Как стать автором
Обновить

Делаем плату, или Как мы создавали гаджет, чтобы увидеть воздух, которым дышим. Фэйл и пара советов

Время на прочтение5 мин
Количество просмотров12K
Всего голосов 38: ↑36 и ↓2+52
Комментарии87

Комментарии 87

Открыто делитесь своей идеей и не стесняйтесь просить помощи в сети.
Это открытый проект? Где можно исходники посмотреть?

Мы сейчас допиливаем код и позже выложим в открытый доступ, дополнительно еще будет возможность самостоятельной сборки датчика с распечаткой упрощенного корпуса на 3d принтере.

Код уже можно подсмотреть?

не похоже, что габариты 95х65 мм.

Может так будет удобнее понять габариты.

Проблема в железе. ...

Абзац повторен дважды до и после картинки.

Спасибо. Исправил.

Добрый день, использовал BME280. Нормальный датчик, не нужно делать таких категоричных заявлений. Возможно Вы его неудачно расположили ( на основной плате), и он разогревался от других элементов.

Расположение на шлейфе было идентичным, возможно попалась бракованная партия, но новая версия 680 действительно работает достаточно стабильно, проводили испытания в специальной термокамере.

проводили испытания в специальной термокамере.

О какой именно термокамере идёт речь и с какими условиями? Возможно, что это была климатическая камера всё же?

Важный вопрос — как устройство будет питаться за окном?
Как его закреплять на окне?
Керамический резистор на плате используется для подогрева, и если да, то справляется ли он с -20 градусами?

Провод прокладывается через резиновый уплотнитель оконного блока. Наши испытания показали, что температура входящего воздуха при -35 держит заданный предел +10..+11 градусов.

эээ.... Насколько можно понять, вы собираетесь измерять пыль в воздухе, температуру, влажность и давление, плюс еще одну температуру судя по картинке через DS18b20.

При этом у вас есть еще этот самый терморезистор. Т.е. как минимум температуру и влажность за бортом вы измерять не будете. Кроме этого терморезистора у вас есть еще и другие источники нагрева - ESP32 и дисплей, при этом все это добро должно быть в корпусе, которому не страшен дождь со снегом с одной стороны, но с другой - должен быть вход и выход для датчика пыли для прокачки внешнего воздуха. Кроме того, " Концепция такая: датчик крепится на окне, у него есть экран-индикатор, " - если датчик на окне, то он еще и от окна будет греться.

Ну и вообще, удивительно. Есть проект https://narodmon.ru/ чего б туда не зайти и не посмотреть что к чему и как делается. Ну или хотя бы сравнить свое с "ихним" на предмет что лучше, что хуже...

Помню, как собрал свою метеостанцию на Ардуино, в каком-то пластиковом корпусе из чипидипа. И тоже термодатчик внутри был. Через минуту после включения прототипа показывал 30 градусов. Если у авторов нет отдельной полости с датчиками и активной прокачкой воздуха туда, то да, будет греться.

Вообще я не понял, почему, если все равно надо прокладывать провод через окно, отказались от стандартной схемы метеостанций "дисплей в комнате, зонд с датчиками на проводе снаружи". Модные РМ 2.5 захотели измерять? Так их имеет смысл измерять как раз в помещении, где человек, а не за окном. Все остальное выносится из корпуса. Заодно можно было как раз поставить нормальный

LСD, TFT, IPS экраны

а не эту вырвиглазную жесть, которая ночью в окно будет светить как прожектор.

У экрана есть автояркость.

Продают кучу датчиков температуры для ESP01, который в принципе не может перейти в режим Deep Sleep (если не заниматься пайкой под микроскопом), так там эффект от нагрева до 5-10 градусов. На платах Wemos D1 mini уже можно уйти в Deep Sleep, но и там виден эффект от нагрева при загрузке прошивки и от работы WiFi пока время на Deep Sleep не станет больше времени работы Wifi раз в 20

А будет api или какой то открытый протокол откуда можно брать данные?

API уже есть, плюс интеграция через MQTT

А зачем там 6 слоев на плате? Неужели 2-мя было не обойтись?
Почему в качестве экрана не использовать адресные диоды?

Чтобы вписаться в габариты и сделать устройство компактным. Готовые модули имеют хорошую степень пыле и влагозащиты, дополнительно рассеивающее световой поток покрытие.

Честно, не критикуя то, что получилось, просто напишу что не нравится.

За окном должны быть датчики, а не экран, тем более устройство и так отсылает данные на сервер, грубо нужен модуль датчика и модуль для отображения. Это еще больше сократит размер выходного датчика, его стоимость (плату можно 2 слоя) и т.д. Можно предусмотреть подключение модуля отображения по тому-же вводу, по которому идет питание на модуль датчиков. Это же решит проблему с дисплеем и даст возможность делать его каким угодно. Кроме того, это даст возможность использовать несколько модулей датчиков (например снаружи и внутри помещения) или не использовать модуль отображения, если он не нужен. Кроме того, если таки очень хочется, то можно сделать один из вариантов модуля отображения крепящемся на модуле датчиков (или наоборот). Короче, разделение на модули повышает возможность расширения экосистемы всего проекта, его универсальность и сокращение стоимости производства. Расплата за это только в том, что на начальном этапе придется разводить две платы и делать две схемы и два корпуса. Зато они будут проще и меньше.

P.S. что мешало на время замеров вырубать wifi, а потом врубать программно? Ну раз уж промахнулись?

P.P.S. Как вы всю эту конструкцию планируете запихнуть в корпус с экраном от осадков, ветра и солнечной радиации (стандартные корпуса для датчиков погодных станций в виде елочек) — для меня вообще загадка, т.к. на одной стороне у вас экран, и ее придется делать открытой, а значит она будет нагреваться от солнца или охлаждаться от ветра или дождя, давай ложные показания.

Поддерживаю. Не всегда удобно когда градусник за окном. Это как-то сильно по старому. У меня дома простая метеостанция у которой внешний датчик температуры по радио каналу передает данные. Сам датчик питается от двух мизинчиковых батареек и работает достаточно долго. И никаких проводов. А на столе стоит основная станция которая показывает температуру за окном. Плюс если дисплей за окном, то нужно подойти к окну и посмотреть. А если шторы, ролшторы закрыты, то придется открыть.

Наш датчик невозможно запитать от батареек, его работа должна быть максимально непрерывной и поэтому необходимо постоянное питание. Прибор работает по принципу "включил и работает", без необходимости дополнительных экранов. Если вам нужна информация под рукой, то вы ее получаете в телефоне через приложение Nebo c push-уведомлениями.

при максимально непрерывной работе датчик пыли сдохнет максимально быстро

Про "далекий форум" немного смешно. При том, что у вас скриншот из официальной документации от Expressif про ADC :)

Я правильно понял, что развести вот эту плату стоило 180 тыс. рублей?

А что за модуль под крышкой металлической, самый большой на плате?

Из статьи: "для оценки качества воздуха лазерный сенсор Plantower"

А что за модуль под крышкой металлической, самый большой на плате?

... для оценки качества воздуха лазерный сенсор Plantower

  • Именно в этом и был фэйл, что читав документацию мы не заметили этот пункт и после того, как нашли упоминание на форуме уже подтвердили эту оплошность.

  • Спроектировать плату. Именно так.

  • Уточните про модуль, не понятно о каком речь.

Про модуль уже ответили выше, я не внимательно читал. Я спрашивал про сенсор Plantower.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Рады поднять настроение.

Покажите, пожалуйста, послойно хотя бы в низком разрешении рисунок топологии. Я согласен, что 6 слоёв для такой задачи с первого взгляда выглядит многовато. Как и 180тыр за такую работу (прогали ведь вы всё сами.). Сколько занял процесс разработки схемы и топологии?

Спрошу нашего инженера, можно ли показать такую топологию. Ушло 2 недели.

Так что там с картинками? Покажете?

Поддержу и поржу :). За плату с тремя десятками компонентов, даже если схему разрабатывал проектировщик 180 т.р. многовато. И 6(!) слоев - это отдельный перл. Сказочные, сказочные клиенты. А Константин отличный разработчик и гений маркетинга!

Интересно узнать ваши цены на подобные работы. У нас как раз следующая разработка намечается.

Так мне нравятся такие цены, тут что то менять, только портить. Главный вопрос, впрочем, как и у многих здесь, зачем 6 слоев? На уменьшении количества слоев вы можете выиграть гораздо больше при серийном производстве, только за счет удешевления печатных плат. При хороших тиражах, конечно.

Слоёв реально хватит 2, здесь похоже автотрассировщиком прошлись и даже не оптимизировали соединения для минимизации числа слоёв. За автотрассировщик цена такой работы долларов 300 — только за то, что уложились в габариты и в требования датчиков (вроде размещения датчика температуры подальше от нагревающихся компонентов). Нормальная плата без автотрассировщика — в районе 1500 если безнал.

Схемотехник Обязан был предупредить про нюанс с ADC2, это его работа — вычитывать все даташиты и корректно всё подключать.

Плата+трафарет+сборка для 100+ шт визуально не дороже 10/шт если САПР платы выдаёт .csv с координатами компонентов для установщика и матрицы получится запаять роботом.
180к за такую работу вполне адекватно. А вот 6 слоев это жесть конечно

А в какую суммы Вы бы оценили такую работу? Действительно интересно...

Зависит от степени ответственности разработчика, на мой взгляд. Сделать абы как (футпринты скачаны с ынтырнета) и забыть — тыщ 10. Сделать и знать, что хоть завтра это можно производить тысячами (т.е. проработать технологичность сборки и прочие сопутствующие) и за это не будет стыдно — тыщ 50-60. Это если схема понятна и отдельные узлы отработаны и самому прогать ничего не нужно.
Но всё сильно зависит от адекватности заказчика. Если он говорит «ну вот тута провод сюда, а здесь шоб грелка была» — это одно. А если «устройство должно функционировать в диапазоне температур -40...+50» — это другое. :) Исключительно ИМХО.
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

В общем наши «6 слоев» вызвали у многих недоумение. Попробуем объяснить, почему не уместили на 4 слоя. Прежде всего это обусловлено тем, что матрица экрана паяется прям в плату, и дорожки провести в большом объеме нельзя было, между ногами матрицы только одна дорожка пролазила. Можно было в 4 слоя все уложить, но тогда детали еще меньше надо было использовать, что влечет увеличение стоимости на детали, а сама плата была бы дешевле на несколько центов. С практической точки зрения мы приняли решение реализовать 6 слоев, цена на производство практически не менялась.  

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 144 ножки контакта на экран

  • Если у вас получиться развести плату на 2 слоя и сохранить габариты устройства (105х65мм), мы оплатим вам работу.

Опция отправки измерений в открытые базы данных качества воздуха есть или они идут только на ваш сервер?

Данные напрямую уходят на наш сервер с возможностью выгрузки по API. Мы за открытые данные для всех.

Это же каким гиком надо быть, чтоб для этой цели поднимать где-то у себя сервис, вытаскивающий ваши данные по API и запушивающий их в другие базы качества воздуха. Можно просто галочки сделать в прошивке, отправлять туда и туда?

Возможно сделаем, но продукт создается для простого пользователя, который включил датчик - подключил через приложение wifi - видит данные на карте и в приложении.

Спасибо!

Какие гарантии, что ваш сервер будет работать через год/два/три? А если перестанет работать ваш сервер, что будет делать «обычный пользователь» с данными?

На мой взгляд, хотя бы простейшую возможность отдачи в локалке по mqtt какой-либо - напрашивается как стандартная функция. В крайнем случае, сделайте как дополнительную, платную прошивку - «простой» пользователь купит с простой прошивкой; гик доплатит условные 100 руб. за продвинутую прошивку.

Про MQTT ранее уже ответили: https://habr.com/ru/company/nebo/blog/668732/#comment_24395686

Гик получит возможность делать "продвинутую" прошивку бесплатно - исходный код базовой прошивки будет открыт + будут DIY наборы для желающих поработать с паяльником: https://habr.com/ru/company/nebo/blog/668732/#comment_24394864

Очень интересно зачем тут 6 слоёв?

Ну можно раскидать 5В, 3.3В и GND по отдельным слоям... правда еще 3 остается...

Ответ был дан немного выше по ветке комментариев.

Собирайте все на «макетках» и тестируйте, пока не устанете тестировать. А потом еще раз тестируйте.

Производство прототипа быстрое и стоит недорого. От макеток отказался давно. Мне проще несколько дорожек перерезать и кинуть мгтф перемычки

У вас в описании указан драйвер led Holtek ht1632c. На плате его не видно, зато видно кучку элементов похожих на транзисторы. Отказались от него?

Вообще, если бы показали принципиальную схему устройства, возможно это сняло бы столько вопросов про 6 слоев.

Судя по транзисторам, при таком размере платы еще и сделан двусторонний SMD монтаж. Холтековский драйвер должен прятаться где-то под одним из дисплеев.

Драйверы Holtek под LED матрицами спрятаны.

Уже пятый или шестой год эксплуатирую метеостанцию с несколькими BME280 и единственное что могу сказать про них это то что чувствительность к влажности у них умирает спустя 9-12 месяцев (это на улице и при очень влажном климате, домашние еще не сдались за все это время). Ни разу "из коробки" с ними не было проблем, так что подозреваю что вам попался единорог или были проблемы с разводкой I2C. Я их у себя просто меняю каждый год когда вижу что значение % влажности в уличных датчиках заклинивает.

По поводу BME680 - если вы пытаетесь считывать качество воздуха IAQ, или же если вы на хардварном уровне не отключили подогрев TVOC сенсора то BME680 всегда будет показывать завышенную температуры на 1.5-2 C. Там можно программно выставить оффсеты но все равно он не будет выдавать аккуратную температуру.

TVOC (крайне спорная маркетинговая функция) мы не используем, заглушили эту функцию.

Вы сначала на ценник обратите внимание, оно стоит как 5 самодельных датчиков sensor.community.

Да и отлично. Я 2 года назад деталей купил 4 комплекта деталей для сборки датчиков с sensor.community. Руки собрать так и не дошли и думаю не дойдут никогда.

Пожертвуйте энтузиастам, чего добру пропадать.

Мы выложим открытую прошивку и способ сборки для упрощённой версии.

Очень похоже на PMS7003, но насколько достаточно знать PM1/2.5/10 для вердикта по качеству воздуха?

Оценка по твердым частицам, прежде всего 2.5, с высокой точностью дает оценку качества воздуха. Именно эти частицы содержатся практически во всех городских выбросах и являются маркером повышения загрязнения воздуха.

вообще говоря "качество воздуха" - это не только твёрдые частицы. Вонизм со свалки - это вообще не твёрдые частицы.

Вот мне и интересно стало, ведь существуют HCHO, TVCO, углекислый газ и наверное что-нибудь еще, помимо твердых частиц. Я могу ошибаться ибо не связан с областью именно научной точки зрения, но работать с датчиками приходилось и были далеко не только PM2.5

6 слоёв, это сильно! Если будет нужда в другой раз, напишите мне, сделаю бесплатно или проконсультирую хотя бы.

Модуль ESP-WROOM-32 — самое простое и доступное решение. На этом мы и остановились, хотя сейчас последующие устройства будем разрабатывать на чипе STM32.

В чём причина отказа от ESP32?

Выбор экрана: интересно, а почему e-Ink не рассматривали?

Его просто не видно.

Как только вы попытаетесь закрыть это в корпус вы поймете, что esp-32 существенно греется при работе и будет влиять на датчик температуры и влажности, выдавая разные показания например при наличии/отсутствии ветра за окном. Вероятно проблема с отводом тепла от светодиодов тоже может доставить массу хлопот.

Спасибо за совет, но датчик уже в корпусе и отлично работает.

Как скажете, но у нас на пяти устройствах спроектированных это было главной головной болью. При комнатной 22-25 температура ESP достигает 35 градусов легко. При разнице в 10 градусов и датчике расположенном поблизости и температура и влажность начинают "плавать". И тут либо обдувать вентилятором, либо сильно разносить в корпусе и в нем делать "воздушные каналы"... Но все такое себе. Если нужны точные измерения, то проще делать выносной датчик.

То же самое со светодиодами. Простой светодиод 0603, находящийся на противоположной стороне платы от датчика температуры, при постоянном свечении в легкую дает датчику +1 градус. А у вас светодиоды немного побольше...

Если вы с этим не столкнулись, то очень странно и хотелось бы знать как вы тестировали датчик на точность.

Датчик температуры вынесен в отдельный корпус, тесты проходили в термокамере.

Ну я в статье не нашел упоминаний о выносе датчика. Если смотреть на фото в статье то единственное место где видно что то похожее не bme680 стоит сразу справа от esp и под кнопкой (что по документации делать тоже не рекомендуется) на первом фото. Так что звиняйте …

Об этом как раз я готовлю статью и это был мой личный фэйл. Сейчас датчик на шлейфе и в отдельном корпусе.

Можно я немного «претворюсь Вангой». В итоге вы придете к внешнему модулю с датчиками и внутреннему с экраном, сетью и всем прочим. Может быть на проводе, может на радиоканале.. но тем не менее ;)

Все на собственном опыте последних 5 лет :)

И еще момент. Неудача с датчиком bme280 у вас скорее всего связана с неправильным его использованием. Я не помню конкретно про bme280, но как правило все подобные датчики имеют «дефект саморазогрева». Если на датчик постоянно подано питание, то через какое то время он начинает показывать «неправильные» данные. В этом случае правильным алгоритмом является включение питания на датчике только в момент считывания показаний. В остальное время питание на датчике должно отсутствовать.

Собственно зачем так много городить? Я все подцепил на nodemcu спокойно дисплей, датчик качества воздуха, лед подсветку для индикации и bme280. Только в прошивке сделал возможность корректировки температуры. Он хоть и внешне расположен, но от корпуса греется немного. Вполне компактное устройство вышло.

Поделитесь своим устройством? Пара фото.

Корпус 3D печать. Сейчас в отпуске, не могу сзади показать, но туда вынесен датчик bme280. Сверху сделана сетка для датчика CO2, внутри отгорожено от микросхем. Слева световая индикация качества воздуха, справа температуры (синий, зелёный, оранжевый, красный цвета). Так же есть веб-интерфейс, аналогичен как на экране. Передачу инфы в сервисы не делал, не вижу толк в этом.

Ваше устройство не является аналогичным, хотя бы по исполнению и функционалу, при этом имеет большие габариты. Поэтому и необходимо было "так много городить". А ваше устройство для дома достаточно симпатично выглядит!

Да разные, простите не внимателен был. Но для улицы, пожалуй качество воздуха актуально будет для больших городов. Хотя, на это все равно не повлиять. А для улицы я собрал погодную станцию, вот это более актуально для меня было. Плюс прогноз из инета тянет на последующие дни. Так же на bme280 сделана, первый год полет нормальный. Забавно видеть, как иногда врет прогноз погоды из инета.

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий