ESP32-c3 a ESP32-s3 Super Mini: Skvělé mikrokontroléry, dokud nenarazíš na problém se signálem

Miniaturizace ve světě IoT (internetu věcí) nabírá na obrátkách. Pokud si rád tvoříš vlastní smart home zařízení, určitě tvé pozornosti neunikly populární moduly ESP32-C3 Super Mini a ESP32-S3 Zero. Tyto desky jsou neuvěřitelně kompaktní, velmi levné a nabízejí dostatek výkonu pro většinu běžných domácích projektů. A jedna verze ESP32-C3 Super Mini dokonce má i miniaturní OLED displej.

Navzdory jejich popularitě a skvělým papírovým parametrům ale mají jednu zásadní slabinu, která dokáže potrápit nejednoho kutila.

Jejich největší slabina: Dosah Wi-Fi signálu

Když se na tyto „Super Mini“ moduly detailně podíváš, hned pochopíš, kde museli konstruktéři dělat kompromisy. Daní za miniaturní rozměry (jsou velké zhruba jako padesátikoruna) je integrovaná keramická (SMD) anténa přímo na desce. Prostor kolem ní je navíc dost stísněný.

V praxi to znamená, že zatímco standardní a větší desky (třeba s modulem WROOM) nemají problém s připojením i přes několik stěn, Super Mini moduly často ztrácejí signál už v sousední místnosti. Pro zařízení, která mají být umístěna například venku na zahradě, v garáži nebo ve sklepě, je jejich původní dosah často nedostačující a spojení bývá hodně nestabilní.

DIY úprava: Jak modul upravit pro delší dosah (podle Petera Neufelda)

Pokud už doma standardní verzi Super Mini máš a bojuješ se slabým signálem, existuje geniální a jednoduché řešení. Výrazné vylepšení vymyslel a na svém blogu podrobně popsal Peter Neufeld.

Zapomeň na složité škrábání cestiček skalpelem nebo odstraňování staré antény! Zde je postup, jak na to:

Úprava spočívá v přidání 31 mm dlouhého postříbřeného drátku o tloušťce 1,0 mm. Z něj si vytvoříš anténu s přesným tvarem:

1. Tvarování: Spodní část drátku (cca 16 mm) ohni do tvaru horizontální smyčky (můžeš si pomoct tím, že drátek obmotáš kolem 5mm vrtáku a pak smyčku trochu roztáhneš na průměr cca 8 mm). Zbylých 15 mm drátku nechej trčet kolmo nahoru.

2. Pájení na původní anténu: Tuto drátěnou smyčku připájej přímo na oba konce původní keramické (SMD) antény.

3. Co se starou anténou? Vůbec ji neodstraňuj ani nepřerušuj žádné spoje na desce! Tímto zapojením se stará anténa přemostí a stane se sama o sobě elektricky neúčinnou.

Výsledek? Podle testů tahle jednoduchá úprava zlepší sílu signálu průměrně o 6 až 8 dB. Získáš tak mnohem stabilnější připojení, které lépe prostupuje překážkami (jako jsou zdi), a tvůj modul konečně začne být spolehlivý.

Nové řešení bez pájení: ESP32-C3 Super Mini s IPEX konektorem

Nechce se ti vůbec nic ohýbat a pájet? Výrobci si naštěstí stížností na signál všimli a zareagovali na poptávku trhu.

Novější verze modulu ESP32-C3 Super Mini, která je už přímo z výroby osazena IPEX (U.FL) konektorem. Díky němu můžeš k desce jednoduše „nacvaknout“ jakoukoliv standardní externí Wi-Fi anténu – třeba tu, která ti zbyla ze starého routeru. Získáš tak miniaturní rozměry celého zařízení a zároveň profesionální, stabilní a mnohem delší dosah signálu bez nutnosti jakéhokoliv fyzického zásahu do plošného spoje.

Extrémní úspora: Jak snížit spotřebu na 9,6 µA pro chod na baterie

Modul s externí anténou je přímo ideálním kandidátem pro tvé venkovní bateriové senzory. Aby ti ale baterie vydržela co nejdéle, je klíčové snížit odběr elektřiny v režimu hlubokého spánku (Deep Sleep).

Jak uvádějí komunitní zkušenosti z fóra Home Assistant, pokud chceš z desky ESP32-C3 Super Mini s IPEX anténou dostat absolutní maximum, musíš z ní odstranit několik součástek, které zbytečně žerou energii. Původní rady komunity jsem pro tebe přepsala do přehledného návodu. 

Zdroj: https://www.homeassistant-cz.cz/viewtopic.php?t=1970

Pro dosažení fantastické spotřeby pouhých 9,6 µA postupuj podle těchto čtyř kroků:

1. Odstranění diody u USB-C: Odpájej diodu, která se nachází vlevo vedle USB-C konektoru. Odstraníš tím nežádoucí úbytek napětí (voltage drop), což je zásadní, protože čip ESP32-C3 potřebuje ke stabilnímu běhu napětí nad 3,0 V.

2. Deaktivace Power LED: Hned pod výše zmíněnou diodou se nachází rezistor, který napájí neustále svítící stavovou LED. Tento rezistor odpájej (případně můžeš fyzicky odstranit přímo samotnou LED diodu).

3. Odstranění barevné LED: Pokud máš verzi desky s integrovanou chytrou RGB LED (často WS2812), úplně ji z desky odpájej.

4. Deaktivace Status LED: Jako poslední krok dej pryč rezistor nacházející se hned vedle druhé stavové LED, která je zapojená na pinu GPIO8 (opět platí, že můžeš odpájet i přímo tuto diodu).

Těmito relativně jednoduchými hardwarovými úpravami srazíš spotřebu v režimu spánku až na 9,6 µA. Tvůj venkovní senzor tak zvládne na malou baterii fungovat bez problémů klidně i celé měsíce!

Tento postup nemám otestovaný a neručím za způsobené škody na modulu.