La Carte ESP32 ECO Power et sa Technologie

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Solution ESP32 clé en main avec LoRa

La carte clé en main compatible ESP32 peut être utilisée immédiatement dans l’environnement Arduino d’origine. Le logiciel de protocole radio RadioShuttle inclus permet la communication de nœud à nœud sans routeurs et serveurs supplémentaires. La solution est conçue pour un fonctionnement sur batterie (CR123), mais peut également fonctionner avec une alimentation externe. Un capteur de température et d’humidité fermé peut être branché ou utilisé à l’extérieur. Une fente permet des extensions matérielles individuelles. Le module RTC intégré fournit l’heure exacte. Tout simplement ingénieux !

Puissance de calcul avec module ESP32

Notre carte ECO Power est construite autour d’un processeur ESP32 (MCU) de Espressif Systems. Avec l’adaptateur de programmation USB fourni, vous pouvez connecter la carte à votre ordinateur Windows, Linux ou Mac via une connexion USB. Grâce à la compatibilité ESP32, il est reconnu dans l’EDI Arduino comme « ESP32 Dev Module ». Bien entendu, les fonctions WiFi et Bluetooth du module ESP32 peuvent également être utilisées.

Module radio LoRa

Comme module radio LoRa, nous utilisons le module émetteur-récepteur RFM95 868 MHz de HopeRF. Il est spécifié pour une puissance d’émission constante maximale de +20 dBm ou 100 mW, alors que dans l’UE, nous ne sommes pas autorisés à dépasser une puissance d’émission effective de +14 dBm. Le Link Budget (bilan de liaison) réalisable, qui représente approximativement la qualité de l’ensemble de la liaison radio avec toutes les pertes et gains, est donné par le fabricant à 168 dB. La puce LoRa installée sur le module RFM95 est basée sur le développement du Semtech SX1276.

Les lignes de signaux nécessaires du module RFM95 sont directement connectées à l’ESP32. Cela permet à notre logiciel RadioShuttle de contrôler toutes les fonctionnalités du module. Et il n’y a aucune restriction matérielle sur votre propre créativité et le plaisir d’expérimenter lors du développement et du test d’autres protocoles radio.

Un simple fil suffit pour l’antenne, que vous soudez à la carte et réglez vous-même. Si vous souhaitez installer des antennes pré-assemblées, vous trouverez également une prise U.FL existante et un emplacement SMA sur la carte, une prise SMA soudable est incluse dans la livraison. L’antenne peut être commutée entre le fil d’antenne (standard), U.FL ou SMA via des ponts de soudure.

Alimentation électrique flexible

La tension de fonctionnement de la carte ECO Power est de 2,5-3,6 volts et peut être fournie par une pile CR123 lithium ou LiFePO4. Pour ce faire, un compartiment à piles pour la cellule CR123 est installé de façon permanente à l’arrière de la carte de circuit imprimé. Des piles ou des accumulateurs peuvent être utilisés ici. Ceci est particulièrement économique en énergie et garantit une longue durée de vie de la batterie jusqu’à 5 ans, indépendant de réseau d’alimentation.

Alternativement, la carte peut également être complètement alimentée via une connexion micro-USB. Si vous souhaitez utiliser une alimentation externe par batterie, vous trouverez une entrée séparée pour la tension d’alimentation (2,5-3,6 volts) sur le circuit imprimé comme source d’alimentation par batterie ou 5 volts sur l’adaptateur de programmation. Le choix de l’alimentation, batterie ou USB, est automatique, l’USB est toujours prioritaire. Si l’alimentation USB tombe en panne, le système passe automatiquement en mode batterie ou batterie rechargeable.

Pour le fonctionnement sur batterie avec une communication WiFi intensive ou d’autres consommateurs gourmands en énergie, il vaut la peine d’utiliser des batteries rechargeables LiFePO4 (d’une capacité d’environ 500 mAh), car elles peuvent fournir de forts courants à 3 volts et sont rechargeables. Les piles au lithium, par ex. ⁥ Varta CR123 (3 V, 1700 mAh), sont mieux adaptées à un fonctionnement économe en énergie, par ex. ⁥carte ECO Power avec LoRa et sonde de température, car elles peuvent fournir de l’énergie pendant de nombreuses années. Les piles AA/AAA simples (par ex. ⁥ 2 x 1,5 V AA) ne sont pas recommandées, car elles peuvent rapidement tomber en dessous du minimum requis de 2,5 volts, même si la capacité disponible est encore importante. C’est pourquoi nous recommandons les piles au lithium ou les piles rechargeables LiFePO4.

Concept E/S

Les deux rangées d’en-têtes de broches de la carte ECO Power sont compatibles avec le module ESP32. Grâce à l’équipement complet de notre carte, différentes broches sont déjà préréglées en interne par le système. Ils sont adressés dans le code source de la même manière qu’avec l’Arduino ESP32 et peuvent être utilisés en partie aussi pour des applications propres. Pour plus de détails, voir le fichier « PinMap.h » et le schéma de connexion ci-dessous. Il y a toujours suffisamment de connexions digitales, analogiques, série et I²C disponibles pour les nœuds de capteurs habituels.

Remarque :
Veuillez noter que le système Espressif ESP32 ne peut supporter qu’un maximum de 3,6 volts. Tous les signaux supérieurs à 3,6 volts doivent être réduits en conséquence à l’aide d’un diviseur de tension.

Sur le côté gauche de la carte – l’antenne pointe vers la droite – se trouve le module ESP32 avec des boutons « Réinitialiser » et « Utilisateur » ainsi que deux LEDs (rouge et verte). Un commutateur de courant commutable (VDD) permet de désexciter les charges parasites externes. Un circuit MOSFET à canal p est inclus à cet effet.

Sur le côté droit, nous avons prévu une rangée de broches pour l’adaptateur de programmation, qui est nécessaire pour l’Arduino Serial Monitor et la programmation. L’adaptateur de programmation alimente la carte.

En mode radio RadioShuttle LoRa, la LED rouge s’allume pendant la transmission et la LED verte s’allume pendant la réception des données radio. De plus, la LED verte clignote chaque fois que l’Arduino « Loop » est parcouru pour rendre visible l’activité indésirable du CPU. Si nécessaire, les lignes d’E/S des LEDs peuvent être également utilisés à d’autres fins. Pour ce faire, des broches sont disponibles au niveau de la fente d’extension.

Horloge précise RTC

Une horloge RTC supplémentaire est intégrée à la carte, car l’ESP32 ne fournit pas de temps utilisable en mode « deepsleep ». L’horloge RTC est compensée en température (TCXO) et fonctionne très précisément pendant des années. L’horloge RTC est calibrée dans la production ECO Power par rapport à une horloge atomique (référence standard 10 MHz par GPS), afin que celle-ci fonctionne au mieux.

Capteur de température et d’humidité

Le capteur inclus consomme très peu d’énergie (< 1 µA) à l’état de repos et permet une mesure régulière et précise de la température et de l’humidité. Afin d’utiliser le capteur de la manière la plus flexible possible en fonction des exigences, il peut être enfiché en haut à gauche de la carte de circuit imprimé ou sous la carte de circuit imprimé (les connecteurs à souder sont inclus dans la livraison). Alternativement, le capteur peut également être positionné à l’extérieur à l’aide d’un câble. Le logiciel de lecture du capteur est intégré dans le logiciel RadioShuttle. Branchez-le et c’est fini !

Écran OLED

Voir Utilisation de la Carte ECO Power avec un Écran OLED.

Gestion de l’énergie

Comme mentionné ci-dessus, nous avons conçu la carte pour être aussi économe en énergie que possible afin d’obtenir une longue durée de vie de la batterie. Cela comprend l’utilisation de MOSFET avec blocage à haute impédance pour l’alimentation électrique et les fonctions de commutation ainsi qu’un circuit avec un courant de repos globalement faible.

Le logiciel RadioShuttle fourni avec la carte ECO Power est adapté à ce matériel. Ils sont un composant essentiel de la gestion sophistiquée de l’énergie grâce à divers algorithmes d’économie d’énergie allant de l’optimisation de la taille des paquets et de la réduction automatique de la puissance de transmission à de bons rapports de transmission à l’utilisation des fonctions « veille » et « sommeil profond » de l’ESP32.

En utilisant le logiciel d’exemple RadioShuttle avec fonction d’économie d’énergie intégrée, cette solution ESP32 LoRa permet à n’importe qui de configurer facilement des capteurs sans fil à piles.

L’étendue de la livraison

Liste des pièces détachées comprises dans la livraison ECO Power (par carte) :

  • Carte ESP32 ECO Power avec LoRa
  • Adaptateur de programmation (branché à droite)

Remarque :
Lors de la commande d’une carte (3 pièces dans l’ensemble), seuls deux adaptateurs de programmation sont inclus.

  • 2 x connecteurs femelles 13 broches (connecteurs femelles)
  • Antenne filaire (env. 9 cm)
  • 1 x connecteur à 4 broches (mâle-tête)
  • Capteur SI7021 (capteur de température et d’humidité)
  • 2 x résistances 1 kΩ (SMD 0805)
  • En option : 1 x prise SMA pour le circuit imprimé
  • En option : Porte-composant en bois
    Pour les premières commandes, dans la limite des stocks disponibles !
    La carte peut être placée sur le porte-composant de façon à ce qu’elle ait une base solide pendant le développement, la mesure et les essais

Pour la première mise en service, il suffit de raccorder l’antenne. Le reste est facultatif et est décrit dans la documentation ECO Power. Un câble de raccordement micro-USB n’est pas inclus dans la livraison et doit être acheté séparément.

Continuer avec Mise en service

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