Предварительная спецификация компонентов для прототипа v0.1

Назначение: собрать первую отладочную версию четырёхканального газоанализатора, чтобы подключить реальные датчики, снять характеристики и начать разработку аппаратных адаптеров. Это не серийная спецификация и не документ для сертифицированного прибора.

Граница решения

В программном ядре сейчас заложены каналы O₂, CO, H₂S и CO₂. Три электрохимических сенсора уже выбраны в проекте по даташитам: DD Scientific S+4OX, GS+4CO и GS+4H2S. Для CO₂ используется временная модель, поэтому его закупку нельзя завершить без отдельного выбора технологии и рабочего диапазона.

Старый прибор исследовался только как источник требований. Его контроллер FM33, номера GPIO, EEPROM и аналоговые коэффициенты не являются обязательной схемой нового изделия.

Закупать сейчас - на один прототип

Для микросхем берём по две штуки: одна для монтажа, одна на случай ошибки пайки или диагностики. Для сенсоров не нужно покупать «россыпь про запас»: у них есть срок хранения и дрейф, а замена требует последующей калибровки.

Обвязка, защита и «мелочь» - добавить в закупку

Это перечень для одной первой платы без финальной нумерации R/C/U. Количество уточняется после схемы, но позиции нужны уже сейчас, чтобы не остановить монтаж из-за одной защиты или конденсатора.

Про выпрямитель

В выбранной архитектуре нет входа переменного напряжения, поэтому диодный мост не нужен и в BOM не включается. Если питание будет от внешнего AC-адаптера, выпрямление должно происходить в сертифицированном сетевом блоке питания до входа прибора. На самой плате при питании от USB-C или Li-ion нужны PTC-предохранители, TVS/ESD, защита от переполюсовки и корректный зарядный узел - именно они закрывают ожидаемые риски.

Что должно войти в первую плату

O₂ / CO / H₂S sensors -> отдельные аналоговые front-end -> AD7124-8 -> STM32L452
CO₂ module (цифровой) ---------------------------------------> I²C/UART STM32
Temperature/RH module ---------------------------------------> I²C STM32
24C256 (settings + calibration + log) ----------------------> I²C STM32
OLED + buttons + buzzer + vibration + LEDs -----------------> GPIO/PWM STM32
Battery / USB-C / charger -> 3.3 V digital + quiet analog rail

Важные правила разводки

• У каждого электрохимического датчика должен быть отдельный входной канал и разъём/колодка. Не паять датчики непосредственно за выводы: это прямо запрещено даташитами CO и H₂S и лишает их гарантии.
• Аналоговую землю, питание АЦП и потенциостатов отделить от шумных цепей экрана, мотора, зуммера и DC/DC; соединение земель предусмотреть в одной контролируемой точке.
• Поставить раздельные test points для электродов/выхода TIA, входов ADC, опорного напряжения, 3.3 V analog, 3.3 V digital и батареи.
• Не закладывать фиксированные коэффициенты старой прошивки в номиналы: усиление выбирается после снятия реальных сигналов конкретных сенсоров.

Пассивные компоненты и обвязка для макета

Эти позиции можно заказать наборами, но окончательные номиналы в BOM платы утверждать только после схемы.

Питание - пока только архитектурное решение

Для макета рекомендуются отдельные домены 3.3 V digital и 3.3 V analog. В качестве кандидатов:

• buck-boost для питания от одного Li-ion: TPS63070; его вход 2-16 V и выход можно задать 3.3 V;
• малошумящий LDO для аналоговой части после преобразователя: ADP7118 в варианте 3.3 V;
• отдельный зарядный контроллер, защита аккумулятора, USB-C разъём, предохранитель и NTC - только после выбора аккумулятора, потребления экрана/CO₂-модуля и требуемой автономности.

Не заказывать аккумулятор, зарядник и корпус в серию до расчёта пикового тока: CO₂ NDIR-модуль, подсветка, мотор и зуммер могут определять питание сильнее, чем MCU. Литиевую батарею нельзя подключать к экспериментальной плате без защиты от переразряда, короткого замыкания и корректного зарядного узла.

Позиции, по которым закупка заблокирована

Для CO₂ как стендовой, а не финальной, позиции допустим модуль Sensirion SCD30: интерфейсы I²C/UART/PWM, питание 3.3-5.5 V, диапазон по I²C/UART до 40 000 ppm. Он не покрывает заявленные в эмуляторе 50 000 ppm и его точность нормирована прежде всего до 10 000 ppm, поэтому не должен попасть в финальную BOM без пересмотра диапазона.

До заказа печатной платы - обязательные проверки

• Зафиксировать диапазоны и допустимую задержку каждого канала, особенно CO₂.
• Сделать на макетной/оценочной плате по одному измерению нуля, рабочей точки и перегрузки для O₂, CO и H₂S; записать диапазон токов и требуемую полосу.
• Сверить reference circuits производителя для S+4OX и GS+4CO/GS+4H2S с выбранным AFE. LMP91000 - кандидат для макета, не утверждённая серийная схема.
• Посчитать средний и пиковый ток всех модулей, затем выбрать аккумулятор, защиту, зарядку и DC/DC.
• Выпустить отдельную схему и BOM с reference designator, корпусом, производителем, допустимой заменой и количеством на плату. Только эта BOM является основанием для заказа PCB.

Источники выбора

• Даташиты из репозитория: tests/S+4OX.pdf, tests/GS+4CO.pdf, tests/GS+4H2S.pdf, tests/3 ELECTRODE CIRCUIT.pdf, tests/OXYGEN CIRCUIT.pdf.
• AD7124-8 - данные производителя: 24-битный ADC, до 8 дифференциальных входов, PGA и диагностические функции.
• STM32L452CE - данные производителя: активный MCU, 512 KiB Flash, 160 KiB SRAM, RTC, SPI/I²C и LQFP-48.
• LMP91000 - данные производителя: одноканальный программируемый аналоговый front-end для электрохимических сенсоров.
• SCD30 - данные производителя: ограничения стендового кандидата CO₂.