Беспроводной мини датчик температуры и влажности с E-PAPER дисплеем

Здравствуйте! Хочу поделиться с вами своим новым опенсорс проектом. Из названия статьи понятно что речь пойдет о датчике температуры и влажности с дисплеем на электронных чернилах. Уже достаточно давно я попробовал сделать проект датчика температуры с такими дисплеями в виде ардуино модуля. С тех пор тема e-ink дисплеев меня заинтересовала.

Целью данного проекта была разработка миниатюрного датчика, сравнимого по размерам с обычными беспроводными датчиками температуры, но при этом получить еще и вывод данных на самом устройстве. И при всех этих условиях что бы устройство работало от небольшой батарейки достаточно долго. Что из этого получилось, прошу оценить и не скупится на комментарии.




Датчик работает на чипах nRF52, для данного проекта был выбран модуль от компании MINEW. Модуль небольшого размера, имеет 18 выводов, 13 из которых gpio, два варианта антенн, печатная и керамическая, так же на модуль устанавливается несколько вариантов чипов, nRF52810 и nRF52832, а после непродолжительного общения с менеджментом компании мне без вопросов поставили на эти модули чипы nRF52811. Так я кстати получил свои первые 811-ые и к тому же по цене в полтора раза ниже чем мог бы купить у поставщиков в России просто чипы, но это уже другая история. На модуле разведен вариант схема DC-DC и часовым кварцем. Размеры модуля 12мм х 15мм. Присутствует металлический экран.



Из линейки e-ink дисплеев выбор естественно пал на достаточно новую модель м размером экрана 1.02 дюйма GDEW0102T4. Стоимость одного дюйма электронных чернил составила 500 рублей, что мне показалось приемлемо. Небольшие трудности с разработкой платы под этот дисплей вызвал его разъем, 30 пиновый FPC c шагом в 0.5мм. Ширина FPC разъема намного больше ширины самого дисплея, что вызвало неудобство при проектировании. Но зато было проще с обвязкой дисплея, она проще чем на других моделях.



Из разнообразных цифровых сенсоров температуры и влажности я решил остановиться на сенсоре sht20, их и в достаточном количестве было у меня, простой достаточно, хорошая цена, удобный размер. Так же одним из плюсов можно назвать то что вместо sht20 при желании легко установить sht21, si7020, si7021, htu20d, htu21d и hdc1080, но последний вариант не самый очень ;).

Под датчик проектировалось 2 платы, одна под экран и его обвязку, вторая под радио модуль, сенсор температуры и влажности и батарейку. Ключевыми параметрами размеров плат были размеры экрана и батарейки. На плате с экраном были заложены отверстия под винты (1.4 х 3) для крепления платы к корпусу, на второй плате были сделаны вырезы для удобной установки винтов. Так как это DIY устройство я мог себе позволить поставить «вкусную» батарейку CR2450. Ну а если мне покажется когда-то что устройство толстовато, то я всегда смогу напаять держатель под батарейку CR2430. В итоге получилось две платы размерами 36мм на 26мм.



Корпус проектировался в СолидВоркс, модели плат были экспортированы из DipTrace в формате DXF, которые уже в СолидВоркс были преобразованы в 3D модели. Корпус состоит из двух частей и кнопки, Крепления половинок корпуса друг к другу сделано так же винтами(1.4 х 4) с одной стороны и выступающим «зацепом» с другой стороны. Сделаны два отверстия для циркуляции воздуха для сенсора температуры и влажности.



В этом проекте корпус был напечатан на FDM принтере, конечно качество печати ниже чем на SLA принтере, но по прочности изделия из жидких смол сильно уступают изделиям из филаментной нити, а из-за особенностей корпуса, прочность была важна. Так что морально приготовился к шлифовке и полировке. В принципе получилось достаточно качественно.



Примерно так происходила разработка железа, постарался описать все этапы и некоторые нюансы, если она вам показалась трудоемкой, то это не так, трудоемким на самом деле было ПО. Как и прежде я свои проекты делаю под MySensors, хотя признаюсь что уже не с тем энтузиазмом что прежде. В какие-то моменты стал упираться, каких то вещей не хватает, какие-то просто невозможны. Альтернативой на данный момент для себя я вижу Open Thread, по крайней мере он кажется достаточно привлекательным.







В итоге все свои требования к функционалу реализовать получилось. Устройство может работать с контроллером УД, так же устройство может работать напрямую с каким либо устройством в сети МySensor. Привязка устройств для прямого обмена может происходить как посредством конфигурации устройств через контроллер УД, внешними командами, так и без участия контроллера УД с помощью простого нажатия кнопки для активации режима привязки(binding). Датчик температуры и другое устройство к которому привязан датчик могут нормально поддерживать обмен даже без работающего шлюза MySensors или работающего контроллера УД, что безусловно повышает отказоустойчивость. Отдельная проблема была с драйверами eink дисплея, вероятно потому что дисплей достаточно новый, на сайте производителя и сайте WaveShare(предлагающий eink экраны Good Display под своим брендом) реализации библиотек достаточно сырые. Пришлось что-то переделать, что-то дописать.

В датчике реализовано поддержка нескольких языков, инверсия цвета по внешней команде в режиме конфигурирования устройства, несколько вариантов шрифтов так же меняемые по внешней команде в режиме конфигурации устройства. Датчик выводит на экран показания температуры и влажности, заряд батареи и уровень сигнала. Интервал замеров температуры и влажности, интервал замера уровня батарейки можно задать так же внешней командой. Для температуры и влажности в минутах, для уровня заряда батарейки в часах. Передает датчик в УД следующие данные: температура, влажность, уровень заряда в %, напряжение, уровень сигнала, причину перезагрузки.



:

В спящем режиме датчик потребляет 2мкА, сброс WTD каждые 5 секунд, потребление в момент сброса 4-5мкА. В режиме работы с экраном и сенсором температуры и влажности 2-3мА, в режиме передачи 5-8мА, такой диапазон в 3 мА связан с тем что датчик сам регулирует мощность передачи на основе данных по уровню сигнала.



На этом хочу откланяться, всем как всегда добра!