LightInk——基于ESP32、太阳能供电的墨水屏智能手表,续航最长可达10个月

发布在Hackster.io上的一个项目,太阳能供电的esp32 加持的手表
LightInk——基于ESP32、太阳能供电的墨水屏智能手表,续航最长可达10个月

丹尼尔·安索雷吉研发了LightInk开源太阳能墨水屏手表,设计灵感源自上世纪90年代的太阳能电子表。该设备搭载1.54英寸电子纸显示屏,支持无线网络、蓝牙、远距离无线电(LoRa)与全球定位系统(GPS),内置100毫安时电池。

LightInk——基于ESP32、太阳能供电的墨水屏智能手表,续航最长可达10个月
LightInk——基于ESP32、太阳能供电的墨水屏智能手表,续航最长可达10个月

 

该项目采用TPS63900升降压转换器打造定制化低静态功耗硬件方案,搭配电容触控输入、深度休眠定制固件,同时实现墨水屏毫秒级局部刷新(有效工作时长低于1毫秒),并配备可校准误差的高精度实时时钟(RTC)。产品采用太阳能优先供电架构,无需专用充电管理芯片,且支持外设动态电源门控管理。依靠小容量电池搭配太阳能补能,设备综合续航可达9至10个月。

LightInk 硬件规格

  • 系统芯片:ESP32-PICO-D4 系统级封装芯片
  • 处理器:双核处理器,主频240兆赫兹
  • 内存:520千字节静态随机存储器
  • 存储:4兆字节闪存
  • 无线通信:2.4GHz Wi-Fi 4,最高传输速率150兆比特每秒;蓝牙4.2 经典蓝牙/低功耗蓝牙双模
  • 显示屏:1.54英寸、200×200分辨率黑白电子纸屏幕(型号GDEH0154D67及兼容款)
  • 音频模块:10–15毫米压电蜂鸣片扬声器

通信能力

  1. 依托ESP32封装芯片,支持2.4GHz 802.11b/g/n标准无线网络、蓝牙4.2增强数据速率/传统蓝牙;
  2. 搭载Wio-SX1262射频收发器,实现LoRa远距离通信;
  3. 集成GPS定位模块。

拓展配置

  • 利用ESP32内置触控引脚,实现电容触控按键功能;
  • 3伏2.0毫米圆形微型震动马达;
  • 预留LED灯光控制引脚;
  • 实时时钟支持人工误差校准,设计精度目标1ppm,当前实测精度10ppm。

电源方案

  • 采用TPS63900升降压转换器,工作电压范围1.8V–5.5V,静态电流仅75纳安,动态稳压输出2.6V/2.9V;
  • 集成太阳能电池供电接口;
  • 标配100毫安时锂电池。

外观结构

  • 整机尺寸:待定;
  • 外壳材质:3D打印壳体。

该项目最早始于2019年,初代硬件基于Heltec无线开发板搭建。虽然SQFMI Watchy等开源手表项目提供了成熟开发参考,但本项目在不增加整机体积的前提下,重点优化功耗控制,并新增LoRa通信、太阳能供电等拓展功能。

研发超低功耗ESP32穿戴设备的核心难点在于芯片启动流程:常规ESP32开机耗时约28毫秒,在完成有效工作前,就会产生数毫安的瞬时功耗。为解决这一问题,开发者启用ESP32唤醒存根机制——借助实时时钟内存中的函数指针,让主控核心在微秒级时间内直接执行唤醒程序,完全跳过闪存加载流程。

开发者在唤醒存根内完整重写SPI通信协议,使设备可在1毫秒内完成开机、数据传输、屏幕控制器缓存刷新全套操作。完成画面更新指令下发后,ESP32立即重回深度休眠状态,仅保留墨水屏自主刷新。该设计大幅降低浅休眠阶段的耗电,仅依靠100毫安时电池,就能实现6至10个月的超长续航。

硬件采用单层印制电路板设计,墨水屏可平整贴合背板,整机结构轻薄简洁。3D打印外壳分为前后两部分,紧凑收纳全部元器件。为进一步降低功耗,设计移除加速度传感器、专用充电芯片等高功耗器件,全程依靠太阳能电池完成供电与电池补电。

LightInk为开源硬件项目,基于ESP-IDF框架开发的固件、立创EDA硬件工程文件、3D打印外壳模型均已开源至GitHub平台。设备组装教程与项目研发日志可在黑客技术社区Hackaday查阅,该项目现已报名参与平台绿色能源挑战赛。

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