انگشتر دماسنج هوشمند با XIAO ESP32C3 و سنسور مادون قرمز

اول از همه باید تمام قطعات را داخل یک قاب کوچک و ارگونومیک جا می‌دادیم. طراحی این انگشتر در نرم‌افزار Fusion 360 انجام شده و هدف اصلی این بود که مونتاژ آن تا حد امکان ساده و بی‌دردسر باشد. سایز حلقه برای انگشتی با قطر 20 میلی‌متر در نظر گرفته شده است. مونتاژ قطعات در فضاهای کوچک همیشه چالش‌برانگیز است، بنابراین طراحی باید بسیار دقیق انجام می‌شد.

در نسخه‌های اولیه قرار بود بخشی از برد نمایشگر OLED برش بخورد تا ضخامت کلی گجت کمتر شود، اما از آنجا که این کار ریسک بالایی داشت و ممکن بود به پنل نمایشگر آسیب برساند، طراحی را کاملا اصلاح کردیم. حالا بدون نیاز به هیچ دستکاری اضافه‌ای در قطعات الکترونیکی، می‌توانی بردها را مستقیما داخل قاب قرار دهی. طراحی جدید باعث شد تا پروسه ساخت برای همه ایمن‌تر و سریع‌تر شود.

تمام بخش‌های بدنه به عنوان فایل‌های STL استخراج شده‌اند و آماده چاپ هستند. سپس پروژه رو دوباره طراحی کردم تا نیازی به برش برد مدار چاپی OLED نباشه. پس از این، تمام بدنه را برای چاپ سه بعدی به فایل‌های .stl تبدیل کردم.

حالا بریم سراغ چاپ قطعات. تمام فایل‌های این پروژه طوری طراحی شده‌اند که پرینت گرفتن آن‌ها هیچ چالش خاصی نداشته باشد و نیازی به ساپورت‌گذاری پیچیده نیست. برای این کار می‌توانی از فیلامنت PLA پلاس یا هر متریال مقاوم دیگری استفاده کنی. کافیست فایل‌های سه‌بعدی را دانلود کرده و با پرینتر خودت آن‌ها را آماده کنی تا بدنه اصلی دماسنج پوشیدنی ما شکل بگیرد.

این دماسنج کاملا قابلیت شخصی‌سازی دارد. مثلا فرض کن می‌خواهیم از آن برای بررسی دمای سرو غذا استفاده کنیم. برنامه‌نویسی طوری انجام شده که بتوانی بازه‌های دمایی مختلف را با پیام‌های متنی روی نمایشگر نشان دهی.

• اگر دما کمتر از 50 درجه سانتی‌گراد بود، پیام "دمای پایین" نمایش داده شود.
• اگر دما بین 50 تا 60 درجه بود، پیام "دمای مناسب سرو" را ببینیم.
• برای دماهای بالاتر از 60 درجه هم هشدار "دمای بالا" روی صفحه ظاهر شود.

برای تغییر این مقادیر، خیلی راحت می‌توانی سورس کد را باز کنی. در خط 20 می‌توانی حد پایین دما و در خط 24 پیام مربوط به آن را تنظیم کنی. خط 25 برای تنظیم محدوده دمای ایده‌آل و خط 30 برای پیام آن است.

اگر هم دما از حد تعیین شده فراتر رفت، خط 36 وظیفه نمایش هشدار نهایی را بر عهده دارد. فایل کد با پسوند ino در اختیارت قرار گرفته تا آن را دقیقا مطابق نیازت، چه برای سانتی‌گراد و چه فارنهایت، تغییر دهی.

همیشه بهتر است قبل از اینکه قطعات را داخل قاب جاسازی و لحیم‌کاری کنیم، کدها را روی میکروکنترلر بریزیم. برای این کار برد XIAO را با کابل USB به سیستم وصل کن و نرم‌افزار Arduino IDE را باز کن. یادت نرود که قبل از کامپایل کردن کد، حتما کتابخانه Adafruit_MLX90614.h را نصب کنی تا سنسور مادون قرمز به‌درستی شناخته شود.

مدار این پروژه بسیار ساده و بر پایه ارتباط I2C طراحی شده است.

• پین D4 برد به SDA نمایشگر و سنسور متصل می‌شود.
• پین D5 برد به SCL نمایشگر و سنسور وصل می‌شود.
• پایه 3V3 برد برای تغذیه VCC نمایشگر و سنسور استفاده می‌شود.
• پایه‌های GND تمام ماژول‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند.

به خاطر ابعاد به شدت کوچک این گجت، استفاده از پیچ‌های مینیاتوری یا خارهای پلاستیکی ضخیم امکان‌پذیر نیست. ما در اینجا از همان روشی استفاده می‌کنیم که در گجت‌های تجاری و فشرده مثل هندزفری‌های بلوتوثی استفاده می‌شود: چسب مایع!

البته اصلا سراغ چسب حرارتی نمی‌رویم، بلکه از چسب چندمنظوره B-7000 استفاده می‌کنیم که هم استحکام خوبی دارد و هم ضخامتی ایجاد نمی‌کند. پس چسب را آماده کن تا مونتاژ نهایی را استارت بزنیم.

اول از همه چهار رشته سیم با رنگ‌های مختلف را به پایه‌های VCC، GND، SDA و SCK در پشت نمایشگر OLED لحیم کن. استفاده از سیم‌های رنگی باعث می‌شود موقع اتصال به برد اصلی گیج نشوی و همه‌چیز مرتب پیش برود. حالا نمایشگر را به‌آرامی داخل شیار مخصوصش در قاب سه‌بعدی فشار بده. کمی چسب B-7000 به لبه‌های نمایشگر بزن تا کاملا در جای خود محکم شود.

در نهایت حتما روی پدهای لحیم‌کاری شده در پشت پنل، یک تکه چسب نسوز کاپتون بچسبان تا بعدا با باتری یا قطعات دیگر اتصالی نکند.

برای بخش تغذیه، پایه‌های اضافی کلید کشویی را با سیم‌چین کوتاه کن تا فضای کمتری اشغال کند. سیم مثبت باتری را به یکی از پایه‌های کلید لحیم کن و یک سیم کوچک دیگر به پایه خروجی کلید متصل کن تا مسیر جریان کامل شود.

حالا کلید را داخل شیار مخصوص قاب سه‌بعدی قرار بده و با یک قطره چسب آن را فیکس کن. بعد از آن، کمی چسب پشت باتری بزن و آن را دقیقا پشت نمایشگر OLED روی نوار کاپتون قرار بده.

حالا نوبت به قلب تپنده پروژه می‌رسد. پیشنهاد می‌کنم برد XIAO را روی گیره مونتاژ ببندی تا کار لحیم‌کاری بسیار راحت‌تر شود. سیم خروجی کلید و سیم منفی باتری را به پایه‌های تغذیه برد لحیم کن. بعد از آن، چهار سیم مربوط به نمایشگر OLED را مطابق شماتیک به پایه‌های مربوطه متصل کن.

در همین مرحله باید چهار سیم جدید هم به پایه‌های 3V3، GND، SDA و SCL روی برد XIAO لحیم کنی که بعدا برای راه‌اندازی سنسور دما استفاده خواهند شد. برد را با کمی چسب داخل قاب جا بده و فشار بده تا سر جای خودش بنشیند. با استفاده از یک پنس، سیم‌ها را داخل فضای خالی مرتب کن تا هیچ سیمی تحت فشار نباشد.

چهار سیمی که برای سنسور کنار گذاشته بودیم را از سوراخ تعبیه‌شده در درپوش پشتی رد کن.

لبه‌های درپوش را با دقت چسب بزن تا قاب کاملا عایق شود.

در نهایت قاب اصلی را ببند و کمی صبر کن تا چسب خودش را بگیرد.

در قدم آخر، حلقه پلاستیکی را داخل شیار درپوش پشتی بکش و چهار سیم سنسور را از سوراخ روی حلقه عبور بده. حالا سیم‌ها را به پایه‌های سنسور لحیم کن. در اینجا هم گیره مونتاژ به شدت به کمکت می‌آید.

بعد از لحیم‌کاری، سنسور را داخل محفظه حلقه قرار بده و درپوش سنسور را روی آن فشار بده. این درپوش حالت خاری دارد و با یک کلیک ساده جا می‌رود؛ بنابراین نیازی به چسب‌کاری مجدد نداری. به همین راحتی مونتاژ سخت‌افزاری انگشتر هوشمند ما تمام شد و آماده تست است.

با استفاده از کلید کناری، گجت را روشن کن. این سنسورها در کارخانه کالیبره شده‌اند و دقت بسیار بالایی دارند، بنابراین نیازی به تنظیمات اضافی نداری و همه‌چیز آماده به کار است. هر زمان که باتری رو به اتمام بود، کافیست انگشتر را از طریق پورت USB روی برد XIAO شارژ کنی. فقط حواست باشد که موقع شارژ شدن باید کلید دستگاه حتما در حالت روشن باشد.

ساخت این انگشتر هوشمند به پایان رسید و حالا یک گجت پوشیدنی فوق‌العاده داری که می‌توانی به کمک آن دمای هر سطحی را در کسری از ثانیه اندازه‌گیری کنی. این پروژه پتانسیل بالایی برای توسعه دارد؛ تو می‌توانی کدهای آن را برای کاربردهای صنعتی، پزشکی یا حتی سرگرمی تغییر دهی و ایده‌های جدیدی روی آن پیاده‌سازی کنی.

ما در آیسی‌مدار همیشه تلاش می‌کنیم تا ایده‌های نوآورانه را با زبانی ساده و کاملا عملی آموزش دهیم. حتما نظرت را درباره این دماسنج مینیاتوری برای ما بنویس و اگر در مراحل ساخت، چاپ قطعات یا برنامه‌نویسی به مشکلی خوردی، در بخش کامنت‌ها با ما در میان بگذار تا راهنمایی‌ت کنیم. منتظر آموزش‌های هیجان‌انگیز بعدی باش!