ESP32 und SG90 Servo mit 4 x AA Batterie versorgen

[Sebastian (isofruit)]

Hallo zusammen,

nach langem, stillen Mitlesen mein erster Beitrag.
Kleiner Disclaimer Vorweg, ich komme eher aus der mechanischen Welt und 
meine Elektronikkenntnisse entsprechen Schulniveau (und die ist schon 
lange her). Daher hoffe ich meine Fragen sind nicht zu trivial :)

Kurz zum Projekt:
Ich bastele für meine Kinder gerne individuelles Spielzeug, momentan für 
eine Holzeisenbahn. Dort habe ich auf Arduino Basis schon einige Dinge 
gemacht (z.B. automatische Weichen). Bisher war alles kabelgebunden und 
per Netzteil versorgt.
Nun möchte ich die Flexibilität erhöhen und eine automatische Weiche auf 
ESP32 Basis bauen, die per Batterie versorgt wird. Somit kann die Weiche 
"irgendwo" sein ich muss mich nicht um Kabel kümmern.

Verbaut sein wird:
1 x ESP32 (3,3V oder 5V)
1 X einfacher Anwesenheitssensor (3,3 bis 5V)
1 x SG90 Servo (4,8 bis 6V)

Ich würde gerne auf 4 x AA Alkaline zurückgreifen. Die Gründe dafür sind 
einfach: es gibt fertige Batterieboxen dafür die ich mit eindrucken kann 
und die Flexibilität ist maximal weil der Zelltyp überall sofort 
verfügbar ist.

Dilemma / Fragen:
Ich habe bei frischen Batterien also ca. 6,4V die über die Zeit auf 
unter 5V degradieren. Wie kompensieren ich diesen Spannungsverlauf, 
sodass alle Bauteile über die Batterielaufzeit versorgt werden?

1. Meine erste Idee war alles auf 5V zu betreiben. Ich konnte aber 
keinen Step Down Converter finden bei dem Vin = Vout zulässig/möglich 
wäre. Gegen Ende der Batterielaufzeit wird die Spannung aber eher bei 5V 
liegen. Die billigen erwarten sogar Vin größer Vout+2. Gibt es sowas 
bzw. macht es überhaupt Sinn auf 5V zu gehen? Ich denke unterhalb von 5V 
sind die Zellen sowieso leer.

2. Den AMS1117 habe ich gefunden und würde ESP+Sensor mit 3,3 V 
betreiben. Der Servo lässt 6V zu, den würde ich einfach direkt an die 
Batterie anschließen und hoffen er wird bei frischen Zellen nicht 
gegrillt. Der AMS1117 gibt 1V Dropout an, d.h. er würde 3,3V ausgeben 
insofern Vin größer= 4,3V ist, korrekt?

3. Hättet ihr bei obigem Vorhaben sonstige Tipps zur Umsetzung der 
Spannungsversorgung? Wie gesagt, auf "exotische" Zelltypen würde ich 
gerne verzichten.

Vielen Dank und Grüße

[Jörg R. (solar77)]

Wieviel Strom wird max. benötigt?
Wieviel Strom wird im Standby benötigt, also der Ruhestrom?

[Sebastian (isofruit)]

Jörg R. schrieb:
> Wieviel Strom wird max. benötigt?
ca. 800 mA Peak wenn der ESP32 gleichzeitig sendet und der Servo dreht. 
Wobei die Zeit für die Bewegung des Servos nur sehr kurz ist
> Wieviel Strom wird im Standby benötigt, also der Ruhestrom?
Ich finde leider widersprüchliche Aussagen für den Verbrauch eines ESP32 
(über Bluetooth) aber gehe hier einfach mal von 100 mA aus. Weiterhin 
möchte ich den ESP32 in den DeepSleep schicken wenn nach Zeit X nichts 
mehr passiert ist.

Neben der Batteriebox ist es auch die Verfügbarkeit der Zellen. Ich 
möchte ungern nur für dieses Projekt einen "neuen" Akkutyp bei mir 
einführen, der ja dann auch geladen und gepflegt werden muss. Ich bin 
aber nicht unbelehrbar, wenn es die Versorgung viel einfacher immer 
gerne her mit den Vorschlägen :)

[Ralf X. (ralf0815)]

Sebastian schrieb:
> Neben der Batteriebox ist es auch die Verfügbarkeit der Zellen. Ich
> möchte ungern nur für dieses Projekt einen "neuen" Akkutyp bei mir
> einführen, der ja dann auch geladen und gepflegt werden muss. Ich bin
> aber nicht unbelehrbar, wenn es die Versorgung viel einfacher immer
> gerne her mit den Vorschlägen :)

Meine Meinung:
Irgendwann musst Du umstellen.
Und wenn Du ein neues Projekt startest, ist das der ideale Zeitpunkt.
Also typischer weise auf LiIon 18650er Zellen, einen Beutel mit 
anständigen Zellenhaltern einfach/mehrfach (nur Blattfedern, keine 
Spiralfedern!), handvoll TP4056 Modulen, dazu ggf. ein paar 
Buck-/Boost-Modulen.

[Alexander (alecxs)]

zu 1. gehe ruhigen Gewissens mit 6.4V ran da braucht es keinen 
Converter. Die LED hat einen 2k Vorwiderstand.

zu 2. korrekt, kannst Du so machen.

zu 3.

Vorsicht beim flashen, es ist nur eine Spannungsquelle erlaubt.

Da der AMS1117 auch im Deep Sleep Strom verbraucht werden die Batterien 
keine Woche halten.

Besser wäre ein für Akkubetrieb geeigneter Converter den Du direkt an 
den 3v3 Pin anschließen kannst.

Beitrag "ESP32-C6 an 18650 Akku betreiben"

[Jörg R. (solar77)]

Sebastian schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Wieviel Strom wird max. benötigt?
> ca. 800 mA Peak wenn der ESP32 gleichzeitig sendet und der Servo dreht.
> Wobei die Zeit für die Bewegung des Servos nur sehr kurz ist

Dein Vorhaben 4xAA zu verwenden ist nicht die beste Lösung. Der AMS1117 
benötigt bis zu 10mA Ruhestrom. Bei 800mA Peek des ESP plus Servo plus 
Sensor hat er einen Dropout von bis zu 1,2V. Mit abnehmender Kapazität, 
und damit sinkender Spannung, steigt der Innenwiderstand der Zellen und 
die Spannung bricht unter dem Peek stärker ein wie mit frischen Zellen, 
evtl. soweit das der ESP resetet.


Ralf X. schrieb:
> Sebastian schrieb:
>> Neben der Batteriebox..

> Irgendwann musst Du umstellen.

> Meine Meinung:

Ja, sehe ich auch so.


Alexander schrieb:
> (..)
> Da der AMS1117 auch im Deep Sleep Strom verbraucht werden die Batterien
> keine Woche halten.

Wie oben geschrieben, bis zu 10mA, bis zu 240mAh am Tag.

[Rainer Z. (netzbeschmutzer)]

Bei 5 Volt Spannungsversorgung passen vier NiMH-Akkus ziemlich genau.
Weiterer Vorteil neben Umweltgesichtspunkten: Sie sind in der Regel 
auslaufsicher gegenüber Alkaline-Zellen.

Mit eneloop-Zellen macht man nix verkehrt. Bei mir haben sich außerdem 
die Akkus von Lidl bewährt.