Im Teil 1 habe ich meinen Ansatz für die kabellose Temperaturmessung beschrieben. Die Umsetzung mit der Programmierung und Datenerfassung hat gut geklappt. Zwischenzeitlich habe ich die Testinstallation ein paar Tage draußen laufen lassen. Die Ergebnisse und daraus folgenden Optimierungen folgen jetzt.

In dem Test Aufbau habe ich 2xAA Batterien verwendet. Die beiden Batterien ergeben ca. 3 Volt in einer Reihenschaltung. Der ESP8266 kommt damit recht gut klar und arbeitet selbst bei einer Spannung von 2,6 Volt noch. Der Temperaturfühler jedoch streikt und liefert keine Daten mehr. Daraus folgt, die Spannungsversorgung müsste anders erfolgen und muss so lange wie möglich 3,3Volt betragen. Die beiden Batterien in Reihenschaltung erbringen jedoch keine 3,3Volt. Also bereits nach weniger als einem Tag ist dieser Ansatz nicht überlebensfähig ;-(

Dabei gibt es ein paar Vorgaben zu beachten:

  • Die Batterie sollte ausreichend Ladung haben um ca. 1 Jahr durchzuhalten
  • Die Spannung soll bis zum Ende auf dem Wert 3,3V bleiben
  • Sobald die Spannung unterhalb von 3,3 V absinkt, muss ein Batterietausch angezeigt werden

In vielen Rauchmeldern wird eine 9V Blockbatterie verbaut. Vielleicht ist das ein Ansatz? Die Kapazität einer 9V Blockbatterie ist ca. 1.200mAh. Lässt sich ein Ansatz theoretisch aufstellen?

Folgende Daten habe ich zum Energieverbrauch meines Sensors und kombiniere dieses einmal mit den Daten der Batterie:

  • Die Schaltung benötigt im sleep Modus 15mA
  • Die Schaltung benötigt im aktiven Zustand 85mA
  • Der Spannungsregler benötigt 5mA. Der Wert ist in den o.g. Werten jeweils enthalten
  • Die 9V Blockbatterie hat eine Kapazität von 1.2Ah
  • Die Schaltung verbraucht pro Tag im Sleep 0,015A x 24h = 0,36Ah
  • Die Schaltung verbraucht pro Tag im Sleep 0,085A x 0.06h = 0,0056Ah
  • In Summe also ein Energieverbrauch pro Tag von 0,3656Ah
  • Die Batterie würde rechnerisch ca. 3,2 Tage reichen.

Das ist bei weitem noch kein Jahr, allerdings sind jetzt die Rahmenparameter bekannt. Der entscheidende Wert ist der Verbrauch im sleep-mode und der Verbrauch des Spannungsreglers. 

Versuchsaufbau mit 4x AA, Sleep 15,3mA

Welche Optionen stehen zur Verfügung?

Das ESP Board könnte gewechselt werden, Einsatz einer Variante mit geringerem Stromverbrauch und NUR minimaler Funktionalität. Das mach jedoch nur Sinn, wenn der Stromverbrauch im Standby sich drastisch senkt. Die 5mA des Spannungsreglers sind ein entscheidender Faktor.

Was sind die idealen Parameter?

Ein anderer Ansatz könnte sein, 3-4 AA Batterien zu nehmen. In der Akku Version gibt es ENELOPS mit 2.500mAh. Bei 4 Batterien ist die Spannung hoch genug um lange die 3,3Volt zu halten. Rechnerisch dürfte dann der Verbrauch der Schaltung im Sleep 2,5AH / 365 Tage = 0,007Ah pro Tag nicht übersteigen. Der Stromverbrauch wäre damit im µA Bereich. Erscheint erst einmal nicht realistisch.

Ist das denn überhaupt realisierbar?

Mit dem ESP Board auf keinen Fall und mit der Batteriekapazität ebenfalls nicht. Bevor das nun als nicht realisierbar komplett abgeschrieben wird möchte ich noch die Überlegung anstellen, was ist denn realisierbar? Wie lange würde denn der Aufbau mit den Batterien laufen und welche Optionen gibt es die Laufzeit zu verlängern? Welche Parameter sind zu ändern damit es realisierbar wird?

Akku Betrieb mit Solarpuffer

Der Temperatursensor soll primär draußen eingesetzt werden. Werden Akkus eingesetzt besteht die Möglichkeit diese zu laden. Am besten mit einer Solarzelle.

Fasse ich noch einmal zusammen, 4xAA mit 2,5Ah reichen für genau diesen Aufbau rechnerisch ca. 6,8 Tage. Das müsste jetzt durch einen Versuch bewiesen werden. Würde eine Solarzelle als Ergänzung helfen und reichen die Akkus zu puffern und die Laufzeit zu verlängern? Eventuell die Akkus auf einem Ladestand halten der einen ganzjährigen Betrieb sicherstellt?

Es gibt ein Solarmodul welches passen könnte. Es hat die Abmessungen 115mm x 85mm x 3mm und liefert 5V, 220mA. Diese würde zu den Akkus passen, die haben 1,2V und 4 Stück sind in Reihe geschaltet. Es stehen also zwei Versuche an.

  1. Mit 4x AA die Schaltung laufen lassen und überprüfen, ob die Laufzeit ca 6 Tage entspricht
  2. Wenn der erste Versuch abgeschlossen ist und die Laufzeit im akzeptablen Rahmen liegt, wird ein Solarmodul hinzugezogen für die Ladung der Akkus

Los geht es!