DIY устройство в подрозетник с датчиками окружающей среды в комнате

Я не являюсь экспертом в схемотехнике и разработке печатных плат, это был мой первый опыт в этой области, и, конечно, я ожидал, что мой путь будет долгим и тернистым. Но я был решительно настроен, так как конечный результат должен быть использован в моем доме как полноценно работающее устройство.

Задачи:

• передача показаний температуры, влажности, CO2, качества воздуха, уровня освещенности, а также данные с датчика присутствия человека на сервер Home Assistant ^[1]

• передача данных по Ethernet

• питание устройства по PoE ^[2]

• устройство должно подходить к китайскому подрозетнику ^[3]

Для разработки принципиальной схемы и разводки печатной платы я использовал бесплатную он-лайн версию EasyEDA ^[4]. Как мне кажется, она неплохо подходит для новичков, а для профессионалов есть более сложные программы.

По окончании проектирования встал вопрос, где заказывать сами платы и компоненты к ним. Из раскрученных сервисов, к которым есть доступ из РФ я выбрал NextPCB ^[5], там все тоже самое, что и у всем известной JLCPCB ^[6]. Дополнительная задача стояла в максимальной экономии. У данного сервиса есть акция, где напайка компонентов стоит всего 20 долларов, но есть ряд существенных ограничений:

• плата должна быть не более 100x100 мм

• не более 100 компонентов в сумме

• не более 30 уникальных компонентов.

Однако, благодаря разделению платы на две части, эта проблема была решена. В итоге получилась следующая ревизия первого опытного образца:

Функционал:

• Питание PoE (модуль SDAPO DP1435 ^[7])

• Ethernet (Wiznet W5500 ^[8])

• Встроенные датчики:

  • Датчик температуры и влажности (ENS210 ^[9])

  • Датчик температуры, влажности и качества воздуха (Bosch BME680 ^[10])

  • Датчик температуры, влажности и CO2 (Sensirion SCD40 ^[11])

  • Датчик освещенности (BH1750FVI ^[12])

• Контактный разъем под впайку датчика присутствия (HLK-LD2410c ^[13])

• Пищалка (buzzer)

• Выходы на пять GPIO, вторую шину I2C, GND, 3V3A и 3V3D для тестов

В качестве прошивки я пробовал CircuitPython ^[14], но столкнулся с рядом трудностей, таких как отсутствие библиотек (пришлось переписывать Python-библиотеку LD2410c под CircuitPython) и скорость работы (от момента включения устройства до загрузки прошивки пищалка начинает издавать звуки, что можно исправить дополнительным резистором).

Для тестов CircuitPython вполне сойдет, но для полноценной работы больше подойдет ESPHome ^[15], в виду простоты, широкой поддержки различных библиотек, и то, что конечный код компилируется в C++.

Планируемые доработки:

• разработка корпуса

• приведение показаний с датчиков температуры и влажности к референсным

Датчики очень чувствительны к шумам и нагреву от других компонентов. В следующей ревизии будет изменен дизайн front-платы. Будет разделена “земля” на аналоговую и цифровую, полигоны GND будут отведены от датчиков, сами датчики будут разнесены по-другому, будет улучшена фрезеровка.

На этом все, большое спасибо что прочитали, если у вас есть вопросы и замечания по проекту буду рад ответить в комментариях.

Ссылка на проект с gerber-файлом, принципиальной схемой и прошивкой находится здесь ^[16].