Вічна метеостанція без батарейок

Розкажіть мені кроки

Тепер можна створювати проекти дистанційного мікроконтролера з низьким енергоспоживанням, який може працювати необмежений час без батарей і не виходити з ладу навіть у разі відключення електроенергії. Нехай це засвоїться.

Як приклад, ми покажемо вам, як створити метеостанцію на базі LoRa, яка живиться виключно від сонячних панелей. Його код написаний на CircuitPython і працює на популярній платі мікроконтролера для хобі: Adafruit Metro M0 Express. Новинка полягає в тому, що він може зберігати статус програми вимірювання погоди навіть у період повної темряви, коли він розряджається. Це називається періодичним обчисленням або безперервним обчисленням, і воно відкриває новий світ надійної електроніки, де багато програм працюватимуть добре та практично вічно, незалежно від батареї.

Хотр полягає в спеціально модифікованій версії інтерпретатора CircuitPython, стійкій до збоїв живлення. (Не мова - синтаксис CircuitPython залишається незмінним). Це означає, що нам не потрібно живити нашу метеостанцію за допомогою постійного джерела живлення, наприклад акумулятора. Натомість ми збираємо енергію з сонячної батареї та тимчасово зберігаємо її в конденсаторі. Система запуститься, коли конденсатор містить достатньо енергії для виконання деякого коду, і програма продовжить роботу з того місця, де зупинилася до збою живлення. Таким чином ми можемо збирати інформацію про погоду, не покладаючись на потенційно забруднюючу батарею та часті поїздки для заміни цієї батареї.

Нарешті ми можемо побудувати справді вічні, автономні вбудовані системи без акумулятора, використовуючи готові компоненти! У 2020 році ми підтвердили цю концепцію за допомогою проекту Battery Free Game Boy під керівництвом Джаспера де Вінкеля, де ми живили гру за допомогою сонячних панелей і кінетичної енергії натискання кнопок гравцем. Тепер ми перенесли його до CircuitPython.

Ми називаємо нашу систему BFree. Ви можете запрограмувати свій мікроконтролер у стандартному CircuitPython, а спеціально розроблена плата розширення зберігає проміжний стан обчислення під час відключень електроенергії. Тоді ваш мікроконтролер зможе продовжити роботу з того місця, де зупинився, і продовжувати належним чином запускати CircuitPython, коли живлення відновиться!

Battery Free Game Boy, вересень 2020 р., уривок із матеріалів ACM Proceedings on Interactive, Mobile, Wearable, and Ubiquitous Technologies

BFree складається з двох елементів: плати розширення («Shield»), прикріпленої над Metro M0 Express, і програмного забезпечення, яке безперебійно працює на Metro M0. Ця комбінація дозволяє додаткам CircuitPython, написаним для Metro M0, продовжувати роботу там, де вони зупинилися після відключення електроенергії. BFree розроблено для роботи в середовищі з недостатньою потужністю для постійного живлення Adafruit Metro M0.

На екрані BFree розміщено мікроконтролер серії Texas Instruments MSP430FR. Особливістю даного мікроконтролера є наявність енергонезалежної оперативної пам'яті у вигляді феромагнітної оперативної пам'яті (FRAM). Цей тип енергонезалежної пам'яті є малопотужним і адресованим по байтам. Він працює як стандартна пам’ять SRAM, але має ту перевагу, що не втрачає дані під час відключення живлення. Це кращий вибір, ніж флеш-пам’ять, яка споживає багато енергії для запису та вимагає запису всієї «сторінки» за раз.

Програмне забезпечення BFree є модифікованою версією Ci...