Trådlös multisensorisk micro DIY-sensor

DIY, som Wikipedia säger, har länge varit en subkultur. I den här artikeln vill jag berätta om mitt DIY-projekt, en liten trådlös multisensor, och detta kommer att vara mitt lilla bidrag till denna subkultur.

Historien om det här projektet började med chassit, det låter kanske konstigt, men så började verkligen detta projekt. Chassit köptes från AliExpress, och det är värt att notera att plastens gjutkvalitet är utmärkt. Efter en kort korrespondens med säljaren skickades en ritning och detta projekt började.

Själva ritningen var mycket dåligt dimensionerad och hälften av måtten för kanterna, utskärningarna och tekniköppningarna på den framtida kretskortet fick göras med en skjutmått. När alla interna mått på chassit hade fåtts, blev det klart att radiochipet måste "ledas" direkt på kretskortet, eftersom höjden från toppen av kretskortet till den interna ytan av chassit var 1,8 mm, medan den minimi höjd som en genomsnittlig radio modul har vanligtvis är 2 mm (utan skydd).

För sensorn valdes SoC nRF52 i QFN48-kapsling. I den här kapslingen i nRF52-serien har Nordic tre alternativ: nRF52810, nRF52811 (ny), nRF52832. Chipens specifikationer: 64 MHz Cortex-M4, 2,4 GHz transceiver, 512/256 KB Flash, 64/32 KB RAM för nRF52832 och 192 KB Flash, 24 KB RAM för nRF52810, nRF52811. Chipen är multiprotokoll och stöder Bluetooth Low Energy, Bluetooth mesh, ESB, ANT, och nRF52811 stöder dessutom Zigbee och Thread, samt Bluetooth Direction Finding.

Jag beslutade att göra sensorn multisensorisk för att den skulle kunna användas för olika uppgifter. Detta gjorde att chipets layout måste göras så kompakt som möjligt, med tanke på att minimi storleken på komponenterna inte får vara mindre än 0603, så att enheten kan lödas för hand. Efter att chipet hade kopplats på kortet, började jag välja sensorer. Det viktigaste jag fokuserade på vid val av sensorer var sensorernas storlek och möjligheten att löda sensorn under hemmiljö med en minimal uppsättning utrustning (lödkolv och gjutpistol).

För sensorn har följande sensorer valts: SHT20, SHt21, Si7020, Si7021, HTU21D (temperatur- och fuktsensor), alla dessa sensorer har samma hölje och samma benutgångar, HDC2080 (temperatur- och fuktsensor) har också ett liknande hölje som de tidigare nämnda, men har en extra avbrottsutgång, mer energieffektiv, BME280 (temperatur-, fukt- och trycksensor), LMT01 (temperatursensor), TMP117 (högprecisions temperatursensor), hög energieffektivitet, avbrottsutgång, inställning av övre och undre temperaturgränser, LIS2DW12 (accelerometer) hög energieffektivitet, en av de bästa i sin kategori eller LIS2DH12.

I den första versionen av sensorn fanns det också en reedkontakt, men i efterföljande revisioner togs den bort, eftersom reedkontakten på 1,6 cm med glasbehållare saknade utrymme, och jag bröt ett par sådana sensorer när jag installerade den färdiga kretskortet i höljet, likaså passade enheten inte bra som en magnetisk öppning och stängning sensor på grund av det fyrkantiga utseendet och den lilla höjden.

Förutom sensorerna finns det 2 lysdioder på sensorn, en av dem är RGB och placerad på undersidan av sensorn. Två SMD-knappar, en kopplad till reset, den andra "användar" för att genomföra olika scenarier för sensoroperation. Sensorhöljet består av tre delar: huvudhölje, en intern insats med ett hål som håller batteriet och som fästs vid huvudhöljet med fyra skruvar, och den undre kåpan som klickas på insatsen. Fyra analoga pinnar, 2 digitala och två ytterligare pinnar som kan vara en NFC-antenna eller digitala pinnar, port SWD är också framplockade.

RGB-lysdioden och knapparna är placerade på PCB-kortet på ett sådant sätt att de är fritt tillgängliga när den undre kåpan är borttagen genom hål i den interna insatsen, som är avsedda för att låsa den bakre kåpan.

Enheten har genomgått två revisioner, tidigare var TMP117 sensoren installerad med ljussensorn MAX44009, som senare ersattes av temperatursensorn, båda sensorerna har samma hölje men olika benutgångar, kanske var bytet onödigt, kanske bör det återföras.

Just nu har jag fyra sådana enheter hemma, två av dem är temperatur- och fuktighetsensorer med Si7021-sensorer (en på nRF52832, den andra på nRF52811), en är en stöt-sensor som är baserad på accelerometern LIS2DW12 (nRF52810) och en temperatursensor med LMT01-sensorn (nRF52810).

Den trådlösa sensorn drivs av ett cr2032-batteri, med en viloström på 1,8 µA för nRF52810 och nRF52811 och 3,7 µA för nRF52832. Strömförbrukningen vid datatransmission är 8 mA.

Beskrivningen av den använda protokollen och utvecklingen av programvaran för denna sensor under olika användningsscenarier ligger utanför ramen för denna artikel.

Test av sensorens funktion med smarta hem-system kan ses i den korta videon nedan.

Projektet för denna sensor är öppet, du kan få alla material om projektet på min GitHub.

Om du är intresserad av allt som har med DIY att göra, är en DIY-utvecklare eller vill just börja, eller om du är intresserad av att använda DIY-enheter, bjuder jag in alla intresserade till telegramchat — DIYDEV.

Till alla som vill skapa enheter och börja bygga automatiseringen av sitt hem, rekommenderar jag att bekanta sig med det användarvänliga Mysensors-protokollet — telegramchatten MySensors

Och till dem som söker tillräckligt avancerade lösningar för hemmets automatisering, bjuder jag in till telegramchatten Open Thread. (vad är Thread?)

Tack för uppmärksamheten, må alla ha det bra!

Källa: habr.com