В нашей предыдущей статье (ссылку можно найти выше) мы представили наш проект беспроводного датчика окружающей среды; который представляет собой беспроводной датчик с питанием от перезаряжаемой батареи, который может измерять:

  • Температура с точностью ±1,0°C
  • Атмосферное давление с абсолютной точностью 1 гПа
  • Влажность с точностью ±3%

В этой статье будет рассмотрен этап проектирования проекта. В нашей предыдущей статье мы подключили BME280 и указатель уровня топлива BQ27441-G1 к ESP32. Теперь пришло время завершить дизайн.

Несколько слов о ESP32; мы используем модуль ESP32-WROOM-32 WiFi/BLE. Конструкция печатной платы упрощена, поскольку модуль имеет все необходимое для работы, то есть память, кварцевые генераторы и т. д. Он также имеет встроенную печатную плату-антенну для WiFi и BLE, поэтому нам не нужно об этом беспокоиться. Вы можете возразить, что было бы лучше использовать ESP32-WROOM-32U, потому что у него есть разъем U.FL; это позволило бы нам использовать лучшую антенну. Это определенно то, что мы рассмотрим для будущей версии, если у нас возникнут проблемы с производительностью WiFi. На рисунке ниже показан разъем U.FL:

Технические детали:

Краткое изложение технических деталей беспроводного датчика окружающей среды:

  • ESP32-WROOM-32 Wi-Fi/BLE
  • Встроенная SRAM 520 КБ и флэш-память 4 МБ
  • Встроенный 802.11b/g/n
  • Поддержка Bluetooth как для классического Bluetooth, так и для BLE
  • Встроенная антенна на плате (на модуле ESP32-WROOM-32)
  • BME280, прецизионный датчик от Bosch
  • Корпус датчика вентилируемого помещения от [CAMDENBOSS CBRS01VWH](https://www.camdenboss.com/camden-boss/cbrs01vwh/c-23/p-23038)
  • Схема зарядки LiPo
  • Датчик уровня топлива LiPo (BQ27441-G1)
  • Встроенный программатор USB-Serial (CH340T)
  • Зеленый и красный светодиод
  • Кнопка приложения
  • Дополнительная кнопка сброса

Отображение GPIO

Чтобы сделать схемы, нам нужно предоставить инженеру HW спецификацию того, как соединяются различные компоненты. Как упоминалось в предыдущих статьях, конструкция основана на Olimex ESP32-DevKit-LiPo, но нам нужно описать, как подключаются дополнительные компоненты. Отображение GPIO в помощь!

KiCAD, ПО ЭДА

Мы стараемся сделать все в этом проекте открытым исходным кодом. Беспроводной датчик окружающей среды разработан с использованием инструмента автоматизации электронного проектирования (EDA) KiCAD с открытым исходным кодом и создает:

  • Схематический захват
  • Компоновка печатной платы (PCB)
  • Производственные файлы печатных плат, т.е. файлы Gerber (файлы графических изображений)
  • Спецификация

KiCad был создан в 1992 году Жан-Пьером Шаррасом, и одним из основных участников является ЦЕРН. Как это круто!

Правила и рекомендации для схем

Создание отличных схем — это форма искусства; для ясности, я думаю, вы хотите быть больше похожим на молодого Пабло Пикассо. Если вы еще не смотрели его ранние работы, вам нужно это проверить! Я не знаю, как стать версией Пабло Пикассо в мире схем 🎨, но вот несколько основных рекомендаций, которые сделают схемы более читабельными:

  • Убедитесь, что его можно распечатать в формате A4 (или на той бумаге, которую вы используете).
  • Включить версию
  • Используйте одинаковые символы для заземления, резисторов и т. д. Не смешивайте американские и международные символы (см. пример ниже).

  • Размещение текста должно быть последовательным, не должно перекрывать или закрывать компоненты.

  • Текст должен быть последовательным, не смешивайте прописные и строчные буквы 🐫-case (вы поняли суть)
  • Старайтесь, чтобы имена были короткими

Дизайн корпуса

Нам понадобится отверстие для разъема USB, которое будет размещено на одной из сторон, оно будет использоваться для программирования устройства и зарядки аккумулятора. Идея состоит в том, что свет от светодиодов будет виден через вентиляционные отверстия. Вы должны быть в состоянии нажимать кнопки, если используете скрепку.

Размещение компонентов на печатной плате

На этапе размещения компонентов очень полезно использовать сверхнизкие технологии. Мне нравится использовать картон, бумагу, шестёрки, клей, скотч, линейку, карандаш и заниматься декоративно-прикладным искусством 😄. Вот некоторые вещи, которые мы выяснили во время этих сессий:

  • Наша печатная плата может быть вдвое меньше, нам не нужно место, и это снизит стоимость
  • Должна быть возможность видеть светодиоды через вентиляцию.
  • Использование скрепки для нажатия кнопки должно быть в порядке
  • Клейкая лента должна удерживать батарею на месте.
  • На всякий случай мы должны разместить BME280 рядом с вентиляцией.

Это измерения печатной платы:

На основании всех обсуждений это наше предложение по размещению компонентов, которое мы дали нашему инженеру по аппаратному обеспечению.

В этой статье мы разработали дизайн нашего беспроводного датчика окружающей среды с открытым исходным кодом. Он включал сопоставление GPIO для наших датчиков, то есть BME280 и BQ27441-G1, наших светодиодов и кнопок. Мы также рассмотрели, как мы планируем использовать наш корпус и размещение компонентов на печатной плате.

Спасибо за чтение! Берегите себя и надеюсь скоро увидеть вас. 🙏🏽

Эта статья является живым документом. Пожалуйста, свяжитесь со мной, если вы хотите внести свой вклад или увидеть здесь что-то неточное. Эта статья является частью нашего проекта Ускорение инноваций.