Multisensor trådløs mikro DIY sensor

DIY, som Wikipedia siger, har længe været en subkultur. I denne artikel vil jeg gerne fortælle om mit diy-projekt med en lille trådløs multisensor, og det vil være mit lille bidrag til denne subkultur.

Historien bag dette projekt begyndte med et kabinet, det lyder lidt fjollet, men det var præcis sådan, projektet startede. Kabinettet blev købt på AliExpress, og jeg må sige, at kvaliteten af plaststøbet er fremragende. Efter en kort kommunikation med sælgeren blev der sendt en tegning via e-mail, og dette projekt begyndte.

Selve tegningen blev meget dårligt målt, og halvdelen af målingerne til kanter, udskæringer og teknologiske huller på den fremtidige trykte kreds måtte udføres med en skydelærer. Da jeg fik alle de indvendige mål på kabinettet, blev det klart, at radiokredsen måtte 'leves' direkte på den trykte kreds, da højden fra toppen af den trykte kreds til den indvendige overflade af kabinettet var 1,8 mm, mens den minimale højde for en gennemsnitlig radiomodul normalt er 2 mm (uden skærm).

Til sensoren blev SoC nRF52 valgt i QFN48 kabinet. I denne kabinetserie fra nRF52 har Nordic tre varianter: nRF52810, nRF52811 (ny) og nRF52832. Specifikationerne for chipsene: 64 MHz Cortex-M4, 2,4 GHz transceiver, 512/256 KB Flash, 64/32 KB RAM for nRF52832 og 192 KB Flash, 24 KB RAM for nRF52810, nRF52811. Chipsene er multiprotokollære og understøtter Bluetooth Low Energy, Bluetooth mesh, ESB, ANT, mens nRF52811 desuden understøtter Zigbee og Thread samt Bluetooth Direction Finding.

Jeg besluttede at lave sensoren multisensorisk, så den kunne bruges til forskellige opgaver. Layoutet af chippen skulle af denne grund gøres så kompakt som muligt, under hensyntagen til at de minimale størrelser af komponenterne ikke måtte være mindre end 0603, så enheden kunne loddes manuelt. Efter chippen var ordnet på kredsen, begyndte jeg at vælge sensorer. Det primære fokus under valgprocessen var størrelsen på sensorsækken og muligheden for at lodde sensoren hjemme med et minimalt udstyr (loddekolbe og varmepistol).

Sensorerne valgt til sensoren er SHT20, SHt21, Si7020, Si7021, HTU21D (temperatur- og fugtsensor), alle disse sensorer har et fælles hus og ens benudgange, HDC2080 (temperatur- og fugtsensor) har også et lignende hus som de tidligere nævnte, men har en ekstra afbryderudgang, som er mere energieffektiv, BME280 (temperatur-, fugtigheds- og tryksensor), LMT01 (temperatursensor), TMP117 (højpræcisions temperatursensor), høj energieffektivitet, afbryderudgang, indstilling af øvre og nedre temperaturgrænser, LIS2DW12 (accelerometer) høj energieffektivitet, en af de bedste i sin klasse eller LIS2DH12.

I den første version af sensoren var der også en reedkontakt på listen, men i de efterfølgende revisioner blev den udelukket, da reedkontaktens størrelse på 1,6 cm med glasrør ikke havde plads, og et par af disse sensorer gik i stykker, da jeg installerede den færdige kreds i huset. Desuden passede den firkantede form af huset og dens lille højde ikke særlig godt til rollen som magnetkontakt til åbning og lukning.

Udover sensorene er der placeret 2 LED'er på sensoren, en af dem er en RGB, der er placeret på den nederste side af sensoren. To SMD-knapper, en til reset, den anden 'brugerdefineret' til implementering af nogle arbejds-scenarier for sensoren. Sensorhuset består af tre dele, hovedkabinettet, en indre indsats med et hul til at holde batteriet, der er fastgjort til hovedkabinettet med fire skruer, og en nederste dæksel, der klikker ind i huller på den indre indsats. Derudover er der 4 analoge pins, 2 digitale, samt yderligere to pins, der kan være NFC-antennen eller digitale pins, SWD-port.

RGB LED'en og knapperne er placeret på PCB-kredsen på en sådan måde, at der er åben adgang til dem, når den nederste dæksel er fjernet gennem huller i den indre indsats, som er beregnet til at klikke på bagsiden.

Enheden har gennemgået to revisioner, tidligere var TMP117-sensoren udskiftet med lysfølsomheden MAX44009, som senere blev erstattet med temperatursensoren. Begge sensorer har samme hus, men forskellige benudgange, og det kan være en fejl at erstatte den, det kunne være værd at overveje at vende tilbage.

I currently have 4 such devices at home, two of them are temperature and humidity sensors with Si7021 sensors (one on nRF52832, the other on nRF52811), one is an impact sensor implemented on the LIS2DW12 accelerometer (nRF52810), and a temperature control sensor on the LMT01 sensor (nRF52810).

The wireless sensor operates on a cr2032 battery, with a sleep current of 1.8 µA for nRF52810, nRF52811 and 3.7 µA for nRF52832. The current consumption in data transmission mode is 8 mA.

The description of the protocol used and the software development for this sensor under different usage scenarios is beyond the scope of this article.

You can view the test of the sensor with the smart home system in a short video below.

The project of this sensor is open, and you can access all the materials related to the project on my GitHub.

If you are interested in anything related to DIY, you are a DIY developer or want to get started, and you are curious about using DIY devices, I invite everyone interested in Telegram chat — DIYDEV.

To everyone who wants to build devices and start automating their home, I propose to get acquainted with the easy-to-learn Mysensors protocol — Telegram chat MySensors

And for those looking for more mature solutions for home automation, I invite you to the Telegram chat Open Thread. (What is Thread?)

Thank you for your attention, take care everyone!

Kilde: habr.com