Daniel Ansorregui ha desarrollado LightInk, un reloj de tinta electrónica de código abierto alimentado por energía solar e inspirado en los relojes digitales solares de los años 90. Cuenta con una pantalla e-paper de 1.54 pulgadas y soporta Wi-Fi, Bluetooth, LoRa y GPS, funcionando con una batería de 100mAh.
El proyecto integra un diseño personalizado de baja corriente de reposo (quiescent power) utilizando un convertidor buck-boost TPS63900, entrada táctil capacitiva y un firmware basado en deep-sleep, junto con actualizaciones parciales ultra rápidas de la pantalla e-ink (tiempo activo inferior a 1 ms) y mantenimiento preciso del tiempo por RTC con calibración de desviación (drift). También soporta un funcionamiento que prioriza la energía solar (sin un IC de carga dedicado) y el control dinámico de energía de los periféricos (power gating), permitiendo alrededor de 9 a 10 meses de operación con una batería pequeña complementada por energía solar.
Especificaciones de LightInk:
- System-in-package – CPU ESP32-PICO-D4 SiP – Procesador de doble núcleo a 240MHz | Memoria – 520KB SRAM | Almacenamiento – 4MB flash | Inalámbrico – Wi-Fi 4 de 2.4 GHz hasta 150 Mbps y conectividad Bluetooth 4.2 BR/LE.
- Pantalla – Panel e-Paper B/N de 1.54 pulgadas 200×200 (GDEH0154D67 o compatible).
- Audio – Altavoz de disco piezoeléctrico de 10-15mm.
- Conectividad – Wi-Fi 4 802.11b/g/n a 2.4 GHz y Bluetooth 4.2 BR/EDR a través del ESP32 SiP | LoRa mediante un transceptor Wio-SX1262 | GPS.
- Misceláneos – Botones táctiles capacitivos que utilizan los pines táctiles internos del ESP32 | Minimotor de vibración circular de 3V y 2.0 mm | Pines para luz LED | RTC con calibración manual de desviación (apuntando a 1ppm, actualmente en 10ppm).
- Energía – Convertidor buck-boost TPS63900 (1.8V a 5.5V, 75-nA IQ) operando dinámicamente a 2.6V/2.9V | Entrada de celda solar | Batería de 100mAh.
- Dimensiones – Por determinar (TBD).
- Carcasa – Impresa en 3D.
Daniel menciona que el proyecto comenzó en 2019 utilizando un Heltec Wireless Stick Lite. Aunque plataformas como el SQFMI Watchy proporcionaron un buen punto de partida, Ansorregui se centró en mejorar la eficiencia energética y añadir características como LoRa y soporte solar sin aumentar el tamaño.
Continúa explicando que el principal desafío al construir un wearable de ultra bajo consumo con ESP32 es el proceso de arranque (boot), ya que un ESP32 típicamente tarda unos 28 ms en iniciar y consume varios miliamperios de energía antes de realizar cualquier trabajo útil. Para reducir esta sobrecarga, Daniel utiliza el "wake stub" del ESP32, un puntero de función en la memoria del RTC que permite al núcleo ejecutar código inmediatamente al despertar, en microsegundos, saltándose por completo la memoria flash.
Al reimplementar completamente la comunicación SPI dentro del wake stub, el dispositivo puede arrancar, enviar datos y actualizar el búfer del controlador de pantalla en menos de 1 ms. El ESP32 vuelve inmediatamente al modo deep sleep mientras espera que la pantalla e-Paper se actualice. Esto reduce drásticamente el consumo de energía en modo light-sleep, extendiendo la vida útil de la batería a un estimado de 6 a 10 meses con solo una batería de 100mAh.
El hardware utiliza una placa de circuito impreso (PCB) de un solo lado para que la pantalla e-paper pueda quedar plana en la parte posterior, manteniendo el diseño delgado y simple. La carcasa impresa en 3D tiene dos partes (frontal y trasera) y sostiene todos los componentes en una disposición compacta. Además, para ahorrar energía, el diseño elimina componentes de alto consumo como acelerómetros y circuitos integrados de carga de batería, y depende de una celda solar para suministrar y mantener la energía.
LightInk es un proyecto de hardware de código abierto. El firmware ESP-IDF, los archivos de diseño de hardware en EasyEDA y los modelos de carcasa imprimibles en 3D están disponibles en GitHub. Se pueden encontrar instrucciones de construcción adicionales y registros del proyecto en Hackaday, donde fue presentado recientemente para el Green Powered Challenge.
Vía Hackster.io y CNX Software.
