Cách hack cảm biến nhiệt độ để có thời lượng pin lâu hơn: 4 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Inkbird IBS-TH1 là một thiết bị nhỏ tuyệt vời để ghi lại nhiệt độ và độ ẩm trong vài giờ hoặc vài ngày. Nó có thể được đặt để ghi nhật ký mỗi giây, tối đa 10 phút một lần và nó báo cáo dữ liệu qua Bluetooth LE tới điện thoại thông minh Android hoặc iOS. Ứng dụng này rất chắc chắn, mặc dù nó thiếu một hoặc hai tính năng nâng cao mà tôi muốn thấy. Thật không may, vấn đề lớn nhất với cảm biến này là thời lượng pin RẤT kém ngay cả với khoảng thời gian lấy mẫu tối đa 10 phút đó.

Ở đây, tôi muốn đưa bạn qua quá trình suy nghĩ của tôi về việc làm điều gì đó về điều đó!

Đây là một hướng dẫn khá cơ bản mô tả chi tiết quá trình suy nghĩ xung quanh một sửa đổi điện đơn giản. Nó khá đơn giản, nhưng hãy đi sâu vào một chút chi tiết về thông số kỹ thuật pin nếu bạn chưa từng xem qua.

Quân nhu

Bit bắt buộc quan trọng nhất / duy nhất:

Inkbird IBS-TH1

Những thứ khác có thể tôi sẽ sử dụng:

• Pin thay thế phù hợp
• máy in 3D
• Băng đồng dẫn điện
• Pin 2032 chết

Bước 1: Lập kế hoạch

Ok, vậy vấn đề là gì? Thời lượng pin kém. Chúng ta có thể làm gì về điều đó?

Ý tưởng 1: Sử dụng ít điện năng hơn

Trong một thế giới hoàn hảo, sẽ có một cài đặt hoặc thứ gì đó chúng ta có thể thay đổi để đơn giản là sử dụng ít năng lượng hơn và hoạt động lâu hơn. Chúng tôi biết rằng chúng tôi có quyền kiểm soát khoảng thời gian lấy mẫu cảm biến, nhưng tiếc là nó dường như không tạo ra nhiều sự khác biệt. Cảm biến có thể thức dậy quá thường xuyên để gửi gói quảng cáo BLE có thể kết nối để ứng dụng điện thoại có khả năng phản hồi tốt. Phần sụn có lẽ không thông minh lắm về cách quản lý năng lượng xung quanh hoạt động này.

Chúng tôi có thể xem xét phần sụn để xem liệu điều này có thể được cải thiện hay không, nhưng tất nhiên đây là một sản phẩm mã nguồn đóng. Chúng tôi có thể viết chương trình cơ sở và ứng dụng đồng hành của riêng mình, điều này sẽ rất tuyệt và có lẽ sẽ hợp lý cho một số trường hợp sử dụng, nhưng đó là quá nhiều công việc đối với tôi. Và không có gì đảm bảo rằng chúng tôi thậm chí có thể làm điều đó - bộ xử lý có thể được bảo vệ đọc / ghi, có thể lập trình một lần, v.v.

Ý tưởng 2: Sử dụng pin lớn hơn

Đây là kế hoạch A của tôi đây. Nếu điều đó kéo dài không đủ lâu đối với sở thích của tôi trên một ô đồng xu, ném một viên pin lớn hơn vào nó sẽ giúp nó tồn tại mãi mãi.

Vì vậy, câu hỏi bây giờ là, chúng ta có những lựa chọn pin nào, từ quan điểm vật lý và điện?

Trong trường hợp này, tôi muốn khám phá đầy đủ các tùy chọn. Điều này có nghĩa là

1. liệt kê các khả năng xác định điện áp pin thấp nhất có thể có khi gần phóng điện
2. xác định điện áp pin cao nhất có thể khi mới
3. xác minh rằng phần cứng chúng tôi muốn cấp nguồn hoạt động trong phạm vi đó một cách an toàn
4. loại bỏ các khả năng trên cơ sở này

Chúng tôi sẽ muốn xem bảng dữ liệu cho từng tùy chọn pin, tìm đường cong xả có liên quan và chọn ra cả giá trị tối đa mà cảm biến sẽ thấy khi mới và giá trị tối thiểu mà cảm biến sẽ thấy khi pin "xả", là một điểm tùy ý mà chúng ta có thể chọn ra khỏi đường cong. Vì đây là cảm biến công suất thấp và có khả năng sẽ tiêu thụ vi mạch, chúng ta có thể chỉ cần chọn đường cong thuận lợi nhất trong bất kỳ biểu dữ liệu nào (tức là đường cong có tải thử nghiệm thấp nhất).

2x AA kiềm (hoặc AAA): Đây có vẻ như là một lựa chọn thay thế đường cơ sở lý tưởng, vì AAs hoạt động ở 1,5V và 2x1,5 = 3. Biểu dữ liệu Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) cho chúng ta thấy rằng điện áp mạch hở mới là 1,5 và điện áp thấp nhất mà chúng tôi mong đợi sẽ thấy sau khi cạn kiệt> 90% năng lượng có sẵn là 0,8V. Nếu chúng ta cắt ở 1,1, điều đó có lẽ cũng khá ổn. Điều đó cung cấp cho chúng tôi dải điện áp từ 2,2V đến 3V cho cuộc sống ổn định, hoặc 1,6V đến 3V cho cuộc sống đầy đủ.

2 lần AA NiMH (hoặc AAA): Các AA NiMH có tính khả dụng cao VÀ có thể sạc lại được, vì vậy đó là lý tưởng. Một đường cong phóng điện thụt vào ngẫu nhiên mà tôi đang xem cho biết mạch hở 1,45V, đến 1,15V khá hoàn toàn, hoặc 1,2V nếu chúng ta sẵn sàng thư giãn hơn một chút. Vì vậy, tôi sẽ nói phạm vi ở đây là khoảng 2,4V đến 2,9V

Lithium Polymer 1S Pack: Trong một thế giới hoàn hảo, tôi chỉ muốn ném một viên lithium khác vào vấn đề. Tôi có một loạt các tế bào và một vài bộ sạc phù hợp. Và lithium có nghĩa là chỉ báo tuổi thọ pin cũng sẽ chính xác, phải không? Không quá nhanh. Tế bào sơ cấp Lithium sử dụng một chất hóa học khác với pin sạc lại được và cũng có đường cong phóng điện khác. LiPos là 3,7V danh nghĩa, nhưng thực sự dao động giữa một cái gì đó như mạch hở mới 4.2V, đến 3.6V chết một cách đáng kính. Vì vậy, chúng tôi sẽ gọi phạm vi ở đây là 3.6V-4.2V

Bước 2: Bắt đầu

Thực tế có thể là trường hợp của một bản mod như thế này mà cuối cùng chúng ta không cần phải đi xa hơn là mở cửa pin. Chúng tôi biết rằng CR2032 đã sử dụng trên kệ là pin 3V, vì vậy bất kỳ loại pin 3V nào khác sẽ hoạt động tốt. Có thể logic đo nhiên liệu bị hỏng và chỉ báo% tuổi thọ pin trở nên không có thật, nhưng điều đó có thể sẽ không ảnh hưởng đến hiệu suất.

Trong trường hợp này, chúng tôi có một loạt tùy chọn để kiểm tra, có nghĩa là chúng tôi sẽ cần xem phần cứng nào chúng tôi đang cố gắng cung cấp năng lượng và liệu nó có tương thích hay không, vì vậy chúng tôi cần phải tham gia.

Nhìn vào mặt sau của cảm biến khi nắp pin được tháo ra, chúng ta có thể thấy một phần nhựa tách ra, vì vậy ngăn chứa pin có thể là một bộ phận lắp vào vỏ xung quanh nó. Chắc chắn, nếu chúng ta chọc một tuốc nơ vít lưỡi phẳng vào khe hở và cạy lên, mảnh sẽ bật ra ngay. Tôi đã chỉ ra bằng các mũi tên nơi có các chốt - nếu bạn cạy ở những vị trí này, bạn sẽ ít có khả năng chụp nhựa ở nơi chèn yếu.

Với bo mạch, chúng tôi có thể xem xét các thành phần chính và xác định khả năng tương thích điện áp.

Ngay lập tức, có vẻ như không có bất kỳ quy định nào trên bo mạch - mọi thứ đều chạy trực tiếp từ điện áp của pin. Đối với các thành phần chính, chúng tôi thấy:

• Bộ vi điều khiển CC2450 BLE
• Cảm biến nhiệt độ / độ ẩm HTU21D
• SPI Flash

Từ biểu dữ liệu CC2450: 2-3,6V, tối đa tuyệt đối 3,9V

Từ biểu dữ liệu HTU21D: tối đa 1,5-3,6V

Tôi không buồn nhìn vào đèn flash SPI vì điều này đã hạn chế đáng kể các tùy chọn của chúng tôi. Ngay lập tức, pin LiPo đã hết - 4.2V khi sạc đầy sẽ làm hỏng cả hai thành phần này và dù sao thì 3,7 danh nghĩa cũng là quá nhiều đối với cảm biến độ ẩm. Mặt khác, các AA kiềm sẽ hoạt động bình thường, với mức cắt 2V trên CC2450 có nghĩa là cảm biến sẽ chết mà không còn quá nhiều sự sống trong các tế bào. Hơn nữa, NiMH AAs hoạt động lý tưởng, với cảm biến chỉ tắt khi chúng thực sự chết như một cánh cửa.

Bước 3: Tạo Mod

Bây giờ chúng tôi biết các tùy chọn của chúng tôi là gì và quan trọng nhất, chúng không phải là gì, chúng tôi có thể bắt đầu thực sự tạo ra bản mod.

Tôi muốn gắn bó với khả năng tái sử dụng tối đa. Trong một thế giới hoàn hảo, chúng tôi sẽ tạo ra toàn bộ vỏ pin mà cảm biến chỉ cắm vào. Còn bây giờ, chúng ta sẽ đơn giản hơn một chút.

Ý tưởng của tôi về việc xâm lấn tối thiểu và dễ thực hiện là sử dụng CR2032 đã chết làm hình nộm để giữ + và - dẫn trên các địa chỉ liên hệ hiện có.

Tôi đã sử dụng một số băng đồng để làm các tiếp điểm, được hàn vào một giá đỡ AA riêng biệt. Lưu ý: Dùng băng dính cách điện giữa đồng và pin. Ngay cả khi tế bào đồng xu đã chết, việc đoản mạch vẫn có thể dẫn đến rò rỉ và ăn mòn. Ngay cả khi bạn đang sử dụng băng đồng có lớp cách điện không dẫn điện, bạn vẫn có thể gặp phải sự cố ngắn mà tôi phát hiện ra là trường hợp pin của tôi bắt đầu nóng lên (pin CHẾT). Tôi đã sử dụng băng kapton, loại băng này lý tưởng cho nhiệm vụ này.

Để giữ mọi thứ đúng vị trí, tôi chỉ cần khoan một lỗ nhỏ trên nắp pin ban đầu và luồn dây pin qua đó đến giá đỡ bên ngoài. Tôi đã sử dụng một lỗ lớn hơn dự định ban đầu, vì nắp cần xoay nhẹ để khóa đúng vị trí.

Nói về điều này, tôi chỉ có một giá đỡ pin 3xAAA trên tay, khi những gì tôi cần là một chiếc 2x. Tôi đã làm cho nó thành 2x bằng cách thêm một dây jumper được hàn vào giữa phần cuối của hai batteies đầu tiên - hãy nhìn vào phần dưới cùng của bức ảnh cuối cùng đó bao gồm cả giá đỡ pin. Tôi không khuyến khích điều này vì rất khó hàn vào kim loại trên giá đỡ pin mà không làm nó tan chảy, nhưng tôi ĐÃ CÓ THỂ làm cho nó hoạt động.

Bước 4: Đã hoàn thành

Sẵn sàng để đo độ ẩm trong tủ quần áo!