2.7V500Fスーパーキャパシタ*2モジュールとESP8266

- 4.5VチャージしてESP8266を駆動させてみる

- とりあえずUSB電源で給電する

- ソーラーパネルで給電するのはすごい時間がかかりそうだが、一旦考えない

- いつものDCDCを使って3.3Vに昇降圧する

- 電圧をセンシングしてBlynk に送る

- 2VMaxにしてしまったのでちゃんと測定できない・・

- 1:10にした

- ちょっとややこしい

- 0.73という数字の場合・・

- {{calc 0.73/2*11}}V と考える

- 後でファームウェアを変えて11分の1に変更しよう

- 0.73 16:14 {{calc 0.73/2*11}}V

- 0.72 16:18 {{calc 0.72/2*11}}V

- 0.70 16:20 {{calc 0.7/2*11}}V

- 0.59 16:58 {{calc 0.59/2*11}}V

- 0.39 17:57 {{calc 0.39/2*11}}V

- ここで電源断

- 思ったより早かった

- ここまでわりと線形かな

- 0.017V/minくらいかな

- 放電しきるまでどのくらい持つか？

- {{calc (4.5-1.3)/0.017}}min

- 3Hくらい行けそう

- 現状2分毎くらいに起動している

- つまり{{calc 3*60/2}}回測定できる

- 例えば30minごとの測定にすると {{calc 90/(60/30)}}時間持つという計算でOK?

- 自己放電がどのくらいあるかだな

- {{calc (4.5-2.1)/0.017}}min

- 実測で1時間45分くらいだった

https://inline.inajob.tk/img/twitter-5643382/2.7V500F%E3%82%B9%E3%83%BC%E3%83%91%E3%83%BC%E3%82%AD%E3%83%A3%E3%83%91%E3%82%B7%E3%82%BF*2%E3%83%A2%E3%82%B8%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%AB%E3%81%A8ESP8266/d6e04fa2-e7fd-11ed-a923-9a653374a0f8#.png

自然放電(ではなかった、周辺部品の影響）

- 結構自然放電してしまう・・

- 一晩持たせるのは厳しそう・・

測定用の抵抗の問題かな？

10KΩ

- I={{calc 3/10000*1000}}mA

- もう少し絞ってもよいかも

- 22:20 0.64 {{calc 0.64/2*11}}V

- 4:48 0.21 {{calc 0.21/2*11}}V

再度自然放電実験

- 13:34 5Vまでチャージ

- 何もつながず様子を見る

- そこまで自然放電していないな・・

- 測定用の回路が放電してしまったのか・・

省エネ測定

- 無負荷で様子見たらそこまで放電しないので、回路に問題があるような気がしてきた

- 電流を見ながら試すのがよさそう

- 測定用のADCに吸われているのだと思う

- {{calc 4/1000*1000}}mA

- これかな？

- {{calc 0.004*4*60*60}}Wh

測定時だけトランジスタでスイッチして測定する感じにする？

- https://kghr.blog.fc2.com/blog-entry-135.html

#.png

この図はPNPトランジスタ

これはGPIOがHighの時に電気が流れないのでスリープと相性が悪そう

ADCはDeep Sleepのときにどうなるのだろう？吸い込む？

- 測定してみるのが早そう

以下のようなプログラムで良さそう（30sで復帰）

ESP.deepSleep(30 * 1000 * 1000 , WAKE_RF_DEFAULT);

delay(1000)

- ひとまずこっちをやってみるのが良さそう？

- DeepSleep時にADCに吸い込まれるかどうかが気になっているが、測定すればわかるだろう

- Blynk に送るところをArduinoで書き直す必要がある

- 一応これで組んでみた 30s毎に送るコードが出来た

- ESPHomeでこういうのはできるの？

- https://esphome.io/components/output/gpio.html

- この例っぽい

- https://community.home-assistant.io/t/trigger-switch-before-taking-sensor-reading/264790

- intervalを別に用意する

- component.updateでセンサーをkickする

- templateの使いどころはよくわからなかった

- 出来るは出来るけどつらくなったでArduinoに移行

省エネ測定で再実験

間欠動作

- 4Vくらいからスーパーキャパシタで駆動させつつWiFiで電圧を送信する実験

- なぜか起動につまづくことが・・

- 何度か電圧をOFF/ONすると動くようになった。接触不良？

- ESPHomeからArduinoに書き直した

- こっちの方が簡単だなぁ・・

- 測定は30s毎というロジックだがWiFi接続などがあるので・・1minくらい

- ESPHomeよりブートが早い

- NTPへの接続とか証明書の検証をやっていないからか？

20:52 -> 23:01まで動いた。 2時間とちょっと

前より30分ほど長く動いたけど、開始電圧も雑だし、後半は間欠動作の間隔が広くなったりしていたので、まぁ同じくらいだろう

自然放電

- 電源はUSBからとって、何も負荷を接続していないスーパーキャパシタの容量を観察する

- トランジスタで必要な時だけスーパーキャパシタとADCが通電するようにする

- ADCはスリープ時にHiZと仮定する

- 9:35 4.33V

- 13:00 4.16V

- 3時間半で0.27V

- 概算で7時間で0.54V、そこまでリークしなそう

- 計算がおかしいのか電圧は少し狂っている

- 値/1024 * (1/(1 + 10)) で合ってると思うが・・

- トランジスタで何か狂うことがある？。でも大きめに出てるんだよな・・

- これならいけそう

計算

- 4Vチャージで2時間程度動いた、1min間欠として、120回

- 30分ごとに測定すると、60時間動かせる？

30分ごとに測定するように修正し、動作時間を計測

- 雑に3.7Vスタート

- 5時間動作した、つまり10回

- 終端電圧2.08V

- 上の皮算用は役に立たないな・・

温度湿度センサーを使うようにする

- DHT22を使うようにした

- ESP-WROOM-02 のD4にDHT22のデータ線をつなげたが、これを断線しないと書き込みできない事に気づいた

- IO4ってなんの役割も無いのになぜだ？

- USBシリアル変換モジュールのRSTとショートしているのか？

- それなら問題なしだが・・

- とりあえず1回目は送信完了

- 何度か測定完了している

- 結構電気を食っているように見える

- 30分の間欠動作で0.3~0.4V電圧が下がっている

- 雑に計算すると・・{{calc (4-2)/0.4}}回動作でおしまいかな

- センサーなしのときと比べると半分になっている

回路の見直し

- IO4が結線していると書き込みできない問題

> table

3V3, 電源,,-,GND

EN, プルアップ,,,IO16

IO14,,,電圧測定,TOUT

IO12,,, プルアップ, RST

IO13,,,分圧取り込みスイッチ兼DHT22の電源, IO5

IO15,GNDとショート,,-, GND

IO2,3V3とショート,,, TXD

IO0, 書き込みモード切り替え,,, RXD

GND,,,DHT22のData, IO4

わからん

ソーラーパワーでの充電

- 朝、室内

- ソーラーパネル単品では4.5V程度

- 電流計によると0.26mA流れている

- エネルギー保存則でチャージ時間を計算できそう

{{calc 4.5*0.26/1000}}W

{{calc (4.5-2.5)*(4.5-2.5)*250/2}}W/s

{{calc 500/0.00117/60/60}}H?

- 8:30？朝の時点でスーパーキャパシタの電圧は1.428V

- 11:00 1.482V 微増

- これでは間に合わない

- 12:50 日当たりの良いところに置いた

- 今日は風もなく日差しが強いので実験日和

- 0.7mA流れているように見える

- 電圧を測ると目に見えて上昇していたので期待が持てる

- 13:44 3.1V

- 何故か起動はしていないがDCDCコンバータからは3.3Vが供給出来ている

- 手動でリセットしてみたが、起動するか？

- 懸念

- 配線が外れている？

- WiFiが届かない？

- 届いてなかった・・

- 少し持ち上げたら入ったのでサッシに近いとだめとかかも

- 15:00 普通に満充電されていた

- が、WiFiがつかめていなかった

- ベランダとESP8266の相性が悪い？

- 持ち歩いていれば届くんだけどな・・

- 以降7時間動作した

- 終端電圧が3.43Vなのが気になる・・

- 朝の時点で測定すると1.4Vまで落ちていたので、なにかトラブルがあったように見える

考察

- 30分間欠動作と2分間欠動作の違いに注目したい

- 待機時に電力が漏れているように見える

- しかし、今の電力測定回路単品で調べるとそこまで電力が漏れていない

- DeepSleepのときにスーパーキャパシタ流れる電流を計ってみる？

- DHT22を付けたから？

- しかしこの電源もGPIOで制御している

- 待機時にもある程度電力を消費するのはそう

- カタログスペックで10uA

- プルアップしているピンはどうだろう？

- RSTは気になる

ESP8266のWiFiが届く日当たりの良い場所を探す

- ベランダでスーパーキャパシタの組み合わせで動かない

- ノートPCからの給電なら動く

- 電流が取り出せていない？

- DCDCコンバータに問題がある？

- TPS63802

- 電圧を少し上げてみるのはどうだろう？

再実験

- 7H持った（ちょっと足りない）

- ESP8266のWiFiが届く日当たりの良い場所を探す

- どこでやってもだめ

DCDCコンバータの電流問題かどうかを確認する→ビンゴ

2023-06-01. DCDCコンバータの電流問題かどうかを確認する

- 仕様を見る

- スペック的には行けるが・・

- スーパーキャパシタから3端子レギュレータに入れて様子を見るのはどうか？

- 仮にこれで動いてもよくわからんなーという話になるが・

- 繋がったらLEDが光るようにしたので実験は簡単そう

- どうも電源周りが怪しいが・・

- RSTをGNDに落とすと再起動してくれるが、電源のOFF,ONで再起動しないときがある

- モバイルブースターを電源として実験

- DC-DCを経由屋外からWiFiにつながらない

- レギュレータを経由屋外からWiFiにつながる

- 再現したといえる？

- ひとまず3端子レギュレータを使って実験を継続するのはどうか？

- ⭐できた！3端子レギュレーター越しならベランダから通信できた

- さて、これで原因はわかった

- 細かい理由は不明だがTPS63802 を通すとWiFiの接続が不安定になる

- おそらく電圧低下？

- これなら容量の大きなコンデンサを入れればいけそうだが・・

まだ動ける？

- 2.2Vになったが、まだ1時間の間欠動作をしている

- データシートを見ると2.5V~3.6Vが動作範囲となっている

- この範囲で1時間間欠で19時間動作している

- まぁ今回は電圧計、温度、湿度は測定できていないので、もっと消費電力は大きくなりそうだが

- と思ったけど、温度・湿度は取れてそう

暑いとダメか？ → ダメ

- 昼過ぎに急に動かなくなった、室内に戻したが熱が原因だろうか？

- ESP8266が直射日光にさらされていた

- 冷やしてもとに戻るなら、ケースを作ることを検討する

- 冷やしてももとに戻らないなら・・どうしよう

- 復活した

日陰で実験

- ⭐日陰だとソーラーパワーが貯まらない

- ソーラーパネルだけ直射日光に晒して、本体は陰に置く必要がある

- 多分そうだと思うけど直射日光下に置いて充電されるか再確認中

- チャージされてなさそう、、厄介な問題が起きてそう

- 電源を抜いてもチャージされない？

- 部品ごとに状況を確認せねば、、

- 大丈夫だった

- やはり直射日光で充電しないと電力が少ない

急に放電

- スーパーキャパシタに溜まった電力が急に抜けてしまう現象が発生

- なにか暴走していた？

- わからないまま

日当たりの良いといころにパネルを設置、本体は日陰に設置

- どうやるのが良いか・・？

曇の日は充電できない？

- 1.58V 8/7 11:19

- 直射日光じゃなくても2.2Vくらいまでは溜まっていた @12:40

- これは横からESP8266が吸ってたからあまり溜まっていないのではないか

放電してしまった後は充電が難しい？

- ちゃんとDeepSleepしなくて溜まったそばから使ってしまっている？

- とりあえず電源ラインを断線させて充電してみる

- 充電されていた

- これが原因ならツェナーダイオードとかを入れればよいのかな？

- そう簡単ではないっぽい UVLO 付きのレギュレータがあれば簡単

- しかし1Aとか流せるものがあまりない

- 1.5Vくらいまで放電した後に、電源を繋いだまま日向において置いて電力が貯まるかを見ればOK

- ダメでした

2.5V以下で起動するとすぐSleepするようにする

- それでも2.5Vを大きく下回るとダメっぽい

そこからの充電

- 3.8Vまで回復していた。DeepSleepから上がってこない雰囲気だったので自分でResetしてしまったが、これは自動復旧を待てばよかったな

- もう一度同じ実験をしたい

- ダメでした、半死から帰ってこないのか？

- リセットICというのが使えそう

- というかこのICでENを制御すれば良いのかな？

- ENを、落とせばレギュレータが電力を消費しないのかはまだわかってない

- 電流計で測定できることがわかってるので実測してみる

- ENをLOWにした時レギュレータに電流が流れ込まなくなる？

- FalseならEN付きのレギュレータにするのが良さそう

- 安全を考えるならいきなりこれを考えても良さそう

ENをLOWにしたときにレギュレータに電流が流れ込むか？

- USB電源とかでも試せる

- 電流計の1Aのレンジで試すと測定できた

- ENをLOWにすると電流がほとんど流れないことを確認

- DeepSleep時もほとんど流れない

- 電圧検知ICが使えそう

電圧検知ICとEN付きのレギュレータ

- NJM2396 3.3V1.5A

- 秋月が安い

- M51957B

- これで行けるかな？

- 電圧が閾値を超えるとHighになる

- ESP8266のENならこれで良さそう

- ディスコンだ

- ⭐買った

- これがくるのをまっている

電圧検知ICをつかってみた

- ENの制御は期待通りっぽいけど、ESP8266が動き始めないように見える

- ENをOFF,ONするだけではマイコンがリセットされない？

- 手で試したわけではないので怪しい

- 電源が不安定な時期に起動しようとしておかしくなっているのか？

- とりあえずソーラーパネルにつなげて様子を見てみる

- 前よりは早く電力がたまり、そして起動しない、と予想

- 期待通り

- そしてオーバーヒートで起動しなくなったものと思われる・・

- 冷ます・・

気づき

- スーパーキャパシタ側の電源線をOFF,ONすると起動する

- ESP8266側の電源線をOFF,ONしても起動しない

- 意図しない配線になっている気がする

- ESP8266側の電源線以外の経路で電気が言っている気がする

- 今思いつくのはデカップリング用の100uFの電解コンデンサ

- でもこれなら十分長い時間（といっても数秒）断線すれば電力が抜けると思うのだけど・・

- 電圧検知ですごく省エネモードになるから抜けきらない？

- でもそれはどこを断線しても同じか・・

次の作戦

- 3端子レギュレーターを通すなら3.5V程度までしか使えない

- ソーラーパネルでは5Vまでしか上げられない

- レギュレータはTA48033S

- 16Vまで行ける、1Aまで出せる

- 次の構成→まだ試さない

- 16Vスーパーキャパシタ → 思ったより小さかった

- {{calc 100/6}}F

- https://ja.aliexpress.com/item/1005002120052515.html

- どんどん大きくなるな・・

- 輸出規制・・

- 今はまだされていないが・・

- リチウムイオンキャパシタはどうだろう？

- 並列になってる物がないかな？

- ソーラーパネル

- 12V, 16V

- 12Vが良さそう

- 10W12Vとかがある

- https://ja.aliexpress.com/item/1005004841267414.html

- 買ったしめて$23.61

Next Action

- 回路の見直し

- ケースの設計