【はじめに】
当ブログでの電子工作では温湿度計がしばしば登場しますが、決して温度計マニアではありません。各電子部品メーカから多種多様なセンサーが発売させており、特に温湿度計は数多くの種類がありとても興味深く、つい動かしてみたくなります。ん？もしかしてそれを世間ではマニアって言うのですか？さて今回は、ESP32-WROOM-32を使用することで測定値をクラウドに保存も可能な単３電池３本で動作するWFi温湿度計の製作例についてご紹介します。
【システム構成】
通信モジュール
ESP32-WROOM-32(以下ESP32に略)は2.4Ghz帯WiFi＆Bluetoothモジュールです。詳しくはデータシートをご確認いただくこととして、電池駆動させるための重要ポイントである電源系の仕様を確認すると、供給電圧は3.0V～3.6V(typ3.3V)、供給電流はmin500mAとなっています。
アルカリ乾電池を使用する場合、直列接続2本では３V出力となり下限電圧で使えるかどうかのギリギリのラインとなります。直列3本では4.5Ⅴとなり上限電圧のスペックを逸脱してしまうため使用することができません。つまり、2本の場合は電圧を上げる機能を有する昇圧コンバータ回路が必要となり、3本の場合は、電圧を下げる機能を有する降圧コンバータ回路が必要となります。これらの回路をIC単体に周辺回路定数を設計するのは難易度がありますので出来上がったモジュールを使用するほうが簡単です。
電圧コンバータ回路
入手性の良いものとしてはストロベリー・リナックスという電子部品販売業者に次のようなものがあります。
・TI社製TPS61291を実装した昇圧コンバータモジュール：
こちらの性能は入力電圧範囲はDC0.9V～(出力電圧)、出力電圧は2.5V, 3.0V, 3.3Vのどれかを選択設定。EPS32を動作させるためには電池１本あるいは2本を使用して3.0Vまたは3.3Vの出力設定をすることになります。私の場合は単３アルカリ乾電池を２本使用、１分間隔で測定し10分毎にサーバーへ測定値を送信するシーケンスで２か月弱の間稼働していました。なお、温湿度センサーはSHT31を使用しています。最終的に動作が停止した電圧値は約2.2Vでした。乾電池の終止電圧0.9V～1.0Vの約２倍とということでしょうか。
・TI社製TPS63020を実装した昇降圧コンバータモジュール：
こちらの性能は入力電圧範囲はDC1.8V～5.5V、出力電圧はDC5.0Vまたは3.3Vのいずれかを選択設定となっています。昇降圧タイプですので、電池2本あるいは3本で出力3.3Vを得ることができます。こちらの動作期間は実機で確認中ですが、先ほどの通信条件であれば１年程度の動作させることができるのではないでしょうか。なお、両タイプのコンバータモジュールを使用した温湿度計は過去製作して動作させていますが、5年間ほど特に不具合なく動作していますので手軽に使いやすいコンバータモジュールとして優秀なものだと思います。
回路接続ブロック図
上記の２つを揃えることができれば、モジュールを結線するだけですのでそれほど難しいところはありませんがESP32を取り扱い易くするための実装基板を参考に紹介しておきます。こちらの基板にはDEVKITモジュールに搭載されているDCDCレギュレータやUSBシリアル変換IC、インジケータ用LEDは実装されていませんので余分な電流消費を抑えることができます。ただし、プログラムの書き込みはシリアル（UART）端子からとなりますので別途、USBシリアル変換器の準備が必要です。
・変換基板with部品 [P-ESP32E]
・変換基板with部品 [P-ESP32D]
モジュール化された部品があると電子工作がお手軽になりますね。
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