کالبدشکافی ترموستات هوشمند Nest نسل ۲؛ رازهای یک دماسنج یادگیرنده

این ترموستات یادگیرنده که ما بهش دماسنج هوشمند می‌گیم، مشخصات فنی خیلی جالبی داره که بد نیست قبل از شروع کار یه نگاهی بهشون بندازیم:

← یه صفحه نمایش LCD رنگی 24 بیتی با رزولوشن 320 در 320 پیکسل که کیفیت تصویر خوبی بهش می‌ده.

← باتری لیتیوم-یونی داخلی که قابلیت شارژ مجدد داره.

← کلی سنسور مختلف مثل سنسور دما، رطوبت، تشخیص حرکت از دور و نزدیک، و حسگر نور محیط توش جاسازی شده.

← پشتیبانی از شبکه‌های وای‌فای 802.11b/g/n و پروتکل 802.15.4 (هر دو روی فرکانس 2.4 گیگاهرتز) برای ارتباط بدون سیم.

این گجت با 95 درصد سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی 24 ولت مثل گازی، برقی، پمپ حرارتی، سیستم‌های تابشی، آبی و خورشیدی کاملا سازگاره.

وقتی جعبه رو باز می‌کنیم، خود ترموستات Nest، دفترچه‌های راهنما، یه کارت پشتیبانی، پیچ‌گوشتی مخصوص، پیچ‌ها و قاب تزئینی رو می‌بینیم.

این دستگاه از دو بخش اصلی تشکیل شده؛ یکی پایه دیواری که سیم‌های سیستم تهویه بهش وصل می‌شه، و یکی هم بخش نمایشگر که روی پایه چفت می‌شه و تمام کنترل‌ها و LCD تو این قسمت قرار دارن.

شرکت سازنده خیلی روی نصب آسون این دستگاه مانور می‌ده و ادعا می‌کنه که بیشتر کاربرا می‌تونن تو کمتر از 30 دقیقه راه‌اندازیش کنن.

اگه موقع نصب به مشکل خوردی و جزو اون دسته از افرادی بودی که کار براشون پیچیده شد، جای نگرانی نیست و معمولا با راهنمایی‌های بخش پشتیبانی مشکل خیلی سریع برطرف می‌شه.

پایه دیواری میزبان ده تا کانکتور فنریه که بهت اجازه می‌ده سیم‌های سیستم گرمایشی و سرمایشی خونه رو خیلی راحت به ترموستات وصل کنی:

این پورت‌ها شامل Rc, Rh, W1, W2/AUX, Y1, Y2, G, O/B, Common "C" و پورت مخصوص Nest می‌شن.

این قطعه هم وظیفه اتصال سیم‌ها رو بر عهده داره و هم برای نصب روی دیوار طراحی شده. دو تا سوراخ بیضی‌شکل برای پیچ‌ها و یه تراز حبابی کوچیک روی اون تعبیه شده تا خیالت از بابت صاف نصب شدنش راحت باشه.

حالا برای رسیدن به برد اصلی پایه، فقط کافیه چند تا پیچ رو باز کنیم. با یه چرخش سریع پیچ‌گوشتی، رنگ سبز برد خودشو نشون می‌ده.

برد اصلی پایه با یه چسب خیلی ضعیف به قاب چسبیده، برای همین زمان زیادی نمی‌بره تا بتونیم درش بیاریم و دقیق‌تر بررسیش کنیم. دیدن بردهای دایره‌ای شکل همیشه برامون جذابه؛ چون طراحی متفاوت و حس تازه‌ای نسبت به بردهای مستطیلی و روتین بازار دارن. این برد با اینکه یه برد کمکی به حساب میاد، اما سخت‌افزارهای جالب و زیادی روش نصب شده:

← میکروکنترلر 32 مگاهرتزی فوق‌کم‌مصرف ARM Cortex-M3 مدل STM32L151VB از شرکت ST Microelectronics.

← سنسور تشخیص دما و رطوبت که ساخت شرکت Sensirion هست.

← مالتی‌پلکسر/دی‌مالتی‌پلکسر آنالوگ 8 کاناله CMOS مدل LW051A از شرکت Texas Instruments.

پشت نمایشگر Nest دو تا پورت وجود داره؛ یه پورت micro USB که برای شارژ کردن (و شاید دستکاری نرم‌افزاری) استفاده می‌شه، و یه کانکتور 20 پین اختصاصی که دقیقا روی سوکت پایه دیواری چفت می‌شه. با باز کردن چند تا پیچ، می‌تونیم پنل پشتی نمایشگر رو از بقیه بدنه جدا کنیم و به جستجومون تو دل این گجت ادامه بدیم.

نکته جالب اینه که همین پیچ‌ها رو می‌تونی با همون پیچ‌گوشتی‌ای که تو جعبه دستگاه بود باز کنی. این یعنی شرکت سازنده مسیر دسترسی به داخل دستگاه رو خیلی سخت نکرده!

هیچ‌چیز به اندازه دستگاهی که باتریش راحت عوض بشه، ما رو خوشحال نمی‌کنه. انگار مهندس‌های طراح می‌دونستن که تعمیرکارها قراره سراغ این بخش بیان، چون چند تا برچسب شماره‌دار گذاشتن که تو سه قدم ساده روش درآوردن باتری رو توضیح می‌ده.

ما هم دقیقا طبق همون مراحل پیش می‌ریم تا باتری رو جدا کنیم:

← قدم اول: کابل فلت ارتباطی پایه رو قطع کن.

← قدم دوم: باتری رو به سمت بیرون بکش.

← قدم سوم: کانکتور باتری رو از روی برد جدا کن.

← قدم آخر: باتری آزاد شد و حالا می‌تونی تعویضش کنی!

باتری لیتیوم-یونی و قابل شارژ این ترموستات، ولتاژ 3.7 ولت و ظرفیت 2.1 وات‌ساعت (یا همون 568 میلی‌آمپر ساعت) داره.

دستگاه Nest برق ثابت و کمی رو از طریق سیم‌کشی ترموستات خونه دریافت می‌کنه. اما این برق ضعیف برای کارهای سنگینی مثل روشن نگه داشتن LCD یا اتصال دائم به وای‌فای کافی نیست. به همین خاطر، این باتری همیشه شارژ می‌مونه تا تو مواقع نیاز، انرژی لازم برای پردازش‌های سنگین‌تر رو تأمین کنه.

تو سمت دیگه پنل پشتی، یه مکانیزم فشاری جالب برای دکمه‌ها می‌بینیم. این دکمه که روی یه کابل فلت سوار شده، کل مجموعه نمایشگر رو به یه دکمه ناوبری تبدیل می‌کنه. یعنی کاربر می‌تونه با چرخوندن حلقه بیرونی تو منوها بگرده و با فشار دادن کل صفحه نمایش، گزینه مورد نظرش رو انتخاب کنه.

این فلت خیلی محکم به پنل پشتی چسبیده، اما اگه کمی حوصله به خرج بدی و از اسپاجر کمک بگیری، می‌تونی بدون آسیب زدن از جاش درش بیاری.

ترموستات Nest یه قابلیت خیلی کاربردی داره که می‌تونه خروجت از خونه رو تشخیص بده و به طور خودکار دما رو روی حالت اقتصادی تنظیم کنه تا وقتی کسی خونه نیست، انرژی هدر نره.

این برد کوچیک میزبان دو تا سنسور حرکتی (یکی برای برد کوتاه و یکی برای برد بلند) هست که دقیقا همین وظیفه رو انجام می‌دن. این سنسورها می‌تونن حرکت رو توی زاویه دید 150 درجه تشخیص بدن.

طراحی این قسمت واقعا هوشمندانه‌ست؛ برد سنسور هیچ کابلی برای اتصال به مادربرد نداره و در عوض، روی چهار تا پایه فلزی می‌شینه که همون پایه‌ها نقش اتصالات الکتریکی رو بازی می‌کنن.

یه لحظه سرعت کار رو کم کردیم تا زیر شیلد فلزی بزرگی که پشت مادربرد رو پوشونده بود رو نگاه کنیم، اما چیز خیلی دندون‌گیری اون زیر پیدا نکردیم. حالا با باز کردن چند تا پیچ دیگه، فلت LCD رو با دقت جدا می‌کنیم تا پنل جلویی کاملا از بقیه بدنه آزاد بشه.

اولین قدم برای بررسی پنل جلویی اینه که اون صفحه پلاستیکی کوچیک زیر صفحه نمایش رو برداریم. یه چسب ملایم اون رو سر جاش نگه داشته که با کمی مهارت و استفاده از اسپاجر به راحتی کنده می‌شه.

جوری که مشخص شد، این صفحه پلاستیکی در واقع یه پنجره برای عبور نور مادون قرمزه و پشتش مجموعه‌ای از لنزها قرار گرفته. این لنزها کمک می‌کنن تا زاویه دید و برد سنسورهای حرکتی بیشتر بشه.

خود LCD بین شیشه جلویی و یه فریم پلاستیکی ساندویچ شده. شیشه با چسب به فریم متصل شده و LCD هم به شیشه چسبیده. شاید تو نگاه اول به نظر برسه که طراح‌ها برای ساخت این نمایشگر یه کم میانبر زدن، اما وقتی دقیق‌تر می‌شیم، می‌بینیم که با یه نمایشگر کاملا گرد و جذاب طرفیم که فقط قسمت‌های قابل مشاهده‌ش پیکسل دارن.

به خاطر حالت خمیده‌ای که شیشه جلویی داره، این پنل عملا مثل یه عدسی عمل می‌کنه و می‌تونه تصاویر زیرش رو بزرگنمایی و فوکوس کنه.

با توجه به ساختارش، به نظر می‌رسه این شیشه طوری طراحی شده که نور LCD رو تو یک نقطه کانونی متمرکز کنه تا تصویر واضح‌تری به کاربر نشون داده بشه.

حالا که بقیه قطعات از حلقه اصلی جدا شدن، می‌تونیم مادربرد رو بیاریم بیرون و یه نگاه نزدیک‌تر بهش بندازیم.

← با بررسی آخرین قطعه‌ای که لبه مادربرد قرار گرفته، به یه ماژول ناوبری نوری Avago می‌رسیم که وظیفه‌ش تشخیص موقعیت چرخش حلقه استیل بیرونیه.

نحوه کار این قطعه خیلی شبیه به سنسور موس‌های نوریه؛ یعنی از سطح داخلی حلقه عکس می‌گیره و با مقایسه عکس‌های پشت سر هم، می‌فهمه که حلقه چقدر و به کدوم سمت چرخیده.

از اونجایی که تمام اتصالات ورودی و خروجی پشت برد قرار دارن، روی مادربرد اصلی تمام آیسی‌های مهم چیده شدن:

← میکروپردازنده ARM Cortex A8 مدل Sitara از شرکت Texas Instruments.

← تراشه مدیریت انرژی و کنترلر USB، بازم از شرکت Texas Instruments.

← حافظه رم موبایل 512 مگابیتی ساخت سامسونگ.

← سیستم روی چیپ (SoC) یکپارچه Ember با پشتیبانی از شبکه‌های ZigBee/802.15.4.

حافظه فلش NAND دو گیگابیتی از برند Micron.

← ماژول فرانت‌اند 2.4 گیگاهرتزی 802.15.4 با توان بالا از شرکت Skyworks.

و در نهایت زیر اون یکی شیلد محافظ، تراشه وای‌فای 802.11 b/g/n از Texas Instruments قرار گرفته که قبلا مشابهش رو تو دستگاه‌های دیگه هم دیده بودیم.

خب، به ایستگاه آخر رسیدیم! این ترموستات هوشمند به لطف طراحی ماژولار و دسترسی راحت به قطعات، تونست تو تست‌های فنی ما امتیاز عالی 9 از 10 رو برای تعمیرپذیری بگیره. امیدوارم از این کالبدشکافی تو "آیسی‌مدار" لذت برده باشی؛ حتما اپلیکیشن ما رو به دوستای تعمیرکارت معرفی کن تا با هم بیشتر یاد بگیریم! حالا بریم دلایل این امتیاز بالا رو مرور کنیم:

← باتری طوری طراحی شده که خود کاربر هم بتونه با یه پیچ‌گوشتی ساده عوضش کنه و راهنمای قدم‌به‌قدم هم روی فلت‌هاش نوشته شده.

← بدنه محکم و استفاده از یه حلقه استیل ضخیم، مقاومت و دوام دستگاه رو حسابی بالا برده.

← جدا کردن قطعات روی دو تا مادربرد مجزا، باعث شده ماژولار بودن دستگاه خیلی بهتر بشه و تعویض قطعات راحت‌تر انجام بشه.

← تنها نکته منفی اینه که پنل جلویی با چسب به هم متصل شده که تعویض شیشه یا LCD رو یه کوچولو سخت می‌کنه.