كيفية اختراق مستشعر درجة الحرارة لإطالة عمر البطارية: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

يعد Inkbird IBS-TH1 جهازًا صغيرًا رائعًا لتسجيل درجة الحرارة والرطوبة على مدار بضع ساعات أو أيام. يمكن ضبطه لتسجيل كل ثانية حتى كل 10 دقائق ، ويقوم بإبلاغ البيانات عبر Bluetooth LE إلى هاتف ذكي يعمل بنظام Android أو iOS. التطبيق قوي للغاية ، على الرغم من أنه يفتقد ميزة أو اثنتين من الميزات المتقدمة التي أود رؤيتها. لسوء الحظ ، فإن أكبر مشكلة في هذا المستشعر هي أن عمر البطارية ضعيف جدًا حتى مع فترة العينة القصوى التي تبلغ 10 دقائق.

هنا ، أريد أن آخذك خلال عملية تفكيري حول القيام بشيء حيال ذلك!

هذا برنامج تعليمي أساسي جدًا يوضح بالتفصيل عملية التفكير حول تعديل كهربائي بسيط. إنه أمر بسيط للغاية ، ولكنه يدخل في القليل من التفاصيل حول مواصفات البطارية إذا لم تصادف ذلك من قبل.

اللوازم

أهم بت / إلزامي فقط:

Inkbird IBS-TH1

أشياء أخرى ربما سأستخدمها في النهاية:

• بطارية بديلة مناسبة
• طابعة 3D
• شريط نحاسي موصل
• بطارية 2032 ميتة

الخطوة 1: التخطيط

طيب ما المشكلة؟ عمر البطارية سيء. ماذا يمكننا أن نفعل حيال ذلك؟

الفكرة الأولى: استخدم طاقة أقل

في عالم مثالي ، سيكون هناك مكان أو شيء يمكننا تغييره لمجرد استخدام طاقة أقل ، والعمل لفترة أطول. نحن نعلم أننا نتحكم في الفاصل الزمني لأخذ عينات المستشعر ، ولكن لسوء الحظ لا يبدو أنه يحدث فرقًا كبيرًا. من المحتمل أن يستيقظ المستشعر كثيرًا لإرسال حزمة إعلانات BLE قابلة للتوصيل بحيث يشعر تطبيق الهاتف أنه يتمتع باستجابة جيدة. ربما لا تكون البرامج الثابتة ذكية جدًا بشأن كيفية إدارة الطاقة حول هذا النشاط.

يمكننا إلقاء نظرة على البرامج الثابتة لمعرفة ما إذا كان من الممكن تحسين ذلك ، ولكن بالطبع هذا منتج مغلق المصدر. ربما يمكننا كتابة البرامج الثابتة والتطبيق المصاحب الخاص بنا ، والذي سيكون رائعًا وربما يكون معقولًا لبعض حالات الاستخدام ، لكن هذا يتطلب الكثير من العمل بالنسبة لي. ولا يوجد ضمان حتى الآن يمكننا القيام بذلك - يمكن أن يكون المعالج محميًا للقراءة / الكتابة ، وقابل للبرمجة لمرة واحدة ، وما إلى ذلك.

الفكرة الثانية: استهلك بطارية أكبر

هذه هي خطتي هنا. إذا لم يستمر الشيء لفترة طويلة بما يكفي لذوقي على خلية عملة معدنية ، فإن إلقاء بطارية أكبر عليها سيجعلها تدوم إلى الأبد.

لذا فإن السؤال الآن هو ، ما هي خيارات البطارية المتوفرة لدينا ، من الناحيتين الفيزيائية والكهربائية؟

في هذه الحالة ، أريد استكشاف الخيارات بالكامل. هذا يعنى

1. تحدد قائمة الاحتمالات أقل جهد ممكن للبطارية عند الاقتراب من التفريغ
2. تحديد أعلى جهد ممكن للبطارية عندما تكون جديدة
3. تحقق من أن الأجهزة التي نريد تشغيلها تعمل في هذا النطاق بأمان
4. استبعاد الاحتمالات على هذا الأساس

سنرغب في إلقاء نظرة على أوراق البيانات لكل خيار بطارية ، والعثور على منحنى التفريغ ذي الصلة ، واختيار كل من القيمة القصوى التي سيشاهدها المستشعر عندما يكون جديدًا ، والحد الأدنى للقيمة التي سيراها عند "تفريغ" البطاريات ، والتي هي نقطة اعتباطية نحصل عليها من المنحنى. نظرًا لأن هذا مستشعر منخفض الطاقة ومن المحتمل أن يستهلك ميكرو أمبير ، يمكننا ببساطة اختيار المنحنى الأكثر ملاءمة في أي ورقة بيانات (أي المنحنى بأقل حمل اختبار).

2x AAs قلوي (أو AAAs): يبدو هذا كخيار بديل أساسي مثالي ، حيث تعمل AAs عند 1.5 فولت و 2 × 1.5 = 3. توضح لنا ورقة بيانات Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) أن جهد الدائرة المفتوحة الجديد هو 1.5 ، وأقل جهد نتوقع رؤيته بعد استنفاد> 90٪ من الطاقة المتاحة 0.8 فولت. إذا قطعنا عند 1.1 ، فمن المحتمل أن يكون ذلك جيدًا أيضًا. هذا يعطينا نطاق جهد من 2.2 فولت إلى 3 فولت لحياة جيدة ، أو 1.6 فولت إلى 3 فولت لحياة كاملة.

2x NiMH AAs (أو AAAs): NiMH AAs متوفرة بدرجة عالية وقابلة لإعادة الشحن ، لذلك هذا مثالي. يقول منحنى تفريغ eneloop العشوائي الذي أبحث عنه دائرة مفتوحة 1.45V ، إلى 1.15V ميتة تمامًا ، أو 1.2V إذا كنا على استعداد لأن نكون أكثر استرخاءً. لذلك سأقول أن النطاق هنا يتراوح من 2.4 فولت إلى 2.9 فولت

حزمة Lithium Polymer 1S Pack: في عالم مثالي ، سألقي فقط ليثيوم أخرى على المشكلة. لدي مجموعة من الخلايا وعدد قليل من أجهزة الشحن المناسبة. والليثيوم يعني أن مؤشر عمر البطارية سيكون صحيحًا أيضًا ، أليس كذلك؟ ليس بهذه السرعة. تستخدم خلايا الليثيوم الأولية كيمياء مختلفة عن تلك التي يتم إعادة شحنها ، ولها منحنى تفريغ مختلف أيضًا. LiPos هي 3.7V اسمية ، لكنها في الحقيقة تتأرجح بين شيء مثل الدائرة المفتوحة الجديدة 4.2V ، إلى 3.6V ميتة بشكل محترم. لذلك سنسمي النطاق هنا 3.6V-4.2V

الخطوة الثانية: الدخول

قد يكون الأمر كذلك بالنسبة لمثل هذا الوضع حيث لا نحتاج في النهاية إلى الذهاب أبعد من فتح باب البطارية. نحن نعلم أن CR2032 المستخدمة على الرفوف هي بطارية 3 فولت ، لذا يجب أن تعمل أي بطارية أخرى 3 فولت بشكل جيد. ربما ينكسر منطق مقياس الوقود ويصبح مؤشر النسبة المئوية لعمر البطارية زائفًا ، لكن من المحتمل ألا يؤثر ذلك على الأداء.

في هذه الحالة ، لدينا مجموعة من الخيارات للتحقق منها ، مما يعني أننا سنحتاج إلى معرفة الأجهزة التي نحاول تشغيلها وما إذا كانت متوافقة ، لذلك سنحتاج إلى الدخول.

عند النظر إلى الجزء الخلفي من المستشعر مع إغلاق غطاء البطارية ، يمكننا أن نرى انقسامًا في البلاستيك ، لذلك من المحتمل أن يكون حامل البطارية عبارة عن ملحق يتم تثبيته على الغلاف المحيط به. بالتأكيد ، إذا قمنا بلصق مفك براغي ذو نصل مسطح في الفجوة وقمنا برفعها ، تنبثق القطعة للخارج. لقد أشرت بالسهام حيث توجد اللقطات - إذا كنت تنقب في هذه المواقع ، فمن غير المرجح أن تعلق البلاستيك حيث يكون الإدخال ضعيفًا.

مع خروج اللوحة ، يمكننا النظر إلى المكونات الرئيسية وتحديد توافق الجهد.

على الفور ، لا يبدو أن هناك أي تنظيم داخلي - كل شيء يعمل مباشرة من جهد البطارية. للمكونات الرئيسية نرى:

• متحكم CC2450 BLE
• جهاز استشعار درجة الحرارة / الرطوبة HTU21D
• فلاش SPI

من ورقة بيانات CC2450: 2-3.6 فولت ، 3.9 فولت كحد أقصى مطلق

من ورقة بيانات HTU21D: 1.5-3.6 فولت كحد أقصى

لم أزعج نفسي بالنظر إلى فلاش SPI لأن هذا بالفعل يحد من خياراتنا بشكل كبير. على الفور ، خرجت خلية LiPo - 4.2 فولت عند الشحن الكامل ستقلي كلا المكونين ، و 3.7 اسميًا أكثر من اللازم بالنسبة لمستشعر الرطوبة على أي حال. من ناحية أخرى ، ستعمل AAs القلوية على ما يرام ، مع قطع بجهد 2 فولت في CC2450 مما يعني أن المستشعر يموت دون ترك الكثير من الحياة في الخلايا. علاوة على ذلك ، تعمل أجهزة NiMH AA بشكل مثالي ، حيث يتم إيقاف تشغيل المستشعر فقط بمجرد أن يموت بالفعل مثل الباب.

الخطوة 3: عمل Mod

الآن بعد أن عرفنا ما هي خياراتنا ، والأهم من ذلك ، ما هي ليست كذلك ، يمكننا المضي قدمًا في صنع التعديل.

أود التمسك بأقصى قابلية لإعادة الاستخدام. في عالم مثالي ، سنصنع غطاء بطارية كاملًا يتم تركيب المستشعر عليه للتو. في الوقت الحالي ، سنذهب بشكل أبسط قليلاً.

فكرتي في الحد الأدنى من التدخل الجراحي وسهولة التنفيذ إلى أقصى حد هي استخدام CR2032 الميت كطفل لعقد + و- يؤدي على جهات الاتصال الحالية.

لقد استخدمت بعض الأشرطة النحاسية لعمل جهات الاتصال ، ملحومة بحامل AA منفصل. ملاحظة: استخدم شريطًا عازلًا بين النحاس والبطارية. حتى لو ماتت خلية العملة المعدنية ، فقد يؤدي قصرها إلى التسرب والتآكل. حتى إذا كنت تستخدم شريطًا نحاسيًا مع عزل غير موصل ، فقد ينتهي بك الأمر بقصير اكتشفت أنه كان الحال عندما بدأت بطاريتي في التسخين (بطارية ميتة ، العقل). لقد استخدمت شريط kapton ، وهو مثالي لهذه المهمة.

لتثبيت كل شيء في مكانه ، سأقوم فقط بحفر ثقب صغير في غطاء البطارية الأصلي ، وأقوم بتمرير أسلاك البطارية عبر ذلك إلى الحامل الخارجي. لقد استخدمت ثقبًا أكبر مما كنت أخطط له في الأصل ، حيث يحتاج الغطاء إلى الدوران قليلاً ليغلق في مكانه.

بالحديث عن ذلك ، لدي فقط حامل بطارية 3xAAA في متناول اليد ، عندما أحتاج إلى 2x. لقد قمت بتحويله إلى 2x عن طريق إضافة سلك توصيل ملحوم بين الطرف البعيد من البطاريتين الأولين - انظر إلى الجزء السفلي من تلك الصورة الأخيرة بما في ذلك حامل البطارية. لا أوصي بهذا لأنه من الصعب جدًا لحام المعدن على حامل البطارية دون ذوبانه ، لكنني كنت قادرًا على جعله يعمل.

الخطوة 4: انتهى

جاهز لقياس الرطوبة في الخزانة!