DIY, como dice Wikipedia, es una subcultura desde hace tiempo. En este artículo quiero hablar sobre mi proyecto de DIY de un pequeño sensor multicuenta inalámbrico, y esta será mi pequeña aportación a esta subcultura.
La historia de este proyecto comenzó con la carcasa, suena tonto, pero así es como comenzó este proyecto. La carcasa fue comprada en AliExpress, y debo señalar que la calidad del moldeado plástico de esta carcasa es excelente. Después de una breve correspondencia con el vendedor, se envió un diseño por correo y así comenzó este proyecto.
El propio diseño estaba muy mal dimensionado y tuve que tomar la mitad de las medidas para los bordes, recortes y orificios tecnológicos de la futura placa de circuito impreso con un calibrador. Al obtener todas las dimensiones internas de la carcasa, quedó claro que el chip de radio tendría que 'distribuirse' directamente en la placa de circuito impreso, ya que la altura desde la parte superior de la placa hasta la superficie interna de la carcasa era de 1.8 mm, mientras que la altura mínima de un módulo de radio promedio suele ser de 2 mm (sin carcasa).
Se eligió el SoC nRF52 en una carcasa QFN48 para el sensor. En esta carcasa, la serie nRF52 de Nordic tiene tres variantes: nRF52810, nRF52811 (nuevo), nRF52832. Los parámetros de los chips son: Cortex-M4 a 64 MHz, transceptor de 2.4 GHz, 512/256 KB de Flash, 64/32 KB de RAM en nRF52832 y 192 KB de Flash, 24 KB de RAM en nRF52810, nRF52811. Los chips son multiprotocolo, soportan Bluetooth Low Energy, Bluetooth mesh, ESB, ANT, y el nRF52811 además de lo mencionado también soporta Zigbee y Thread, así como Bluetooth Direction Finding.
Decidí hacer el sensor multicuenta para poder utilizarlo en diferentes tareas. Por esta razón, la disposición del chip debía hacerse lo más compacta posible, teniendo en cuenta que las dimensiones mínimas de los componentes no debían ser menores a 0603, para que el dispositivo pudiera ser soldado a mano. Después de que el chip estuvo dispuesto en la placa, comencé a seleccionar los sensores. Lo principal que consideré al seleccionar fue el tamaño de la carcasa del sensor y la posibilidad de soldar el sensor en casa con un conjunto mínimo de herramientas (soldador y pistola de aire caliente).
Se eligieron los siguientes sensores para el sensor: SHT20, SHT21, Si7020, Si7021, HTU21D (sensor de temperatura y humedad), todos estos sensores tienen el mismo cuerpo y pines idénticos. El HDC2080 (sensor de temperatura y humedad) también tiene un cuerpo similar al de los mencionados anteriormente, pero cuenta con una salida de interrupción adicional y es más eficiente en energía. El BME280 (sensor de temperatura, humedad y presión), LMT01 (sensor de temperatura), TMP117 (sensor de temperatura de alta precisión), alta eficiencia energética, salida de interrupción, establecimiento de límites superiores e inferiores de temperatura. El LIS2DW12 (acelerómetro) tiene alta eficiencia energética, es uno de los mejores en su segmento o LIS2DH12.
En la primera versión del sensor, se incluyó un interruptor de proximidad, pero fue excluido en las revisiones posteriores, ya que el sensor de proximidad con un tamaño de 1.6 cm y una cápsula de vidrio no tenía suficiente espacio. Rompí un par de estos sensores al instalar la placa lista en el cuerpo. Además, debido a la forma cuadrada del cuerpo y su baja altura, el dispositivo no era muy adecuado como un sensor magnético de apertura y cierre.
Además de los sensores, el dispositivo tiene 2 LED, uno de ellos RGB ubicado en la parte inferior del sensor. Hay dos botones SMD, uno conectado al reset, y el segundo "personalizado" para implementar ciertos escenarios de operación del sensor. El cuerpo del sensor consta de tres partes: la carcasa principal, una inserción interna con un orificio que sostiene la batería y que se fija a la carcasa principal con cuatro tornillos, y una tapa inferior que se encaja en los orificios de la inserción interna. También se han sacado 4 pines analógicos, 2 digitales y otros dos pines que pueden ser una antena NFC o pines digitales, puerto SWD.
El LED RGB y los botones están dispuestos en la placa PCB de tal manera que tienen acceso abierto al retirar la tapa inferior a través de los orificios de la inserción interna, diseñados para encajar la tapa trasera.
El dispositivo ha soportado dos revisiones; anteriormente, en lugar del sensor TMP117, se instaló un sensor de luminosidad MAX44009, que luego fue reemplazado por el sensor de temperatura. Ambos sensores tienen un cuerpo idéntico, pero diferentes pines de conexión. Tal vez fue un error el reemplazo, puede que valga la pena volver a la configuración anterior.
Ahora tengo 4 de estos dispositivos funcionando en casa, dos de ellos son sensores de temperatura y humedad con sensores Si7021 (uno en nRF52832, el otro en nRF52811), uno es un sensor de impacto basado en el acelerómetro LIS2DW12 (nRF52810) y el sensor de control de temperatura utiliza el sensor LMT01 (nRF52810).
El sensor inalámbrico funciona con una batería CR2032, consumiendo 1.8µA en modo de sueño para nRF52810 y nRF52811, y 3.7µA para nRF52832. El consumo en modo de transmisión de datos es de 8mA.
La descripción del protocolo utilizado y el desarrollo de software para este sensor en diferentes escenarios de uso creo que excede el alcance de este artículo.
Puedes ver una prueba del funcionamiento del sensor con el sistema de hogar inteligente en el breve video a continuación.
El proyecto de este sensor es de código abierto, todos los materiales del proyecto se pueden obtener en mi .
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Fuente: habr.com
