LightInk – умные часы на ESP32 с электронными чернилами на солнечных батареях с запасом хода до 10 месяцев

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.