Minecraft kompas z AliExpressu: kouzelný artefakt, Hallův senzor a překvapivě jednoduchá elektronika

Looden

• 7 min read
Share
Ilustrační obrázek
Ilustrační obrázek ke článku

Na AliExpressu jsem našel zajímavý kousek elektroniky. Vlastně hlavně vzhledově zajímavý: kompas z Minecraftu, ale v reálném světě. Zní to trochu jako název pochybného krátkého videa na YouTube, ale přesně takový pocit jsem z toho měl.

Cena byla zhruba 120 Kč, takže jsem si řekl: proč ne? Když už nic jiného, bude to minimálně zábavná drobnost na rozebrání.

Když balíček dorazil, bylo to přesně to, co člověk čeká od levné elektroniky z Číny. Po zapnutí se rozsvítila pixelartová střelka, jednou se efektně protočila dokola a pak se - kupodivu - opravdu začala tvářit jako kompas. A ano, začala ukazovat na sever.

Jenže co bych to byl já, kdybych se nemusel podívat, jak tahle malá "magická" věcička funguje uvnitř.

Rozborka: dva šroubky, baterie a jedna docela úsporná deska

Zezadu byly vidět dva malé stříbrné šroubky. Konstrukčně to tedy nepůsobilo jako extrémně promyšlený high-end výrobek. Spíš jako jednoduché plastové chassis, které drží pohromadě tak akorát. Ještě nesmím zapomenout na poutko pro řetízek, protože bez toho by to nebyl správný herní artefakt do reálného světa.

Po odšroubování krytu se ukázala malá Li-Pol baterie. Kapacita na ní nebyla jasně uvedená, ale podle velikosti bych ji odhadoval maximálně kolem 500 mAh. Osobně bych s tímto číslem zacházel opatrně - je to spíš vizuální odhad než změřená hodnota.

Po vyndání PCB a otočení desky byla vidět druhá část elektroniky: neoznačený mikrokontrolér v osmipinovém pouzdře, nabíječka Li-Pol baterie, pár pasivních součástek a bohužel také poměrně úsporný návrh napájecí části.

A tím "úsporný" nemyslím úsporný na spotřebu, ale spíš úsporný na součástky.

Napájení a nabíjení

Deska má USB-C konektor, přes který se zařízení nabíjí. Na PCB jsou osazené rezistory pro základní USB-C režim s 5 V, takže by se mělo tvářit jako jednoduché zařízení bez Power Delivery. V praxi bych ale u podobného levného výrobku byl opatrný.

Na desce jsem nenašel žádnou výraznou ochranu proti hlubokému vybití nebo přebití baterie mimo to, co případně zvládá samotný nabíjecí obvod. To je přesně ta část návrhu, kde by se dalo říct: ano, funguje to, ale lepší ochrana by tomu rozhodně slušela.

V levé části PCB je vypínač a několik dalších součástek. V pouzdře SOT-23 je lineární stabilizátor na 3,3 V, podle značení pravděpodobně XC6206P332MR, tedy jednoduché 3,3V LDO s proudem kolem 200 mA. Pro podobné malé zařízení to dává smysl: baterie napájí elektroniku, LDO z toho udělá 3,3 V pro logiku a LED část.

LED matice: pixelartová střelka z WS2812B

Uprostřed desky je vlastní matice z adresovatelných RGB LED. Podle pouzdra jde nejspíš o WS2812B ve velikosti 2020. Celkem jsem napočítal 38 LED.

LED nejsou v nepravidelné čtvercové matici, ale jsou rozmístěné tak, aby z nich šel vytvořit tvar pixelartové střelky kompasu. To je za mě jedna z nejhezčích částí celého návrhu. Je to jednoduché, levné, ale vizuálně to funguje.

Na druhou stranu, 38 adresovatelných RGB LED umí při vyšším jasu spotřebovat docela dost proudu. Výrobce to pravděpodobně řeší hlavně tím, že LED nesvítí všechny najednou naplno. Pro efektový kompas to stačí.

Mozek zařízení: neoznačený osmipinový mikrokontrolér

Hlavní řídicí čip je v osmipinovém pouzdře, ale marking byl odstraněný. Tedy žádné jednoduché opsání označení a rychlé dohledání datasheetu.

Podle zapojení pinů to ale nevypadá na ATtiny13 nebo ATtiny85, jak by člověka možná napadlo jako první. Ty mají typicky napájení na jiných pinech. Tady vychází zapojení přibližně takto:

pin 1 = VCC 3,3 V
pin 2 = nezapojený
pin 3 = datový výstup pro WS2812B
pin 4 = nezapojený
pin 5 = vstup ze senzoru magnetického pole
pin 6 = vstup ze senzoru magnetického pole + pull-up 4,7 kΩ
pin 7 = nezapojený / pravděpodobně varianta pro jinou konfiguraci PCB
pin 8 = GND

Tohle hodně připomíná pinout rodiny PIC12 nebo nějakého kompatibilního čínského OTP mikrokontroléru. Přesný typ bez čitelného značení nebo programátoru určit nejde. A i kdyby šlo čip připojit k programátoru, je dost možné, že firmware bude zamčený proti čtení, případně půjde o jednorázově programovatelný čip. Na obrázku je žlutě zvýrazněný.

Zlutě zvýrazněný neznámý MCU čip

Prakticky tedy stačí říct: je to malý osmipinový mikrokontrolér, který čte magnetický senzor a podle výsledku posílá data do řetězce WS2812 LED.

Senzor magnetického pole: kompas, ale ne tak docela

Nejzajímavější část je úplně dole na PCB. Tam je malé čtyřpinové SMD pouzdro se značením připomínajícím 541 1k. Po porovnání zapojení a značení to velmi pravděpodobně odpovídá součástce typu Honeywell SS541AT / S541A, případně jejímu levnějšímu klonu. Na obrázku níže je červeně zakroužkovaný.

Červeně zvýrazněný hallový senzor

Nejde tedy o klasický digitální kompas ve smyslu tříosého magnetometru s I²C rozhraním. Spíš to vypadá na jednoduchý Hallův senzor nebo dvojici Hallových signálů, které mikrokontrolér vyhodnocuje.

Hallový senzor typu Honeywell SS541AT / S541A - focený mikroskopem
1. Senzor reaguje na magnetické pole.
2. Mikrokontrolér sleduje jeho výstupy.
3. Podle změn výstupů vyhodnotí, kam má „střelka“ směřovat.
4. Potom vygeneruje příslušný obraz na WS2812 LED.

To vysvětluje i chování při zapnutí. Protočení střelky dokola může být jen efektní animace, ale klidně může zároveň sloužit jako jednoduchá inicializace nebo kontrola LED.

Je ale potřeba počítat s tím, že to není laboratorní měřicí přístroj. Citlivost na okolní kovové předměty a magnetické rušení je znatelná. Stačí přiblížit šroubovák a kompas se nechá rozhodit. Takže jako dekorativní gadget super, jako přesný orientační přístroj do přírody rozhodně ne.

Přední kryt a vzhled

Přední část je složená ze dvou hlavních částí: pevného černého plastového chassis a vlepené poloprůhledné fólie. Právě fólie společně s LED maticí vytváří pixelartový vzhled střelky.

Vizuálně to působí překvapivě dobře. Samozřejmě je to pořád levný plastový výrobek, ale na první pohled ten Minecraft styl funguje. A to je vlastně hlavní důvod, proč si takovou věc člověk koupí.

Jak tedy kompas funguje?

Není to žádná magie, i když se tak snaží tvářit.

Uvnitř je pravděpodobně tato logika:

Li-Pol baterie
↓
3,3V stabilizátor
↓
MCU + Hallův senzor
↓
WS2812B LED matice

Mikrokontrolér po zapnutí spustí úvodní animaci, přečte stav magnetického senzoru a podle něj rozsvítí příslušné LED tak, aby střelka ukazovala zvoleným směrem. Protože jde pravděpodobně o jednoduché Hallovy signály, nečekal bych vysokou přesnost ani pokročilou kompenzaci náklonu nebo rušení.

Jinými slovy: kompas to je, ale spíš ve stylu „hračka s magnetickým senzorem“ než přesný navigační nástroj.

Bezpečnostní poznámka k nabíjení

Tohle bych nepřeskakoval. Pokud si něco podobného pořídíte, doporučil bych to nenabíjet bez dozoru, přes noc, u hořlavých věcí nebo na místě, kde by případný problém mohl způsobit škodu.

Také bych se vyhnul experimentům s různými rychlonabíječkami, Power Delivery režimy a podobně. Pravděpodobně si zařízení vezme jen základních 5 V, ale u takto levné elektroniky je lepší být opatrný.

A voděodolnost? Řekl bych, že bude někde na úrovni papírového sáčku v dešti. Takže vodu raději opravdu ne.

Takhle to pravděpodobně funguje podle rozborky a mých měření. Ale není to laboratorní analýza ani bezpečnostní certifikace.

Složení zařízení

Hrubý soupis podle rozborky:

  • Li-Pol baterie neznámé kapacity, odhadem maximálně kolem 500 mAh
  • 38× WS2812B SMD 2020 RGB LED
  • osmipinový neoznačený MCU, pravděpodobně PIC/OTP typ nebo kompatibilní klon
  • magnetický senzor, pravděpodobně SS541AT/S541A nebo podobný klon
  • USB-C konektor
  • nabíjecí obvod pro Li-Pol baterii
  • 3,3V LDO stabilizátor, pravděpodobně XC6206P332MR
  • několik rezistorů a kondenzátorů
  • třídílné plastové chassis
  • poutko pro řetízek

Co dál?

Při rozborce mě samozřejmě napadlo, že by šel původní neoznačený čip odpájet a nahradit vlastním mikrokontrolérem. Třeba ATtiny85, případně něčím modernějším. K tomu přidat jedno tlačítko navíc a udělat z toho nejen Minecraft kompas, ale malý programovatelný gadget s vlastními efekty.

Například:

  • více animací,
  • režim baterky,
  • jednoduchý herní mód,
  • vlastní barevná témata,
  • indikaci nabití,
  • nebo úplně jinou logiku chování střelky.

Možná by to mohl být první díl malé série o vylepšování levné elektroniky z internetu.

Hodnocení

Build kvalita: 5/10
Účel to splní, ale na návrhu PCB, ochranách baterie i mechanickém provedení by se dalo dost zlepšit.

Cena: 8/10
Za zhruba 120 Kč je to vlastně docela férová hračka. Větší cenu bych tomu ale nedával.

Praktické použití: 5/10
Jako kompas? Upřímně spíš ne. Kovový zip, šroubovák nebo jiné rušení ho dokážou rozhodit. Jako orientační hračka ale funguje.

Funny factor: 10/10
Tady není moc co řešit. Pokud máte rádi Minecraft nebo herní artefakty převedené do reálného světa, je to prostě zábavné.

A víte co? Nechte se překvapit 😄

Galerie