mercredi 29 mai 2024

ESP32 : Comparons


ESP32 : Comparons


La famille de µcontrôleurs ESP32 s'est étoffée depuis quelques années :

  • ESP32
  • ESP32 S2
  • ESP32 C3
  • ESP32 S3

Voici deux pages résumant les caractéristiques des différents modèles :

Chip Series Comparison

Comparison table for ESP8266/ESP32/ESP32-S2/ESP32-S3/ESP32-C3/ESP32-C6

Les cartes basées sur l'ESP32 sont extrêmement nombreuses. On ne va pas les citer toutes ici. Etant assez fan des cartes WEMOS D1 mini et LOLIN D32, je me suis naturellement tourné vers les cartes de ce constructeur.

1. ESP32

L'excellente FIREBEETLE reste un modèle à privilégier si l'on désire une carte pour un projet fonctionnant sur batterie :

Son régulateur RT9080 lui assure une consommation en veille de 10µA.

La WEMOS LOLIN32 est une carte déjà ancienne, disposant également d'un connecteur batterie :


Sa consommation en veille est de 1.7mA.

2. ESP32 S2

Historiquement, l'ESP32 S2 est le premier modèle sorti. Il apporte une nouveauté : il intègre nativement un contrôleur USB, ce qui permet de se passer de convertisseur USB / série. Le C3 et le S3 sont équipés d'USB de la même façon.

WEMOS LOLIN S2 mini

Ces cartes ont un format particulièrement réduit, par contre la double rangée de broches empêche de les implanter sur une breadboard.

Attention : il semblerait que l'ESP32 S2 ne possède pas de BLUETOOTH BLE, ni de DAC.

3. ESP32 C3

WEMOS LOLIN C3 mini

Cette carte, par rapport à la précédente, n'intègre plus une antenne imprimée, mais une antenne CMS (le petit composant rouge). Certaines critiques laissent à penser que la portée de ces antennes serait inférieure.

A noter la présence d'une LED adressable WS2812B.

4. ESP32 S3

WEMOS LOLIN S3 mini

L'antenne est imprimée, comme sur le S2. Ici, aussi une LED adressable est présente.

Pour ceux qui préfèrent les cartes un peu mieux équipées, un modèle PRO existe :

WEMOS LOLIN S3 pro

Elle possède entre autres un connecteur batterie, et bien entendu un chargeur.

5. Préparatifs

5.1. IDE ARDUINO

Pour que le core ESP32 apporte le support des µcontrôleurs C3, S2 et S3, C3, il faut installer une version récente :

Installing the ESP32 Board in Arduino IDE (Windows, Mac OS X, Linux)

Si une version ancienne est installée, il suffit de la mettre à jour à l'aide du gestionnaire de cartes : 

Menu Outils / Type de carte / Gestionnaire de cartes. Filtrez votre recherche en tapant ESP32.

5.2. LED adressable

Le pilotage de la LED adressable nécessite l'installation de la librairie Adafruit NeoPixel, que l'on peut trouver dans le gestionnaire de bibliothèques :

Menu Outils / Gestionnaire de bibliothèques. Filtrez votre recherche en tapant neopixel.

5.3. Serial monitor

Pour que les sorties que l'on imprime à l'aide de Serial soient visibles dans le terminal, il faut sélectionner :

Menu Outils / USB CDC On Boot : enabled

6. Test

J'ai réalisé quelques tests avec une carte WEMOS LOLIN S3 mini. 

6.1. LED

Testons tout d'abord la LED embarquée :

#include <Adafruit_NeoPixel.h>

int neoPixelPin = 47;

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(1, neoPixelPin, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  strip.begin();  // initialize the strip
  strip.show();   // make sure it is visible
  strip.clear();  // Initialize all pixels to 'off'
  Serial.println("GO");
}

void loop() {
  strip.setBrightness(100);
  strip.setPixelColor(0, 0, 255, 0);
  strip.show();
  delay(1000);
  strip.setPixelColor(0, 255, 0, 0);
  strip.show();
  delay(1000);
  strip.setPixelColor(0, 0, 0, 255);
  strip.show();
  delay(1000);
}

La LED doit s'allumer alternativement en rouge, vert, bleu.

6.2. WebServer

L'exemple HelloServer de la librairie ESP32 permet d'afficher "hello from esp32!" sur un navigateur.

Dans cet exemple, bien entendu, il faut veiller à remplacer les identifiants par les vôtres :

const char *ssid = "........";
const char *password = "........";

L'exemple fonctionne sans problème. Le moniteur série affiche : 

Connected to XXXXXXXXXX
IP address: 192.168.1.20
MDNS responder started
HTTP server started

Entrer l'adresse indiquée dans la barre d'adresse de votre navigateur. Celui-ci affiche :

hello from esp32!

Bien entendu l'exemple est simpliste, mais je n'ai aucune raison de douter qu'un logiciel plus complexe pose des problèmes.

7. Conclusion

Ce premier contact avec cette carte WEMOS LOLIN S3 mini est plutôt positif.

J'ai l'impression que la connexion au WIFI est plus rapide qu'avec les autres cartes que j'ai testé. Cela reste à confirmer.

Pour ma part le principal intérêt de ces cartes mini est leur compacité. Elle ont la même taille qu'une WEMOS ESP8266 D1 mini, pour un nombre de GPIOs bien supérieur (sauf pour la C3).

Dans un prochain article je testerai l'aptitude de cette carte à servir de base à des projets basse consommation. 

Je doute que je puisse parvenir à une consommation ultra-basse, équivalente à celle d'une FIREBEETLE. Rien que la présence de la LED adressable ne me dit rien qui vaille, car ce genre de LED consomme, même si l'on ne s'en sert pas. Mais rien n'empêche de la supprimer.


Cordialement

Henri


vendredi 1 mars 2024

Chargeur de batteries IMAX B6

 


Chargeur de batteries IMAX B6


Je suis depuis des années un utilisateur régulier de batteries NIMH, LITHIUM-ION et LIPO. Je suis donc équipé de divers chargeurs :

Voici celui que j'utilise pour les batteries NIMH :

Voltcraft IPC-1L

Et ceux que j'utilise pour les batteries LITHIUM-ION :

XTAR MC2
XTAR MC1 Plus
TP4056

En l'état actuel des choses, la recharge de mes batteries pose plus ou moins de problèmes :

1. Batteries NIMH

Grâce à l'excellent Voltcraft IPC-1L, chargeur 4 batteries à recharge indépendante, tout se passe bien.

Le seul problème qui se pose est la décharge profonde dans les appareils qui les utilisent. Dans certains cas la décharge profonde peut être fatale pour la batterie, mais dans l'ensemble le chargeur s'en sort bien.

Certains appareils gèrent bien la décharge et sont pourvus d'un circuit avertisseur. Exemple : détecteur de fumée Bosch. Avec d'autres ce n'est pas le cas, malheureusement.

2. Petites batteries LITHIUM-ION ou LIPO

J'utilise de petites batteries LITHIUM-ION ou LIPO dans mes montages à basse consommation. Leur capacité ne dépasse pas 1000mAH.

La batterie est intégrée au montage, ainsi qu'un chargeur TP4056. Lorsque j'ai besoin de recharger une batterie, j'ai juste besoin de brancher un bloc secteur USB 5V sur le TP4056.

Un article a déjà été écrit pas mes soins sur le sujet.

3. Grosses batteries LITHIUM-ION ou LIPO

J'utilise également des batteries 18650 ou 21700 d'une capacité allant de 2500mAH à 4000mAh.

Pour ce genre de cas, jusqu'à présent j'utilisais des chargeur XTAR MC1 ou MC2, alimentés pas un câble µUSB.

Cette conception ne me paraît pas vraiment adaptée. En effet, un câble µUSB n'est pas fait pour laisser passer un courant très important. Or ces chargeurs ont besoin de 1A.

Cela pose un premier problème : la recharge d'une 21700 4000mAH dure très longtemps.

Deuxième problème : le câble µUSB peut souffrir. Voici ce qui est arrivé à un de mes câbles :

On voit nettement qu'une surchauffe a eu lieu. On peut assez facilement imaginer que cette surchauffe aurait pu déclencher un incendie.

Le pire est que ces chargeurs sont tous construits de la même manière, et certains acceptent jusqu'à 4 batteries dont la taille peut atteindre 26700. Comme ils ne peuvent délivrer que 2A, autant dire que la recharge risque de durer pas mal de temps ! Sans compter qu'un connecteur µUSB n'est pas adapté à un courant aussi important.

4. Le chargeur IMAX B6

4.1. Caractéristiques du chargeur

Le IMAX B6 est un chargeur de modélisme adapté à la recharge de diverses batteries :

  • NICD et NIMH : de1 à 14 éléments en série
  • LIPO ou LITHIUM-ION : de 1 à 6 éléments en série

Le courant de charge peut aller de 0.1 à 5 A.

Pour ce qui est des batteries NIMH, qui doivent être rechargées à C/10, il ne pourra recharger des batteries de capacité inférieure à 1000mAH, à moins d'opter pour une recharge rapide (C/3) au prix d'une réduction de la durée de vie de la batterie.

Comme déjà dit dans d'autres articles, la recharge de batteries LIPO ou LITHIUM-ION doit se faire au maximum à C/2. Le IMAX B6 peut donc charger sans problème des batteries allant de 200mAH à 10000mAH, et même plus si l'on accepte une recharge plus lente.

Afin d'éviter les problèmes liés aux chargeurs USB, j'ai récemment adapté mon chargeur IMAX B6 à la recharge des batteries 18650 et 21700 :

N'ayant pas de support de batterie 21700 sous la main, j'en ai bricolé un à l'aide d'une plaquette de stratifié et de deux petites plaques de cuivre.

Ce genre de support se trouve facilement dans le commerce :

Le câble pourvu de pinces crocodile est celui livré avec le chargeur. Le chargeur lui-même est alimenté  sous 12V par mon alimentation de labo et deux câbles de mesure à fiches bananes.

Pour ceux qui ne possèdent pas d'alimentation, le chargeur peut être livré avec un bloc secteur 15V 6A. Mais on peut aussi opter pour un bloc secteur quelconque, pourvu qu'il puisse fournir 10V et 1A au minimum. Le maximum est de 20V.

Pour ceux qui désireraient réaliser eux-même leur câble d'alimentation, ou modifier un bloc secteur ne possédant pas le bon connecteur, vous aurez besoin d'un JACK 2.5x5.5 (le pôle + est au centre):

4.2. Réglage du chargeur

Ce chargeur possède un écran LCD et quatre boutons. On trouve facilement des tutoriels permettant d'apprendre à s'en servir.

En résumé, les réglages principaux sont les suivants : 

  • type de batterie
  • nombre de cellules
  • courant de charge
Une fois ces paramètres réglés, il suffit d'appuyer sur le bouton Start pendant plus de 2 secondes pour démarrer la recharge. Le chargeur affiche les paramètres de recharge et il faut alors valider en appuyant une nouvelle fois sur le bouton Start.

4.3. Déroulement de la recharge

La recharge s'opère dans un premier temps à courant constant, puis, lorsque la tension nominale est atteinte, le courant décroit.

Ici, pour une batterie 21700 de 4000mAH, j'ai réglé le chargeur comme suit :

  • batterie LIPO
  • 1S (1 cellule)
  • 1.5A

Le LCD affiche les informations suivantes :

  • Li1S : batterie LITHIUM 1 cellule
  • 1.4A : courant de charge
  • 4.2V : tension de charge
  • CHG : charge en cours
  • 081:55 : la recharge est en cours depuis 81:55 minutes
  • 02029 : 2029 mAH ont été injectés dans la batterie

On voit donc qu'à cet instant le chargeur est dans la phase de recharge à tension constante (4.2V) et courant décroissant (1.4A).

Le chargeur, d'après ce que j'ai pu observer, arrête la recharge lorsque le courant a une valeur dix fois inférieure au courant programmé, donc 0.15A.

Ce chargeur a donc un comportement tout à fait classique, et respecte les règles généralement en vigueur en matière de recharge de batteries LITHIUM.

4.4. Recharge de batteries en série

La recharge de batteries 2S, 3S ou plus est une opération courante en modélisme, mais elle requiert quelques précautions. Pour que la recharge de plusieurs éléments en série se passe bien, l'équilibrage est essentiel.

L'équilibrage permet de régler le courant de recharge de chaque cellule, mais cet équilibrage n'est possible que si les différentes cellules sont dans un état de recharge assez proche. Il sera impossible  pour le chargeur d'équilibrer la recharge de deux batteries dont l'état est trop différent, par exemple 50% et 80%.

4.4.1. Packs de batteries

Lorsqu'on a affaire à une batterie sous forme de pack, le problème est simple :

Sur cette image on voit deux connecteurs :

  • rouge : connecteur de recharge
  • blanc : connecteur d'équilibrage

Le connecteur rouge peut être branché sur un des adaptateurs livrés avec le chargeur :

Le connecteur blanc peut être branché sur le côté du chargeur :

On voit ici 5 connecteurs JST XH blancs correspondant aux différentes possibilités de branchement pour des batteries allant de 2S à 6S.

4.4.2. Batteries en série

Si l'on a réalisé un montage maison de batteries en série, il faudra réaliser soi-même le câble d'équilibrage à l'aide de connecteurs JST XH. Pour information, il existe des câbles prêts à l'emploi :

Pour le montage des batteries entre elles il est essentiel de respecter les consignes suivantes :

  • relier en série uniquement des batteries de même type, même capacité
  • relier en série uniquement des batteries dans le même état d'usure
  • relier en série uniquement des batteries dans le même état de charge

5. Conclusion

Le chargeur IMAX B6 est un appareil peu onéreux, environ 2O€, mais d'une qualité irréprochable. Il existe certainement des modèles équivalents et aussi performants dans d'autre marques. Celui-ci est le seul en ma possession.

Côté fiabilité, le mien a été acquis il y a 6 ans et fonctionne encore parfaitement bien.

Certains modèles plus récents prennent en charge également la recharge de batteries LI-FE.


Cordialement

Henri


vendredi 2 février 2024

Relais : Parlons contacts

 


Relais : Parlons contacts


Lorsque l'on choisit un relais, on recherche la plupart du temps un modèle correspondant à certains critères :

  • tension de la bobine
  • nombre de contacts
  • tension et courant maximaux supportée par les contacts
  • format mécanique

Ces critères sont fondamentaux, mais en matière de relais le proverbe qui peut le plus peut le moins ne s'applique pas forcément.

Il y a un critère que beaucoup de personnes ignorent, le courant minimal et la tension minimale nécessaire pour assurer une bonne fiabilité des contacts.

Cela veut-il dire que ces relais ne fonctionneront pas correctement en dessous de ces courants et tension minimaux ? Oui, en tous cas, on peut redouter à plus ou moins longue échéance des défauts de contact.

1. Relais de puissance

Prenons comme exemple le relais FINDER 36.11.9.005.4011 :

C'est un relais en tous points identique aux relais bleus SONGLE SRD-05VDC-SL-C que l'on trouve sur AliExpress :

  • bobine 5V
  • contacts 10A / 250V  alternatifs ou 10A / 30V continus
  • brochage identique

Mais FINDER fournit une information que SONGLE ne fournit pas :

  • Minimum switching load mW (V/mA) : 500 (5/100)

Ce qui veut dire que la charge minimale des contacts de ce relais est de 500mW, 5V, et 100mA.

Qu'en est il des contacts de ce relais ? la datasheet précise : AgSnO2 (oxyde d'étain argent)

Celle du relais SONGLE SRD-05VDC-SL-C dit : AgCdO (cadmium argenté)

Le relais SONGLE aura t-il la même caractéristique en terme de charge minimale ?

C'est difficile à dire, mais on peut par exemple comparer ce relais avec le FINDER 32.21.7.005.2000 qui lui aussi est équipé de contacts AgCdO :

  • Minimum switching load mW (V/mA) : 500 (10/5)

On voit que la puissance minimale est équivalente, la tension minimale est supérieure, le courant minimal est inférieur.

On peut sans grand risque affirmer que le relais SONGLE est assez proche du FINDER 32.21.

2. Relais petits signaux

On se rend compte assez rapidement qu'un relais de puissance comme ceux évoqués plus haut ne conviendront pas à la commutation de petits signaux, comme dans le monde audio par exemple.

Il est assez souvent préconisé dans ce genre d'application d'utiliser des relais à contacts plaqués or.

Pour ma part j'utilise le relais PANASONIC TQ2 :

Pour ce relais, PANASONIC donne l'information suivante :

  • commutation : 2A maximum
  • contacts : Ag+Au clad (argent plaqué or)
  • Minimal switching capacity : 10μA 10mV DC

La charge minimale n'est pas tout à fait nulle, mais elle est tout de même très largement inférieure aux modèles précédents.

Il existe aussi une version bistable (double bobine) de ce relais : le TQ2-L2, de quoi ravir les amateurs de basse consommation au repos.

Avec ce genre de relais on pourra sans problème assurer une longévité maximale à une application petits signaux.

3. Conclusion

Certains constructeurs sérieux comme FINDER et PANASONIC sont très soucieux de fournir aux utilisateurs des information précises et indispensables. Pour des applications exigeantes, il est préférable de se tourner vers eux afin d'éviter les mauvaises surprises.


Cordialement

Henri


mercredi 22 novembre 2023

Recharger une batterie avec un TP4056

 

Recharger une batterie avec un TP4056


Le TP4056 ou TC4056 est un circuit de recharge de batterie LITHIUM-ION ou LIPO que j'ai déjà utilisé dans quelques projets décrits sur ce blog.

Cet article regroupe les connaissances que j'ai de ce circuit et apporte quelques précisions indispensables.

1. Les batteries LITHIUM

Qu'il s'agisse de batteries LITHIUM-ION ou LIPO, ces batteries ont des caractéristiques communes : 

  • tension minimale : 2.4V
  • tension maximale 4.2V
  • courant de charge : C/2

La limite basse de 2.4V est une limite en dessous de laquelle la batterie ne doit pas être déchargée, sous peine de l'endommager de manière irréversible. Pour des raisons pratiques, on adopte en général une limite basse de 3V, ce qui laisse une marge de sécurité.

Le courant de charge, pour ce genre de batterie, ne peut dépasser une certaine valeur, C/2, où C représente la capacité de la batterie en mAH. Une batterie de 2000mAH devra donc être rechargée avec un courant de 1A au maximum.

Ne vous laissez pas berner par les marchands asiatiques, AliExpress ou autres, qui annoncent des capacités de batterie 18650 avoisinant les 10000mAH. Rien n'est plus faux.

Un test que j'ai fait il y a quelques années sur une ULTRAFIRE 6000mAH a démontré que sa capacité était de 990mAH !

Les meilleures batteries 18650 de marque disponibles actuellement (Samsung, SONY, Panasonic, MJXO) ont des capacités de 3500mAH au maximum.

2. Le TP4056

Ce circuit disponible sous forme de cartes complètes, est capable de recharger une seule batterie 3.7V, ou plusieurs en parallèle. Les cartes sont en général équipées d'un connecteur d'entrée tu type µUSB, miniUSB ou USBC.

Il faut bien connaître les limitations de ce circuit, et pour cela la lecture de la datasheet est indispensable :

  • tension d'entrée maximale : 8V
  • courant de charge maximal : 1.2A
Lorsqu'une batterie LITHIUM est rechargée, sa tension atteint rapidement 4.2V, mais cela ne veut pas dire qu'elle soit correctement rechargée. Le TP4056 est un chargeur qui opère en deux phases :
  • courant constant jusqu'à 4.2V
  • tension constante et courant décroissant jusqu'à ce que le courant atteigne 10% du courant programmé

Qu'est ce que le courant programmé ? c'est le courant de charge utilisé lors de la première phase, c'est donc le courant maximal. Celui ci peut être modifié en remplaçant une résistance nommée RPROG :

Pour cela, nul besoin de disposer d'un jeu de résistances CMS, on peut parfaitement s'en sortir à l'aide d'une résistance 1/4W dont on plie les pattes :

Le remplacement de cette résistance est indispensable pour toute batterie dont la capacité est inférieure à 2000mAH.

3. Les cartes TP4056

Il y a deux types de cartes équipées de TP4056 :

  • avec protection
  • sans protection

Voici un modèle sans protection :

Les bornes de sortie de la carte, BAT+ et BAT-, reçoivent les fils de la batterie, mais aussi les fils alimentant la charge (le circuit à alimenter).

Le modèle avec protection limite le courant de décharge et permet d'éviter entre autres les court-circuits et la décharge profonde :

La batterie est reliée aux bornes B+ et B-, le circuit à alimenter est relié à OUT+ et OUT-.

Contrairement à certaines idées reçues la sortie OUT+ ne fournit pas une tension de 5V ! Elle fournit la tension de la batterie, rien de plus.

Il suffit de jeter un œil au schéma :

OUT+ et B+ sont reliées. En fonctionnement normal, B- et OUT- sont également reliées grâce à un MOSFET. Lorsque le courant consommé par le circuit à alimenter est trop important, typiquement 3A, le DW01A coupe la sortie OUT- à l'aide du MOSFET. La sortie est également coupée si la tension de la batterie descend en dessous de 2.4V

Un article plus détaillé sur le sujet : LetMeKnow

Ces cartes sont équipées de deux LEDs :

  • rouge pour indiquer que la recharge est en cours
  • bleue pour indiquer que la recharge est terminée

Le courant consommé par ces LEDs est pris sur l'entrée USB, et non pas sur la batterie. Bien entendu, si l'on débranche le cordon USB, les LEDs sont éteintes.

4. TP4056 et panneau solaire

Je l'ai déjà expliqué ici : Alimentation par batterie + panneaux solaires

Voir le paragraphe 3.4.1. Panneau solaire 5V ou 6V et suivant

Il est tout à fait possible d'utiliser un panneau 12V classique comme source d'énergie pour un TP4056, par contre il faudra abaisser la tension du panneau à l'aide d'un convertisseur step-down, afin de na pas dépasser 8V sur son entrée. 5V reste une valeur idéale.

5. TP4056 à demeure dans un montage

Peut-on laisser un TP4056 à demeure dans un montage alimenté sur batterie ? Ne va t-il pas trop consommer de courant ?

Il va consommer typiquement 2.6µA, 6µA au maximum, c'est à dire à peu près la même chose qu'un ATMEGA328 en mode sommeil profond.

Il faut savoir qu'une batterie se décharge d'elle-même. Ce courant de fuite s'appelle courant d'auto-décharge, et dépasse largement les 2.6µA du TP4056. Tout dépend évidemment de la qualité de la batterie.

On peut donc sans problème laisser un TP4056 branché en permanence sur une batterie, et la recharger par le connecteur USB en cas de besoin.

6. Peut-on recharger et consommer en même temps ?

Il faut rappeler que la recharge est stoppée par le TP4056 lorsque le courant de charge descend en dessous de 10% du courant programmé, donc 100mA pour un courant de charge de 1A. Si le montage consomme un courant supérieur à ces 10%, le TP4056 sera incapable de stopper la recharge, et la batterie subira des dommages à plus ou moins long terme.

Cette manière de faire ne convient donc qu'aux montages dits "basse consommation".

Par exemple, un montage à base d'ESP8266 ou ESP32 sur batterie ne pourra pas être rechargé par un TP4056, car il consomme environ 100mA. On devra soit couper l'alimentation du microcontrôleur, ou le faire passer en mode deep-sleep pendant la recharge.

Mes montages basse consommation ont une autonomie d'environ 20 mois avec une batterie de 650mAH. Leur consommation n'excède pas 20µA à 60µA permanents. Dans ce cas, il n'y a aucun problème pour recharger la batterie tout en laissant le microcontrôleur fonctionner.

7. Conclusion

Grâce à sa large diffusion, le TP4056 est un circuit très bon marché, quelques dizaines de centimes pour une carte complète. Ce prix très faible ne doit pas être un motif pour le sous-estimer.

A titre de comparaison, une carte Adafruit coûte dix fois plus cher, et n'apporte rien de plus.


Cordialement

Henri