ESP32-basierte Smartwatch
Die Smartwatch verfügt über eine Reihe innovativer Funktionen, darunter austauschbare MAC-Adressen, WLAN-Netzwerk-Scanning, integriertes LiDAR zur Entfernungsmessung und die Möglichkeit, Temperatur-, Höhen-, Luftfeuchtigkeits-, Druck-, Gaswiderstands-, Neigungs- und Beschleunigungswerte in Echtzeit bereitzustellen.
Der verwendete LiDAR ist ein sehr kompakter VL53L1X ToF (Time of Flight)-Distanzsensor von STMicroelectronics. Er kann jede Distanz zwischen 4 cm und 4 Metern mit einer Genauigkeit von weniger als ±1 % messen und eignet sich daher perfekt zum Durchführen von Messungen oder wenn Sie einfach nur wissen möchten, wie weit Sie sich gerade von einer Wand entfernt befinden. Da er einen 940 nm-Laser verwendet (Infrarot und daher für das menschliche Auge unsichtbar), habe ich auch einen umschaltbaren hellroten 650 nm 5 mW-Laser daneben platziert, um das Zielen zu erleichtern oder wenn Sie eine Präsentation halten.
Für den drahtlosen Teil verwendet die Uhr ESP-NOW , um Daten schnell und mit extrem geringem Stromverbrauch zu übertragen. Dieses drahtlose Protokoll wurde gewählt, weil es herkömmliche WLAN-Verbindungsaufbauten umgehen kann, wodurch die Aktions-Reaktionszeit zwischen anderen Geräten nahezu augenblicklich ist.
Der in die Uhr integrierte Sensor für flüchtige organische Verbindungen (VOC) ermöglicht es Benutzern, atmosphärische Veränderungen zu überwachen und zu verstehen. Schalten Sie einfach die Uhr ein und beobachten Sie die Änderung des IAQ-Messwerts, wenn das Zielgas mit der erhitzten Metalloxidschicht des BME680 in Kontakt kommt. Da der Sensor auch Luftfeuchtigkeit und Druck überwacht, liefert er neben atmosphärischen Veränderungen auch nützliche Messwerte zur aktuellen Höhe. Wenn beispielsweise die relativen Luftdruckwerte in der Gegend, in der ich lebe, etwa 10 hPa unter dem Normalwert liegen, sind Stürme normalerweise vorhersehbar.
Arbeitskonzept
Das Herzstück all dieser tollen Funktionen ist der ESP32-S3-MINI-Mikrocontroller oder MCU, der die gesamte Kommunikation zwischen dem Display, verschiedenen Sensoren und anderen drahtlosen Geräten übernimmt.
Zur Kommunikation mit diesen Sensoren verwendet die MCU I2C (Internal Integrated Circuit), ein beliebtes Zweidraht-Kommunikationsprotokoll, das Takt- und Datensignale verwendet, um Daten von verschiedenen adressierten Sensoren zu lesen und zu schreiben.
Der für dieses Projekt verwendete Monitor ist ein 1,5 Zoll 262K RGB LCD mit einer Auflösung von 280 x 240 , perfekt für die Beleuchtung hochauflösender Bilder.
Verstehen der Hardware
Der Hauptschaltkreis besteht hier aus fünf Sensoren (mit einem optionalen sechsten), einem Lithium-Polymer-Batterieladegerät, einem Lasermodultreiber und typischen Schaltkreisen für die Stromversorgung, Kommunikation und Einrichtung des ESP32-S3-Mikrocontrollers. Es gibt Knöpfe und Anschlüsse. Unten finden Sie den vollständigen Schaltplan:
Wir können mit dem IAQ-Sensor und dem LiDAR beginnen. Die globale Beschriftung dieser beiden Sensoren unterscheidet sich von den anderen Sensoren, da sie auf einem vertikalen Teil der Leiterplatte (und nicht auf einem Teil der Hauptplatine) montiert sind. Das liegt daran:
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LiDAR muss senkrecht zur Uhr stehen, um auf Objekte zeigen zu können.
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Je weiter der BME680 von anderen wärmeerzeugenden Komponenten entfernt ist, desto genauer sind seine Umgebungsmesswerte.
Es sollte auch beachtet werden, dass der VL53L1X LiDAR am besten bei schwachem Umgebungslicht funktioniert. Ich hatte keine Probleme damit, es in Innenräumen zu verwenden, und es funktioniert sogar noch besser, wenn das Licht ausgeschaltet ist. Bei Verwendung an einem sonnigen Tag führt jedoch das Umgebungslicht der Sonne zu Störungen in den Messungen des Sensors, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Entfernungsmessungen verringert wird.
Darüber hinaus dient der Laserpointer zwar zum Ausrichten des LiDAR, ist jedoch nicht immer ein direkter Indikator für die gemessene Position. Der VL53L1X-Entfernungsmessalgorithmus funktioniert grundsätzlich, indem er einen Bereich um die Mitte erfasst (ungefähr 9,8 Grad in alle Richtungen). auf die Sie zeigen), um eine größere Probe des einfallenden Lichts zu erhalten. Anschließend wird dieser kombinierte Messwert zur Berechnung der Entfernung verwendet. Das heißt, wenn Sie versuchen, eine Umgebung in der Nähe eines Laserpunkts zu messen, ist die gemessene Entfernung eine Kombination aus der Entfernung im Klick + dem Messwert von etwas in der Nähe (innerhalb von 9,8 Grad).
Die Kondensatoren C5, C8, C7 und C10 dienen zur Entkopplung, um die Stromzufuhr zum Chip zu glätten. Diese Werte werden durch die Datenblätter von LiDAR und BME680 bestimmt. R1 wird als zusätzlicher Pulldown-Widerstand verwendet, um sicherzustellen, dass der LiDAR deaktiviert ist, wenn er nicht verwendet wird. Für die I2C-Kommunikation gibt es hier keine Pullup-Widerstände, da die Leitungen bereits im ADC-Schaltkreis MCP3427 (zur Batterieüberwachung) hochgezogen sind, was wir uns als Nächstes ansehen können.
Dieser MCP3427 Analog-Digital-Wandler (ADC) ist dem vorherigen sehr ähnlich, da die Werte des Entkopplungskondensators durch das Teiledatenblatt bestimmt werden. In diesem Fall ist jedoch die I2C-Leitung hochgezogen und auf der linken Seite befindet sich ein Spannungsteiler (R13 und R14). Dieser Spannungsteiler ist wichtig, da wir die Eingangsspannung des LiPo-Akkus proportional auf eine Spannung reduzieren möchten, die niedrig genug ist, damit der ADC konsistent lesen kann. Da die Akkuspannung beim Laden abnimmt, gibt diese Lesespannung einen guten Hinweis darauf, wie viel Strom noch in der Uhr vorhanden ist.
Weitere Informationen folgen: LiDAR-Distanzsensor und WiFi-Scanning
