Modules Yoctopuce, MK805 et panneaux solaires

Modules Yoctopuce, MK805 et panneaux solaires

Il y a une question qui revient assez souvent dans l'équipe Yoctopuce, c'est: comment faire marcher des modules Yoctopuce au milieu de rien, au fond du jardin par exemple?. En effet, il y a peu de chance d'avoir une source d'électricité au fond du jardin, en ne parlant même pas d'une connexion USB. Par contre, il y a du soleil, et on peut facilement faire en sorte qu'il y ait aussi du Wifi. Nous ne sommes pas des spécialistes du solaire, mais les modules Yoctopuce consommant en moyenne 125mW, ça ne devrait pas être bien compliqué de les faire fonctionner avec un panneau solaire...

On a donc décidé de réaliser une expérience visant à déterminer le dimensionnement des divers éléments nécessaires au fonctionnement solaire des modules Yoctopuce. Cette expérience se présentera sous la forme d'une boîte contenant des modules Yoctopuce et qui devra être capable de fonctionner si possible H24.

Les différents éléments de l'alimentation
Pour faire fonctionner un appareil à l'énergie solaire, on ne peut pas simplement se contenter de le raccorder à un panneau solaire, on a besoin d'un certain nombre d'éléments. Il nous faut:

Le panneau solaire de 5 watts La batterie
Le régulateur solaire Le convertisseur DC/DC  12V->5V
Les différents éléments de l'alimentation



Un panneau solaire, on a choisi un petit panneau mono-cristallin de 5W, ce qui veut dire que le mieux qu'on puisse espérer de ce panneau c'est 5W en plein soleil.

Une batterie, on a réutilisé la batterie du lanceur de fusées, c'est une batterie de scooter de 3Ah, de marque inconnue.

Un régulateur solaire, qui a pour tâche de charger la batterie grâce au courant qui vient du panneau, et alimenter les consommateurs. Il est aussi capable de couper automatiquement les consommateurs pour éviter que la batterie ne se décharge trop et ne se détériore.

Un convertisseur DC/DC: c'est un appareil électronique qui convertit les 12V continu de la batterie en 5V continu. On a décidé de réutiliser celui du lanceur de fusées.

La partie alimentation
La partie alimentation




La partie Yoctopuce
On a choisi d'utiliser un Yocto-Volt pour surveiller la tension de la batterie, un Yocto-Temperature pour surveiller la température à l'intérieur de la boîte et un Yocto-Relay pour pouvoir commander un petit ventilateur: nul doute qu'il va faire très chaud dans cette boîte lorsqu'elle sera en plein soleil.

Un Yocto-Relay, un Yocto-Volt, et un Yocto-Temperature
Un Yocto-Relay, un Yocto-Volt, et un Yocto-Temperature




La partie contrôle
On a l'alimentation, on a les modules, il faut d'une manière ou d'une autre trouver un moyen de contrôler ces modules: on a choisi le tout nouveau MK805. Il s'agit a priori du grand frère du MK802 qu'on a déjà eu l'occasion de tester sous Linux. La grosse différence réside dans dans sa carte Wifi a priori de meilleure qualité que cette du MK802 et son antenne externe qui peut être déportée.

Le MK805
Le MK805



Le MK805 fonctionne parfaitement en utilisant la même image Linux que le MK802. L'idée est de faire tourner sous Linux avec un script en Python qui:

1- Relève la température dans la boîte et la tension de la batterie et les poste sur le site de Yoctopuce

2- Allume le ventilateur quand il fait trop chaud.

La boîte
On a choisi une de ces boîtes de rangement munies d'un couvercle, mais on l'utilise à l'envers: le couvercle sert de base et le bac lui-même sert de couvercle, ainsi la pluie a peu de chance de renter à l'intérieur et tous les éléments sont facilement accessibles quand le "couvercle" est ouvert.

La boîte solaire: vous remarquerez qu'il se met à pleuvoir dès qu'on la sort :-(
La boîte solaire: vous remarquerez qu'il se met à pleuvoir dès qu'on la sort :-(


L'intérieur de la boite
L'intérieur de la boite



Premiers essais
Les premiers essais ne sont pas très encourageants:

A vide, le convertisseur DC/DC consomme 88 mA sous 12 volts, cela fait déjà 1W consommé à ne rien faire.

Si on branche le MK805, la consommation passe à 300mA, et enfin si on ajoute les modules, on se retrouve une consommation de 450mA, toujours sous 12V, et qui nous fait 5.4 W

Première observation : on consomme plus que ne peut fournir le panneau solaire en plein soleil. Deuxième observation : la batterie étant capable de fournir 35Wh, on ne peut tenir que 6 heures et demie sur la batterie, soit même pas une nuit complète.

On pourrait augmenter la taille du panneau solaire et de la batterie jusqu'à ce qu'ils soient capables de fournir assez d'énergie, mais la taille de l'ensemble risque de rapidement devenir déraisonnable. Il faut absolument trouver un moyen de consommer moins d'énergie.

Première optimisation
A y réfléchir, on n'est pas obligé de faire des mesures en permanence, une mesure toutes les 5 minutes est amplement suffisant. Il faudrait arriver à allumer l'installation toutes les 5 minutes, faire les mesures puis l'éteindre ensuite.

Pour cela, il on va utiliser une astuce qui tient compte du fait qu'un module Yoctopuce n'a pas forcément besoin d'un link USB: il fonctionne pour autant qu'il soit alimenté. On va installer un Yocto-Relay sur l'alimentation 5v du MK805 et des modules de manière à ce qu'il puisse couper leur alimentation quand il est activé.

Ce Yocto-Relay sera commandé par le MK805, mais alimenté directement depuis le régulateur DC/DC, ce qui fait qu'il sera toujours sous tension et donc en état de fonctionner quel que soit l'état du MK805.

L'idée est de programmer le MK805 pour qu'il se saborde en envoyant la commande PULSE du Yocto-Relay. Cette commande activera le relais pour un temps déterminé ce qui coupera ainsi l'alimentation du MK805 et des autres modules. Une fois ce temps écoulé le relais se désactive tout seul rétablissant ainsi l'alimentation du MK805 et des modules.

Cette technique plutôt brutale va probablement faire hurler les puristes: il est possible que l'OS du MK805 n'apprécie pas trop ce traitement, mais cela vaut le coup d'essayer.

Utiliser un Yocto-Relay pour  couper puis rétablir l'alimentation du MK805 après un temps donné
Utiliser un Yocto-Relay pour couper puis rétablir l'alimentation du MK805 après un temps donné



Le prix à payer est la consommation du relais pendant qu'il est activé, à l'usage, on voit que le convertisseur DC/DC consomme 125mA quand l'installation est en veille. Soit trois fois moins que quand elle est active.


Bilan après quelques jours de fonctionnement
Voici un graphe en temps réel de la température de la boîte et de la tension batterie.


Le MK805 se comporte remarquablement bien comparé à un MK802, la portée Wifi, bien que meilleure que celle du MK802 n'est pas fantastique mais surtout le MK805 arrive à récupérer le link Wifi après l'avoir perdu, ce qui n'est pas le cas du MK802.

Par contre, côté optimisation électrique il y a encore du travail pour obtenir une installation capable de tenir H24. Le problème ne vient pas tant des modules Yoctopuce qui ne consomment pas grand chose, que de l'électronique de contrôle:

- Le convertisseur DC/DC consomme clairement trop
- Le panneau solaire est un peu petit.
- On s'est rendu compte que la batterie toute neuve, vendue pour 3Ah n'en fournissait que 1.6.

A l'heure actuelle, l'installation fonctionne tout juste en plein soleil et elle s’arrête au bout de quelques heures dès qu'il fait nuit ou quand il pleut :-(

Mais on ne compte en rester là: on a prévu quelques améliorations. On vous tiendra au courant des évolutions de la boîte solaire sur sa page dédiée.

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1 - enair Mardi 08 avril 2014 9H24

bonjour, si vous avez besoin d'un coup de main pour développer votre solution je peut vous aider.
enair

2 - martinm (Yocto-Team)Mardi 08 avril 2014 9H32

@enair: merci, mais en matière de solution solaire on a bien progressé essentiellement grâce au YoctoHub-Wireless, plus de détails ici:
www.yoctopuce.com/FR/article/une-station-meteo-solaire-autonome
www.yoctopuce.com/FR/article/boite-aux-lettres-yoctopuce-le-retour-de-la-revanche

Yoctopuce, get your stuff connected.