La Tarjeta ESP32 ECO Power y su Tecnología

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Solución llave en mano de ESP32 con LoRa

La tarjeta llave en mano compatible con ESP32 puede utilizarse inmediatamente en el entorno original de Arduino. El software de protocolo imalámbrico RadioShuttle, que está incluido, permite la comunicación nodo a nodo sin necesidad de routers y servidores adicionales. La solución está diseñada para el funcionamiento con baterías (CR123), pero también puede funcionar con una fuente de alimentación externa. Un sensor de temperatura y humedad incluido puede ser enchufado o usado externamente. Una ranura de expansión permite extensiones de hardware individuales. El módulo RTC integrado proporciona la hora exacta. Simplemente ingenioso!

Potencia de cálculo con el módulo ESP32

Nuestra tarjeta ECO Power está construida alrededor de un procesador ESP32 (MCU) de Espressif Systems. Con el adaptador de programación USB incluido, la tarjeta puede conectarse a un ordenador Windows, Linux o Mac a través de un puerto USB. Gracias a la compatibilidad con ESP32, es reconocido como un “ESP32 Dev Module” en el IDE de Arduino. Por supuesto, también se pueden utilizar las funciones WiFi y Bluetooth del módulo ESP32.

Módulo de radio LoRa

Como módulo de radio LoRa utilizamos el módulo transceptor RFM95 de 868 MHz de HopeRF. Se especifica para una potencia de transmisión constante máxima de +20 dBm o 100 mW, por lo que en la UE no podemos exceder una potencia radiada aparente de +14 dBm. El Link Budget (presupuesto de enlace) alcanzable, que en términos generales representa la calidad de toda la ruta de transmisión con todas las pérdidas y ganancias, ha sido especificado por el fabricante en 168 dB. El chip LoRa del módulo RFM95 está basado en el desarrollo del Semtech SX1276.

Las líneas de señal necesarias del módulo RFM95 se conectan directamente al ESP32. Esto permite que nuestro software RadioShuttle controle toda la funcionalidad del módulo. Y no hay restricciones de hardware en el desarrollo y prueba de otros protocolos de radio que se interponen en el camino de la creatividad y la experimentación.

Todo lo que necesita es un simple alambre, que usted suelda a la tarjeta y afina usted mismo. Si desea instalar antenas premontadas, también encontrará un zócalo U.FL existente y un marcador de posición SMA en la tarjeta; en la entrega se incluye un zócalo SMA soldable. La antena se puede conmutar entre la antena de alambre (estándar), U.FL o SMA a través de puentes de soldadura.

Fuente de alimentación flexible

La tensión de funcionamiento de la tarjeta ECO Power es de 2,5-3,6 voltios y puede ser suministrada por una pila de litio CR123 o LiFePO4. Para este propósito, un portapilas para la célula CR123 está instalado permanentemente en la parte posterior de la tarjeta. Aquí se pueden utilizar baterías o baterías recargables. Esto ahorra especialmente energía y garantiza un largo tiempo de funcionamiento independiente de la red eléctrica con una vida útil de la batería de hasta 5 años.

Como alternativa, la tarjeta también puede alimentarse completamente a través de una conexión micro-USB. Si desea utilizar una fuente de alimentación de batería externa, hay una entrada separada para la tensión de alimentación (2,5-3,6 voltios) en la tarjeta como fuente de alimentación de batería o 5 voltios en el adaptador de programación. La elección de la fuente de alimentación, batería o USB, es automática, el USB siempre tiene prioridad. Si la fuente de alimentación USB falla, el sistema cambia automáticamente a batería o batería recargable.

Para el funcionamiento con baterías que utilizan comunicación WiFi intensiva u otros consumidores que consumen mucha energía, vale la pena utilizar baterías LiFePO4 (con una capacidad de aprox. 500 mAh), ya que pueden suministrar altas corrientes a 3 voltios y son recargables. Las baterías de litio, p. ej. Varta CR123 (3 V, 1700 mAh), son más adecuadas para el funcionamiento con ahorro de energía, p. ej. la tarjeta ECO Power con LoRa y el sensor de temperatura, ya que pueden suministrar energía durante muchos años. No se recomiendan pilas AA/AAA simples (por ejemplo, 2 x 1,5 V AA), ya que pueden caer rápidamente por debajo del mínimo requerido de 2,5 voltios, aunque todavía hay suficiente capacidad. Por lo tanto, recomendamos las baterías de litio o las baterías LiFePO4.

Concepto de E/S

Las dos filas de cabezales de pines de la tarjeta ECO Power son compatibles con el módulo ESP32. Debido al amplio equipamiento de nuestra tarjeta, el sistema ya tiene preasignados internamente varios pines. Se tratan en el código fuente de la misma manera que con el Arduino ESP32 y también se pueden usar en parte para aplicaciones propias. Para más detalles, consulte el archivo “PinMap.h” y el siguiente diagrama de conexión. Para los nodos de sensores comunes, hay suficientes conexiones digitales, analógicas, seriales e I2C disponibles en cualquier caso.

Tenga en cuenta que el sistema Espressif ESP32 sólo puede tolerar un máximo de 3,6 voltios. Todas las señales superiores a 3,6 voltios deben reducirse mediante un divisor de tensión.

En el lado izquierdo de la tarjeta – con la antena apuntando a la derecha – se encuentra el módulo ESP32 con los botones de reinicio y de usuario, así como dos ledes (rojo y verde). Un interruptor de corriente conmutable (VDD) permite desactivar las cargas parasitarias externas. Para ello se incluye un circuito MOSFET de canal P.

En el lado derecho hemos proporcionado una fila de pines para el adaptador de programación, que es necesario para el monitor serie Arduino y la programación. El adaptador de programación suministra energía a la tarjeta.

En la operación de radio de RadioShuttle LoRa, el led rojo se ilumina al transmitir y el led verde al recibir datos de radio. Además, el led verde parpadea cada vez que pasa el bucle (“loop”) de Arduino para hacer visible la actividad no deseada de la CPU. Si es necesario, las líneas de E/S de los ledes también se pueden utilizar para otros fines. Para ello, en la ranura de expansión se han previsto pines.

Reloj RTC preciso

Un reloj RTC adicional está integrado en la tarjeta, ya que el ESP32 ya no proporciona un tiempo utilizable en el modo de ahorro de energía “deepsleep”. El reloj RTC está compensado por temperatura (TCXO) y funciona con mucha precisión durante años. El reloj RTC se calibra contra un reloj atómico (referencia estándar de 10 MHz por GPS) durante la producción de la tarjeta ECO Power para asegurar un funcionamiento óptimo.

Sensor de temperatura y humedad

El sensor incluido consume muy poca energía (< 1 µA) en modo de reposo y permite una medición regular y precisa de la temperatura y la humedad. Para utilizar el sensor de forma más flexible posible según los requisitos, se puede enchufar en la parte superior izquierda de la tarjeta o debajo de la tarjeta (el cabezal de pines para soldar se incluye en el volumen de suministro). Como alternativa, el sensor también puede colocarse externamente con un cable. El software para la lectura del sensor está integrado en el software RadioShuttle. ¡Sólo conéctelo y listo!

Pantalla OLED

Véase Funcionamiento de la Tarjeta ECO Power con una Pantalla OLED.

Gestión de energía

Como se mencionó anteriormente, hemos diseñado la tarjeta para que sea lo más eficiente posible en el uso de la energía para lograr una larga vida útil de la batería. Esto incluye el uso de MOSFET de bloqueo de alta impedancia para la fuente de alimentación y las funciones de conmutación, así como un diseño general de circuito de baja corriente de reposo.

El software RadioShuttle suministrado con la tarjeta ECO Power está adaptado a este hardware. A través de varios algoritmos de ahorro de energía que van desde la optimización del tamaño de los paquetes y la reducción automática de la potencia de transmisión en buenas condiciones de transmisión hasta el uso de las funciones “sleep” y “deepsleep” del ESP32, son un componente esencial de la sofisticada gestión de la energía.

Usando el software de ejemplo RadioShuttle con función de ahorro de energía integrada, esta solución LoRa ESP32 facilita a todos la configuración de sensores inalámbricos alimentados por batería.

Volumen de suministro

Listado de las piezas individuales incluidas en el suministro de ECO Power (por tarjeta):

  • Tarjeta ESP32 ECO Power con LoRa
  • Adaptador de programación (montado en el lado derecho)

Nota:
Para un pedido de tarjetas (3 artículos en un juego) sólo se incluyen dos adaptadores de programación.

  • 2 x 13 pines de extensión (cabezal hembra)
  • Antena de alambre (aprox. 9 cm)
  • 1 x 4 pines (conector macho)
  • Sensor SI7021 (sensor de temperatura y humedad)
  • 2 x resistor de 1 kΩ (SMD 0805)
  • Opcional: 1 x conector SMA para la tarjeta
  • Opcional: Soporte de madera para tarjetas
    Sólo hasta fin de existencias, para los primeros pedidos!
    La tarjeta puede colocarse sobre el soporte para permitir un soporte firme durante el desarrollo, la medición y las pruebas

Para la primera puesta en servicio es suficiente conectar la antena. El resto es opcional y se describe en la documentación de ECO Power. El cable de conexión micro-USB no está incluido y debe adquirirse por separado.

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Ficha técnica (PDF)