Como hackear um sensor de temperatura para prolongar a vida útil da bateria: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O Inkbird IBS-TH1 é um excelente pequeno dispositivo para registrar a temperatura e a umidade por algumas horas ou dias. Ele pode ser configurado para registrar a cada segundo até a cada 10 minutos e relata os dados por Bluetooth LE para um smartphone Android ou iOS. O aplicativo é muito sólido, embora faltem mais um ou dois recursos avançados que eu gostaria de ver. Infelizmente, o maior problema com este sensor é que a duração da bateria é MUITO fraca, mesmo com o intervalo de amostra máximo de 10 minutos.

Aqui, quero mostrar a você meu processo de pensamento sobre como fazer algo a respeito!

Este é um tutorial bastante básico que detalha o processo de pensamento em torno de uma modificação elétrica simples. É muito simples, mas fornece alguns detalhes sobre as especificações da bateria, caso você nunca tenha visto isso antes.

Suprimentos

O bit mais importante / único obrigatório:

Inkbird IBS-TH1

Outras coisas provavelmente acabarei usando:

• Bateria de reposição adequada
• impressora 3d
• Fita condutora de cobre
• Bateria 2032 morta

Etapa 1: planejamento

Ok, então qual é o problema? A duração da bateria é insuficiente. O que poderíamos fazer sobre isso?

Ideia 1: Use menos energia

Em um mundo perfeito, haveria uma configuração ou algo que podemos mudar para simplesmente usar menos energia e operar por mais tempo. Sabemos que temos controle sobre o intervalo de amostragem do sensor, mas infelizmente isso não parece fazer muita diferença. O sensor provavelmente desperta com muita frequência para enviar um pacote de publicidade BLE conectável, de modo que o aplicativo do telefone parece estar respondendo bem. O firmware provavelmente não é muito inteligente sobre como a energia é gerenciada em torno dessa atividade.

Poderíamos dar uma olhada no firmware para ver se isso poderia ser melhorado, mas é claro que este é um produto de código fechado. Poderíamos escrever nosso próprio firmware e aplicativo complementar, o que seria legal e provavelmente razoável para alguns casos de uso, mas isso é muito trabalho para mim. E ainda não há garantia de que possamos fazer isso - o processador pode ser protegido contra leitura / gravação, programável uma vez, etc.

Ideia 2: Use uma bateria maior

Este é o meu plano A aqui. Se a coisa não durar muito tempo para o meu gosto em uma célula tipo moeda, jogar uma bateria maior nela deve fazer com que dure para sempre.

Portanto, a questão agora é: quais opções de bateria temos, tanto do ponto de vista físico quanto elétrico?

Nesse caso, quero explorar totalmente as opções. Isso significa

1. as possibilidades de lista determinam a tensão de bateria mais baixa possível quando perto de descarregada
2. determinar a tensão de bateria mais alta possível quando nova
3. verifique se o hardware que queremos alimentar opera nessa faixa com segurança
4. possibilidades de desqualificação nesta base

Vamos querer olhar as folhas de dados para cada opção de bateria, encontrar a curva de descarga relevante e escolher o valor máximo que o sensor verá quando fresco e o valor mínimo que verá quando as baterias estiverem "descarregadas", que é um ponto arbitrário que pegamos na curva. Como este é um sensor de baixa potência e provavelmente consumirá microampères, podemos simplesmente escolher a curva mais favorável em qualquer folha de dados (ou seja, a curva com a carga de teste mais baixa).

2x AAs alcalinos (ou AAAs): Esta parece ser uma opção de substituição de linha de base ideal, uma vez que os AAs operam a 1,5 V e 2x1,5 = 3. A folha de dados do Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) mostra que a nova tensão de circuito aberto é 1,5, e a tensão mais baixa que esperaríamos ver depois de esgotar> 90% da energia disponível é 0,8V. Se cortarmos em 1.1, provavelmente também estará bem. Isso nos dá uma faixa de voltagem de 2,2 V a 3 V para uma vida normal ou de 1,6 V a 3 V para uma vida inteira.

2x NiMH AAs (ou AAAs): NiMH AAs são altamente disponíveis E recarregáveis, então é o ideal. Uma curva de descarga eneloop aleatória que estou vendo diz circuito aberto de 1,45 V, até 1,15 V totalmente morto, ou 1,2 V se estivermos dispostos a ficar um pouco mais relaxados. Vou dizer que a faixa aqui é de cerca de 2,4 V a 2,9 V

Pacote de polímero de lítio 1S: Em um mundo perfeito, eu simplesmente jogaria outro lítio no problema. Eu tenho um monte de células e alguns carregadores adequados. E o lítio significa que o indicador de duração da bateria também estará correto, certo? Não tão rápido. As células primárias de lítio usam uma química diferente das recarregáveis e também têm uma curva de descarga diferente. Os LiPos são 3,7 V nominais, mas realmente oscilam entre algo como 4,2 V de circuito aberto fresco, a 3,6 V respeitosamente morto. Então, vamos chamar a faixa aqui de 3,6 V-4,2 V

Etapa 2: Entrando

Pode realmente ser o caso de um mod como este que não precisamos ir além de abrir a porta da bateria. Sabemos que o CR2032 usado no mercado é uma bateria de 3V, então qualquer outra bateria de 3V deve servir bem. Talvez a lógica do medidor de combustível se quebre e a indicação de% da duração da bateria se torne falsa, mas isso provavelmente não afetará o desempenho.

Neste caso, temos um monte de opções para verificar, o que significa que precisamos ver qual hardware estamos tentando alimentar e se é compatível, então precisamos entrar.

Olhando para a parte de trás do sensor sem a tampa da bateria, podemos ver uma rachadura no plástico, então o suporte da bateria é provavelmente uma inserção que se encaixa no invólucro ao redor dele. Com certeza, se colocarmos uma chave de fenda de ponta chata na abertura e a puxarmos, a peça salta para fora. Eu indiquei com setas onde estão os encaixes - se você bisbilhotar nesses locais, é menos provável que o plástico seja quebrado onde o encaixe é fraco.

Com a placa fora, podemos olhar os principais componentes e determinar a compatibilidade da tensão.

Imediatamente, parece que não há nenhum regulamento integrado - tudo está funcionando diretamente com a tensão da bateria. Para os principais componentes, vemos:

• Microcontrolador CC2450 BLE
• Sensor de temperatura / umidade HTU21D
• SPI Flash

Da folha de dados CC2450: 2-3,6 V, 3,9 V absoluto máximo

Da folha de dados do HTU21D: 1,5-3,6 V máx.

Não me incomodei em olhar para o flash SPI, pois isso já limita substancialmente nossas opções. Imediatamente, a célula LiPo acabou - 4,2 V com carga total fritará ambos os componentes, e 3,7 nominal é demais para o sensor de umidade de qualquer maneira. Por outro lado, os AAs alcalinos funcionarão bem, com um corte de 2 V no CC2450, o que significa que o sensor morre sem muita vida restante nas células. Além disso, os AAs de NiMH funcionam de maneira ideal, com o sensor desligando apenas quando eles estão realmente mortos.

Etapa 3: fazendo o mod

Agora que sabemos quais são nossas opções e, o mais importante, quais não são, podemos realmente fazer o mod.

Eu gostaria de manter a capacidade de reutilização máxima. Em um mundo perfeito, faríamos uma caixa de bateria inteira na qual o sensor se encaixasse. Por enquanto, vamos um pouco mais simples.

Minha ideia para ser minimamente invasivo e maximamente fácil de executar é usar um CR2032 morto como um manequim para segurar ligações + e - nos contatos existentes.

Usei um pouco de fita de cobre para fazer os contatos, soldada a um suporte AA separado. Nota: Use fita isolante entre o cobre e a bateria. Mesmo que a célula tipo moeda esteja morta, um curto-circuito ainda pode causar vazamento e corrosão. Mesmo se você estiver usando fita de cobre com isolamento não condutivo, ainda pode acabar com um curto, o que descobri ser o caso quando minha bateria começou a esquentar (uma bateria MORTA, veja bem). Usei fita kapton, que é ideal para esta tarefa.

Para manter tudo no lugar, vou apenas fazer um pequeno orifício na tampa da bateria original e passar os fios da bateria para o suporte externo. Usei um orifício maior do que planejei originalmente, pois a tampa precisa girar ligeiramente para travar no lugar.

Falando nisso, só tenho um porta-bateria 3xAAA em mãos, quando preciso é de um 2x. Eu fiz um 2x adicionando um fio de jumper soldado entre a extremidade das duas primeiras baterias - olhe para a parte inferior da última foto, incluindo o suporte da bateria. Não recomendo porque é muito difícil soldar ao metal do porta-bateria sem derretê-lo, mas consegui fazer funcionar.

Etapa 4: Concluído

Pronto para medir umidade no armário!