Un capteur météo extérieur alimenté par un panneau solaire (2/6)
A la suite de l’article d’intro sur la domotique, j’espère que vous êtes allés voir les vidéos des @lfpoulain! Ce que je vous propose dans cet article, c’est de se fabriquer un capteur météo d’extérieur alimenté par un panneau solaire pour récupérer température et humidité et les envoyer au serveur Domoticz. Dans la mesure où ce capteur sera en extérieur, il faudrait qu’il soit alimenté sur batterie et que cette batterie puisse être rechargée par un panneau solaire. Je pourrai ainsi le mettre où je veux pour optimiser l’ensoleillement et surtout il sera autonome.
Ce qu’il te faut:
- DHT22 pour récupérer la température et l’humidité
- panneau solaire
- Batterie LiPo 3.7 1500mAh
- TP4056 qui est un chargeur avec protection de batterie LiPo
- ESP12-F, c’est ce que j’avais en soute mais un Wemos d1 mini fera tout aussi bien l’affaire
- 1 résistance 10k pour réduire le signal envoyé vers l’ADC de l’ESP12-F
Principe du circuit
D’abord, le panneau solaire alimente le TP4056 en lieu et place du câble USB que l’on voit sur la photo ci-dessus. La batterie se connecte sur les bornes BATT +/-, en toute simplicité. J’ai choisi de connecter les bornes de sorties à un connecteur USB type A qui associé à un connecteur femelle/mâle me permet d’utiliser la prise micro USB de l’ESP12-F. La batterie délivre au maximum 4.2V et permet au module de fonctionner jusqu’à 3.5V (valeur empirique constatée, probablement du fait de la présence du régulateur LDO).
Ce LDO régule la tension du 12-F à 3.3V. Le module DHT22 est dimensionné pour fonctionner de 3.3V à 6V. Il suffit donc de le connecter aux bornes VCC et GND. Les données mesurées sont elles envoyées par la broche DATA du module que je connecte ici à la GPIO-14 de l’ESP. J’ai flashé a préalable le module Wifi avec la version ESPEAsy Mega du 28/03/20. Après avoir configuré le serveur Wifi, le CONTROLLER vers Domoticz, il suffit de configurer la broche adéquate en INPUT dans la section HARDWARE.
Le module DHT22 est parfaitement intégré à ESPEasy. La création d’un nouveau DEVICE est très simple, il suffit de lui indiquer le modèle du capteur et le reste coule de source. J’ai choisi un DHT22 car il est plus précis que le DHT11.
Connaître l’ensoleillement reçu par le panneau solaire (c.à.d le niveau de la batterie)
l’ESP12-F est doté d’un ADC qui en recevant un signal entre 0 et 1V est capable de mesure l’état de la tension reçue, notamment de la batterie. Le module wifi sur sa broche ADC a déjà un diviseur de tension prêt à gérer une tension de 3.3V. Or, la batterie va délivrer 4.2V au maximum de sa charge. Il faut donc renforcer ce pont diviseur en lui ajoutant tout simplement une résistance. Ensuite, dans ESPEasy, je crée un nouveau DEVICE de type Analog Input, ce qui va nécessiter un peu de paramétrage. Dans le cas présent, 0V ne nous intéresse pas, c’est en-dessous de 3.3V que le module ne fonctionnera plus. Une calibration fera l’affaire et tout est prévu dans ESPEasy. Chaque circuit étant différent, perso j’ai testé l’état de charge maximal et regardé la valeur donnée, appelée « current ». Puis, un état bas à 3.6V.
Enfin, ESPEasy permet d’appliquer une formule. Plutôt que voir afficher une tension en V, voilà l’occasion de transmettre un pourcentage de batterie. Dans une plage de 4.2V à 3.6V (pour moi), la formule suivante ramène l’affichage de 0 à 100%:
Un boîtier pour le tout
Maintenant que le circuit est prêt, il faut lui trouver un boîtier à ce capteur météo d’extérieur avec panneau solaire. C’est l’occasion de faire un peu d’impression 3D après avoir créé le design sur Fusion 360. Perso, j’en ai profité pour affiner le profil d’impression de mon Alfawise U20 One et je suis assez content du résultat.
Vue de côté du boîter partie basse Vue du dessus de la partie basse du boîter
Ce capteur sera en extérieur et il n’est pas exclus que de l’humidité vienne se glisser à l’intérieur. Il convient donc de protéger les soudures et connections par des gaines thermorétractables.
Maintenant la partie haute avec le panneau solaire. Il est important qu’il soit incliné pour améliorer le rendement du panneau. Je le positionne sous un auvent et la tension délivrée est de minimum 5V avec l’inclinaison alors que cela descend sous les 5V mis à plat.
L’énergie solaire pour être aunotome Support du panneau solaire
Petit détail, il arrive que les capteurs ou que le module bug. Il est donc important de pouvoir garder la capacité de faire un reset de l’ESP sans avoir à tout démonter. J’ai donc prévu une encoche dans la partie basse du boîtier pour pouvoir y accéder facilement de l’extérieur.
S’assurer que le capteur soit autonome
Le but étant de rendre le capteur autonome, il est important de maîtriser ca consommation électrique. Faire des relevés de mesure en permanence n’a pas d’intérêt en soi. ESPEasy (onglet config) donne l’accès à la fonction DeepSleep de l’ESP12-F (fonctionnalité accessible sur les autres modules utilisant un ESP8266 ou un ESP32). Je choisis donc de réveiller mon capteur toutes les 10′ (600 secondes, unité demandée dans l’interface ESPEasy) et de le remettre en sommeil au bout de 2 minutes. Je fais ainsi 2 mesures par période d’éveil avec envoi vers mon serveur Domoticz. Mon capteur tourne depuis plusieurs jours et l’état de charge de la batterie oscille dans une moyenne acceptable pour passer la nuit.
IMPORTANT: Les tests ont été faits au mois d’avril, avec un ensoleillement variable. De nuageux à très ensoleillé, pas de souci. A suivre en hiver quand les nuits durent plus longtemps pour votre installation. N’allez pas trop proche des limites de la batterie. Un éveil de 15 secondes et un réveil toutes les 20 minutes feront très bien l’affaire par exemple.
Voilà pour le capteur météo extérieur alimenté par un panneau solaire. Il est évidemment possible de faire la même chose en intérieur, sans panneau solaire mais une consommation minimale avec une batterie adaptée ne devrait pas être un problème. Le modèle et le fichier Gerber sont disponible sur GitHub.
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