Les petites loupiotes solaires à LED ont envahi nos jardins : peu chère, pratique ... elles ont aussi une durée de vie très limitée. J'en ai une bonne 50e à ma disposition, voyons si nous pouvons nous en servir à quelque chose ...

Si on fait abstraction du pied, ce genre de loupiote se compose de :

• une cellule photo voltaïque généralement de faible puissance pour des raisons de coût, mais aussi car elle n'a besoin que de recharger la petite pile
• une pile accus généralement LR3 ou si vous avez plus de chance, LR6.
• une LED généralement blanche
• un peu d'électronique

Pour ces tests, nous allons utiliser ce modèle "de luxe" avec une cellule de 39x39mm de référence TRONY SC3939S et dont l'électronique est centrée sur un circuit YX805. Elle comporte une LED blanche et une LED multicolore (le luxe je vous dis !)

Il est extrêmement rare d'avoir la référence de la cellule, profitons-en pour essayer de trouver ses caractéristiques ... ce qui m'a conduit à cette page : en environnement optimum, elle peut délivrer jusqu'à 33.6mA sous 1,7V soit une puissance impressionnante de 57mW !!! En encore, c'est en situation idéale que nous n'atteindrons sans doute jamais in situe.

Le circuit autour du YX805 semble correspondre à son datasheet à savoir celui de gauche lorsque la LED blanche est sélectionnée, celui de droite lorsqu'il s'agit de la LED multicolore.

Il y a généralement 2 causes de pannes :

• La batterie qui arrive en fin de vie, et qui fini par couler sur le reste du mécanisme !
• l'oxydation, surtout sur les modèles comme celui-ci qui comporte un interrupteur.

Les cellules elles-mêmes restent parfaitement opérationnelles lorsque l'appareil est en fin de vie et donc de bonnes candidates pour nos bidouilles. Petit bémol quand même pour celles qui sont carrément moulées dans leur coque. Exposé aux éléments et surtout au soleil, le plastique perd de sa transparence et la cellule de fait de son efficacité.

Mon but est d'alimenter en total autonomie un ESP8266 et une ou deux sondes DS18B20. D'après leurs datasheets,

• les DS18B20 fonctionnent entre 3,0 et 5.5 volts. En pratique, ils fonctionnent aussi à des tensions plus basses ... mais il me reste à déterminer si cela pose des problèmes sur la qualité des mesures.
• l'ESP quant à lui nécessite une tension d'alimentation entre 2,5 et 3,6 volts: les accus étant censé délivrer 1,2v, il nous en faut donc 3 pour entrer dans les specs. En réalité, je me suis aperçu que chargé à fond, ils montent jusqu'à 1,4 volts ce qui met l'ESP en sécurité. J'ai donc inséré une diode dont la chute de tension permettra de rester dans les clous. A nouveau, j'ai testé plusieurs composants, dont les chutes de tensions allaient de 0,6 à presque 0,8v.

Le schéma résultant est donc

Comme on peut le voir, j'ai décidé de dédoubler les cellules photo-électriques : elles maximisent la charge des accus y compris par temps couvert.

La sonde interne, amovible me permet de surveiller la température de la boite où se trouve la sonde, exposée en plein soleil. Jusqu'où monte-t-elle ? Avec quelle dynamique ? Est-ce qu'elle influe sur la charge des batteries ?

Dans l'optique de réutiliser au maximum et de réduire les coûts, j'ai recyclé des boites de peinture : leur plastique semble suffisamment résistant au soleil, aux intempéries et aux agressions extérieures qu'elles pourraient subir.

Si le perçage n'a déjà pas été une partie de plaisir, éviter les fuites l'a été encore moins ... Un peu de colle silicium fera peut-être l'affaire, nous verrons avec le temps.

L'électronique est réduite à sa plus simple expression : aucun problème de ce côté.

Et voilà la sonde en situation : ce n'est clairement pas des plus esthétiques ... mais ça n'a pas beaucoup d'importance pour le moment : ce n'est que du test. Pour une installation définitive, il faudrait sans doute peindre la boite version camouflage, la noyer dans la végétation en s'assurant quand même de la bonne exposition des cellules.

La sonde communique par MQTT pour être parfaitement intégrée au reste de ma domotique et je l'ai fait en 2 versions disponibles sur mon Git:

La version la plus simple (c'est d'ailleurs le nom de la branche dans le repo, "simple"), ne fait qu'envoyer ses infos

$ mqtt_subscribe -t 'SondePiscine/#'
[mqtt_subscribe v0.2 2012-06-01]
Topic: SondePiscine/MQTT, message: '19'
Topic: SondePiscine/WiFi, message: '1504'
Topic: SondePiscine/Vcc, message: '2874'
Topic: SondePiscine/TempInterne, message: '22.94'
Topic: SondePiscine/TempPiscine, message: '15.44'

Pas de grandes difficultés ici, si ce n'est qu'il faut utiliser ma propre version de la bibliothèque OneWire pour pouvoir activer la résistance de tirage interne. Dans le cas contraire, il faudra ajouter une résistance de 4.7k entre la +3,3 volts et le GPIO 5.

La seconde version permet de commander la sonde à distance : le but étant d'augmenter le délai d'échantillonage si nécessaire pour économiser les batteries.
Il aurait évidemment été plus simple de rajouter un algorithme directement dans l'ESP. Cependant, je préfère le déporter dans ma domotique pour plus de flexibilité (par exemple, ce paramètre pourrait être lié aux prévisions météo pour entrer en mode économie que si le temps s'annonce couvert sur plusieurs jours).

$ mosquitto_pub -t "SondePiscine/Command" -q 1 -m "?"
$ mosquitto_pub -t "SondePiscine/Command" -q 1 -m "? status"
$ mosquitto_pub -t "SondePiscine/Command" -q 1 -m "status"

Notez-bien que la commande doit être lancée en QoS 1 (d'où l'argument -q 1) : il est fort probable que nous enverrons nos ordres pendant que l'ESP sera en sommeil. Avec le QoS à 0 (valeur par défaut), elle sera perdue. Et pour que ça fonctionne il faudra aussi utiliser à nouveau ma propre version de pubsubclient.
Et en réponse, au réveil de la sonde :

Topic: SondePiscine/Message, message: 'Liste des commandes reconnues : status delai attente dodo reste'
Topic: SondePiscine/Message, message: 'status : Configuration courante'
Topic: SondePiscine/Message, message: 'Délai acquisition : 300
Eveil suite à commande : 60'

Le code est du coup un peu plus complexe, car il conserve des informations en mémoire RTC (grâce à ma bibliothèque KeepInRTC qui devra donc être aussi installée).

• SondePiscine/WiFi : temps de connexion au WiFi (mS)
• SondePiscine/MQTT : temps de connexion au broker MQTT (mS)
• SondePiscine/Vcc : Tension d'alimentation (mV)
• SondePiscine/TempPiscine : température de la sonde immergée (°C)
• SondePiscine/TempInterne : température dans la boite (°C)

Petit retour après quelques jours de fonctionnement avec échantillonage toutes les 5 minutes : Et bien, pour un PoC, ça fonctionne plutôt pas mal ! Avec une journée ensoleillée, la sonde envoie ses données toutes les 5 minutes, y compris la nuit. Cependant, la chute de tension reste relativement importante (environ 0,4 V ... mais n'oublions pas que les accus ont déjà bien vécus) et la charge semble grandement affectée par la température.

Pour une utilisation réelle, il me faudra encore :

• tester si la sonde peut redémarrer après la complète décharge des accus (les loupiotes se rallument, y'a pas de raison)
• m'assurer de l'étanchéité de la boite ... Peut-être enfermer l'ESP dans une boite fait pour
• je m'interroge quand même sur la sonde : j'ai peur qu'elle s'oxyde à cause du chlore. La solution serait peut-être d'en fabriquer une en noyant un DS18B20 normale dans du plastique ...

Charge et décharge des accus

Voici ce que ça donne une fois intégré à ma domotique ...

Suite à plusieurs jours de mauvais temps, j'ai pu faire un test jusqu'à décharge complète des accus.

Comme on peut le voir, les choses se passaient bien jusqu'à environ 2,5 volts où l'on voit une chute rapide de la tension : je pense que simplement qu'un des accus est arrivé en fin de réserve (les accus Ni-Mh ont une décharge lente jusqu'à un certain point où la tension chute très rapidement : CQFD).
Ne pas oublier que j'ai mis une diode en série donc les 3 accus chutent à partir d'une tension réelle d'environ 3 volts.

Les DS18B20 ont continué à donner des valeurs "fiables" jusqu'à environ 2,2 volts : en dessous, elles deviennent completement fausses (genre température négative, ou largement supérieure à la réalité), puis elles n'ont répondu que de manière aléatoire ... avec à nouveau des mesures foireuses.

Malheureusement, les accus ne se sont jamais rechargés le lendemain : comme cela fonctionne parfaitement pour les loupiotes seules, je pense que c'est l'ESP qui est fautif. J'ai lu sur le Web que face à de très basse tension, son étage WIFI pouvait consommer énormément jusqu'à griller. Vu le peu d'intensité délivrée par les cellules, pas vraiment de risque, mais il va me falloir trouver une solution pour déconnecter l'ESP jusqu'à une tension suffisante.

Si je suis content du résultat côté logiciel, force est de constater ... que je n'arriverai jamais à étanchéifier la boite de peinture : à plus ou moins courts termes, l'eau s'insinue par les trous nécessaires aux cellules et le silicone n'y pourra rien !

Changement de stratégie : j'utilise maintenant une boite à bonbons transparente et les cellules sont directement fixées à son couvercle. En doublant les cellules, il arrivait que les batteries n'arrivaient pas à se charger entièrement lorsque les jours de mauvais temps s'enchaînent : il reste de la place, elles sont donc triplées ! Plus de problèmes de charge même ce printemps 2018 passablement pourri.

L'étanchéité est améliorée ... mais ce n'est pas encore parfait : j'enroule donc la boite dans un sac plastique transparent (et résistant). Il arrive parfois qu'il y ait de la condensation dans ce cas ... mais l'intérieur de la boite reste visiblement protégé.

Nouveau problème, la température s'emballe dans la boite transparente, jusqu'à prêt de 70°C les jours ensoleillés. Je la calfeutre avec des plaques de Polystyrène : c'est bon, la température ne dépasse plus les 50°C.