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L’ESP32 è una scheda di sviluppo molto potente e versatile, utilizzata in molte applicazioni IOT. Una delle questioni più importanti quando si lavora con l’ESP32 è la scelta dell’alimentazione giusta per garantire il corretto funzionamento della scheda. Può essere alimentato attraverso un’ampia gamma di fonti di alimentazione, tra cui l’alimentazione tramite USB, tramite batterie, tramite un alimentatore esterno e molto altro. Ecco alcune delle opzioni più comuni.
I PIN DI ALIMENTAZIONE DELL’ESP32
Si può alimentare l’ESP32 in due modi diversi: Tramite la presa USB ed erogare 3.3 e 5V dai pin della scheda oppure in alternativa si possono fornire 3.3V o 5V direttamente sulle porte 3.3V e 5V.
Questi sono i pin da usare per la alimentazione della scheda e delle periferiche:
- PIN 3.3V
- PIN 5V
- PIN GROUND (pin della massa)
Le periferiche compatibili possono prevelare dunque 3.3 e 5V da questi PIN quando usiamo la USB.
ALIMENTAZIONE CON PRESA USB
L’alimentazione tramite USB è una delle opzioni più comuni per l’ESP32. In questo caso, l’ESP32 viene alimentato direttamente tramite il cavo USB che viene collegato alla scheda. Questa opzione è molto conveniente e facile da utilizzare, ma non è sempre la soluzione migliore.
L’alimentazione tramite USB può limitare la quantità di corrente disponibile per l’ESP32, il che può influire sulla sua capacità di funzionare in modo efficiente, soprattutto quando si utilizzano componenti esterni.
Le prese USB sono diventate uno standard nella maggior parte dei computer e dei dispositivi elettronici. Sono utilizzate per alimentare i dispositivi, trasferire dati e fornire connettività a una vasta gamma di periferiche. Purtroppo non tutte le prese USB sono create uguali. In questo articolo, vedremo il voltaggio delle prese USB dei computer e cosa significa per i dispositivi collegati ad esse.
Il voltaggio delle prese USB non è sempre di 5V
Il voltaggio delle prese USB può variare a seconda del tipo di porta USB. In genere, le porte USB di tipo 1.0 e 2.0 forniscono un voltaggio di 5 volt, mentre le porte USB di tipo 3.0 e 3.1 forniscono un voltaggio di 5 volt o 12 volt. inoltre non tutte le prese USB forniscono la stessa quantità di corrente. Alcune prese USB possono fornire solo una quantità limitata di corrente diciamo circa 0.5A, mentre altre possono fornire una maggiore quantità di corrente fino a 1.2A.
Come controllare il voltaggio delle prese USB?
Per capire il voltaggio delle prese USB, è possibile utilizzare un voltmetro. Un voltmetro è un dispositivo che misura la tensione elettrica tra due punti. Per misurare la tensione delle prese USB, è necessario collegare il voltmetro alle prese USB e misurare la tensione. Tuttavia, è importante notare che non tutti i voltmetri sono in grado di misurare la tensione delle prese USB in modo accurato. Alcuni voltmetri potrebbero fornire una lettura inaccurata, a seconda della qualità del dispositivo e della porta USB stessa.
ALIMENTAZIONE TRAMITE IL PIN VIN
Un altro modo per alimentare ESP32 è utilizzando il pin Vin, comunemente conosciuto come pin 5V. Il pin Vin in ESP32 e in altre schede microcontroller come Arduino è collegato a un regolatore di tensione a bordo. Qualsiasi tensione collegata al pin Vin passa prima attraverso il regolatore, che la riduce a 3,3 V e la alimenta ai periferici della scheda ESP32.
ALIMENTAZIONE CON BATTERIE RICARICABILI
La ultima opzione sulla lista per alimentare l’ESP32 è l’utilizzo di batterie esterne. L’ESP32 funziona a 3,3 V, quindi può essere facilmente alimentato utilizzando le batterie esterne. Mentre si alimenta l’ESP32 con una batteria esterna, utilizzare sempre il pin Vin poiché è collegato a un regolatore di tensione integrato che protegge da qualsiasi tipo di danni all’ESP32.
Ecco un elenco di tutte le batterie che possono essere utilizzate per alimentare l’ESP32:
- Utilizzo di una power bank
- Utilizzo di batterie NiMH o batterie standard (2 x 1,5 V)
- Batterie al litio
- Batterie LiFePO4
- Batterie al litio polimero
AVVERTENZE
Ecco alcune avvertenze da tenere a mente durante l’alimentazione dell’ESP32 con una fonte di alimentazione esterna:
Utilizzare sempre una fonte di alimentazione a tensione regolata Non collegare dispositivi all’ESP32 che richiedono più corrente, come i motori Non utilizzare più di una fonte di alimentazione contemporaneamente Se il regolatore di tensione si surriscalda, spegnere la scheda ESP32.
Le batterie ricaricabili LIPO
Gli accumulatori al litio sono utilizzati in una vasta gamma di dispositivi elettronici, come telefoni cellulari, computer portatili, tablet, droni elettrici, automobili elettriche e molto altro ancora. In questo articolo, vedremo come funzionano gli accumulatori al litio e quali sono i loro vantaggi e svantaggi.
Gli accumulatori al litio funzionano attraverso il movimento degli ioni di litio tra gli elettrodi positivi e negativi. Quando gli ioni di litio si spostano verso l’elettrodo positivo, si verifica una reazione chimica che rilascia energia elettrica. Quando gli ioni di litio si spostano verso l’elettrodo negativo, la batteria viene ricaricata.
Gli accumulatori al litio hanno molte caratteristiche positive rispetto ad altri tipi di batterie. In primo luogo, sono leggeri e compatti, il che li rende adatti per l’uso in dispositivi portatili. In secondo luogo, hanno una durata della vita più lunga rispetto ad altre batterie. Infine, gli accumulatori al litio sono in grado di mantenere una tensione costante durante la maggior parte della loro scarica, il che significa che possono fornire una potenza costante ai dispositivi.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi degli accumulatori al litio?
Come tutte le tecnologie, gli accumulatori al litio hanno vantaggi e svantaggi.
Vantaggi:
- Leggeri e compatti: gli accumulatori al litio sono leggeri e compatti, il che li rende adatti per l’uso in dispositivi portatili.
- Lunga durata della vita: gli accumulatori al litio hanno una durata della vita più lunga rispetto ad altre batterie.
- Potenza costante: gli accumulatori al litio sono in grado di mantenere una tensione costante durante la maggior parte della loro scarica, il che significa che possono fornire una potenza costante ai dispositivi.
Svantaggi:
- Costi: gli accumulatori al litio possono essere costosi rispetto ad altre batterie.
- Rischio di incendio: gli accumulatori al litio possono causare incendi se non vengono caricati, scaricati o conservati correttamente.
- Sensibilità alla temperatura: gli accumulatori al litio possono essere sensibili alle temperature estreme.
Gli accumulatori al litio sono diventati uno standard nell’industria delle batterie per i loro vantaggi in termini di leggerezza, durata della vita e potenza costante. Tuttavia, hanno anche degli svantaggi in termini di costi, rischio di incendio e sensibilità alla temperatura. È importante utilizzare gli accumulatori al litio in modo sicuro e corretto per evitare danni o incidenti.
ALIMENTAZIONE CON ALIMENTATORE ESTERNO
L’alimentazione tramite alimentatore esterno è un’altra opzione che può essere utile quando si lavora con l’ESP32.
In questo caso, l’ESP32 viene alimentato attraverso un alimentatore esterno, il quale fornisce una tensione di alimentazione costante e stabile. Questa opzione è particolarmente utile quando si utilizzano sensori o componenti esterni che richiedono una maggiore quantità di corrente.
Per realizzare progetti come la Centralina controllo livello liquidi che puoi trovare in kit sul nostro ecommerce, la soluzione con alimentatore esterno rimane al momento la soluzione migliore.
GLI ALIMENTATORI DA LABORATORIO
Gli alimentatori elettrici da laboratorio sono strumenti fondamentali per chi lavora con l’elettronica. Consentono di fornire tensione e corrente regolabili e stabili ai circuiti elettronici, sia per la verifica del funzionamento dei componenti che per la progettazione e la sperimentazione di nuovi circuiti. In questo articolo, esploreremo come funzionano gli alimentatori elettrici da laboratorio e quali sono le loro caratteristiche principali.
Come funzionano gli alimentatori elettrici da laboratorio?
Gli alimentatori elettrici da laboratorio funzionano mediante la conversione di tensione alternata (AC) in tensione continua (DC). L’alimentatore dispone di un trasformatore che converte la tensione alternata della presa a muro in una tensione alternata di bassa frequenza, che viene quindi raddrizzata e filtrata per ottenere una tensione continua. Questa tensione continua viene quindi regolata e controllata mediante circuiti di regolazione per fornire alla uscita dell’alimentatore una tensione e una corrente costanti e regolabili. Quali sono le caratteristiche principali degli alimentatori elettrici da laboratorio?
Tensione e corrente regolabili: la capacità di regolare la tensione e la corrente dell’alimentatore è fondamentale per adattarsi alle esigenze specifiche del circuito elettronico in fase di test o sperimentazione.
Stabilità: la tensione e la corrente devono essere stabili per evitare danni al circuito in fase di test. L’alimentatore deve mantenere una tensione e una corrente costante anche in presenza di carichi variabili.
Protezioni: l’alimentatore deve essere dotato di protezioni come cortocircuiti, sovraccarichi e surriscaldamenti per evitare danni al circuito in fase di test e prevenire il rischio di incendi.
Display: gli alimentatori moderni sono dotati di display LCD che forniscono informazioni sulla tensione e la corrente in uscita, consentendo un controllo accurato dei valori.
Interfaccia utente: gli alimentatori moderni possono essere dotati di un’interfaccia utente facile da usare, composta da pulsanti e manopole per la regolazione dei valori di tensione e corrente.
Indipendentemente dalla fonte di alimentazione scelta, è importante assicurarsi che la tensione di alimentazione fornita sia stabile e costante. Inoltre, è importante scegliere la giusta tensione di alimentazione in base alle specifiche dell’ESP32.
COME RIDURRE IL CONSUMO ENERGETICO
L’ESP32 è in grado di entrare in modalità “deep sleep”:
In modalità “deep sleep” il consumo energetico può essere ridotto fino a soli 5 µA. Può essere utilizzata per estendere la durata della batteria di un dispositivo ESP32. Ad esempio, un progetto di domotica che deve monitorare un sensore di temperatura potrebbe entrare in modalità sleep quando il sensore non rileva alcun cambiamento di temperatura.
LA MODALITÀ “SLEEP” DELL ESP32
La modalità sleep dell’ESP32 è una modalità di funzionamento in cui il consumo energetico del chip è notevolmente ridotto. In modalità sleep, la CPU, la maggior parte della RAM e tutte le periferiche che sono clockate da APB_CLK vengono disattivate.
Le uniche parti del chip che rimangono attive sono:
La modalità sleep può essere utilizzata per estendere la durata della batteria di un dispositivo ESP32. Ad esempio, un dispositivo che deve monitorare un sensore di temperatura potrebbe entrare in modalità sleep quando il sensore non rileva alcun cambiamento di temperatura.
In questo modo, il dispositivo ESP32 consumerà solo una piccola quantità di energia, anche se è in funzione 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
L’ESP32 offre due modalità sleep:
Light sleep: In modalità light sleep, la CPU e la maggior parte della RAM rimangono attive, ma il loro consumo energetico è ridotto.
Deep sleep: In modalità deep sleep, la CPU, la maggior parte della RAM e tutte le periferiche che sono clockate da APB_CLK vengono disattivate. La modalità deep sleep è più efficiente dal punto di vista energetico rispetto alla modalità light sleep, ma richiede più tempo per riattivare il dispositivo.
Per entrare in modalità sleep, il programmatore deve utilizzare la funzione
esp_deep_sleep_start().
Questa funzione accetta un parametro che specifica il tempo di attesa prima che il dispositivo venga riattivato. Se il parametro è impostato su 0, il dispositivo verrà riattivato da un evento di riattivazione.
LA ANALISI DETTAGLIATA DEI CONSUMI NELLE VARIE MODALITA'
Quante sono esattamente esattamente la modalità di funzinamento dell’ESP32?
Grazie alla sua gestione avanzata dell’alimentazione, l’ESP32 offre cinque modalità di alimentazione configurabili. In ordine di consumo:
- Modalità “Attiva”
- Modalità “Modem Sleep”
- Modalità “Light Sleep”
- Modalità “Deep Sleep”
- Modalità “Hibernation”
Ogni modalità ha caratteristiche distinte e capacità di risparmio energetico. Proviamo a dare un’occhiata analitica.
Modalità #1: “Attiva” (160 ~ 260mA)
La modalità normale è anche indicata come modalità attiva. In questa modalità, tutte le periferiche del chip rimangono attive.
Poiché tutto è sempre attivo in questa modalità (in particolare il modulo WiFi, il core di elaborazione e il modulo Bluetooth), il chip consuma circa 240 mA di potenza. Occasionalmente la scheda può assorbire più di 750 mA in particolare quando sia WiFi che Bluetooth sono utilizzati contemporaneamente.
- Pacchetto Wi-Fi Tx 13dBm~21dBm 160~260 mA
- Pacchetto Wi-Fi/BT Tx 0dBm 120 mA
- Wi-Fi / BT Rx e ascolto 80 ~ 90 mA
Questa modalità consuma il massimo della potenza ed è la meno efficiente. Per risparmiare energia, è necessario disabilitare le funzionalità che non sono in uso passando a un’altra modalità di alimentazione.
Modalità #2: “Modem Sleep” (3 ~ 20mA)
In modalità sleep modem, tutto è attivo tranne il WiFi, il Bluetooth e la radio. La CPU rimane attiva e l’orologio è configurabile. In questa modalità, il chip può consumare dai 3 mA fino a 20 mA. Per mantenere attiva la connessione, Wi-Fi, Bluetooth e la radio vengono svegliati a intervalli predefiniti. Durante questo schema, ESP32 passa dalla modalità attiva alla modalità di sospensione del modem.
Per realizzare questo sofisticato sistema, l’ESP32 si collega al router in modalità “station mode”" usando il DTIM “beacon”. Il modulo Wi-Fi viene disabilitato tra due attivazioni del DTIM e quindi riabilitato poco prima del prossimo beacon.
Che vuol dire DTIM?
DTIM è l’acronimo di Delivery Traffic Indication Message: con il DTIM il router trasmette un frame beacon (faro o esca) periodicamente. Ogni frame contiene informazioni relative alla rete. Viene utilizzato per annunciare la presenza di una rete wireless e per sincronizzare tutti i membri connessi.
Modalità #3: “Light Sleep” (0.8mA)
Questa modalità è molto simile al “modem sleep” associazione. L’unica differenza è che in modalità light sleep, la CPU, la maggior parte della RAM e le periferiche digitali sono dotate di clock.
Che cosa è il “Clock Gating”?
Clock gating è una tecnica di gestione dell’alimentazione per ridurre il consumo di potenza dinamica rimuovendo o ignorando il segnale di clock della scheda. Il Clock gating riduce il consumo energetico ignorando alcuni cicli del clock (pruning). Con questo sistema vengono disabilitate alcune parti del circuito e in particolare vengono bloccati i circuiti di flip-flop, impedendo loro di commutare stato. Poichè i circuiti di flip-flop consumano una buona dose di energia, il consumo energetico complessivo viene ridotto enormemente.
Durante la modalità light sleep, la CPU viene messa in pausa disabilitando il suo impulso di clock. Il modulo RTC e il coprocessore ULP rimangono invece attivi. Ciò si traduce in un consumo energetico inferiore rispetto alla modalità “sleep del modem” intorno a 0,8 mA.
Prima di entrare in modalità light sleep, ESP32 memorizza il suo stato interno nella RAM e riprende il funzionamento al risveglio dal sonno. Questo è indicato come ritenzione RAM completa.
Modalità #4: “Deep Sleep” (0.15mA ~ 10µA)
In modalità deep sleep, le CPU, la maggior parte della RAM e tutte le periferiche digitali sono disabilitate. Solo le seguenti parti del chip rimangono operative:
- Coprocessore ULP
- RTC: fast and slow memory
- Regolatore di RTC
- Periferiche RTC
In modalità deep sleep, il chip consuma tra 0,15 mA (quando il coprocessore ULP è acceso) e 10 µA. Parliamo di µA e quindi in questa modalità il consumo può scendere praticamente a zero!
Durante la modalità deep sleep, la CPU principale viene spenta, mentre il coprocessore ULP (Ultra-Low-Power) può rilevare le letture del sensore e riattivare la CPU in base alle esigenze. Tutto ciò è utile per progettare applicazioni in cui la CPU deve essere svegliata da un evento esterno, come un timer, pur mantenendo un consumo energetico minimo.
Come conservare i dati nella modalità deep sleep
Se vuoi utilizzare i dati dopo un riavvio, devi memorizzarli nella memoria RTC definendo una variabile globale con l’attributo RTC_DATA_ATTR. Ad esempio:
RTC_DATA_ATTR int myVar = 0;
Quando il chip si sveglia dal sonno profondo, esegue un reset e inizia l’esecuzione del programma dall’inizio.
Quando si sveglia dal “deep sleep”, l’ESP32 può eseguire uno wake stub di sveglia del deep sleep.
Il wake stub è un pezzo di codice che viene eseguito non appena il chip si sveglia, PRIMA che venga eseguita qualsiasi normale inizializzazione, bootloader o codice utente. Dopo aver eseguito il wake stub, il chip può 1 - tornare a dormire oppure 2 - continuare ad eseguire il codice utente.
Modalità #5: “Hibernation” (2.5µA)
La modalità Hibernation o Ibernazione è molto simile al “deep sleep”. L’unica differenza è che in modalità ibernazione, il chip disabilita l’oscillatore interno a 8 MHz e il coprocessore ULP, lasciando solo un timer RTC e alcuni pin GPIO per “risvegliare” il chip.
Di conseguenza, il consumo energetico del chip è ulteriormente ridotto: in modalità ibernazione consuma solo circa 2,5 µA. Questa modalità è particolarmente utile se si sta lavorando su un progetto che non ha bisogno di essere attivo tutto il tempo.
Ad esempio puoi sfruttare questa modalità per scattare delle foto ad animali, automobili, persone che transitano raramente in un luogo confinato. Un sensore ad ultrasuoni collegato ad un pin GPIO è in grado di svegliare l’ESP, scattare una foto e salvarla su una micro SD-Card.
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