Jak zhakować czujnik temperatury, aby wydłużyć żywotność baterii: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Inkbird IBS-TH1 to świetne małe urządzenie do rejestrowania temperatury i wilgotności w ciągu kilku godzin lub dni. Można go ustawić tak, aby rejestrował co sekundę do 10 minut i raportuje dane przez Bluetooth LE do smartfona z systemem Android lub iOS. Aplikacja jest bardzo solidna, chociaż brakuje jej jednej lub dwóch bardziej zaawansowanych funkcji, które chciałbym zobaczyć. Niestety, największym problemem związanym z tym czujnikiem jest to, że żywotność baterii jest BARDZO niska, nawet przy maksymalnym 10-minutowym interwale próbkowania.

Tutaj chcę przeprowadzić cię przez mój proces myślowy, aby coś z tym zrobić!

Jest to dość podstawowy samouczek szczegółowo opisujący proces myślowy dotyczący prostej modyfikacji elektrycznej. Jest to dość proste, ale zawiera trochę szczegółów na temat specyfikacji baterii, jeśli nigdy wcześniej się z tym nie spotkałeś.

Kieszonkowe dzieci

Najważniejszy/jedyny obowiązkowy bit:

Inkbird IBS-TH1

Inne rzeczy, których prawdopodobnie użyję:

• Odpowiednia bateria zastępcza
• drukarka 3d
• Przewodząca taśma miedziana
• Rozładowana bateria 2032

Krok 1: Planowanie

Ok, więc w czym problem? Żywotność baterii jest zła. Co możemy z tym zrobić?

Pomysł 1: Zużyj mniej energii

W idealnym świecie byłoby ustawienie lub coś, co możemy zmienić, aby po prostu zużywać mniej energii i działać dłużej. Wiemy, że mamy kontrolę nad interwałem próbkowania czujnika, ale niestety nie wydaje się to robić dużej różnicy. Czujnik prawdopodobnie budzi się zbyt często, aby wysłać możliwy do podłączenia pakiet reklamowy BLE, aby aplikacja telefonu miała dobrą responsywność. Oprogramowanie układowe prawdopodobnie nie jest zbyt mądre, jeśli chodzi o zarządzanie energią wokół tej aktywności.

Moglibyśmy rzucić okiem na oprogramowanie, aby sprawdzić, czy można to ulepszyć, ale oczywiście jest to produkt o zamkniętym kodzie źródłowym. Może moglibyśmy napisać własne oprogramowanie i aplikację towarzyszącą, która byłaby fajna i prawdopodobnie byłaby rozsądna w niektórych przypadkach użycia, ale to dla mnie za dużo pracy. I nie ma gwarancji, że możemy to zrobić - procesor może być chroniony przed odczytem/zapisem, jednorazowo programowalny itp.

Pomysł 2: Przymocuj większą baterię

Oto mój plan A tutaj. Jeśli rzecz na ogniwie na monety wystarczy na mój gust, to rzucenie w nią większej baterii powinno sprawić, że będzie trwać wiecznie.

Więc teraz pytanie brzmi, jakie mamy opcje baterii, zarówno z fizycznego, jak i elektrycznego punktu widzenia?

W takim przypadku chcę w pełni zbadać opcje. To znaczy

1. lista możliwości określa najniższe możliwe napięcie akumulatora, gdy jest on blisko rozładowany
2. określić najwyższe możliwe napięcie akumulatora w stanie świeżym
3. sprawdź, czy sprzęt, który chcemy zasilać, działa bezpiecznie w tym zakresie
4. zdyskwalifikować możliwości na tej podstawie

Będziemy chcieli przejrzeć arkusze danych dla każdej opcji baterii, znaleźć odpowiednią krzywą rozładowania i wybrać zarówno maksymalną wartość, jaką czujnik zobaczy, gdy jest świeży, jak i minimalną wartość, jaką zobaczy, gdy baterie zostaną „rozładowane”, co jest arbitralnym punktem, w którym możemy wybrać krzywą. Ponieważ jest to czujnik o małej mocy i prawdopodobnie zużywa mikroampery, możemy po prostu wybrać najkorzystniejszą krzywą w dowolnym arkuszu danych (tj. krzywą z najniższym obciążeniem testowym).

2x alkaliczne AA (lub AAA): Wydaje się, że jest to idealna opcja wymiany podstawowej, ponieważ AA działają pod napięciem 1,5 V i 2x1,5=3. Arkusz danych Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) pokazuje nam, że nowe napięcie w obwodzie otwartym wynosi 1,5, a najniższe napięcie, jakiego można się spodziewać po wyczerpaniu >90% dostępnej energii wynosi 0,8V. Gdybyśmy odcięli się na poziomie 1.1, to prawdopodobnie też byłoby całkiem OK. Daje nam to zakres napięcia od 2,2 V do 3 V dla dobrej żywotności lub od 1,6 V do 3 V dla pełnego życia.

2x NiMH AA (lub AAA): NiMH AA są wysoce dostępne ORAZ można je ładować, więc jest to idealne rozwiązanie. Losowa krzywa rozładowania eneloop, na którą patrzę, mówi, że obwód otwarty 1,45 V, do 1,15 V całkowicie martwy lub 1,2 V, jeśli chcemy być trochę bardziej zrelaksowani. Więc powiem, że zakres tutaj wynosi około 2,4 V do 2,9 V

Lithium Polymer 1S Pack: W idealnym świecie po prostu rzuciłbym kolejny lit na problem. Mam kilka ogniw i kilka odpowiednich ładowarek. A lit oznacza, że wskaźnik żywotności baterii też będzie prawidłowy, prawda? Nie tak szybko. Pierwotne ogniwa litowe wykorzystują inną chemię niż akumulatory i mają również inną krzywą rozładowania. LiPo są nominalnie 3,7 V, ale naprawdę wahają się między około 4,2 V świeżym obwodem otwartym, a 3,6 V w miarę martwym. Tak więc nazwiemy zakres tutaj 3,6 V-4,2 V

Krok 2: Wejście

W przypadku takiego modu może być tak, że ostatecznie nie musimy iść dalej niż otwieranie komory baterii. Wiemy, że CR2032 używany z półki jest baterią 3 V, więc każda inna bateria 3 V powinna wystarczyć. Być może układ logiczny wskaźnika paliwa zepsuje się, a wskaźnik % żywotności baterii stanie się fałszywy, ale prawdopodobnie nie wpłynie to na wydajność.

W tym przypadku mamy kilka opcji do sprawdzenia, co oznacza, że musimy sprawdzić, jaki sprzęt próbujemy zasilać i czy jest kompatybilny, więc musimy wejść.

Patrząc na tył czujnika przy zdjętej pokrywie baterii, widzimy pęknięcie w plastiku, więc uchwyt baterii jest prawdopodobnie wkładką, która zatrzaskuje się w obudowie wokół niej. Rzeczywiście, jeśli włożymy płaski śrubokręt w szczelinę i podważymy, kawałek wyskoczy. Wskazałem strzałkami, gdzie znajdują się zatrzaski – jeśli podważysz w tych miejscach, jest mniej prawdopodobne, że zatrzaśniesz plastik tam, gdzie wkładka jest słaba.

Po wyjęciu płytki możemy przyjrzeć się głównym komponentom i określić kompatybilność napięciową.

Od razu wygląda na to, że nie ma żadnej regulacji na pokładzie – wszystko działa bezpośrednio z napięcia akumulatora. W przypadku głównych komponentów widzimy:

• Mikrokontroler CC2450 BLE
• Czujnik temperatury/wilgotności HTU21D
• Flash SPI

Z arkusza danych CC2450: 2-3,6 V, 3,9 V absolutne max

Z karty katalogowej HTU21D: maks. 1,5-3,6 V

Nie zawracałem sobie głowy patrzeniem na flash SPI, ponieważ to już znacznie ogranicza nasze możliwości. Od razu ogniwo LiPo się rozładowuje – 4,2 V przy pełnym naładowaniu usmaży oba te komponenty, a nominalne 3,7 to i tak za dużo dla czujnika wilgotności. Z drugiej strony, alkaliczne AA będą działać dobrze, z odcięciem 2 V na CC2450, co oznacza, że czujnik umiera bez zbyt długiego życia w ogniwach. Co więcej, NiMH AA działają idealnie, z czujnikiem wyłączającym się tylko wtedy, gdy są naprawdę martwe jak paznokieć.

Krok 3: Tworzenie Mod

Teraz, gdy wiemy, jakie są nasze opcje, a co najważniejsze, czym nie są, możemy zająć się tworzeniem moda.

Chciałbym trzymać się maksymalnej możliwości ponownego wykorzystania. W idealnym świecie zrobilibyśmy całą obudowę baterii, na którą po prostu wkłada się czujnik. Na razie pójdziemy trochę prościej.

Moim pomysłem na minimalnie inwazyjne i maksymalnie łatwe do wykonania jest użycie martwego CR2032 jako atrapy do trzymania wyprowadzeń + i - na istniejących stykach.

Do wykonania styków użyłem taśmy miedzianej, przylutowanej do osobnego uchwytu AA. Uwaga: Użyj taśmy izolacyjnej między miedzią a baterią. Nawet jeśli ogniwo jest martwe, zwarcie może nadal prowadzić do wycieku i korozji. Nawet jeśli używasz taśmy miedzianej z nieprzewodzącą izolacją, nadal może się zdarzyć zwarcie, o którym dowiedziałem się, że moja bateria zaczęła się nagrzewać (bateria DEAD, pamiętaj). Użyłem taśmy kaptonowej, która idealnie nadaje się do tego zadania.

Aby utrzymać wszystko na miejscu, wywiercę mały otwór w oryginalnej pokrywie baterii i przeprowadzę przez nią przewody baterii do zewnętrznego uchwytu. Użyłem otworu większego niż pierwotnie planowałem, ponieważ zatyczka musi się lekko obrócić, aby się zablokowała.

Skoro o tym mowa, mam pod ręką tylko uchwyt na baterie 3xAAA, gdy potrzebuję 2x. Zrobiłem to w 2x, dodając lutowany przewód połączeniowy między drugim końcem dwóch pierwszych baterii – spójrz na dół tego ostatniego zdjęcia, w tym uchwyt baterii. Nie polecam, bo bardzo trudno jest przylutować do metalu na uchwycie baterii bez stopienia go, ale udało mi się sprawić, żeby zadziałało.

Krok 4: Zakończony

Gotowy do pomiaru wilgotności w szafie!