Как взломать датчик температуры для увеличения срока службы батареи: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Inkbird IBS-TH1 - отличное маленькое устройство для регистрации температуры и влажности в течение нескольких часов или дней. Его можно настроить на регистрацию каждую секунду или каждые 10 минут, и он передает данные через Bluetooth LE на смартфон Android или iOS. Приложение очень хорошее, хотя в нем отсутствуют еще одна или две дополнительные функции, которые я бы хотел увидеть. К сожалению, самая большая проблема с этим датчиком заключается в том, что время автономной работы ОЧЕНЬ низкое даже при максимальном 10-минутном интервале выборки.

Здесь я хочу провести вас через свой мыслительный процесс, чтобы что-то с этим сделать!

Это довольно простое руководство, в котором подробно описывается процесс мышления, связанный с простой электрической модификацией. Это довольно просто, но если вы никогда не сталкивались с этим раньше, мы подробно расскажем о характеристиках батареи.

Запасы

Самый важный / единственный обязательный бит:

Inkbird IBS-TH1

Другие вещи, которые я, вероятно, в конечном итоге использую:

• Подходящий сменный аккумулятор
• 3д принтер
• Проводящая медная лента
• Мертвый аккумулятор 2032 года

Шаг 1. Планирование

Хорошо, так в чем проблема? Время автономной работы плохое. Что мы могли с этим поделать?

Идея 1. Используйте меньше энергии

В идеальном мире была бы настройка или что-то, что мы могли бы изменить, чтобы просто потреблять меньше энергии и работать дольше. Мы знаем, что у нас есть контроль над интервалом выборки сенсора, но, к сожалению, это не имеет большого значения. Датчик, вероятно, слишком часто просыпается, чтобы отправить подключаемый рекламный пакет BLE, поэтому приложение для телефона чувствует, что оно имеет хорошую отзывчивость. Прошивка, вероятно, просто не очень умна в отношении того, как управлять мощностью во время этой деятельности.

Мы могли бы взглянуть на прошивку, чтобы узнать, можно ли ее улучшить, но, конечно, это продукт с закрытым исходным кодом. Возможно, мы могли бы написать собственную прошивку и сопутствующее приложение, что было бы круто и, вероятно, было бы разумно для некоторых случаев использования, но для меня это слишком много работы. И пока нет никакой гарантии, что мы сможем это сделать - процессор может быть защищен от чтения / записи, может быть однократно программируемым и т. Д.

Идея 2: установите аккумулятор большего размера

Это мой план А. Если эта штука прослужит - на мой взгляд, недостаточно долго на монетном элементе, бросив в нее батарею побольше, она прослужит вечно.

Итак, вопрос теперь в том, какие у нас есть варианты батарей, как с физической, так и с электрической точки зрения?

В этом случае я хочу полностью изучить варианты. Это означает

1. список возможностей определяет минимально возможное напряжение батареи, когда она близка к разряженному
2. определить максимально возможное напряжение аккумуляторной батареи в свежем виде
3. убедитесь, что оборудование, которое мы хотим запитать, безопасно работает в этом диапазоне
4. дисквалифицировать возможности на этом основании

Мы захотим взглянуть на таблицы данных для каждого варианта батареи, найти соответствующую кривую разряда и выбрать максимальное значение, которое датчик будет видеть в свежем состоянии, и минимальное значение, которое он увидит, когда батареи «разряжаются», что это произвольная точка, которую мы можем снять с кривой. Поскольку это маломощный датчик, который, вероятно, будет потреблять микроампер, мы можем просто выбрать наиболее подходящую кривую в любой таблице данных (т.е. кривую с самой низкой тестовой нагрузкой).

2x щелочные AA (или AAA): это кажется идеальным вариантом базовой замены, поскольку AA работают при 1,5 В и 2x1,5 = 3. Таблица данных Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) показывает нам, что свежее напряжение холостого хода составляет 1,5, и это самое низкое напряжение, которое мы ожидаем увидеть после исчерпания> 90% доступной энергии. составляет 0,8 В. Если мы отсечем на 1,1, это, вероятно, тоже будет неплохо. Это дает нам диапазон напряжений от 2,2 В до 3 В для нормальной жизни или от 1,6 до 3 В для полноценной жизни.

2x NiMH AA (или AAA): NiMH AA очень доступны и перезаряжаются, так что это идеальный вариант. Случайная кривая разряда eneloop, на которую я смотрю, говорит о разомкнутой цепи 1,45 В, до 1,15 В полностью разряженной или 1,2 В, если мы хотим быть немного более расслабленными. Итак, я скажу, что диапазон здесь составляет от 2,4 В до 2,9 В.

Литий-полимерный 1S Pack: в идеальном мире я бы просто добавил еще один литий для решения проблемы. У меня есть куча ячеек и несколько подходящих зарядных устройств. А литий означает, что индикатор заряда батареи тоже будет правильным, верно? Не так быстро. Литиевые первичные элементы используют другой химический состав, чем перезаряжаемые, и также имеют другую кривую разряда. LiPos имеют номинальное напряжение 3,7 В, но на самом деле они колеблются между примерно 4,2 В при разомкнутой цепи и 3,6 В. Итак, мы назовем диапазон здесь 3,6-4,2 В.

Шаг 2: вход

На самом деле для такого мода может оказаться, что нам в конечном итоге не нужно идти дальше, чем открывать крышку батарейного отсека. Мы знаем, что CR2032, который используется в продаже, представляет собой батарею 3 В, поэтому подойдет любая другая батарея 3 В. Возможно, логика указателя уровня топлива выходит из строя и индикация% заряда батареи становится ложной, но это, вероятно, не повлияет на производительность.

В этом случае у нас есть несколько вариантов для проверки, а это означает, что нам нужно увидеть, какое оборудование мы пытаемся использовать, и совместимо ли оно, поэтому нам нужно войти.

Глядя на заднюю часть датчика при снятой крышке аккумуляторного отсека, мы можем увидеть трещину в пластике, поэтому держатель аккумулятора, вероятно, представляет собой вставку, которая защелкивается на корпусе вокруг него. Конечно, если мы воткнем отвертку с плоским лезвием в зазор и приподнимем, деталь выскочит наружу. Я указал стрелками, где находятся защелки - если вы будете поддевать в этих местах, у вас меньше шансов сломать пластик там, где вставка слабая.

Вытащив плату, мы можем посмотреть на основные компоненты и определить совместимость по напряжению.

Сразу не похоже, что на плате есть какое-то регулирование - все работает напрямую от напряжения батареи. По основным компонентам мы видим:

• CC2450 BLE микроконтроллер
• Датчик температуры / влажности HTU21D
• SPI Flash

Из таблицы данных CC2450: 2–3,6 В, 3,9 В (абсолютное макс.)

Из таблицы HTU21D: 1,5-3,6 В макс.

Я не стал смотреть на флэш-память SPI, поскольку это уже существенно ограничивает наши возможности. Тут же LiPo-элемент отсутствует - 4,2 В при полном заряде поджарит оба этих компонента, а номинал 3,7 в любом случае слишком много для датчика влажности. С другой стороны, щелочные AA будут работать нормально, с отсечкой 2 В на CC2450, что означает, что датчик умирает, и в ячейках не остается слишком много жизни. Кроме того, NiMH AA работают идеально: датчик отключается только тогда, когда они действительно мертвы, как дверной гвоздь.

Шаг 3: Создание мода

Теперь, когда мы знаем, какие у нас есть возможности, и, что наиболее важно, чем они не являются, мы можем приступить к созданию мода.

Я хотел бы придерживаться максимальной возможности повторного использования. В идеальном мире мы бы сделали целый аккумуляторный отсек, в который просто вставлялся бы датчик. А пока пойдем немного проще.

Моя идея минимально инвазивного и максимально простого выполнения - использовать мертвый CR2032 в качестве манекена для удержания + и - выводов на существующих контактах.

Я использовал медную ленту для контактов, припаянную к отдельному держателю AA. Примечание: используйте изоляционную ленту между медью и батареей. Даже если монетный элемент мертв, его короткое замыкание может привести к утечке и коррозии. Даже если вы используете медную ленту с непроводящей изоляцией, у вас все равно может возникнуть короткое замыкание, которое, как я выяснил, было в случае, когда моя батарея начала нагреваться (МЕРТВАЯ батарея, помните). Я использовал каптонную ленту, которая идеально подходит для этой задачи.

Чтобы все было на месте, я просто просверлю небольшое отверстие в оригинальной крышке аккумуляторного отсека и пропущу через него провода аккумулятора к внешнему держателю. Я использовал отверстие большего размера, чем планировал изначально, так как колпачок нужно немного повернуть, чтобы зафиксироваться на месте.

Кстати, у меня под рукой есть только держатель батареи 3xAAA, тогда как мне нужен 2x. Я сделал это в 2 раза, добавив перемычку между дальним концом первых двух батарей - посмотрите на нижнюю часть последней фотографии, включая держатель батареи. Я не рекомендую это делать, потому что очень сложно припаять к металлу держателя батареи, не расплавив его, но я БЫЛ смог заставить его работать.

Шаг 4: Готово

Готовы к измерению влажности в туалете!