Описание продукта

Цель

Лабораторный этап - это настольная сборка электроники. Она должна быть дешёвой, простой для переподключения и удобной для отладки через USB serial. Ей не нужны наружное питание, герметичный корпус, солнечная зарядка или финальная механическая рама весов.

Используйте этот этап, чтобы проверить:

  • сборку и прошивку ESP32 firmware;
  • показания HX711 и тензодатчика;
  • показания внутренней температуры DS18B20;
  • локальную калибровку и tare logic;
  • JSON upload в /iot/v1/metrics;
  • видимость графиков Gratheon и поведение при missing data.

Функциональность

  • Читает один тензодатчик через HX711.
  • Читает один водонепроницаемый зонд DS18B20.
  • Отправляет телеметрию каждые 30-60 секунд для demos и debugging.
  • Работает от USB-питания.
  • Использует serial logs для настройки и troubleshooting.
  • Хранит только минимальную конфигурацию: endpoint URL, API token, hiveId и calibration factor.

Lab interconnect map

Высокоуровневый signal flow для Этапа 1 показан ниже. Подробную pin-by-pin проводку смотрите в Обзоре системы и детальных схемах подключения.

flowchart LR
    usb[USB laptop или charger] --> esp32[ESP32 DevKit]
    esp32 -- GPIO data + clock --> hx711[HX711 load-cell ADC]
    hx711 -- E+/E-/A+/A- --> loadcell[Test load cell]
    esp32 -- 1-Wire data + 4.7 kOhm pull-up --> ds18b20[Waterproof DS18B20]
    esp32 -- HTTPS JSON --> telemetry[telemetry-api /iot/v1/metrics]

План электрических соединений

Подсистема Соединение с ESP32 Тип сигнала Правило лабораторной проводки Почему это важно
HX711 power 3.3 V и GND Power Держите HX711 и ESP32 на общей земле. Предотвращает drift ADC reference и случайные показания.
HX711 digital Два GPIO, например DT на GPIO16 и SCK на GPIO17 Digital Сначала используйте короткие jumper wires, затем screw terminals, если показания скачут. HX711 проще отлаживать, когда digital lines стабильны.
Load cell bridge E+, E-, A+, A- к HX711 Low-level analog differential Не прокладывайте рядом с USB power bricks или switching converters. Сигналы тензодатчика очень малы и чувствительны к шуму.
DS18B20 probe 3.3 V, GND, одна GPIO data line 1-Wire Добавьте 4.7 kOhm pull-up от data к 3.3 V, если он не встроен в breakout. Без pull-up датчик может появляться только периодически.
USB serial USB cable Power + debug В lab mode держите serial logs включёнными. Это самый быстрый способ проверить WiFi, calibration, payloads и API responses.

Рекомендуемое распределение pins для лаборатории

Точные pins могут измениться в прошивке, но лабораторная сборка должна резервировать pins по функциям, чтобы дизайн мог расти без полной перепроводки.

Функция Рекомендуемый ESP32 pin Примечания
HX711 DT GPIO16 Для первого прототипа избегайте boot strapping pins.
HX711 SCK GPIO17 Держите в паре с DT в firmware config.
DS18B20 data GPIO4 Часто используемый 1-Wire example pin, простой для документации.
I2C SDA для будущего humidity sensor GPIO21 Зарезервировать, даже если на этапе 1 не установлен.
I2C SCL для будущего humidity sensor GPIO22 Зарезервировать, даже если на этапе 1 не установлен.
Battery voltage ADC для будущей field-сборки GPIO34 или GPIO35 Input-only pins подходят для ADC sensing.

Механическая настройка

Лаборатории не нужна финальная рама hive-scale, но ей всё равно нужен повторяемый test fixture.

  • Прикрутите тензодатчик к жёсткой доске или алюминиевому профилю, а не держите его рукой.
  • Оставьте измерительный конец свободным, чтобы он изгибался в нужном направлении.
  • Добавьте небольшую плоскую площадку или крючок для известных test weights.
  • Зафиксируйте кабель tape или zip tie, чтобы движение кабеля не выглядело как weight drift.
  • Сфотографируйте ориентацию тензодатчика, потому что calibration values имеют смысл только для повторяемой geometry.

Калибровочный процесс

  1. Начните без веса на fixture и выполните tare.
  2. Положите известную массу, например 1 kg, 5 kg или 10 kg, в зависимости от test cell.
  3. Рассчитайте и сохраните calibration factor в non-volatile memory.
  4. Снимите и снова положите вес три раза.
  5. Принимайте setup только если показания возвращаются близко к одному значению после каждого цикла.
  6. Отправьте хотя бы один accepted telemetry payload в Gratheon и залогируйте calibration factor локально.

Контракт Telemetry API

Для лабораторной проверки устройства должны использовать REST endpoint, уже доступный в telemetry-api:

POST https://telemetry.gratheon.com/iot/v1/metrics
Authorization: Bearer <api-token>
Content-Type: application/json

{
  "hiveId": "54",
  "timestamp": 1717238400,
  "dedupeKey": "esp32-54:1717238400",
  "fields": {
    "temperatureCelsius": 34.2,
    "humidityPercent": 61.5,
    "weightKg": 47.8
  }
}

Тот же контракт нужно повторно использовать на следующих этапах, чтобы прошивка не расходилась с текущим ingestion path.

Приоритетные изменения прошивки

  • Поддержать phase profiles: lab, field-mvp и production.
  • В lab mode отправлять данные каждые 30-60 секунд.
  • Добавить поля first-run setup: deviceId, hiveId, API token, endpoint URL, send interval и calibration factor.
  • Добавить calibration flow: tare empty scale, place known weight, calculate factor, store in non-volatile memory.
  • Отправлять JSON в /iot/v1/metrics с timestamp и dedupeKey.

Критерии выхода

  • Показания веса достаточно стабильны, чтобы видеть известные test weights.
  • Temperature readings видны в serial logs.
  • Telemetry payload принят telemetry-api.
  • Gratheon UI показывает отправленную историю.
  • Calibration factor можно сохранить и повторно использовать после restart.

Bill of materials

Подробный список покупок находится в Phase 1 - Lab BOM. Основные детали: ESP32, HX711, один дешёвый тензодатчик, DS18B20, jumper wires, breadboard или screw terminals и USB power.