¿Te interesa saber mi forma
de alimentar pequeños proyectos? Después de muchas
discusiones y evaluaciones, creé una lista de favoritos con soluciones para los cinco
casos de uso más comunes. ¿Por qué los elegí
y cómo puedes construirlos tú? Después del video, vas a tener
un árbol de decisión para tus proyectos futuros. ¡Saludos, youtubers!
Les habla el del acento suizo. Con un nuevo episodio e ideas
innovadoras sobre sensores y microcontroladores.
Recuerda que, si te suscribes,
siempre estarás en primera fila. Como la mayoría de los microcontroladores
y sensores actuales funcionan con 3,3 voltios, me concentraré en este voltaje
y usaré el ESP32 como ejemplo. Sin embargo, los conceptos pueden aplicarse
a cualquier otro que use 3,3 voltios. Por desgracia, no existe una fuente
de alimentación de "talla única". Por eso hago lo que
siempre deberíamos hacer: me centro en diferentes casos de uso. El primero es sobre dispositivos
alimentados por la red eléctrica como este receptor para
mi estación meteorológica o el receptor Bluetooth para
mi balanza Xiaomi del video #307. #2: dispositivos que funcionan con energía
solar como mi sensor de luz. #3: dispositivos que funcionan
a batería para uso continuo, como estos pequeños receptores
para globos meteorológicos o este rastreador LoRa. Ambos dispositivos solo
se utilizan para operaciones cortas. Caso de uso #4: Dispositivos que funcionan a batería
que funcionan 24/7, y que se activan seguido, como
sensores de temperatura y humedad. #5: dispositivos que
monitorean un evento y solo funcionan durante
breves momentos, como este notificador de buzón de
correo o este Amazon Dash Button.
¿Cuál es mi solución para
el caso de uso más simple, los dispositivos
alimentados por la red? Yo uso unas económicas placas
de desarrollo USB estándar o de 5 voltios porque no tienen que
ahorrar energía para esta aplicación. También ofrecen un conector USB
para la programación y la depuración. Por cierto, esta mini placa
es mi favorita en este momento porque tiene muchos
pines y es pequeña. La mayoría de las veces, sueldo
los cables directamente a la placa sin pin headers. Para la alimentación, por lo general
uso una fuente USB barata y, si quiero que todo esté
en una única caja compacta, agrego una fuente de alimentación
pequeña de 5 voltios como esta directamente en la caja del proyecto
como lo hice para este Watchdog de domótica del video #385.
Por cierto: los enlaces a los productos
que uso están en la descripción del video. Si temes que haya
cortes de energía, te sugiero que uses una de las
placas que funcionan a batería que probé en el video #387. Tienen todos los circuitos necesarios para cargar una batería
de iones de litio. Dichas placas sobrevivirán a cortes
de energía de muchas horas sin problema. Aquí mi favorita tiene el mismo diseño
con circuitos de batería adicionales. Por favor asegúrate de usar
un cable USB corto o de calidad. De lo contrario, los ESP32
pueden crear caídas de tensión debido a la pérdida del cable.
¿Qué hay del segundo caso de uso? Sirve principalmente
para aplicaciones al aire libre donde podemos usar energía solar. Hoy en día, los paneles
solares pequeños y baratos proporcionan suficiente energía
para un proyecto cualquiera. Claro que necesitamos una
batería para subsanar los momentos sin sol. No, no una Powerwall Tesla, solo una pequeña
celda de iones de litio. En este escenario, no tenemos
que ahorrar cada microamperio. Sugiero usar un panel
solar de 5,5 o 6 voltios. Luego, podemos usar un simple
cargador de iones de litio TP4056 con una ruta de alimentación,
como muestro en el video #383, para cargar una batería de 3,7 voltios. Debido a que la tensión máxima
de esas baterías es de 4,2 voltios, y casi ningún microcontrolador de 3,3 voltios
está clasificado para este voltaje, tenemos que agregar
un regulador de 3,3 voltios entre la batería y el microcontrolador.
La mejor solución es usar
una placa así con un módulo de base, un regulador HT7333
y uno o dos condensadores, como sugiere la hoja de datos. Estas placas solo consumen microamperios
durante la suspensión. Para la programación, uso
un adaptador de USB a serie como este. Asegúrate de tener un modelo
con una función de 3,3 voltios. También puedes usar placas
estándar que funcionen a batería porque los chips de las placas
deberían soportar hasta 6,5 voltios. Pero, de nuevo, consulta el diagrama
y las hojas de datos antes de intentarlo. Por cierto: yo suelo eliminar todos los LED en esas placas porque solo consumen energía
si se implementan en una caja.
¿También se pueden utilizar placas
de desarrollo estándar sin batería? Sí, pero sugiero usar
un regulador HT7333 y conectar la alimentación
al pin de 3,3 voltios porque los reguladores AMS1117 estándar dejan de funcionar
a aproximadamente 4 voltios. La baja caída (low-dropout)
es solo marketing en este caso. Ten en cuenta que estas placas necesitan
bastante energía durante la suspensión debido a las piezas
adicionales de la placa. El siguiente es el caso de uso #3, dispositivos portátiles usados
para operaciones breves como el receptor para buscar
globos meteorológicos o mapear la cobertura
de la puerta de enlace.
Funcionan a batería
y no duermen nunca. Me encantan esas placas TTGO
porque tienen una pantalla incorporada. Incluso hay versiones
con un chip LoRa incorporado. Luego puedes decidir
si quieres un conector SMA montado en la placa o conectado
a través de un cable flexible. Crear cajas es más fácil para
la versión que viene con una cola. Sin embargo, prefiero la versión SMA.
Para todas las aplicaciones basadas
en ubicación, la T-Beam es perfecta. Tiene una batería, un GPS y un chip
LoRa incorporado y es muy compacta. Si quieres agregar una pantalla OLED, asegúrate de elegir la que
tenga el pinout correcto. La puedes encargar
junto con la placa. Así al menos sabrás
quién es el responsable si no encaja. Por cierto: utiliza el chip
AXP192 para la alimentación. Este es un muy buen chip,
que también tiene una función de encendido y apagado
incorporada, por ejemplo. La única desventaja
de la mayoría de las placas TTGO son las diferentes versiones
con diferentes pinout. Su nomenclatura no es nada intuitiva, y debes prestar mucha
atención para darte cuenta de qué versión tienes
y qué pinout tienes que usar. También ten en cuenta que no es común
que usen los pines I2C estándar. Por lo tanto, debes seleccionar
la placa correcta en tu IDE.
Si no, las definiciones
de los pines estarán mal y la pantalla permanecerá negra
o los sensores no funcionarán. Al menos tienen toda la información, incluidos los diagramas
publicados en Github. De verdad espero que aprendan algo y
les pongan nombres claros a sus placas y los impriman en las placas. Parece que las más nuevas al menos
tienen las versiones marcadas en la serigrafía.
¿Qué pasa con el caso de uso #4, que también funciona
a batería, pero funciona 24/7? Para que la batería tenga vida útil, estos dispositivos duermen
la mayor parte del tiempo y se despiertan periódicamente. Aquí, cada microamperio cuenta porque
reduce la vida útil de la batería. Después de algunas iteraciones, llegué a la conclusión de que, como estos dispositivos funcionan durante
meses o incluso años con una sola batería, omitir un circuito de carga incorporado
reduce muchísimo la complejidad de nuestro diseño
y aumenta su autonomía. Incluso podrías usar baterías
desechables en lugar de recargables. Reemplazar las baterías
una vez al año suele ser más fácil porque cargar una batería lleva mucho
más tiempo que simplemente reemplazarla. Por desgracia, no veo muchas placas
listas para usar para este caso de uso. ¿Veremos algún cambio en el futuro? La versión más simple usa una batería
LiFePo4 en lugar de una batería de iones de litio y la conecta directamente
a un módulo barebone.
Debido a que las baterías LiFePo4 tienen
un voltaje máximo de 3,6 voltios, no necesitamos un regulador,
por lo que podemos evitar sus pérdidas. Las baterías LiFePo4 se hicieron
más populares a lo largo de los años y hay varias versiones. Le mostraré el uso adecuado
de dichas baterías en un video futuro. Para extender la vida útil de la batería
aun más, puedes usar la Trigboard, que está optimizada para
un consumo de corriente muy bajo y ofrece activaciones periódicas
sin suspensión. Si quieres usar pilas desechables, puedes elegir entre dos o tres pilas AAA o una pila de litio CR123A de 3V. Debido a que la tensión
máxima de tres celdas AAA es más de 3,3 voltios, necesitas un regulador de tensión, y con solo dos de ellos, tu procesador dejará de funcionar
antes de que se vacíen. Pero tienen una corriente
de autodescarga menor que las baterías recargables y tampoco
necesitan un protector de baja tensión que también consume
algunos microamperios.
La suspensión tiene dos ventajas: el microcontrolador puede activarse
sin un disparador externo y la memoria RTC en el ESP32 mantiene
su información durante la suspensión. Otros chips, como el viejo Atmel, también
guardan sus datos durante la suspensión. ¿Qué falta? Un caso de uso parecido
al que acabamos de comentar. La principal diferencia es que
lo activa una fuente externa. Buenos ejemplos son este Amazon Dash Button o este notificador de buzón. Tal vez les muestre mi diseño
más nuevo en un video futuro. Aquí tenemos dos opciones: Podemos poner la placa en suspensión y activarla con un impulso
de disparo externo.
O la apagamos completamente
con un interruptor mecánico. Si usamos la suspensión, las consideraciones de diseño son
las mismas que en el caso de uso n.°4 porque el microcontrolador
está siempre encendido y la mayor parte
del tiempo, en suspensión. Sin embargo, si podemos
usar un interruptor mecánico, tenemos una opción más: podemos apagar la placa por completo
y encenderla con el interruptor mecánico. Esto tiene la ventaja de que
no consume corriente si no se aciva. En especial para situaciones en las que no esperamos
muchas activaciones por vez, esta es una excelente solución. Se espera que un sensor
de ventana contra ladrones, por ejemplo, no se active
con demasiada frecuencia. O que el notificador de mi buzón
solo se active dos veces al día: una vez para el periódico de mi esposa
y otra para los paquetes de China para mí. El resto del tiempo,
está completamente apagado.
Hay un problema que debe resolverse
para muchas aplicaciones: si el interruptor mecánico se enciende
por poco tiempo para transmitir un mensaje, tenemos que agregar
algunos circuitos adicionales. En el video #101, les mostré una
posibilidad con solo un FET Canal P. Sin embargo, no es confiable porque depende del circuito
interno del microcontrolador. Por eso propongo añadir
un segundo FET. Aquí está el diagrama. Estos transistores están conectados
en paralelo al interruptor mecánico y se operan mediante un pin. Tan pronto el interruptor mecánico
enciende el microcontrolador, enciende este FET Canal N. Ahora, la puerta de este FET Canal P
está a casi cero voltios, y existe una ruta paralela
para alimentar el microcontrolador. Cuando el interruptor está apagado, el ESP32 se sigue alimentando
a través del FET Canal P.
Tan pronto se
realizan todas las tareas, el microcontrolador se apaga
y espera el siguiente disparador mecánico. Si usas un TO-220 y un FET SMD, fácilmente puedes crear
una placa así de pequeña. La Trigboard también funciona
para este caso de uso. Y Tobías construyó el MicroWakeupper
con el mismo propósito. Estas placas también apagan el microcontrolador y, por lo tanto,
pierde todos los datos. Imagina que quieres
conservar la información, almacenarla en una memoria
no volátil o EEPROM antes de apagar el microcontrolador. Ten en cuenta que
las EEPROM se desgastan y probablemente no puedas hacer
esto más de 10000 veces. Pero eso alcanza para mi
notificador de buzón. ¿Olvidé tu caso de uso? ¿O tienes mejores soluciones? Por favor comenta
y aprenderemos juntos. Prometí hacer un diagrama de flujo simple
para la toma de decisiones: aquí está. Solo responde las preguntas y llegarás
al caso de uso y la solución que propongo. ¿Qué tenemos que recordar? No hay una "talla única". Pero si distinguimos los casos de uso, podemos determinar la mejor
solución para cada caso.
Casi todas las placas y proyectos
actuales usan baterías de iones de litio. Sin embargo, las baterías LiFePo4
suelen ser la mejor opción. Cada vez se consiguen más fácil. Los dispositivos
con bajo consumo de energía no necesitan un circuito
de carga integrado. A menudo es mejor usar
baterías reemplazables porque reemplazar una batería cada año es más fácil que recargar
dispositivos remotos. Por desgracia, todavía no hay muchos
dispositivos de ese tipo en el mercado. La Trigboard y la MicroWakeupper son placas
interesantes para casos especiales. Sin embargo, no son baratas. Como siempre, todos los enlaces
importantes están en la descripción. Espero que este video haya sido
útil o, al menos, interesante. Si es así, considera apoyar el canal
para que haya más videos en el futuro. Gracias. ¡Adiós!
[Subtítulos de Luciana Magnoli.]