Daniel Ansorregui разработал LightInk — умные часы с открытым исходным кодом на солнечных батареях с дисплеем E-ink, вдохновлённые солнечными цифровыми часами 90-х. Они оснащены 1,54-дюймовым дисплеем на электронных чернилах и поддерживают Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и GPS, работая от аккумулятора ёмкостью 100 мАч.
Проект объединяет собственную разработку с низким потреблением в режиме ожидания на базе повышающе-понижающего преобразователя TPS63900, ёмкостный сенсорный ввод и прошивку с управлением глубоким сном, а также сверхбыстрые частичные обновления E-ink (активное время <1 мс) и точное хронометрирование RTC с калибровкой ухода. Также реализован приоритет солнечного питания (без выделенной микросхемы зарядки) и динамическое отключение питания периферии, что обеспечивает около 9–10 месяцев работы от небольшого аккумулятора с подзарядкой от солнца.
Технические характеристики LightInk:
- Система-в-корпусе – ESP32-PICO-D4 SiP
- CPU – Двухъядерный процессор @ 240 МГц
- Память – 520 КБ SRAM
- Накопитель – 4 МБ flash
- Беспроводная связь – 2,4 ГГц Wi-Fi 4 до 150 Мбит/с и Bluetooth 4.2 BR/LE
- Дисплей – 1,54-дюймовая чёрно-белая панель E-Paper 200×200 (GDEH0154D67 или совместимая)
- Аудио – Пьезоэлектрический диск-динамик 10–15 мм
- Подключение
- 2,4 ГГц 802.11b/g/n Wi-Fi 4 и Bluetooth 4.2 BR/EDR через ESP32 SiP
- LoRa через трансивер Wio-SX1262
- GPS
- Прочее
- Ёмкостные сенсорные кнопки с использованием внутренних контактов сенсора ESP32
- Миниатюрный вибромотор 3 В 2,0 мм круглой формы
- Выводы для светодиодов
- RTC с ручной калибровкой ухода (цель 1 ppm, в настоящее время 10 ppm)
- Питание
- Повышающе-понижающий преобразователь TPS63900 (1,8 В – 5,5 В, IQ 75 нА), динамическая работа при 2,6 В / 2,9 В
- Вход от солнечной панели
- Аккумулятор 100 мАч
- Габариты – Уточняются
- Корпус – 3D-печать
Daniel упоминает, что проект был начат в 2019 году с использованием Heltec Wireless Stick Lite . Хотя такие платформы, как SQFMI Watchy , послужили хорошей отправной точкой, Ансорреги сосредоточился на повышении энергоэффективности и добавлении возможностей вроде LoRa и поддержки солнечных батарей без увеличения размеров.
Он продолжает, что основная сложность при создании ультра-энергоэффективного носимого устройства на ESP32 — это процесс загрузки, так как ESP32 обычно тратит около 28 мс на загрузку и потребляет несколько миллиампер до начала полезной работы. Чтобы снизить эти накладные расходы, Daniel использует wake stub ESP32 — указатель функции в памяти RTC, который позволяет ядру выполнять код сразу после пробуждения за микросекунды, полностью минуя flash.
Полностью перереализовав протокол SPI внутри wake stub, устройство может загрузиться, отправить данные и обновить буфер контроллера дисплея менее чем за 1 мс. Затем ESP32 немедленно возвращается в режим глубокого сна в ожидании обновления E-Paper дисплея. Это кардинально снижает энергопотребление в режиме лёгкого сна, увеличивая срок службы батареи до расчётных 6–10 месяцев на аккумуляторе ёмкостью всего 100 мАч.
Аппаратная часть использует одностороннюю печатную плату, чтобы дисплей E-Paper мог лежать плоско на задней стороне, сохраняя тонкий и простой дизайн. Корпус, напечатанный на 3D-принтере, состоит из двух частей (передней и задней) и вмещает все компоненты в компактном расположении. Кроме того, для экономии энергии в конструкции удалены компоненты с высоким энергопотреблением, такие как акселерометры и микросхемы зарядки аккумулятора, и предусмотрено использование солнечной панели для подачи и поддержания питания.
LightInk — это проект с открытым аппаратным обеспечением; прошивка на ESP-IDF, файлы проектирования аппаратуры в EasyEDA и модели корпуса для 3D-печати доступны на GitHub . Дополнительные инструкции по сборке и журнал проекта можно найти на Hackaday , где он недавно был представлен в конкурсе Green Powered Challenge.
Выражаем свою благодарность источнику, с которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.
Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.