برد ESP32-S3 PowerFeather V2 با پشتیبانی از باتری‌های LiFePO4 و پنل خورشیدی

به گفته CNX Software – Embedded Systems News

breadboard مدل ESP32-S3 PowerFeather V2

breadboard مدل ESP32-S3 PowerFeather V2 یک برد IoT مجهز به وای‌فای و بلوتوث بر پایه تراشه ESP32-S3 با فرم فاکتور Adafruit Feather است که از باتری‌های LiFePO4/LFP و همچنین باتری‌های Li-Ion یا LiPo پشتیبانی می‌کند و ورودی DC تا ۱۸ ولت را برای اتصال پنل خورشیدی می‌پذیرد.

همان‌طور که می‌توان حدس زد، این نسخه یک به‌روزرسانی برای breadboard مدل ESP32-S3 PowerFeather است که در سال ۲۰۲۴ با پشتیبانی از ورودی پنل خورشیدی و باتری‌های Li-Ion و LiPo معرفی شده بود. طراحی نسخه V2 تقریباً مشابه است، با این تفاوت که از یک نمایشگر میزان شارژ (fuel gauge) مدل Analog Devices MAX17260 و یک رگولاتور buck-boost مدل TPS631013 بهره می‌برد که ولتاژ ۳.۳ ولت را برای افزودن پشتیبانی از باتری‌های LiFePO4 ثابت نگه می‌دارد. گفته می‌شود باتری‌های لیتیوم آهن فسفات (Lithium Iron Phosphate) ایمن‌تر و بادوام‌تر از باتری‌های Li-ion یا LiPo هستند، هرچند چگالی انرژی کمتری دارند.

مشخصات ESP32-S3 PowerFeather V2:

• ماژول ESP32-S3-WROOM-1-N8R2
• SoC – تراشه ESP32-S3
• پردازنده – دو هسته‌ای Tensilica LX7 تا ۲۴۰ مگاهرتز
• حافظه – ۵۱۲ کیلوبایت SRAM، ۱۶ کیلوبایت RTC SRAM
• بی‌سیم – شبکه 2.4 گیگاهرتز وای‌فای 4 و بلوتوث 5 LE + Mesh؛ آنتن PCB
• حافظه – ۲ مگابایت QSPI PSRAM
• ذخیره‌سازی – ۸ مگابایت QSPI flash
• USB – پورت USB Type-C OTG برای تغذیه و برنامه‌نویسی
• توسعه
  • ۲ عدد هدر ۱۶ پین با گام ۲.۵۴ میلی‌متر و ۲۳ پایه GPIO چند منظوره:
  • قابلیت پشتیبانی از UART، I2C، SPI، I2S، SDIO، PWM، CAN، RMT، دوربین و LCD
  • آنالوگ – قابلیت ورودی آنالوگ تا ۶ کانال
  • ورودی لمسی – قابلیت ۵ ورودی لمسی
  • قابلیت ۱۲ پایه RTC (نگهداری پین در وضعیت خواب عمیق، منبع بیدارباش)
  • ورودی Semitec 103AT روی سوراخ پین ترمیستور
  • کانکتور ۴ پین JST SH STEMMA QT با رابط I2C
• متفرقه
  • دکمه‌های User و Reset
  • LED وضعیت شارژ (قرمز)، LED کاربر (سبز)
• مدیریت توان
  • منبع تغذیه
    • ۵ ولت/۲ آمپر از طریق پورت USB-C (VUSB)
    • ۵ ولت تا ۱۸ ولت DC تا ۲ آمپر از طریق پین VDC
    • تا ۴.۲ ولت/۲ آمپر از طریق کانکتور ۲ پین باتری JST PH؛ شارژر باتری BQ25628E
    • ولتاژ تغذیه تثبیت شده (می‌تواند برای تنظیم ولتاژ MPP استفاده شود)
  • خروجی
    • ۳.۳ ولت تا ۱ آمپر مشترک بین breadboard، پین هدر 3V3 و کانکتور VSQT STEMMA QT
    • ۳.۳ ولت تا ۴.۲ ولت تا ۳ آمپر مشترک بین breadboard و پین هدر VBAT
    • ۵ ولت تا ۱۸ ولت تا ۲ آمپر مشترک بین breadboard و پین هدر VS
    • رگولاتور buck-boost مدل TPS631013 با خروجی ۳.۳ ولت
  • مانیتورینگ
    • تغذیه – اندازه‌گیری جریان و ولتاژ، تشخیص سلامت منبع تغذیه
    • باتری – اندازه‌گیری ولتاژ، جریان (شارژ/دشارژ) و دما؛ تخمین میزان شارژ؛ تخمین سلامت و تعداد سیکل؛ تخمین زمان تا تخلیه و زمان تا شارژ کامل؛ هشدار شارژ کم و ولتاژ بالا/پایین
    • نمایشگر میزان شارژ MAX17260 با پشتیبانی از ترکیبات شیمیایی Li-Ion، LiPo و LiFePO4
  • محافظت باتری
    • تشخیص کاهش ولتاژ (Undervoltage) در ۲.۲ ولت، بازگشت در ۲.۴ ولت
    • تشخیص افزایش ولتاژ (Overvoltage) در ۴.۳۷ ولت، بازگشت در ۴.۲۸ ولت
    • محافظت در برابر جریان بیش از حد در ۳ آمپر
    • تایمر ایمنی شارژ قطره‌ای (Trickle charging) ۱ ساعته
    • کاهش جریان شارژ بر اساس دما (مطابق استاندارد JEITA)، قطع شارژ در ۰ درجه و ۵۰ درجه سانتی‌گراد
  • متفرقه – فعال/غیرفعال کردن 3V3؛ فعال/غیرفعال کردن VSQT، فعال/غیرفعال کردن FeatherWing
  • حالات توان – حالت Ship، حالت Shutdown و Power cycle
• مصرف توان با استفاده از BATP (در حدود ۳.۷ ولت) در مقایسه با V1
  • خواب عمیق (Deep-Sleep)، نمایشگر شارژ فعال: ۲۴ میکروآمپر در مقابل ۲۶ میکروآمپر (اولیه) و ۱۸.۵ میکروآمپر (ثبیت شده)
  • خواب عمیق، نمایشگر شارژ غیرفعال: ۱۹ میکروآمپر در مقابل ۱۸ میکروآمپر
  • حالت Ship، نمایشگر شارژ غیرفعال: ۱ میکروآمپر در مقابل ۱.۵ میکروآمپر
  • حالت Shutdown، نمایشگر شارژ غیرفعال: ۱ میکروآمپر در مقابل ۱.۴ میکروآمپر
• ابعاد – ۶۵ در ۲۳ در ۷ میلی‌متر (فرم فاکتور Adafruit Feather، پشتیبانی از FeatherWings)؛ ۲ عدد سوراخ نصب ۲.۵ میلی‌متری

دیاگرام پایه ها (Pinout) – در نسخه V2 بدون تغییر مانده است.

مقدار مصرف توان به دلیل رگولاتور و نمایشگر شارژ جدید تغییر کرده است، اما همچنان در همان محدوده باقی مانده است.

همراه با سخت‌افزار، PowerFeather-SDK V2 نیز برای برنامه‌نویسی breadboard با Arduino IDE یا فریم‌ورک ESP-IDF منتشر شده است. تغییر اصلی، افزودن پشتیبانی از LiFePO4، به ویژه برای پیکربندی شارژر و نمایشگر شارژ است. کدهای نمونه، اطلاعات باتری و منبع تغذیه را گزارش می‌دهند، اما نیازی به نگرانی در مورد نوع باتری نیست زیرا به طور خودکار توسط SDK تشخیص داده می‌شود.

مستندات بردهای نسخه V1 و V2 بسیار دقیق به نظر می‌رسند و شامل راهنماهایی برای کاهش مصرف توان، استفاده از پنل خورشیدی و ساخت یک دستگاه ESPHome هستند.

اتصال مستقیم پنل خورشیدی

در حین جستجو برای بردهای ESP32 جایگزین با پشتیبانی از باتری LiFePO4، مورد دیگری پیدا نکردم، اما متوجه شدم چندین نفر در تلاش برای اتصال این نوع باتری به بردهای ESP32 خود هستند، بنابراین این محصول می‌تواند برای برخی مفید باشد. با این حال، ما پیش‌تر چندین راهکار Raspberry Pi سازگار با باتری LiFePo4 را پوشش داده بودیم، از جمله LiFePO4wered/Pi+ UPS HAT و اخیراً AQEX qUPS-P-BC-2.0 UPS HAT که با انواع ترکیبات شیمیایی باتری از جمله LFP کار می‌کند.

قیمت ESP32-S3 PowerFeather V2 مشابه نسخه V1 است و این breadboard با قیمت ۳۰ دلار در Elecrow عرضه می‌شود. در مورد قیمت باتری‌های LiFePO4 کنجکاو بودم؛ قیمت‌ها برای یک باتری ۳.۲ ولت / ۷۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت از حدود ۴ دلار شروع می‌شود.