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NodeMCU: alimentation ESP8266 avec cellule solaire et batterie avec alimentation

Par Thomas, le 7 avril 2021 — 7 minutes de lecture
NodeMCU: ESP8266 mit Solarpanel und Akku mit Strom versorgen

Si vous souhaitez faire fonctionner une station météo, vous devez également penser à l’alimentation électrique. Une alimentation électrique autonome au moyen de batteries rechargeables serait idéale. L’alimentation du panneau solaire ESP8266 est bien entendu une solution évidente. Pendant la journée, le microcontrôleur est alimenté en électricité par la cellule solaire et une batterie est chargée en même temps. Ce dispositif de stockage d’énergie est ensuite utilisé la nuit.

Dans ce tutoriel, nous examinons comment connecter l’ESP8266 à la cellule solaire et ce dont nous avons besoin pour le fonctionnement de la batterie.

Pièces matérielles requises

L’ESP8266 peut être alimenté en 5V via USB, ainsi qu’en 3,3V. Afin d’obtenir une longue durée de vie de la batterie, nous utilisons 3,3 V et des batteries correspondantes avec une tension plus élevée. Ensuite, nous l’étranglons. Les panneaux solaires doivent fournir au moins 5V, 6V est mieux. Je recommande que chaque module solaire puisse fournir au moins 500mA (mieux 750mA).

J’ai utilisé les composants suivants:

Comme alternative aux batteries Panasonic NCR18650B de 3,7 V, vous pouvez également connecter des batteries normales de 1,2 V en série, celles-ci ayant moins de capacité (mAh). En alternative ou à des fins de test, ils peuvent toujours être utilisés (avec un support de batterie).

Configuration et connexion des panneaux solaires sur l’ESP8266

Afin d’utiliser des panneaux solaires avec l’ESP8266, nous avons besoin d’une tension constante de 3,3V. Ici, nous pourrions simplement utiliser un régulateur de tension linéaire entre la cellule solaire et l’ESP. Cependant, cela présente l’inconvénient que la connexion électrique se coupe dès que le soleil ne brille plus.

Pour cette raison, une batterie doit être interposée. Si le panneau solaire génère suffisamment d’électricité, l’ESP doit en être alimenté et la batterie doit être chargée en même temps. Pendant la nuit, la batterie devrait alors transférer son énergie vers l’ESP8266. Cela garantit une alimentation électrique constante. Il existe des modules de charge spéciaux pour cela, comme le TP4056, qui se chargent de cette tâche.

Brochage MCP1700-3302E

Vue avant du MCP1700-3302E (côté plat à l’avant)

Le module de charge a un total de trois emplacements (chacun avec un pôle plus et moins). Tout d’abord, nous connectons la cellule solaire à + et – (à côté du port USB). Si vous utilisez plusieurs cellules solaires, vous pouvez les connecter en parallèle (tous les pôles positifs à +, tous les pôles négatifs à -). La batterie ou le support de batterie est connecté à B + et B– (plus à plus, moins à moins). Ici aussi, vous pouvez connecter plusieurs batteries en parallèle afin de mieux survivre à des phases sombres plus longues sans coupure de courant. Ceci est particulièrement utile en hiver

le SORTIE + / SORTIE la connexion reste. Nous connectons l’ESP8266 à ceci, mais avant cela, nous avons besoin du Régulateur de tension de sorte qu’une constante de 3,3 V soit sortie. Celui-ci dispose de 3 connexions (VIN, VOUT, GND) et nous le connectons comme suit (schéma). Le condensateur (broche plus courte sur GND):

Planche à pain de pinout de cellule solaire ESP8266

Avec le condensateur électrolytique (100 uF), il est important que le côté le plus long (+) soit connecté à VOUT et le côté le plus court à GND. Vous pouvez maintenant mesurer avec le multimètre. La tension doit être constante à 3,3 V, même si les cellules solaires sont couvertes.

Enfin, nous connectons VOUT et GND à l’ESP-01 / NodeMCU (ici, nous prenons la broche 3.3V et GND.

Brochage ESP8266 NodeMCU ESP-01

ESP8266 Brochage ESP-01

Brochage de la carte de développement NodeMCU

Brochage de la carte de développement NodeMCU

Mesurez la tension de la cellule solaire et de la batterie avec l’ESP8266

Selon la météo et la période de l’année, la batterie se recharge plus ou moins bien. Pour que la tension ne baisse pas trop, il est judicieux de connaître le niveau de la batterie et, si nécessaire, de réduire la puissance ou même de mettre l’ESP en mode veille.

Les ESP avec plus de broches ont souvent également une broche analogique avec laquelle nous pouvons mesurer des tensions jusqu’à 3,3V. Le problème, cependant, est que la batterie Li-Ion peut produire jusqu’à 3,7 V (certaines sources parlent même de 4,2 V). Cette tension peut endommager l’ESP, nous devons donc réduire la tension. Pour ce faire, nous utilisons un diviseur de tension que l’on peut facilement construire soi-même avec deux résistances:

Diviseur de tension simple (source: Wikipedia)

On sait ici que la tension maximale est U = 3,7V et on veut atteindre une tension de sortie U2 = 3,3V. Selon l’équation, cela fonctionne comme suit:

U2 = (U * R2) / (R1 + R2)

On peut donc choisir librement les deux résistances R1 et R2. Ici, vous pouvez soit calculer vos propres valeurs, soit prendre R1 = 12k Ω, R2 = 100k Ω.

3.3V = (3.7V * 100kΩ) / (12kΩ + 100kΩ)

Si la tension maximale de votre batterie est supérieure ou inférieure à 3,7 V, vous devez ajuster les valeurs en conséquence.

Maintenant, nous connectons la broche ESP analogique entre les deux résistances, où R1 est connecté à VOUT du MCP1700-3302E et l’autre extrémité de R2 est connectée à GND.

Ensuite, nous pouvons interroger la valeur de tension analogique sur la carte de développement ESP32 / NodeMCU. Cela fonctionne avec la broche analogique 10 / ADC0 (voir le diagramme des broches ci-dessus). Avec l’ESP32, c’est GPIO 33.

analogRead(0);

La valeur est une valeur de 12 bits (0 à 4095) et indique le niveau. Donc, pour trouver la tension, nous devons diviser par 4095 et multiplier par 3,3.

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Si l’ESP8266 n’est alimenté que par un panneau solaire, il est d’autant plus important que la consommation ne soit pas trop élevée. Bien sûr, cela dépend de divers facteurs. Vous devez placer les cellules solaires dans des endroits où l’exposition à la lumière est la plus longue et la plus élevée possible. De plus, les tâches intensives en calcul sur l’ESP8266 ne sont pas recommandées.

Donc, pour être le plus économique possible, il y a quelques options:

  1. Sommeil profond: La méthode la plus simple est de «laisser l’ESP dormir» s’il n’a rien à calculer. Cependant, la connexion Wi-Fi est également déconnectée et l’ESP ne peut pas être adressé de l’extérieur pendant ce temps. Il convient particulièrement lorsque les valeurs doivent être enregistrées en continu (par exemple toutes les 30 minutes) et envoyées à un serveur.
  2. Externaliser les calculs: Tous les calculs ne doivent pas être effectués sur l’ESP / NodeMCU. Si possible, vous pouvez faire effectuer des actions intensives en calcul par d’autres, comme un Raspberry Pi. La reconnaissance faciale ou les algorithmes d’apprentissage automatique en sont un bon exemple.
  3. Mettez-vous en veille lorsque la batterie est faible: Si la puissance de l’ESP est requise, nous pouvons également mesurer le niveau de la batterie dans un intervalle et n’activer le sommeil profond que lorsque la valeur tombe en dessous d’un certain niveau. Nous ne pouvons être actifs que dans le rayonnement solaire et réduire les mesures / fonctions la nuit.
  4. Utilisez d’autres protocoles sans fil: La connexion à un réseau Wi-Fi nécessite jusqu’à 200 mA, c’est pourquoi il existe de meilleures alternatives dans les opérations solaires. Via des protocoles tels que Zigbee, les valeurs peuvent être envoyées à la station principale même sans connexion Wi-Fi.

Vous êtes invités à commenter d’autres moyens d’économiser de l’électricité avec le fonctionnement solaire ESP8266.

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Thomas

Fan de Raspberry Pi de la première heure, je suis l'évolution de ces micro-pc depuis maintenant 5 ans. En plus de l'actualité je propose de nombreux tutoriels pour vous aider à exploiter pleinement votre nano-ordinateur côté domotique ou retro-gaming.