Vigie 1.0
Documentation technique
Architecture, carte, mesure, micrologiciel et réseau de Vigie 1.0 — travail en cours.
Vigie est une carte unique qui mesure l’énergie d’un voilier ou d’un pack batterie 12 V, veille toute l’année et rend compte. Elle remplace l’empilage « devkit ESP32 + module INA226 + convertisseur LM2596 » par une carte de 86 × 54 mm à quatre couches, et se place en amont du coupe-circuit — le seul module qui reste vivant l’hiver : ses convertisseurs se contentent de 22 µA par étage, et l’ensemble reste sous le milliampère.
Vue d’ensemble
Un seul point de vérité : tout le courant du bord passe par un shunt de 100 A / 75 mV monté dans le bus négatif, et la carte ne fait que lire la tension à ses bornes, en quatre fils. Aucun courant de charge ne la traverse.
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Dimensions | 86 × 54 mm, coins R2, quatre trous M3 |
| Couches | 4 : signal / plan de masse / plan +3,3 V / signal |
| Microcontrôleur | ESP32-WROOM-32E, antenne PCB au flanc droit, zone sans cuivre sur les quatre couches |
| Mesure | INA226AIDGSR, shunt externe 100 A / 75 mV, liaison Kelvin quatre fils |
| Alimentation | 12 V → 5 V → 3,3 V, 2 A par étage, courant de repos 22 µA par étage |
| Protections | polyfuse, P-MOSFET anti-inversion, TVS SMAJ16A, fusible 100 mA sur VBUS |
| Programmation | CH340C + USB-C, réinitialisation automatique DTR/RTS |
| Extension | deux barrettes 1×8 : 12 GPIO, +3,3 V, +5 V, I2C, UART, RS485 réservé |
| Empreintes | 69 empreintes et 4 trous, 54 nets |
La carte
L’alimentation
Deux convertisseurs à découpage de la même famille se partagent la chaîne : AP63205WU pour le 12 V → 5 V et AP63203WU pour le 5 V → 3,3 V, 2 A chacun à 1,1 MHz. Le point dur d’un nœud alimenté toute l’année est leur courant de repos : 22 µA par étage, là où un LM2596 en consomme 5 à 10 mA en permanence, soit environ 3,5 Ah par mois prélevés pour rien.
L’entrée est protégée par une polyfuse, un P-MOSFET anti-inversion (45 mΩ, avec sa zener de grille — obligatoire, la batterie monte à 14,4 V en charge) et une TVS SMAJ16A. Sur la paillasse, le cavalier J5 alimente la carte par l’USB ; il est ouvert par défaut pour que le 5 V ne remonte pas jusqu’au bornier batterie. Le CH340C est alimenté par un LDO pris sur le VBUS de l’USB seul : débranché, il ne consomme rien.
La mesure
L’INA226 travaille sur un shunt de 0,75 mΩ placé dans le bus négatif :
75 mV de mode commun au lieu de 12 V, et VBUS lit directement la tension
batterie. Sa plage est figée à ±81,92 mV — le bit ADCRANGE n’existe pas
sur ce composant, contrairement à l’INA228 — ce qui donne, avec le pas natif de
2,5 µV, une résolution de 3,33 mA. Cent ampères occupent 91,6 % de
l’échelle.
Le gain, le zéro et le signe du courant se règlent en logiciel (i_gain,
i_offset_mA, i_invert) : un J2 câblé à l’envers se corrige sans redémonter
la carte. Le comptage d’ampères-heures est logiciel lui aussi, l’INA226 n’ayant
pas d’accumulateur de charge. Enfin, ALERT arrive sur GPIO 4, une broche
RTC : elle peut réveiller l’ESP32 d’un sommeil profond.
La précaution n’est pas théorique : à 100 A, 20 cm de câble 16 mm² valent déjà 23 mV, soit près d’un tiers de l’échelle de mesure.
Le routage et l’implantation
Les deux couches internes sont des plans pleins, sans aucune piste : In1 pour la masse, In2 pour le +3,3 V. Chaque pastille CMS de masse et de +3,3 V descend au plan par son propre via, posé et verrouillé avant le routage. Le routage des signaux tient sur les deux couches externes.
Connecteurs
| Réf. | Rôle | Brochage |
|---|---|---|
| J1 | Entrée 12 V (bornier 5,08 mm) | 1 = +12 V batterie (fusible 2 A externe) · 2 = GND, côté charge du bus négatif |
| J2 | Shunt (bornier 3,5 mm) | 1 = IN− · 2 = IN+ — sens à valider à la mise en service |
| J3 | UART / ISP | 3V3 · GND · TX · RX · IO0 · EN |
| J4 | I2C | 3V3 · GND · SDA · SCL |
| J5 | Cavalier USB PWR | fermer pour alimenter par l’USB, hors batterie uniquement |
| J6 | USB-C | programmation |
| J7 | Extension 1 | 3V3 · IO16 · IO17 · IO5 · IO18 · IO19 · IO23 · GND |
| J8 | Extension 2 | 5V · GND · IO13 · IO14 · IO26 · IO25 · IO33 · IO32 |
L’I2C est sur SDA 21 / SCL 22, le voyant de statut sur GPIO 2, le bouton BOOT sur GPIO 0, la console sur TX 1 / RX 3. Les GPIO 16, 17 et 18 sont groupés sur J7 pour le futur RS485 du MPPT. Les GPIO de strapping 12 et 15, comme les GPIO 34 à 39, ne sont pas sortis.
Le micrologiciel
Le micrologiciel tourne sur PlatformIO, plateforme pioarduino figée
(Arduino-ESP32 3.3.11 / ESP-IDF 5.5), sans aucune bibliothèque externe. Il
est publié en version 1.0.0 sous licence GPL-3.0, dans le dossier
firmware/ du dépôt. Il fonctionne aussi sur une devkit
ESP32 nue : un simulateur de batterie remplace l’INA226 absent, et chaque mesure
simulée porte le drapeau SIM jusque dans le journal et sur les ondes.
Le cycle est un sommeil profond entrecoupé de réveils courts :
| Tâche | Période par défaut | Coût |
|---|---|---|
| Mesure | 5 min | 110 ms d’éveil |
| Enregistrement | 5 min | moyenne, minimum et maximum de la période |
| Annonce BLE brève | à chaque mesure | environ 0,4 s d’éveil, estimé |
| Push radio | 15 min | 1,8 s d’éveil, dont 1,1 s d’annonce BLE |
| Hivernage | push toutes les 6 h | mode survie |
La mesure s’appuie sur une moyenne de 1024 conversions de l’INA226, soit une fenêtre glissante de 9,6 s qui continue de moyenner pendant que l’ESP32 dort. L’état de charge est un comptage coulométrique : trapèzes entre deux mesures, rendement de charge 0,90, exposant de Peukert 1,25 en décharge au-delà de C/20. Il se resynchronise à 100 % quand la tension tient au-dessus du seuil avec un courant de queue faible, et se recale sur la table de tension à vide après quatre heures au repos.
Le journal vit dans une partition brute de 896 Ko, sans système de fichiers :
des enregistrements de 32 octets protégés par un CRC. À la cadence par défaut,
l’anneau garde environ 95 jours d’échantillons et 2,5 ans de résumés
journaliers. La carte n’a pas d’horloge sauvegardée : l’heure arrive par la
page d’administration, par la passerelle ou par la console, et un
enregistrement time_sync permet de dater après coup ce qui précède.
La protection de la batterie est un escalier, et une dégradation exige deux évaluations consécutives — un démarrage moteur ne coupe pas le nœud :
| Tension | État | Effet |
|---|---|---|
| 12,2 V et plus | nominal | |
| moins de 12,2 V | réduit | push divisé par deux |
| moins de 11,9 V | survie | push toutes les 6 h, sans rattrapage |
| moins de 11,5 V | coupure | alerte finale, puis silence radio ; réveil par l’INA226 dès que la tension repasse au-dessus de 12,6 V |
L’administration se fait par un point d’accès Vigie-XXXX (WPA2, portail
captif), ouvert au démarrage à froid ou par appui sur BOOT : tableau de bord,
historique de 6 h à 30 jours avec exports CSV, réglages, recalage du SOC, mise
à jour OTA et effacement du journal. La console série offre les mêmes
fonctions.
Le coffret et la semelle TPU
Le nœud se loge dans un coffret étanche IP67 du commerce : l’étanchéité vient du coffret, et une semelle en TPU 95A fait le calage mécanique. Elle tapisse le fond du coffret, porte le shunt dans un berceau dont les lèvres se referment sur les blocs, et loge la carte sur quatre colonnettes. Un tampon, collé sous le couvercle, appuie sur le berceau avec 1,5 mm d’écrasement : le shunt est serré entre le fond et le couvercle, sans jeu.
La semelle s’imprime en 25 % gyroïde, le tampon en 100 % ; le berceau sort plein
grâce à un modificateur de remplissage. Le source OpenSCAD, les STL et les
profils Cura sont dans le dossier
mecanique/. Plusieurs
cotes de ce coffret restent à relever sur la pièce réelle.
Le réseau et l’application
Le nœud pousse ses mesures de deux façons complémentaires. Sur le réseau local,
TsubameBus : des trames ESP-NOW chiffrées, en-tête de 12 octets et corps
CBOR, avec HELLO, ENERGY, ALERT et LOG_BATCH. Un récepteur accuse
réception du dernier enregistrement reçu, si bien qu’un module absent une
semaine récupère la semaine entière à son retour. Vers les téléphones, une
annonce BTHome v2 en Bluetooth LE, lisible telle quelle
par Home Assistant ou nRF Connect, avec chiffrement AES-CCM optionnel.
L’implémentation de Signal K est prévue.
| Diffusion de Vigie | Reçue par un iPhone | Contenu |
|---|---|---|
| Annonce BLE BTHome v2 | oui | état de charge, tension, courant, puissance, température |
| Réponse au scan (bloc constructeur) | oui | MAC Bluetooth, drapeaux d’état, alertes actives |
| Trames ESP-NOW | non | iOS ne donne accès à aucune trame Wi-Fi brute |
L’application iPhone Tadorne écoute passivement : aucune connexion, aucun appairage, rien n’est émis. Elle garde l’historique de ce qu’elle a capté, app ouverte ; le journal complet reste dans la flash du nœud.
Cette révision de la carte n’embarque ni LoRa ni LTE : elle est le poste de mesure, pas la passerelle Internet. L’arbitrage radio reste ouvert, et la passerelle viendra s’ajouter au réseau sans modifier la carte.
État et points ouverts
| Point | État |
|---|---|
| Courant de repos réel | à mesurer à la mise en service — c’est lui qui fixe l’autonomie hivernale |
| Signe du courant au shunt | à valider au premier câblage |
| Antenne en coffret fermé, en fond de cale | point ouvert ; la variante ESP32-WROOM-32UE, à antenne déportée u.FL, se monte sur la même empreinte |
| RS485 du MPPT EPEver | non implanté ; module MAX3485 externe sur J7 |
| Micrologiciel | publié en 1.0.0 (GPL-3.0) |
| Coffret | semelle et tampon TPU publiés ; cotes du coffret à mesurer |
| Nomenclature et procédure d’étalonnage | à venir |
Le banc a validé la compilation des trois environnements, le cycle de sommeil, le journal et sa reprise après reset, la resynchronisation à 100 % et la coupure basse tension. La réception réelle des trames ESP-NOW, la réception BLE et tout ce qui touche à l’INA226 réel restent à vérifier sur la carte.