Термостат Nest второго поколения долгое время считался одним из самых популярных устройств для умного дома, обеспечивая удобное управление отоплением и охлаждением с помощью интуитивно понятного сенсорного дисплея. Однако после прекращения поддержки Google 1 октября 2025 года многие владельцы оказались перед необходимостью продления срока службы своего устройства или его переработки. Одним из наиболее важных компонентов Nest является ЖК-дисплей с круглой матрицей, отвечающий за визуализацию информации. Реверс-инжиниринг интерфейса этого дисплея позволил детально разобраться с его архитектурой, интерфейсом и особенностями работы, что открыло путь к его повторному использованию и интеграции в открытые проекты домашней автоматизации. Начало было положено с физического демонтажа термостата, при котором автор следовал руководству по разборке от iFixit.
На двенадцатом шаге процесса, предполагающем снятие клеевого слоя, была обнаружена сама ЖК-модуль с гибким ленточным кабелем и круглым массивом пикселей. Детальное изучение модуля показало номер детали TM025ZDZ02, что послужило ключом для последующего поиска документации и технических характеристик. Этот номер оказался уникальным и не представленным широкой публике, но была найдена аналогичная модель TM025ZDZ01 от производителя Shanghai Tianma Micro-Electronics с очень похожими параметрами. Диагональ дисплея составляла 2.48 дюйма при разрешении 320 на 320 пикселей, а интерфейс подключения был 3-проводным SPI с необычной 9-битной передачей данных.
Понимание этой спецификации стало основой для дальнейших исследований. Несмотря на схожесть с классическим SPI, 3-проводной интерфейс имел существенные отличия: одну линию данных (SDA), которая выступала и передатчиком, и приемником; линию тактирования (SCL) и выбор мастер-устройства (CS). Дополнительная сложность заключалась в необходимости передачи 9-битных кадров, где старший бит определял тип отправляемой информации - команда или данные. Этот подход заменял традиционную отдельную линию Data/Command из четырехпроводных интерфейсов. Задание такого протокола чревато проблемой паразитного взаимодействия между устройствами на линии SDA.
Для предотвращения конфликтов было принято решение внедрить последовательный резистор на линии данных, ограничивающий ток и позволяющий дисплею доминировать при передаче. Это оказалось простым и эффективным решением, позволяющим избежать аппаратных конфликтов на шине. Следующим этапом стало проектирование переходной платы, которая смогла бы преобразовать миниатюрный 41-контактный FPC-коннектор с шагом 0,3 мм в удобные для макетной платы выводы с шагом 2,54 мм. Заказанный и собранный PCB позволил провести полноценное тестирование интерфейса и облегчить подключение к микроконтроллерам. Основным контроллером стал ESP32-C6 SuperMini, выбранный за производительность и гибкие возможности по настройке SPI-интерфейса.
Однако для полноценной работы пришлось обратиться к необычным возможностям языка программирования Toit, позволяющим управлять 9-битными кадрами и удерживать CS-линии активными при необходимости. На основе обширного изучения документации к дисплею и его драйверу S6D05A1 был собран необычный, но эффективный набор команд инициализации. Запуск дисплея требовал выдержки точной последовательности сброса, программного рестарта, чтения ответов от контроллера, установки паролей для доступа к расширенным функциям, настройки отображения скан-линий и напряжений питания. Специфические команды интерфейса меняли режимы вывода, устанавливали режимы цвета, гамма-коррекцию, а также режимы внутренней инициализации осциллятора и внешней синхронизации данных. Трудностью стало управление полным циклом передачи данных, состоящим из команды на установку диапазонов колонок и страниц (0x2A и 0x2B), а затем передачи пиксельных данных.
Отличительной особенностью было то, что, несмотря на квадратное разрешение, отображалась именно круглая часть дисплея, что требовало учитывать радиальный отсек в программной отрисовке. Еще одним серьезным моментом стала необходимость подачи питания на подсветку. Встроенные светодиоды имели требование по напряжению порядка 12.5 В и току около 20 мА каждый. Питание от 3.
3 В устройство не могло обеспечить напрямую. Решением стала установка импульсного повышающего преобразователя на базе MT3608, компактного и эффективного устройства, способного обеспечить стабильное напряжение питания для светодиодов. В процессе работы с протоколом передачи стало ясно, что аппаратно большинство микроконтроллеров и их SPI-модули не рассчитаны на 9-битные транзакции. Поэтому для поддержки требуемого режима около 6.2 мегагерц стала необходимостью точная настройка программного обеспечения, поддерживающего фиксацию линии выбора устройства и передачу бит вне привычных 8-битных байт.
Теоретический расчет максимальной скорости обновления полного экрана показал время порядка 300 миллисекунд при частоте 6.2 МГц и цвете 16 бит на пиксель, что близко к уровню восприятия задержки пользователем. При увеличении частоты шины до максимально поддерживаемых 15.15 МГц время обновления снижалось до порядка 120 миллисекунд, что безусловно улучшало впечатление от отклика. Помимо тестирования вывода цвета, были реализованы проверки работы с отдельными областями экрана - это позволяло оптимизировать время перерисовки, исключая необходимость полностью обновлять весь дисплей, что жизненно важно для экономии ресурсов и отзывчивости.
Все описанные процессы и технические решения стали основой для создания открытого проекта Sett - независимой разработки на базе Nest 2-го поколения, совместимой с открытыми системами домашней автоматизации и не зависящей от облачных сервисов Google. Данный проект нацелен на продление срока службы устаревших устройств, предотвращая их выброс и загрязнение окружающей среды. Реверс-инжиниринг интерфейса ЖК-дисплея позволил получить глубокое техническое понимание работы сложного модуля и создать надежный источник знаний и кода для энтузиастов и инженеров, стремящихся к внедрению умных решений с максимальной независимостью. Полученный опыт показывает, что даже устройства с узкоспециализированными интерфейсами можно успешно интегрировать в современные проекты с помощью грамотного изучения технической документации, качественного проектирования аппаратных переходников и тонкой настройки программного обеспечения. В итоге удалось достичь работоспособности, позволяющей реализовывать полноценные пользовательские интерфейсы, а также получить широту возможностей по настройке отображения и коммуникации с контроллером.
Изучение источников, официальных даташитов и использование открытых библиотек дополнили и ускорили процесс разработки. Таким образом, проект демонстрирует, что благодаря системному подходу и инженерной настойчивости можно вдохнуть новую жизнь в существующий технологический продукт, сделать его доступным и полезным для сообщества с открытым исходным кодом и вне зависимости от коммерческих решений крупных компаний. .
