Weathergotchi 전자 종이(E-Paper) 방식의 기후 기록기

이 장치는 시간에 따른 주변 환경 조건을 기록하고, 측정값을 비휘발성 메모리에 저장하며, 현재 데이터와 이력 그래프를 함께 표시합니다. 또한 저전력 설계로 소형 리튬 폴리머 배터리로 1주일 이상 작동 가능합니다. 

 

상세 자료는 Github 자료를 참고

 

 

이 프로젝트는 오픈 소스 기반의 배터리 구동식 온도 및 습도 데이터 로거로, 항상 켜져 있는 전자잉크 디스플레이를 갖추고 있습니다. 주변 환경 조건을 시간에 따라 기록하고, 측정값을 비휘발성 메모리에 저장하며, 현재 데이터와 과거 데이터를 그래프로 표시합니다. 이 장치는 저전력 설계로, 소형 리튬 폴리머 배터리로 1주일 이상 작동할 수 있습니다.

주요 특징:

• ESP32-S3, 딥 슬립 및 RTC 타이머를 이용한 웨이크업 기능 탑재
• 온도 및 습도 센서 (외부 EEPROM을 통한 데이터 기록 기능 포함)
• 정확한 배터리 모니터링 및 충전 관리
• 전원 버튼으로 전원을 켜고 끌 수 있습니다.
• 1.54인치 전자잉크 디스플레이
• 맞춤형 PCB 및 3D 프린팅 케이스

이 프로젝트 전체는 하드웨어 회로도, PCB 레이아웃, 펌웨어 및 케이스 CAD 파일을 포함하여 오픈 소스입니다. 자세한 제작 영상은 YouTube에서 "E-Paper Climate Logger" 로 검색하실 수 있습니다 .

 

 

깃허브 자료에서 아래와 같은 문제점이나 제한사항을 중요하게 생각한다.

 

 

하드웨어 개요

모든 I2C 주변 장치(SHT45, DS3231, 24LC512, BQ27441)는 동일한 버스를 공유합니다. 전자잉크 디스플레이는 SPI를 통해 구동되며, LTC2954 소프트 전원 버튼은 BQ24075를 통해 시스템 전원을 끄는 기능을 제어합니다.

전체 회로도 및 PCB 레이아웃을 보려면 KiCad 프로젝트를 엽니다 PCB/templog_mainboard/.

전력 관리 및 저전력 작동

이 기기는 작은 배터리로 1주일 이상 작동하도록 설계되었습니다.

• 깊은 수면 모드에서 ESP32-S3는 20µA 미만의 전류를 소모합니다. DS3231과 BQ27441은 무시할 수 있을 정도의 미미한 전류만 소모하며 활성 상태를 유지합니다.
• DS3231 알람은 설정 가능한 간격(기본값: 1분)으로 ESP32를 깨웁니다. ESP32는 깨어나서 측정값(약 400ms, 50mA)을 기록하고, 디스플레이를 업데이트한 후 다시 절전 모드로 돌아갑니다.
• LTC2954는 진정한 켜짐/꺼짐 기능을 제공합니다.

문제점

• 배터리 정확도 문제 : 테스트 결과, 배터리 충전 상태가 정확하지 않게 표시됩니다. 이는 BQ27441의 설정 오류 때문인 것으로 추정됩니다.
• 배터리 부족 문제 : 제 테스트 결과, 배터리가 거의 방전되었을 때(3.4V) 전원이 다시 켜지지 않는 복구 불가능한 상태에 빠지는 경우가 있었습니다. 이 문제는 배터리를 분리하고 외부에서 충전한 후 다시 연결해야만 해결할 수 있었습니다. 제가 사용한 알리익스프레스에서 구매한 저가형 배터리가 원인일 가능성이 있다고 생각합니다.

제한 사항

• 취급 중 온도 정확도 : ESP32는 작동 중에 열을 발생시키는데, 이로 인해 SHT45 센서 판독값이 영향을 받을 수 있습니다. 펌웨어는 이러한 오차를 최소화하기 위해 기기가 깨어나자마자 센서 값을 읽습니다. 장시간 메뉴를 탐색하거나 기기를 오래 들고 있으면 주변 온도 판독값이 몇 분 동안 왜곡될 수 있습니다.
• 디스플레이 최저 온도 제한 : 전자잉크 모듈은 0°C 이상에서 작동하도록 설계되었습니다. 영하의 온도에서는 화면이 안정적으로 업데이트되지 않을 수 있습니다. 데이터 로깅은 백그라운드에서 계속 진행되며, 온도가 상승하면 디스플레이 기능이 다시 작동합니다.
• 무선 연결 기능 없음 : 이 버전은 배터리 수명을 극대화하기 위해 블루투스 또는 Wi-Fi 데이터 내보내기 기능을 포함하지 않습니다. 데이터는 기기 화면에서만 볼 수 있습니다.