Proximo voor gevorderden

World of Electronics

Bart Hiddink van Ideetron is door FHI gevraagd een artikel te schrijven met meer technische diepgang over de componenten op de Proximo, de WoTS gadget van 2018. Hoe zijn de engineers van Ideetron op de componenten / hardware engineering gekomen en wat waren de bepalende factoren bij keuzes? Hierbij zijn beschrijving.

“Laat ik beginnen bij de voeding. Er is gekozen om de Proximo (schematische weergave (PDF)) te laten draaien op twee flinke knoopcellen van 3V. Het voordeel van deze batterijen is dat ze redelijk goed verkrijgbaar zijn, ze zijn goedkoop en hebben een hoge energiedichtheid. Het nadeel van dit type batterijen is dat ze een vrij hoge inwendige weerstand hebben waardoor de klemspanning van 3V niet gegarandeerd is bij een wisselende belasting. Er is gekozen voor niet oplaadbare batterijen vanwege de kosten.”

“De voeding bestaat verder uit een aantal diodes die als schakelaars worden gebruikt. Hierdoor wordt het mogelijk om de Proximo extern te voeden zonder dat de batterijen verwijderd hoeven te worden. Bij continue gebruik op een externe voeding raden we overigens aan om de batterijen niet te plaatsen, dit om lekkage te voorkomen. De rest van het voedingscircuit bestaat uit een DC-DC boost converter rond de TPS61025 van Ti (U1). Deze converter is in staat om een stabiele 3.3V gelijkspanning te produceren uit een batterij met een spanning tussen de ~1.0V en 3.6V. Door de regelaar in te schakelen ontstaat er een stabiele spanning op de Proximo waardoor alle elektronica betrouwbaar kan werken, zelfs al zijn de batterijen zo goed als leeg.”

“De boost converter kan ook uitgezet worden en dan draait de Proximo direct op de batterijen. Dat kan uiteraard alleen als de spanning van de batterijen nog meer dan 2V is. De boost converter wordt afgeschakeld zodra de Proximo ‘in sleep’ gaat, zodat de opgenomen stroom uit de batterijen slechts enkele micro ampères is. Op deze stand gaan de batterijen jaren mee. De slimme voeding voldoet aan alle eisen voor de Proximo en bestaat uit een voor ons beproefd concept.”

“Tenslotte staat op het power blad in het schema ook nog een transistor getekend. Deze transistor kan worden gebruikt om een relais mee te schakelen.”

Kloppend hart

“Het Nordic blad bevat het referentieontwerp van Nordic rond de BLE 5.0, nRF52832 chip (U2). De chip heeft een cortex M4-processor en 512kByte Flash aan boord. In de chip draait de firmware voor de werking van de Proximo. De chip vormt dus als het ware het kloppend hart. Aan de nRF52832 worden alle aansluitingen gemaakt met de rest van de componenten op de Proximo. Een opvallend stukje in het schema is de antenne. Deze is van Proant en is ongeveer afgeregeld op 2450 MHz, de frequentie waarop Bluetooth werkt. Omdat de antenne niet precies is afgestemd, zal de impedantie iets afwijken van de ideale waarde van 50 Ohm. Om hiervoor te compenseren zijn drie componenten geplaatst, die samen een pi-filter vormen; L4, C17 en C18.”

“Door de chip en de antenne optimaal op elkaar aan te passen wordt de beste RF prestatie gegarandeerd. Er is voor deze chip gekozen, omdat het de beste keuze was voor het ontwerp en we zijn vanuit Ideetron b.v. met deze chip bekend.”

“Voor de LED’s is gekozen voor de SK6812 (3535) van OPSCO. Deze LED wordt ook verkocht onder de naam ‘Neopixel’. Het is een complete schakeling bestaande uit 3 LED’s en een driver IC. De LED kan de kleuren groen, rood en blauw weergeven en met een intensiteit tussen 0 en 255. Hiermee is het mogelijk om bijna alle kleuren van de regenboog te maken. Het rendement van de LED’s is zeer hoog en bij normaal gebruik staan de LED’s zeer zuinig ingesteld. De laatste truc van de LED is de 1-wire seriële aansluiting. Met behulp van een slimme timing wordt aangegeven welke LED en welke kleur in deze LED wordt aangestuurd. Hierdoor is het mogelijk om zeer lange slierten van LED’s te maken met veel leuke mogelijkheden. Google maar eens op YouTube naar ‘neopixel’ dan ziet u wat ik bedoel. Deze LED kost ongeveer 10 cent dus de keuze was snel gemaakt.”

Buzzer

“Tenslotte zitten er nog een aantal sensoren en een signaalgever op de Proximo. Helemaal links onder in het schema zit de buzzer. Deze wordt gebruikt voor het akoestische terugkoppelen voor het drukken op de knopjes en voor het geven van een alarm. De knoppen zitten rechtsboven in het schema. Onder de drukknoppen zit de TH06-sensor van HopeRF. In feite is dit een Si7021 van Silabs op een klein printje. De chip bevat een temperatuur- en luchtvochtigheidssensor. Leuk voor het bouwen van een omgevingssensor.”

“Tussen de buzzer en de TH06 zit de bewegingssensor. Deze sensor kan worden gebruikt voor het detecteren van bewegingen van de Proximo. Hiermee wordt het mogelijk om bijvoorbeeld een slimme fietsverlichting te maken. De sensor neemt bewegingen waar en de LED’s geven het licht. De sensor gebruiken wij al jaren in allerlei projecten waarbij we de schakeling op beweging ‘wakker’ moeten laten worden en waarbij het stroomverbruik echt minimaal moet zijn. Zo verbruikt een accelerometer of gyroscope nog altijd ruim 10 micro-ampère aan sluipverbruik voor deze functie. Deze sensor doet het voor minder dan 1 microampère. Linksboven in het schema zit de lichtsensor. Ook dit is weer handig voor de slimme fietsverlichting.”

“Samen vormt dat de Proximo. Ik hoop dat ik u wat meer inzicht heb gegeven in de Proximo en de motivatie om deze componenten te gebruiken. Ik wens u veel plezier met uw eigen Proximo.”

Bart Hiddink, CEO, Ideetron b.v., Doorn, augustus 2018.

WOTS Partners