อไปของฉัน:

github.com/moononournation/ESP32_Photo_Alb…

ขั้นตอนที่ 9: อะไรต่อไป?

ดังที่ได้กล่าวไว้ในขั้นตอนที่แล้ว โปรเจ็กต์ต่อไปของฉันคือ ESP32 Photo Album สามารถดาวน์โหลดรูปภาพใหม่ได้หากเชื่อมต่อ WiFi และบันทึกลงในแฟลช เพื่อที่ฉันจะได้ดูภาพใหม่บนท้องถนนได้ตลอดเวลา

ขั้นตอนที่ 10: ตัวเลือก: 3D Printed Case

หากคุณมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติ คุณสามารถพิมพ์เคสสำหรับอุปกรณ์ IoT ของคุณได้ หรือคุณอาจใส่ไว้ในกล่องโปร่งใสเหมือนโครงการที่แล้วของฉัน