Progettazione di un Termostato a Basso Consumo a 868 MHz: dall'Aggiornamento Hardware all'Ottimizzazione delle Prestazioni

This thesis presents the complete end-to-end analysis, upgrade, and full redesign of a BTicino 868 MHz wall-mounted thermostat for electric bathroom radiators. The work encompasses both the original wired version and its battery-powered radio variant, with custom PCB layouts for each. I carried out this work during my internship at BTicino, a group brand of Legrand. I was responsible for developing the firmware and collaborating with the PCB designer to report any anomalies or issues that arose. Key activities include: • Radio module porting & validation: replacing the legacy transceiver with an ST SPIRIT1 integrate circuit, redesigning the antenna matching network, and verifying spurious emissions and spectral purity with a high-resolution spectrum analyzer. • Hardware review & error correction: auditing the original schematic, identifying component level faults, and refining low-power clock and sleep-mode configurations to maximize battery life. • Firmware migration & debugging: porting existing embedded code into a different development environment, validating correct function-call flows, and integrating hardware level debugging tools to enable step-by-step analysis and in-circuit testing. • Power-consumption characterization: performing spot measurements with a bench multimeter and long-term logging via a precision power-profiling station to compute average current draw in all operating modes. • Regulatory compliance & test integration: confirming adherence to ETSI EN 300 220 duty cycle limits and CE and EMC requirements and embedding debug hooks on the revised PCBs to support future over-the-air updates. Together, these efforts yield a robust, field-tested thermostat platform, with both wired and wireless options, ready for CE certification and scalable for next-generation home-automation features.

Questa tesi presenta l’analisi completa, l’aggiornamento e la riprogettazione end-to-end di un termostato da parete BTicino operante a 868 MHz, destinato al controllo di radiatori elettrici da bagno. Il lavoro ha riguardato sia la versione cablata originale, sia la variante radio alimentata a batteria, con la realizzazione di layout PCB dedicati per ciascuna. Il progetto è stato svolto durante il mio tirocinio presso Bticino, brand del gruppo Legrand, dove mi sono occupato dello sviluppo del firmware e ho collaborato con il progettista hardware per la segnalazione e la risoluzione di eventuali anomalie o problemi rilevati. Le attività principali includono: • Porting e validazione del modulo radio — sostituzione del ricetrasmettitore legacy con un ricetrasmettitore ST SPIRIT1, riprogettazione della rete di adattamento antenna e verifica delle emissioni spurie e della purezza spettrale tramite analizzatore di spettro ad alta risoluzione. • Revisione hardware e correzione errori — analisi dello schema elettrico originale, identificazione di difetti a livello di componente e ottimizzazione delle configurazioni di clock e modalità di riposo per massimizzare l’autonomia della batteria. • Migrazione e debug del firmware — porting del codice embedded esistente in un nuovo ambiente di sviluppo, verifica del corretto flusso delle chiamate di funzione e integrazione di strumenti di diagnostica hardware per consentire l’analisi passo passo e il collaudo in-circuit. • Caratterizzazione dei consumi — esecuzione di misure puntuali con multimetro da banco e monitoraggio a lungo termine tramite stazione di profilazione di potenza ad alta precisione, al fine di calcolare la corrente media assorbita in tutti i modi operativi. • Conformità normativa e integrazione dei test — verifica del rispetto dei limiti del ciclo di lavoro imposti dalla normativa ETSI EN 300 220, dei requisiti CE e EMC, e inserimento di interfacce di debug nei nuovi PCB per supportare futuri aggiornamenti firmware via radio. Nel complesso, queste attività hanno portato alla realizzazione di una piattaforma per termostato solida e testata sul campo, disponibile in versione cablata e wireless, pronta per la certificazione CE e scalabile per l’integrazione di funzionalità di domotica di nuova generazione.