วิธีแฮ็กเซ็นเซอร์อุณหภูมิเพื่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

Inkbird IBS-TH1 เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ยอดเยี่ยมสำหรับการบันทึกอุณหภูมิและความชื้นภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงหรือหลายวัน สามารถตั้งค่าให้บันทึกทุกวินาทีได้ถึงทุกๆ 10 นาที และรายงานข้อมูลผ่าน Bluetooth LE ไปยังสมาร์ทโฟน Android หรือ iOS แอพนี้แข็งแกร่งมาก แม้ว่าจะขาดคุณสมบัติขั้นสูงหนึ่งหรือสองอย่างที่ฉันอยากเห็น น่าเสียดาย ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของเซ็นเซอร์นี้คืออายุการใช้งานแบตเตอรี่ต่ำมาก แม้จะมีช่วงสุ่มตัวอย่างสูงสุด 10 นาทีก็ตาม

ที่นี่ ฉันต้องการนำคุณผ่านกระบวนการคิดของฉันในการทำบางอย่างเกี่ยวกับสิ่งนั้น!

นี่เป็นบทช่วยสอนพื้นฐานที่ค่อนข้างละเอียดซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการคิดเกี่ยวกับการดัดแปลงทางไฟฟ้าอย่างง่าย มันค่อนข้างเรียบง่าย แต่ให้ลงรายละเอียดเล็กน้อยเกี่ยวกับข้อกำหนดของแบตเตอรี่หากคุณไม่เคยพบเจอมาก่อน

เสบียง

บิตที่สำคัญที่สุด/บังคับเท่านั้น:

Inkbird IBS-TH1

สิ่งอื่น ๆ ที่ฉันอาจจะใช้:

• แบตเตอรี่ทดแทนที่เหมาะสม
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
• เทปทองแดงนำไฟฟ้า
• แบตเตอรี่ 2032 ที่ตายแล้ว

ขั้นตอนที่ 1: การวางแผน

โอเค แล้วประเด็นคืออะไร? อายุการใช้งานแบตเตอรี่ไม่ดี เราจะทำอะไรได้บ้างเกี่ยวกับเรื่องนี้?

แนวคิดที่ 1: ใช้พลังงานน้อยลง

ในโลกที่สมบูรณ์แบบ จะมีฉากหรือสิ่งที่เราสามารถเปลี่ยนให้ใช้พลังงานน้อยลงและใช้งานได้นานขึ้น เรารู้ว่าเราควบคุมช่วงการสุ่มตัวอย่างเซ็นเซอร์ได้ แต่น่าเสียดายที่ดูเหมือนว่าจะไม่สร้างความแตกต่างมากนัก เซ็นเซอร์อาจปลุกบ่อยเกินไปเพื่อส่งแพ็กเก็ตโฆษณา BLE ที่เชื่อมต่อได้ เพื่อให้แอปโทรศัพท์รู้สึกเหมือนมีการตอบสนองที่ดี เฟิร์มแวร์อาจไม่ฉลาดมากเกี่ยวกับวิธีจัดการพลังงานในกิจกรรมนี้

เราสามารถดูเฟิร์มแวร์เพื่อดูว่าสามารถปรับปรุงได้หรือไม่ แต่แน่นอนว่านี่เป็นผลิตภัณฑ์แบบปิด เราอาจเขียนเฟิร์มแวร์และแอพคู่หูของเราเองได้ ซึ่งน่าจะเจ๋งและน่าจะสมเหตุสมผลสำหรับบางกรณีการใช้งาน แต่นั่นก็ใช้ได้ผลมากเกินไปสำหรับฉัน และยังไม่มีการรับประกันใดๆ ว่าเราสามารถทำได้ - โปรเซสเซอร์สามารถป้องกันการอ่าน/เขียน ตั้งโปรแกรมครั้งเดียวได้ ฯลฯ

ไอเดียที่ 2: ใช้แบตเตอรี่ที่ใหญ่ขึ้น

นี่คือแผนของฉัน A ที่นี่ หากสิ่งนี้อยู่ได้ไม่นานพอสำหรับรสนิยมของฉันในเซลล์แบบเหรียญ การโยนแบตเตอรี่ที่ใหญ่ขึ้นใส่มันควรจะทำให้มันคงอยู่ตลอดไป

คำถามตอนนี้คือ เรามีตัวเลือกแบตเตอรี่อะไรบ้าง ทั้งจากจุดยืนทางกายภาพและทางไฟฟ้า

ในกรณีนี้ ฉันต้องการสำรวจตัวเลือกทั้งหมด แปลว่า

1. ความเป็นไปได้ของรายการกำหนดแรงดันแบตเตอรี่ต่ำสุดที่เป็นไปได้เมื่อใกล้จะคายประจุ
2. กำหนดแรงดันแบตเตอรี่สูงสุดที่เป็นไปได้เมื่อสด
3. ตรวจสอบว่าฮาร์ดแวร์ที่เราต้องการจ่ายไฟทำงานในช่วงนั้นได้อย่างปลอดภัย
4. ตัดสิทธิ์ความเป็นไปได้บนพื้นฐานนี้

เราจะต้องดูเอกสารข้อมูลสำหรับตัวเลือกแบตเตอรี่แต่ละตัว ค้นหาเส้นโค้งการคายประจุที่เกี่ยวข้อง และเลือกทั้งค่าสูงสุดที่เซ็นเซอร์จะเห็นเมื่อเป็นแบตเตอรี่ใหม่ และค่าต่ำสุดที่จะเห็นเมื่อแบตเตอรี่ "คายประจุ" ซึ่ง เป็นจุดที่เราเลือกได้เองจากเส้นโค้ง เนื่องจากเป็นเซ็นเซอร์กำลังต่ำและมีแนวโน้มว่าจะใช้ไมโครแอมป์ เราจึงสามารถเลือกเส้นโค้งที่เหมาะสมที่สุดในแผ่นข้อมูลใดก็ได้ (เช่น เส้นโค้งที่มีโหลดทดสอบต่ำสุด)

2x อัลคาไลน์ AA (หรือ AAA): ดูเหมือนว่าจะเป็นตัวเลือกการทดแทนพื้นฐานในอุดมคติ เนื่องจาก AA ทำงานที่ 1.5V และ 2x1.5=3 แผ่นข้อมูล Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) แสดงให้เราเห็นว่าแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดใหม่คือ 1.5 และแรงดันไฟฟ้าต่ำสุดที่เราคาดว่าจะเห็นหลังจากใช้พลังงาน >90% หมด คือ 0.8V ถ้าเราตัดที่ 1.1 ก็น่าจะโอเคเช่นกัน นั่นทำให้เรามีช่วงแรงดันไฟฟ้า 2.2V ถึง 3V สำหรับชีวิตปกติ หรือ 1.6V ถึง 3V เพื่อชีวิตที่สมบูรณ์

NiMH AA x 2 (หรือ AAA): NiMH AA มีความพร้อมใช้งานสูงและชาร์จใหม่ได้ เหมาะอย่างยิ่ง เส้นโค้งการปลดปล่อย eneloop แบบสุ่มที่ฉันกำลังดูอยู่บอกว่าวงจรเปิด 1.45V ถึง 1.15V ค่อนข้างตายเต็มที่หรือ 1.2V หากเรายินดีที่จะผ่อนคลายมากกว่านี้เล็กน้อย ดังนั้นผมจะบอกว่าช่วงนี้อยู่ที่ประมาณ 2.4V ถึง 2.9V

ลิเธียมโพลีเมอร์ 1S Pack: ในโลกที่สมบูรณ์แบบ ฉันจะโยนลิเธียมอีกอันไปที่ปัญหา ฉันมีเซลล์จำนวนมากและที่ชาร์จที่เหมาะสมสองสามอัน และลิเธียมหมายความว่าตัวบ่งชี้อายุการใช้งานแบตเตอรี่จะถูกต้องด้วยใช่ไหม ไม่เร็วนัก เซลล์ปฐมภูมิลิเธียมใช้เคมีที่แตกต่างจากแบบชาร์จไฟได้ และมีเส้นกราฟการปลดปล่อยที่ต่างกันด้วย LiPos มีค่า 3.7V แต่จริงๆแล้วแกว่งไปมาระหว่างบางอย่างเช่นวงจรเปิดสด 4.2V ถึง 3.6V ที่ตายแล้วอย่างน่านับถือ เราจะเรียกช่วงที่นี่ว่า 3.6V-4.2V

ขั้นตอนที่ 2: เข้ามา

จริง ๆ แล้วอาจเป็นกรณีของม็อดแบบนี้ที่เราไม่จำเป็นต้องไปไกลกว่าการเปิดประตูแบตเตอรี่ เรารู้ว่า CR2032 ที่ใช้นอกชั้นวางเป็นแบตเตอรี่ 3V ดังนั้นแบตเตอรี่ 3V อื่นๆ ก็ควรใช้งานได้ดี บางทีตรรกะของมาตรวัดน้ำมันเชื้อเพลิงอาจแตกและ% บ่งชี้อายุการใช้งานแบตเตอรี่กลายเป็นของปลอม แต่นั่นอาจจะไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน

ในกรณีนี้ เรามีตัวเลือกมากมายให้ตรวจสอบ ซึ่งหมายความว่าเราจะต้องดูว่าฮาร์ดแวร์ใดที่เรากำลังพยายามจ่ายไฟ และถ้ามันเข้ากันได้ เราจะต้องเข้าไปข้างใน

เมื่อมองที่ด้านหลังของเซ็นเซอร์ขณะปิดฝาครอบแบตเตอรี่ เราจะเห็นรอยแยกในพลาสติก ดังนั้นที่ใส่แบตเตอรี่น่าจะเป็นที่เสียบที่ยึดเข้ากับเปลือกรอบๆ แน่นอนว่าถ้าเราติดไขควงปากแบนในช่องว่างแล้วงัด ชิ้นส่วนก็จะโผล่ออกมาทันที ฉันได้ระบุด้วยลูกศรว่ากระดุมอยู่ตรงไหน - หากคุณแงะที่ตำแหน่งเหล่านี้ โอกาสที่เม็ดมีดจะอ่อนจะหนีบพลาสติกจะน้อยลง

เมื่อถอดบอร์ดออกแล้ว เราสามารถดูส่วนประกอบหลักและกำหนดความเข้ากันได้ของแรงดันไฟฟ้าได้

ดูเหมือนว่าไม่มีข้อบังคับออนบอร์ดเลย ทุกอย่างทำงานโดยตรงจากแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ สำหรับองค์ประกอบหลัก เราเห็น:

• ไมโครคอนโทรลเลอร์ CC2450 BLE
• HTU21D เซ็นเซอร์อุณหภูมิ/ความชื้น
• SPI Flash

จากแผ่นข้อมูล CC2450: 2-3.6V, 3.9V สูงสุดแน่นอน

จากแผ่นข้อมูล HTU21D: 1.5-3.6V max

ฉันไม่ได้สนใจที่จะดูแฟลช SPI เนื่องจากสิ่งนี้ได้จำกัดตัวเลือกของเราไว้อย่างมากแล้ว ทันทีที่เซลล์ LiPo ดับ - 4.2V เมื่อชาร์จเต็มจะทำให้ส่วนประกอบทั้งสองนี้ทอดและ 3.7 เล็กน้อยก็มากเกินไปสำหรับเซ็นเซอร์ความชื้นอยู่ดี ในทางกลับกัน AA อัลคาไลน์จะทำงานได้ดีโดยมีคัทออฟ 2V บน CC2450 ซึ่งหมายความว่าเซ็นเซอร์ตายโดยที่ไม่มีชีวิตเหลืออยู่ในเซลล์มากเกินไป นอกจากนี้ NiMH AA ยังทำงานได้ดี โดยเซ็นเซอร์จะปิดเพียงครั้งเดียวเท่านั้นที่ตายจริงๆ เหมือนกับเล็บที่ติดประตู

ขั้นตอนที่ 3: การสร้าง Mod

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าตัวเลือกของเราคืออะไร และที่สำคัญที่สุดคือไม่ใช่อะไร เราสามารถดำเนินการสร้างม็อดได้จริง

ฉันต้องการยึดติดกับการนำกลับมาใช้ใหม่ได้สูงสุด ในโลกที่สมบูรณ์แบบ เราจะสร้างกล่องใส่แบตเตอรี่ทั้งหมดที่เซ็นเซอร์เสียบเข้าไป สำหรับตอนนี้เราจะทำได้ง่ายขึ้นเล็กน้อย

ความคิดของฉันสำหรับการบุกรุกน้อยที่สุดและง่ายต่อการดำเนินการสูงสุดคือการใช้ CR2032 ที่ตายแล้วเป็นหุ่นจำลองเพื่อเก็บ + และ - นำไปสู่ผู้ติดต่อที่มีอยู่

ฉันใช้เทปทองแดงทำคอนแทค บัดกรีกับที่ใส่ AA แยกต่างหาก หมายเหตุ: ใช้เทปฉนวนระหว่างทองแดงกับแบตเตอรี่ แม้ว่าเซลล์เหรียญจะตาย การลัดวงจรอาจยังทำให้เกิดการรั่วซึมและการกัดกร่อน แม้ว่าคุณจะใช้เทปทองแดงที่มีฉนวนที่ไม่นำไฟฟ้า คุณก็อาจจะยังลงเอยด้วยเทปสั้นซึ่งฉันพบว่าเป็นกรณีที่แบตเตอรี่ของฉันเริ่มร้อนขึ้น (แบตเตอรี่ DEAD ใจ) ฉันเคยใช้เทปแคปตัน ซึ่งเหมาะสำหรับงานนี้

เพื่อยึดทุกอย่างเข้าที่ ฉันจะเจาะรูเล็กๆ ที่ฝาครอบแบตเตอรี่เดิม แล้วสอดสายแบตเตอรี่ผ่านรูนั้นไปยังที่ยึดภายนอก ฉันใช้รูที่ใหญ่กว่าที่วางแผนไว้ตอนแรก เนื่องจากต้องหมุนฝาครอบเล็กน้อยเพื่อล็อคเข้าที่

เมื่อพูดถึงเรื่องนี้ ฉันมีที่ใส่แบตเตอรี่ 3xAAA ในมือเท่านั้น เมื่อฉันต้องการคือ 2x ฉันทำให้มันกลายเป็น 2x โดยการเพิ่มสายจัมเปอร์บัดกรีระหว่างปลายสุดของแบตเตอรี่สองก้อนแรก - ดูที่ด้านล่างของภาพสุดท้ายนั้นรวมถึงที่ใส่แบตเตอรี่ ฉันไม่แนะนำสิ่งนี้ เพราะมันยากมากที่จะประสานกับโลหะบนที่ใส่แบตเตอรี่โดยไม่ทำให้ละลาย แต่ฉันก็สามารถทำให้มันใช้งานได้

ขั้นตอนที่ 4: เสร็จแล้ว

พร้อมวัดความชื้นในตู้!