Питание ESP32/ESP8266 от солнечных батарей

В данном руководстве пошагово рассмотрим, как подключить солнечную батарею к плате ESP32. Цепь питания мы построим таким образом, чтобы она подходила для любого микроконтроллера с питанием 3,3V.

Для проекта нам понадобятся:

• ESP32 или ESP8266
• 2 небольшие солнечные батареи (5/6V2W)
• Li-ion аккумулятор 18650
• Зарядка для аккумулятора (не обязательно)
• Зарядное устройство TP4056
• Регулятор напряжения
  • Регулятор напряжения MCP1700-3302E;
  • Электролитический конденсатор на 100 мкФ;
  • Керамический конденсатор на 100 нФ;

• (Не обязательно) делитель напряжения:
  • Резистор на 27 кОм;
  • Резистор на 100 кОм.

На следующей картинке изображена схема питания платы ESP32

Солнечные панели питают аккумулятор через зарядное устройство TP4056 (это устройство еще и защищает от перезарядки). При полной зарядке аккумулятор выдает 4,2V. Поэтому нам необходимо использовать регулятор напряжения для снижения его до 3,3V.

Выходное напряжение наших батарей – от 5 до 6V. Для более быстрой зарядки следует использовать несколько параллельно соединенных батарей. В данном примере мы используем две солнечные панели.

Соедините катоды плат между собой, и сделайте тоже самое для анодов.

При параллельном соединении у нас остается то же напряжение, а сила тока удваивается (если панели одинаковые). То есть, напряжение должно остаться в диапазоне от 5 до 6V.

Данное устройство используется для защиты цепи и предотвращения чрезмерного заряжания аккумуляторов.

На модуле загорается красный светодиод, когда батарея заряжается и синий, если она заряжена.

Соединяем солнечные батареи с зарядным устройством по следующей диаграмме (катод батарей к входу IN+, анод – к IN-):

Подключаем аккумулятор к зарядному устройству (катод  – к B+, анод – к B-)

Контакты OUT+ и OUT- – выходы нашего устройства. Убеждаемся, что с этих контактов получаем 4,2V.

Однако, для питания платы ESP32 нам нужно 3,3V, поэтому переходим к цепи стабилизатора напряжения.

Для эффективного понижения напряжения аккумуляторов нужно использовать LDO-стабилизаторы, так как линейные стабилизаторы перестают понижать напряжение при разрядке батареи (т.к. она больше не выдает 4,2V).

Мы выбрали стабилизатор MCP1700-3302E, т.к. его характеристики оптимальны. В качестве альтернативы можно использовать HT7333-A.

Вот характеристики данного стабилизатора:

И его пины:

Для корректной работы требуется керамический конденсатор и электролитический конденсатор, подключенный в параллели к пинам GND и Vout. Мы используем электролитический конденсатор на 100 мкФ и керамический конденсатор на 100 нФ.

Предупреждение: Нужно соблюдать полярность конденсаторов! Провод с бело-серой полосой следует подключить к GND.

На пине Vout должно выдаваться напряжение 3,3V, с него и запитаем плату ESP32.

После того, как мы убедились, что напряжение соответствует требуемым 3,3V, подключаем плату ESP32. Соедините пин Vout и пин 3,3V платы и контакты GND платы и стабилизатора друг с другом.

Если у вас плата ESP8266, то все ваши действия идентичны случаю с платой ESP32.

При питании платы ESP32 аккумуляторами или солнечными батареями, как в этом случае, полезно следить на уровнем напряжения. Один из способов осуществить это – снимать напряжения батареи на аналоговом выходе платы. Т.к. GPIO платы работают при напряжении 3,3V, нам нужно использовать делитель напряжения.

Формула для делителя напряжения:

Vout = (Vin*R2)/(R1+R2)

При использовании наших резисторов на 27 кОм и 100 кОм.

Vout = (4.2*100k)/(27k + 100k) = 3.3V

Таким образом, при полной зарядке батареи, мы снимаем показания 3,3V.

Добавляем два резистора в цепь, как показано на схеме:

В данном случае. мы снимаем напряжение с GPIO33, но можно использовать любой другой подходящий пин.

Наконец, для получения уровня заряда батареи, используйте следующую строку в скетче (в среде Arduino):

Если у вас плата ESP8266, то на ней можно использовать только пин А0.

И код для уровня заряда батареи:

В данной статье мы рассмотрели, как запитывать платы ESP32 и ESP8266 от солнечной батареи. Цепь питания, которую мы собрали, подойдет также и для других микроконтроллеров с питанием 3,3V.