Cómo piratear un sensor de temperatura para prolongar la vida útil de la batería: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

El Inkbird IBS-TH1 es un pequeño dispositivo excelente para registrar la temperatura y la humedad durante unas pocas horas o días. Se puede configurar para que registre cada segundo hasta cada 10 minutos, e informa los datos a través de Bluetooth LE a un teléfono inteligente Android o iOS. La aplicación es muy sólida, aunque le faltan una o dos funciones avanzadas más que me gustaría ver. Desafortunadamente, el mayor problema con este sensor es que la duración de la batería es MUY pobre incluso con ese intervalo de muestreo máximo de 10 minutos.

¡Aquí, quiero guiarlos a través de mi proceso de pensamiento sobre cómo hacer algo al respecto!

Este es un tutorial bastante básico que detalla el proceso de pensamiento en torno a una simple modificación eléctrica. Es bastante simple, pero entra en detalles sobre las especificaciones de la batería si nunca se ha encontrado con eso antes.

Suministros

El bit más importante / único obligatorio:

Inkbird IBS-TH1

Otras cosas que probablemente terminaré usando:

• Batería de repuesto adecuada
• impresora 3d
• Cinta de cobre conductora
• Batería muerta 2032

Paso 1: planificación

Ok, ¿cuál es el problema? La duración de la batería es mala. ¿Qué podemos hacer al respecto?

Idea 1: use menos energía

En un mundo perfecto, habría una configuración o algo que podemos cambiar para simplemente usar menos energía y operar por más tiempo. Sabemos que tenemos control sobre el intervalo de muestreo del sensor, pero desafortunadamente no parece haber mucha diferencia. Es probable que el sensor se active con demasiada frecuencia para enviar un paquete publicitario BLE conectable, de modo que la aplicación del teléfono parezca que tiene una buena capacidad de respuesta. Es probable que el firmware no sea muy inteligente sobre cómo se administra la energía en torno a esta actividad.

Podríamos echar un vistazo al firmware para ver si se puede mejorar, pero, por supuesto, este es un producto de código cerrado. Quizás podríamos escribir nuestro propio firmware y aplicación complementaria, lo cual sería genial y probablemente sería razonable para algunos casos de uso, pero eso es demasiado trabajo para mí. Y aún no hay garantía de que podamos hacer eso: el procesador podría estar protegido contra lectura / escritura, programable una vez, etc.

Idea 2: Utilice una batería más grande

Este es mi plan A aquí. Si la cosa no dura lo suficiente para mi gusto en una celda de moneda, arrojarle una batería más grande debería hacer que dure para siempre.

Entonces, la pregunta ahora es, ¿qué opciones de batería tenemos, tanto desde el punto de vista físico como eléctrico?

En este caso, quiero explorar completamente las opciones. Esto significa

1. lista de posibilidades determinar el voltaje de batería más bajo posible cuando está cerca de descargarse
2. Determine el voltaje de batería más alto posible cuando esté fresco
3. Verificar que el hardware que queremos alimentar funciona en ese rango de forma segura.
4. descalificar posibilidades sobre esta base

Queremos ver las hojas de datos de cada opción de batería, encontrar la curva de descarga relevante y seleccionar tanto el valor máximo que verá el sensor cuando esté nuevo como el valor mínimo que verá cuando las baterías estén "descargadas", que es un punto arbitrario que podemos tomar de la curva. Dado que este es un sensor de baja potencia y probablemente consumirá microamperios, simplemente podemos elegir la curva más favorable en cualquier hoja de datos (es decir, la curva con la carga de prueba más baja).

2x AA alcalinos (o AAA): parece una opción de reemplazo de referencia ideal, ya que los AA funcionan a 1,5 V y 2x1,5 = 3. La hoja de datos de Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) nos muestra que el voltaje de circuito abierto nuevo es 1.5, y el voltaje más bajo que esperaríamos ver después de agotar> 90% de la energía disponible es 0.8V. Si cortamos en 1.1, probablemente también esté bastante bien. Eso nos da un rango de voltaje de 2,2 V a 3 V para una vida útil correcta, o de 1,6 V a 3 V para una vida útil completa.

2x NiMH AA (o AAA): los NiMH AA son altamente disponibles Y recargables, por lo que es ideal. Una curva de descarga de bucle de energía aleatoria que estoy viendo dice un circuito abierto de 1,45 V, a 1,15 V completamente muerto, o 1,2 V si estamos dispuestos a estar un poco más relajados. Entonces diré que el rango aquí es de aproximadamente 2.4V a 2.9V

Paquete de polímero de litio 1S: en un mundo perfecto, simplemente arrojaría otro litio al problema. Tengo un montón de células y algunos cargadores adecuados. Y el litio significa que el indicador de duración de la batería también será correcto, ¿verdad? No tan rapido. Las celdas primarias de litio utilizan una química diferente a las recargables y también tienen una curva de descarga diferente. Los LiPos son 3.7V nominales, pero realmente oscilan entre algo así como un circuito abierto fresco de 4.2V, a 3.6V respetablemente muertos. Entonces llamaremos al rango aquí 3.6V-4.2V

Paso 2: Entrar

En realidad, puede ser el caso de un mod como este que, en última instancia, no necesitamos ir más allá de abrir la puerta de la batería. Sabemos que el CR2032 usado en el mercado es una batería de 3V, por lo que cualquier otra batería de 3V debería funcionar bien. Tal vez la lógica del indicador de combustible se rompa y la indicación del% de duración de la batería se vuelva falsa, pero eso probablemente no afectará el rendimiento.

En este caso, tenemos un montón de opciones para verificar, lo que significa que necesitaremos ver qué hardware estamos tratando de alimentar y si es compatible, por lo que tendremos que ingresar.

Mirando la parte posterior del sensor sin la tapa de la batería, podemos ver una división en el plástico, por lo que el soporte de la batería es probablemente un inserto que encaja en la carcasa que lo rodea. Efectivamente, si colocamos un destornillador de punta plana en el espacio y hacemos palanca, la pieza saldrá de inmediato. He indicado con flechas dónde están los broches: si hace palanca en estos lugares, es menos probable que rompa el plástico donde el inserto es débil.

Con la placa fuera, podemos mirar los componentes principales y determinar la compatibilidad de voltaje.

De inmediato, no parece que haya ninguna regulación a bordo: todo funciona directamente con el voltaje de la batería. Para los componentes principales, vemos:

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

De la hoja de datos CC2450: 2-3,6 V, 3,9 V máximo absoluto

De la hoja de datos de HTU21D: 1.5-3.6V máx.

No me molesté en mirar el flash SPI ya que esto limita sustancialmente nuestras opciones. De inmediato, la celda de LiPo está apagada: 4.2V con carga completa freirán ambos componentes, y 3.7 nominal es demasiado para el sensor de humedad de todos modos. Por otro lado, los AA alcalinos funcionarán bien, con un corte de 2V en el CC2450, lo que significa que el sensor muere sin que quede demasiada vida en las celdas. Además, los AA de NiMH funcionan de manera ideal, con el sensor apagándose solo una vez que están realmente muertos como un clavo de puerta.

Paso 3: hacer el mod

Ahora que sabemos cuáles son nuestras opciones, y lo más importante, cuáles no son, podemos empezar a hacer el mod.

Me gustaría quedarme con la máxima reutilización. En un mundo perfecto, haríamos una carcasa de batería completa en la que el sensor simplemente encajara. Por ahora, lo haremos un poco más simple.

Mi idea para mínimamente invasiva y máximamente fácil de ejecutar es utilizar un CR2032 muerto como ficticio para mantener los cables + y - en los contactos existentes.

Usé cinta de cobre para hacer los contactos, soldada a un soporte AA separado. Nota: Utilice cinta aislante entre el cobre y la batería. Incluso si la pila de botón está muerta, un cortocircuito puede provocar fugas y corrosión. Incluso si está usando cinta de cobre con aislamiento no conductor, aún puede terminar con un corto que descubrí que era el caso cuando mi batería comenzó a calentarse (una batería MUERTA, recuerde). He usado cinta kapton, que es ideal para esta tarea.

Para mantener todo en su lugar, solo voy a perforar un pequeño orificio en la tapa original de la batería y pasar los cables de la batería a través del soporte externo. Usé un orificio más grande de lo que planeé originalmente, ya que la tapa debe girar ligeramente para trabarse en su lugar.

Hablando de eso, solo tengo un soporte de batería 3xAAA a mano, cuando lo que necesito es un 2x. Lo convertí en un 2x agregando un cable de puente soldado entre el extremo lejano de las dos primeras baterías; mire la parte inferior de esa última foto, incluido el soporte de la batería. No recomiendo esto porque es muy difícil soldar el metal en el soporte de la batería sin derretirlo, pero Pude hacerlo funcionar.

Paso 4: ¡Terminado

¡Listo para medir la humedad en el armario!