PicoInk byl vyvinutý za účelem měření fyzikálních veličin v místech, kde není třeba měřit velice často, ale postačuje jedno měření za 15 minut. Například: teplota, výška hladiny, koncentrace CO2, vlhkost půdy, vlhkost vzduchu, a podobně. Z této podstaty byl v návrhu kladen důraz na dlouhou výdrž baterie.
Oproti podobným zařízením, které využívají deep-sleep režim mikrokontroléru, se zde o periodické měření stará externí časovací obvod TPL5110, který má v odpočítávací fázi téměř neměřitelnou spotřebu (35nA).
Dalším prvkem, který přispívá k dlouhé výdrži baterie je e-inkový displej, který ze své technické podstaty zobrazuje informace, přestože je baterie odpojena. Za normálních okolností musí displej po připojení k napájení projít tzv. full-refreshem. Full-refresh není příliš estetická záležitost a je také energeticky náročná. Tyto důvody vedly k vývoji knihovny obsluhující displej s možností částečného překreslení i bez full-refreshe.
Horizontální rozlišení použitelného e-ink displeje je 250 pixelů. Pokud využijeme displej k vykreslení průběhu naměřených hodnot, přičemž každá hodnota zabere jeden pixel, můžeme vykreslit historii v grafu v délce necelých tří dnů, konkrétně 62,5 hodin.
To z něj v dělá jedinečný bateriový teploměr schopen nepřetržitého zobrazení historie hodnot v grafu.
Jelikož je mozkem celého zařízení mikrokontrolér Raspberry Pi Pico W, dostupná je konektivita ve formě Bluetooth Low Energy a 2.4GHz WiFi.
Pro zasílání naměřených hodnot přes Bluetooth byl zvolen otevřený protokol BTHome, ve formě pasivních advertisement zpráv. Důvodem je skvělá kompatibilita a super-rychlá integrace v Home Assistant.
V případě využití WiFi byl zvolen protokol MQTT, který lze rovněž vcelku jednoduše zaintegrovat do Home Assistant systému.
Výdrž baterie Liitokala 3500mAh s použitím teplotního a vlhkostního snímače SHT41 s vypnutým vyhříváním a připojení k WiFi s kvalitním signálem byla naměřena na 6 měsíců, cca 10000 měření.
Baterií je myšlen akumulátor typu 18650, který je možno dobít přes USB-C konektor.
Pro rychlou výměnu lze baterii vyjmout a nahradit baterií čerstvě nabitou.
PicoInk je fyzicky složen ze dvou částí:
- Hlavní část obsahující elektroniku, baterii, displej a desku spojů.
- Modul, který je odnímatelný. Podle jeho typu zařízení plní svůj účel - zde je umístěn snímač.
Spojení mezi těmito částmi zajišťuje konektor, přes který lze modul napájet. Buďto z 3.3V zdroje mikrokontroléru nebo přímo z baterie. Dále obsahuje piny, jenž lze použít pro analogové měření nebo sběrnice UART, SPI, I2C, OneWire (viz.doc). PicoInk je možné po úpravě software využívat i bez modulu. Například pro zobrazování online dat.
V současné době jsou plně vyvinuty dva moduly - snímač teploty pro horizontální a vertikální bojler.
Avšak PicoInk byl otestován a má softwarovou přípravu na:
- Snímač CO2 SCD41. Výdrž baterie klesla na jeden měsíc (s WiFi).
- Analogový snímač pro kapacitní měření vlhkosti půdy. Vlhkost klesá velmi pomalu, graf je krátký.
- Teplotní a vlhkostní snímač DHT22, měření snímače trvá různou dobu, někdy i velmi dlouho.
- Teplotní a vlhkostní snímač SHT41, vše OK.
- Teplotní snímač Dallas DS18B20, nutné použít originál, jinak vše OK.
Známé bugy:
* Při delším vyjmutí baterie dojde k vybití vnitřního kondenzátoru.
Při opětovném vložení nabitého článku dochází k proudové mikrošpičce.
Z toho důvodu dojde k deaktivaci výstupu ochranného obvodu.
Baterii je tedy nutno znovu vytáhnout a vložit. Ve zkratce - baterii je někdy třeba vložit na dvakrát.
(Vyřešeno změnou hodnoty kondenzátoru C1 z 1uF na 100nF)
TODO list:
- Moduly pro různé bojlery
- Návod k použití pro normální lidi (pdf)
- Tiskové instrukce (README.md ve složce 3D)
- Instrukce ke stavbě zařízení (pdf)
- Instrukce k výměně baterie a montáži/demontáži modulu (pdf)
- Instrukce k naprogramování kontroléru (README.md ve složce Code)
- Instrukce k výrobě PCB (README.md ve složce Electric)
Zde mě můžete přímo kontaktovat.