A história deste projeto começou com o corpus, parece bobo, mas foi assim que este projeto começou. A caixa foi adquirida no site Aliexpress, deve-se notar que a qualidade da moldagem de plástico desta caixa é excelente. Após uma curta correspondência com o vendedor, um desenho foi enviado aos correios e o projeto teve início.
O desenho em si estava muito mal dimensionado e metade das medidas dos limites, recortes e buracos tecnológicos da futura placa de circuito impresso tiveram que ser feitas com um paquímetro. Tendo recebido todas as dimensões internas da caixa, ficou claro que o chip de rádio teria que ser "conectado" diretamente no PCB, uma vez que a altura do topo do PCB à superfície interna da caixa era de 1,8 mm, e a altura mínima do módulo de rádio médio acabado é geralmente 2 mm (sem a tela).
O nRF52 SoC no pacote QFN48 foi escolhido para o sensor. Neste caso, na série nRF52, Nordic tem três opções: nRF52810, nRF52811 (novo), nRF52832. Parâmetros do chip: 64 MHz Cortex-M4, transceptor de 2,4 GHz, 512/256 KB Flash, 64/32 KB de RAM para nRF52832 e 192 KB Flash, 24 KB de RAM para nRF52810, nRF52811, chips multiprotocolo, suporte para Bluetooth de baixa energia, malha de Bluetooth, ESB, ANT e nRF52811, além do acima, também Zigbee e Thread, bem como Bluetooth Direction Finding.
O próprio sensor decidiu torná-lo multissensor, para que pudesse ser usado para diferentes tarefas. Por esta razão, o layout do chip teve que ser o mais compacto possível, levando em consideração que as dimensões mínimas dos componentes não deveriam ser menores que 0603, para que o dispositivo pudesse ser soldado manualmente. Depois que o chip foi conectado à placa, comecei a selecionar os sensores. A principal coisa que me guiei durante a seleção são as dimensões do corpo do sensor e a possibilidade de soldar o sensor em casa com um conjunto mínimo de equipamentos (ferro de soldar e secador de cabelo).
Os seguintes sensores foram selecionados para o sensor: SHT20, SHt21, Si7020, Si7021, HTU21D (sensor de temperatura e umidade), todos esses sensores têm o mesmo corpo e os mesmos pinos, HDC2080 (sensor de temperatura e umidade) também tem um corpo semelhante ao anterior listado, mas tem uma saída de interrupção adicional, mais eficiente de energia, BME280 (sensor de temperatura, umidade e pressão), LMT01 (sensor de temperatura), TMP117 (sensor de temperatura de alta precisão), alta eficiência energética, saída de interrupção, configuração de limites de temperatura superior e inferior, LIS2DW12 (acelerômetro ) de alta eficiência energética, um dos melhores em seu segmento ou LIS2DH12.
Também na primeira versão do sensor, havia um reed switch na lista, mas nas revisões subsequentes ele foi excluído, pois não havia espaço suficiente para um reed switch de 1,6 cm de tamanho com uma lâmpada de vidro, e dividi alguns desses sensores instalando a placa acabada na caixa, também por causa do quadrado o tipo de caixa e sua pequena altura, o dispositivo não era muito adequado para o papel de sensor magnético de abertura e fechamento.
Além dos sensores, o sensor possui 2 LEDs, um dos quais é rgb localizado na parte inferior do sensor. Dois botões smd, um conectado para reiniciar, o segundo "personalizado" para implementar algum tipo de cenário de operação do sensor. O corpo do sensor consiste em três partes, o corpo principal, uma inserção interna com um orifício que prende a bateria e fixada ao corpo principal com quatro parafusos, e uma tampa inferior que se encaixa nos orifícios da inserção interna. Existem também 4 pinos analógicos, 2 digitais e também mais dois pinos que podem ser uma antena NFC ou pinos digitais, uma porta SWD.
O LED RGB e os botões estão localizados na placa do pcb de forma que possam ser facilmente acessados quando a tampa inferior é removida através dos orifícios no encaixe interno, que são projetados para encaixar a tampa traseira.
O dispositivo passou por duas revisões, já que anteriormente no lugar do sensor TMP117 foi instalado o sensor de iluminação MAX44009, que posteriormente foi substituído por um sensor de temperatura, ambos os sensores têm o mesmo corpo, mas pinos diferentes nas pernas, pode ser em vão que foi substituído, vale a pena devolver.
Agora eu tenho 4 desses dispositivos em casa, dois deles são sensores de temperatura e umidade com sensores Si7021 (um em nRF52832, o segundo em nRF52811), um é um sensor de choque implementado no acelerômetro LIS2DW12 (nRF52810) e um sensor de controle de temperatura no sensor LMT01 (nRF52810 )
O sensor sem fio é alimentado por uma bateria cr2032, o consumo em repouso é de 1,8 μA para nRF52810, nRF52811 e 3,7 μA para nRF52832. Consumo no modo de transmissão de dados 8mA.
A descrição do protocolo utilizado, o desenvolvimento de software para este sensor para diferentes casos de uso, penso eu, está além do escopo deste artigo.
O teste de funcionamento do sensor com o sistema de casa inteligente pode ser visualizado em um breve vídeo abaixo.
O projeto deste sensor é open source, você pode obter todos os materiais do projeto no meu GitHub .
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Obrigado por sua atenção, tudo de bom!
