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Progetto · Firmware ed elettronica

Caricabatterie smart in rete

Caricatori per batterie al litio a 2 celle che si coordinano da soli: comunicano via radio, decidono chi carica e quando, e permettono a più postazioni di condividere la stessa alimentazione.

ESP32-C3TI BQ25887Li-ion 2SESP-NOWOTAC++

Il progetto

Quando più batterie devono essere ricaricate dalla stessa alimentazione, caricarle tutte insieme può superare la corrente disponibile. Servono caricatori che sappiano mettersi d'accordo: ognuno controlla la propria batteria, ma la carica vera e propria avviene un caricatore alla volta.

Per questo abbiamo sviluppato firmware ed elettronica di un caricabatterie smart: ogni caricatore è un piccolo nodo basato su ESP32-C3 con il charger TI BQ25887, e tutti i nodi formano una rete radio senza un'unità centrale.

In sintesi: accendi i caricatori, collega le batterie e il sistema si organizza da solo. Nessun cablaggio di comunicazione tra le postazioni e nessun controllore centrale da configurare.

La ricarica

Il BQ25887 di Texas Instruments è un charger per batterie Li-ion a 2 celle in serie che parte da un ingresso USB a 5 V e alza la tensione con un convertitore boost. Integra il bilanciamento delle celle, così le due celle restano alla stessa tensione e la batteria dura di più.

  • L'ESP32-C3 dialoga con il charger su I²C: imposta correnti di carica e di ingresso, tensione per cella e corrente di fine carica
  • L'ADC del charger misura tensione di ingresso, della batteria e di ogni singola cella, oltre alla temperatura
  • Il firmware avvia la carica solo se la batteria è in un intervallo di tensione sicuro e la interrompe al raggiungimento della soglia di piena carica
  • Con l'ingresso scollegato o la batteria fuori dai limiti il caricatore resta fermo

Il coordinamento tra caricatori

I caricatori comunicano via ESP-NOW, il protocollo radio di Espressif che collega direttamente i dispositivi ESP32 senza router. Ogni nodo invia ogni pochi secondi un heartbeat con la tensione della batteria e il proprio stato, e tiene una tabella degli altri caricatori presenti.

Su queste informazioni ogni nodo decide da solo, con una macchina a stati:

01

Ascolto

All'accensione ascolta la rete per capire se qualcuno sta già caricando.

02

Attesa

La batteria ha bisogno di carica: aspetta che il turno sia libero.

03

Carica

Nessun altro sta caricando: abilita il charger e avvisa la rete.

04

Riposo

Batteria carica o fuori dai limiti: il caricatore resta fermo.

Se due caricatori sono pronti nello stesso momento, vince sempre lo stesso in base al suo indirizzo, quindi non ci sono conflitti. Se un nodo si spegne, gli altri se ne accorgono dopo pochi secondi e il turno passa al successivo.

Dashboard e manutenzione

Ogni caricatore ha una pagina web integrata. All'accensione crea per un minuto una rete Wi-Fi: collegandosi con il telefono si apre da sola la dashboard, senza installare app.

  • Stato: tensione della batteria e delle celle, stato della carica e degli altri caricatori in rete
  • Diagnostica e identificativi della scheda per l'assistenza
  • Impostazioni salvate nella memoria del dispositivo
  • Aggiornamenti firmware via Wi-Fi: il caricatore scarica la nuova versione dal server e verifica ogni file con SHA-256 prima di installarlo
  • Un watchdog riavvia il firmware in caso di blocco, così il caricatore non resta mai in uno stato indefinito

Tecnologie usate

ESP32-C3

Microcontrollore RISC-V con Wi-Fi e radio per ESP-NOW, programmato in C++.

Espressif

TI BQ25887

Charger boost da USB 5 V per 2 celle, con bilanciamento e ADC integrato.

Li-ion 2S

Rete ESP-NOW

Rete radio senza master: heartbeat periodici e tabella dei caricatori vicini.

Peer-to-peer

Dashboard web

Access point e captive portal: la dashboard si apre dal telefono, senza app.

Wi-Fi

Aggiornamenti OTA

Firmware e pagine web aggiornati dal server, con verifica di ogni file.

SHA-256

Watchdog

Controllo continuo del firmware e riavvio automatico in caso di blocco.

Affidabilità

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