Hardware

From Operame
Jump to navigation Jump to search

Uitgangspunten

  • KISS
    • minder onderdelen = minder assemblage
    • minder onderdelen = minder defecten
  • Goedkoop! Vanwege de hoge kosten zijn er nu veel scholen die 1 CO2-meter hebben. Door de prijs extreem laag te houden vergroten we de kans op een CO2-meter in elke klas.
    • Het doel was 25 € per unit. Dat lukt nu niet, dus nu alles op alles zetten om onder de 30 € te blijven.
  • ESP32 omdat we daar veel ervaring mee hebben
  • WiFi is nice-to-have als het werkt, maar staat standaard uit; kwaliteit van de antenne is ondergeschikt aan andere overwegingen.
  • CE-markering is vanwege de noodzaak om snel CO2-meters te leveren niet haalbaar, daarom een kitje

Broncode

De broncode van het pcb-ontwerp is beschikbaar op https://github.com/sebastius/Operame_v1.

Onderdelen

Uiteindelijk is gekozen om te werken met de volgende onderdelen:

MH-Z19B (CO2-sensor)

Dit is de goedkoopste optische CO2-sensor. Wijkt makkelijk 50 PPM af van de realiteit maar dat is nog steeds goed genoeg om te bepalen wanneer de ramen open moeten. Er zijn goedkope TVOC-sensoren met z.g. "eCO2"-uitlezing, maar dat is wel te slecht.

De sensor calibreert zichzelf automatisch in cycli van 24 uur.

We gebruiken de seriële interface van de sensor om deze uit te lezen.

De MH-Z19 wordt opgehangen met het zij-venstertje omlaag, zodat het filter minder snel verstopt raakt met stof.

Wegens omstandigheden zijn we uiteindelijk niet voor de MH-Z19B gegaan. We houden de firmware wel compatible de MH-Z19 voor wie zelf onderdelen bestelt.

AQC-0-0-0-0

De MH-Z19B is niet leverbaar in bulk door de grote vraag naar CO2-sensoren. We hebben een alternatieve sensor getest en die werkt ook goed. We weten inmiddels wat het typenummer is en kunnen 'm nog steeds nergens online vinden... De sensor is zelfcalibrerend en pin-compatible (maar niet protocol-compatible) met de MH-Z19B.

TTGO T-Display

Dit is een goedkope ESP32-module met daarop een TFT-kleurenschermpje. Door het kleurenscherm kunnen we de stoplicht-functionaliteit combineren met een PPM-aanduiding zondere extra componenten.

De ESP32 heeft wifi, wat allerlei extra mogelijkheden geeft, maar we zetten wifi standaard uit.

Pinout:

  • Pin 26: naar TX van MH-Z19
  • Pin 27: naar RX van MH-Z19
  • Pin 12: verbonden aan GND om 180° gedraaide module te kunnen herkennen
  • Pin 0 en 35: ingebouwde knopjes
  • Pin 4, 5, 16, 18, 19: TFT-schermpje (4 is backlight)

PCB

Hoewel je kunt volstaan met 4 draadjes tussen de 2 andere onderdelen, is een printplaatje netter en stabieler. Bovendien kun je het makkelijk ophangen.

Voor het ophangen zijn er op de hoekpunten montagegaatjes (ø 3 mm) voorzien zodat het kan worden opgehangen met schroeven, maar het kan ook worden opgehangen met dubbelzijdig plakband (of zelfklevend klitteband) of aan een touwtje.

Voor de beste EMC is er een heleboel ground-plane.

Pinheader sockets (SMD)

Opzettelijk geen through-hole! We willen de achterkant van de printplaat helemaal vlak houden, zodat er geen uitstekende puntjes zijn die het lastig maken om het bordje op te hangen, of die contact zouden kunnen maken met een metalen ondergrond.

Door de PCB extra grote pads te geven, is SMD-solderen heel makkelijk. Through-hole lijkt makkelijker, maar met pinheaders is SMD met zig-zag-pinnen heel handig omdat het meteen stabiel (en dus recht) staat op het bordje.

Bewust weggelaten

De volgende dingen zijn besproken, maar werden niet belangrijk genoeg gevonden. Vanwege de snelheid en de kosten worden ze voorlopig weggelaten:

  • Behuizing (We hebben veel ervaring met "badges", naakte printplaten zonder behuizing. Bewezen concept!)
  • Buzzer (In een klaslokaal zitten al tientallen programmeerbare herriemakers aka leerlingen.)
  • RGB-LEDs (We hebben juist gekozen voor een kleurenschermpje zodat een externe LED niet nodig is.)
  • USB-voeding en USB-kabel (Kunnen ze zelf aanschaffen en hebben ze misschien zelfs al liggen.)

Mogelijk komen deze dingen in een toekomstige versie alsnog, als we er genoeg feedback over krijgen.

Zelf maken

Wij doen dit project niet voor onszelf en niet voor de winst. Het ontwerp van de PCB en de software zijn open source. Je mag het namaken!

In de simpelste vorm heb je zelfs geen printplaatje nodig. Een T-Display, een MH-Z19, en 5 dupont-draadjes is genoeg: 5V, GND, RX, TX, en een verbinding tussen pin 12 en GND.