TETI - le novità introdotte
TETI è progettato per essere compatibile con il principale firmware per questo tipo di dispositivi - gli idrometri digitali - ovvero l'omonimo iSpindle che definisce anche il nome di tutta la categoria.
Ciò tuttavia non esclude la possibilità di utilizzare altri firmware, a patto di personalizzare le librerie per rendere compatibili le assegnazioni pin di default con i requisiti del D1 MINI PRO.
Il firmware utilizzato è essenzialmente quello originale sviluppato da Samuel Lang, ma con alcune modifiche dovute in parte alla necessità di integrare componenti diversi e in parte alla volontà di aggiungere alcune funzioni a mio avviso utili e che invece non trovano spazio nel firmware ufficiale.
Di seguito sono elencate le varie novità introdotte, a partire dal PCB.
PCB a doppio copper layer con nuove funzioni
Una delle prime carenze che ho voluto risolvere disegnando il PCB per TETI è la mancanza di un approccio hardware alla limitazione delle interferenze.
Per quanto sia ormai semplice avvalersi di specifici tool per la progettazione dei circuiti stampati, ci sono alcune best practice da rispettare e alcuni accorgimenti che solo l'esperienza insegna ad adottare.
Utilizzare un PCB a doppio strato senza sfruttare al massimo la possibilità di creare due copper plane con Vbus differenti è, oltre che un piccolo spreco, anche una bella opportunità persa per introdurre dei miglioramenti passivi alla stabilità dei segnali.
Solitamente quando si lavora in doppio strato è difficile trovare "abbastanza spazio" anche solo per un ground plane non troppo frammentato, e salvo in casi di lavorazioni professionali è difficile che qualcuno si prenda la briga di pensare anche ad un positive plane.
Ma il "bello" del circuito per un idrometro digitale è che non ci sono poi chissà quanti componenti, tutto il sistema lavora in DC, e c'è soltanto un segnale analog da gestire. In buona sostanza è la situazione migliore per sfruttare tutti i vantaggi di un doppio copper pour in ciascuno dei due strati. I segnali risultano così stabilizzati, le interferenze pressocchè nulle grazie all'effetto shielding massimizzato, e si riducono le interferenze sul WiFi.
TETI utilizza sia un groud plane, che scherma anche le interferenze di ritorno dovute all'antenna WiFi, sia un vcc plane che semplifica il routing e preserva l'integrità dei segnali provenienti dal giroscopio.
Copertura WiFi Estesa
L'altro aspetto che ho voluto risolvere, almeno in parte, è la scarsa capacità (e l'elevatissima differenza di prestazioni tra vari batch) del modulo WiFi del D1 Mini.
Fondamentalmente il D1 Mini ha due problemi, uno dei quali irrisolvibile:
- Trattandosi di un dispositivo a basso consumo non può contare su un bnoost significativo della potenza di trasmissione del segnale per rimediare bassa copertura che riesce a fornire e alla vulnerabilità alle interferenze;
- L'antenna integrata sul PCB soffre enormente dell'eccessiva variabilità nei controlli di qualità, soprattutto tra le varie serie di produzione: alcuni esemplari sono in grado di coprire distanze relativamente "enormi" con il sengale WiFi, mentre altri sembrano incapaci di stabilire una connessione stabile a oltre 3m dal router.
Siamo d'accordo, si potrebbe disegnare un PCB che sfrutti il surface mounting dei componenti per poter così disegnare una antenna integrata migliore e una migliore disposizione dei componenti...ma questo significherebbe "reinventare la ruota" e inevitabilmente aumenterebbe i costi di realizzazione.
Più facile, e anche più sensato secondo me, è invece seguire la logica e abbandonare il fidato D1 Mini in favore di qualcosa di più versatile e moderno.
Ho scelto il D1 MINI PRO sia per via della sua antenna in ceramica incorporata, che funziona decisamente meglio dei quella classica tracciata sul PCB, sia per via di quello splendido connettore U.FL Mini PCI che consente di collegare una antenna esterna.
Per quanto detto prima non è ovviamente possibile collegare una antenna spropositata, ma ci sono delle ottime soluzioni che pur restando entro i +3.5 dbi consentono di migliorare enormemente le prestazioni del D1 al punto da poterlo usare anche all'interno di fermentatori in acciaio inox.
La scelta più vantaggiosa in termini di prestazioni vs. costi vs. dimensioni è stata semplice: il modulo antenna AIRGAIN (TM) N2420 è esattamente quello che cercavo. Non aggiunge peso significativo al PCB, può essere posizionato facilmente ed ha un costo contenuto.
Indice di Riparabilità
Questo è un concetto a cui ho imparato a dar peso a mie spese: se progetti qualcosa da zero, allora fai in modo che sia di facile manutenzione e di altrettanto facile riparabilità!
Vista la proabilità non trascurabile di avere a che fare con modelli "fallati" di D1 MINI Pro o del Modulo Giroscopio - nonostante tutta l'attenzione posta in fase di acquisto - volevo evitare di ritrovarmi a buttare un intero PCB perchè, ad esempio, durante la dissaldatura del modulo danneggiato erano venute vie anche le piazzole.
Per ovviare a questo problema ho deciso di usare la piedinatura a innesto rapido: ma dovendo mantenere comunque al minimo l'ingombro in altezza, ho optato per connettori dal profilo ribassato che hanno piedini di collegamento più sottili dei classici PIN che si acquistano a vagonate anche al supermercato oramai.
In questo modo diventa anche più facile eseguire eventuali riparazioni o sostituzioni durante l'uso.
Questa scelta ha inoltre significato dover ridefinire le larghezze e gli spazi dei fori di connessione sul PCB per renderli compatibili con le nuove piedinature...e già che c'ero ho anche fatto in modo tale da non bestemmiare in aramaico quando bisogna installare le due resistenze e il diodo.
I fori sono ora calibrati per ogni componente, specialmente le due resistenze, così da permettere una saldatura agevole senza che cadano via uscendo dal foro appena li si sfiora con lo stagno fuso.
Magneti...perchè sono fighi!
Non esattamente...diciamo che non ho inserito un reedswitch al posto del pulsante di RESET solo perchè mi piacciono i magneti.
Volevo evitare di dover aprire in continuazione il coperchio della capsula, specie durante il bilanciamento, per evitare di introdurre accidentalmente dell'acqua.
Con un reedswitch basta avvicinare un piccolo magnete al lato della capsula per resettare il dispositivo: avvicinando e allontanando il magnete 4/5 volte si ottiene lo stesso effetto che premendo ripetutamente il pulsante sul D1 MINI PRO e si riesce così ad avviare il dispositivo in modalità di conifigurazione.
Il reedswitch è montato sul lato inferiore del PCB, accanto al modulo di ricarica della batteria.
Varie ed eventuali...
Tra gli altri cambiamenti introdotti su TETI ci sono:
- L'abbandono delle piazzole di saldatura dove deporre lo stagno da usare come contrappeso: utilizzando i pesetti di bilanciamento adesivi si ottiene un risultato più preciso e anche esteticamente più gradevole.
- L'estensione delle piazze di saldatura per il portabatteria, perchè non è detto che tutti vogliano essere maniacali come me nella ricerca della batteria perfetta che pesi esattamente 47g... ma soprattutto perchè i petling non sono mai del tutto identici tra di loro, spesso con differenze di alcuni grammi che richiedono di rividere completamente il bilanciamento di una unità.
- Inclinazione del modulo di ricarica rispetto al pulsante di accensione, per rendere più facile il collegamento del cavo di ricarica quando TETI è inserito nella capsula.
- Adeguamento delle tracce per D1 MINI PRO
- Spostamento dei fori sul PCB per creare una distribuzione di peso quanto più favorevole possibile al bilanciamento entro i 25°
- Spostamento del giroscopio e della sonda di temperatura per guadagnare spazio per l'antenna esterna aggiuntiva.