Il DIY, come dice Wikipedia, è da tempo una sottocultura. In questo articolo voglio raccontare del mio progetto DIY di un piccolo sensore multi-sensore wireless, e questo sarà il mio piccolo contributo a questa sottocultura.
La storia di questo progetto è iniziata con il corpo, può sembrare strano, ma è proprio così che è iniziato. Il corpo è stato acquistato su AliExpress, e devo sottolineare che la qualità della fusione della plastica di questo corpo è ottima. Dopo una breve corrispondenza con il venditore, è stata inviata una bozza via email e così ha avuto inizio questo progetto.
La bozza stessa era molto poco dimensionata e metà delle misurazioni per i confini, i ritagli e i fori tecnologici della futura scheda a circuito stampato sono dovuti essere effettuati con il calibro. Una volta ottenute tutte le dimensioni interne del corpo, è diventato chiaro che il chip radio doveva essere 'distribuito' direttamente sulla scheda a circuito stampato, poiché l’altezza dall’alto della scheda a circuito stampato fino alla superficie interna del corpo era di 1,8 mm, mentre l’altezza minima di un modulo radio medio è solitamente di 2 mm (senza schermo).
Per il sensore è stato scelto il SoC nRF52 in un involucro QFN48. In questo involucro, nella serie nRF52, Nordic offre tre varianti: nRF52810, nRF52811 (nuovo), nRF52832. Specifiche dei chip: 64 MHz Cortex-M4, trasmettitore 2.4 GHz, 512/256 KB di Flash, 64/32 KB di RAM per nRF52832 e 192 KB di Flash, 24 KB di RAM per nRF52810, nRF52811. I chip sono multi-protocollo, supportano Bluetooth Low Energy, Bluetooth mesh, ESB, ANT, mentre nRF52811 supporta anche Zigbee, Thread e Bluetooth Direction Finding.
Ho deciso di rendere il sensore un multisensore, in modo da poterlo utilizzare per diverse applicazioni. Per questo motivo, la disposizione del chip doveva essere il più compatta possibile, tenendo presente che le dimensioni minime dei componenti non potevano essere inferiori a 0603, affinché il dispositivo potesse essere saldato manualmente. Una volta che il chip è stato posizionato sulla scheda, mi sono dedicato alla selezione dei sensori. Il principale criterio di selezione è stato le dimensioni dell'involucro del sensore e la possibilità di saldare il sensore a casa con un equipaggiamento minimo (saldatore e phon).
Per il sensore sono stati scelti i seguenti sensori: SHT20, SHt21, Si7020, Si7021, HTU21D (sensore di temperatura e umidità), tutti questi sensori hanno la stessa forma e connettori identici. L'HDC2080 (sensore di temperatura e umidità) ha un involucro simile a quelli già menzionati, ma possiede un'uscita di interruzione aggiuntiva e un'efficienza energetica superiore. Il BME280 (sensore di temperatura, umidità e pressione), LMT01 (sensore di temperatura), TMP117 (sensore di temperatura ad alta precisione), offre alta efficienza energetica, uscita di interruzione, e la possibilità di impostare limiti di temperatura superiori e inferiori. Infine, il LIS2DW12 (accelerometro) ha un'elevata efficienza energetica ed è uno dei migliori nel suo segmento, oppure il LIS2DH12.
Nella prima versione del sensore era presente un contatto reed nel elenco, ma nelle revisioni successive è stato rimosso poiché il sensore a contatto reed di 1,6 cm con corpo in vetro non aveva spazio sufficiente, e ho rotto un paio di questi sensori installando la scheda finita nel case. Inoltre, a causa della forma quadrata del case e della sua bassa altezza, l'apparecchio non si adattava bene come sensore magnetico di apertura e chiusura.
Oltre ai sensori, sul dispositivo sono presenti 2 LED, uno dei quali è RGB e si trova sulla parte inferiore del sensore. Ci sono due pulsanti SMD: uno è collegato al reset, l'altro è 'personalizzabile' per implementare vari scenari di funzionamento del sensore. Il corpo del sensore è composto da tre parti: il corpo principale, un inserto interno con un foro per mantenere la batteria, fissato al corpo principale con quattro viti, e un coperchio inferiore che si incastra negli appositi fori dell'inserto interno. Sono stati inoltre collegati 4 pin analogici, 2 digitali e ulteriori 2 pin che possono fungere da antenna NFC o come pin digitali, porta SWD.
Il LED RGB e i pulsanti sono posizionati sulla scheda PCB in modo tale da essere accessibili tramite i fori nell'inserto interno quando il coperchio inferiore è rimosso, i quali sono progettati per far scattare il coperchio posteriore.
Il dispositivo ha subito due revisioni; in precedenza, al posto del sensore TMP117 era installato un sensore di luminosità MAX44009, che è stato successivamente sostituito da un sensore di temperatura. Entrambi i sensori hanno lo stesso alloggiamento, ma diversi pin di collegamento. Potrebbe essere stato un errore effettuare questa sostituzione; forse sarebbe meglio tornare indietro.
Attualmente ho a casa 4 di questi dispositivi, due dei quali sono sensori di temperatura e umidità con sensori Si7021 (uno su nRF52832, l'altro su nRF52811), uno è un sensore di impatto realizzato con un accelerometro LIS2DW12 (nRF52810) e un sensore di controllo della temperatura basato sul sensore LMT01 (nRF52810).
Il sensore wireless funziona con una batteria CR2032, il consumo in modalità sleep è di 1,8 µA per nRF52810 e nRF52811 e 3,7 µA per nRF52832. Il consumo in modalità di trasmissione dati è di 8 mA.
La descrizione del protocollo utilizzato e lo sviluppo del software per questo sensore in base a diversi scenari di utilizzo penso vadano oltre l'ambito di questo articolo.
È possibile vedere un test del funzionamento del sensore con il sistema di smart home in un breve video qui sotto.
Il progetto di questo sensore è open source, tutti i materiali relativi al progetto possono essere ottenuti sul mio .
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Fonte: habr.com
