Kompaktni senzor vremena sa GPRS (SIM karticom) podatkovna veza: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Sažetak projekta

Ovo je vremenski senzor na baterije koji se temelji na BME280 senzoru temperature/pritiska/vlažnosti i ATMega328P MCU. Radi na dvije 3,6 V litij -tionilne AA baterije. Ima izuzetno nisku potrošnju sna od 6 µA. On šalje podatke pola sata putem GPRS-a (koristeći SIM800L GSM modul) na ThingSpeak, kojim upravlja DS3231 sat u stvarnom vremenu. Procijenjeni servis na jednom kompletu baterija je> 6 mjeseci.

Koristim ASDA pay-as-you-go SIM karticu, koja nudi izuzetno dobre uslove za potrebe ovog projekta, jer ima vrlo dug rok trajanja kredita (180 dana) i naplaćuje samo 5p/MB količine podataka.

Motivacija: Razvoj ekonomičnog, autonomnog, bez potrebe za održavanjem, autonomnog senzora okoliša na baterije koji se može postaviti u divljinu radi prikupljanja vremenskih ili drugih podataka i prijenosa putem GSM/GPRS mreže na IoT server.

Fizičke dimenzije: 109 x 55 x 39 mm (uključujući prirubnice kućišta). Težina 133 g. IP ocjena 54 (procijenjeno).

Cijena materijala: pribl. £ 20 po jedinici.

Vrijeme montaže: 2 sata po jedinici (ručno lemljenje)

Izvor napajanja: Dvije litij-tionilne AA baterije, koje se ne mogu puniti (3,6 V, 2,6 Ah).

Mrežni protokol: GSM GPRS (2G)

Potencijalne upotrebe: Bilo koja udaljena lokacija sa pokrivanjem GSM signalom. Šume, svjetionici, bove, privatne jahte, kamp prikolice, kampovi, planinske kolibe, nenaseljene zgrade

Test pouzdanosti: Jedna jedinica prolazi dugotrajna ispitivanja bez nadzora od 30.8.20. Osim jednog rušenja softvera, pouzdano je slao podatke svakih 30 minuta.

Korak 1: Potrebni dijelovi

• PCB po mjeri. Ovdje komprimirane Gerber datoteke (čini se da instructables.com blokira otpremanje ZIP datoteka). Toplo preporučujem jlcpcb.com za proizvodnju PCB -a. Za ljude koji žive u Velikoj Britaniji, rado ću vam poslati rezervnu PCB za minimalan doprinos materijalima i poštarini - pošaljite mi poruku.
• ATMega328P-AU
• Izmijenjeni DS3231 sat u stvarnom vremenu (vidi odlomak ispod)
• BME280 Breakout board, poput ove
• SIM800L GSM GPRS modul
• Razni SMD dijelovi prema detaljnoj listi.
• Hammond 1591, crno kućište od ABS -a, IP54, sa prirubnicom, 85 x 56 x 35 mm, iz RS Components UK

Izmjena DS3231

Mrežu četverostrukog otpornika zaokruženu crvenom bojom potrebno je raspajkati. I druge destruktivnije metode su u redu, ali izbjegavajte premošćivanje jastučića u unutarnjem redu od 4 jastučića (prema strani MCU -a). Ostala 4 jastučića ionako su spojena tragovima PCB -a. Ova je izmjena neophodna kako bi se omogućilo da SQW pin funkcionira kao alarm. Bez uklanjanja otpornika, to neće raditi sve dok na modul ne priključite VCC napajanje, što poništava svrhu postojanja RTC-a vrlo male snage.

Korak 2: Šematski principi

Glavni prioriteti dizajna bili su:

• Rad baterije s niskom potrošnjom struje mirovanja
• Kompaktan dizajn

Napajanje strujom

Dvije 3,6V Saft litij -tionilne AA baterije. P-kanalni MOSFET za zaštitu od obrnutog polariteta.

U krugu postoje dva regulatora napona:

• A Texas Instruments TPS562208 Stepenasti regulator od 2 Amp za napajanje SIM800L na oko 4,1 V. Ovo se može prebaciti s ATMege i većinu vremena prebacuje u način isključivanja putem Enable pin 5.
• MCP1700 3.3V regulator za ATMega i BME280. Ovo je izuzetno efikasan regulator niskih padova sa strujom mirovanja od samo oko 1 µA. Kako je tolerantan samo na ulaz do 6V, dodao sam dvije ispravljačke diode (D1, D2) u seriju kako bih napajanje 7,2 V spustio na prihvatljiv nivo oko 6 V. Zaboravio sam dodati uobičajeni kondenzator za razdvajanje od 10 µF na PCB za napajanje na ATMegi. Stoga sam nadogradio uobičajeni izlazni kondenzator na MCP1700 sa 1 na 10 µF i radi dobro.
• Nadzor napona baterije putem ADC0 na ATMegi (kroz razdjelnik napona)

Sat u realnom vremenu

Izmijenjeni DS3231, koji budi ATMegu u određenim intervalima kako bi započeo ciklus mjerenja i prijenosa podataka. Sam DS3231 se napaja litijumskom ćelijom CR2032.

BME280

Pokušao sam koristiti originalni Bosch BME280 modul, koji je gotovo nemoguće lemiti zbog male veličine. Stoga koristim široko dostupnu probojnu ploču. Budući da ima nepotreban regulator napona, koji troši energiju, uključim ga s N-kanalnim MOSFET-om neposredno prije mjerenja.

SIM800L

Ovaj je modul pouzdan, ali čini se da je prilično temperamentan ako napajanje nije čvrsto. Otkrio sam da opskrbni napon od 4,1 V najbolje radi. Napravio sam PCB tragove za VCC i GND do SIM800L ekstra debele (20 mil).

Komentari sheme/PCB -a

• Mrežna oznaka "1" - navedena kao "SINGLEPIN" na popisu dijelova jednostavno se odnosi na muški pin zaglavlja.
• Dva pina u susjedstvu kliznog prekidača moraju se premostiti kratkospojnikom za normalan rad, inače je ovdje VCC linija otvorena. Namijenjeni su za mjerenje struje ako je potrebno.
• Kondenzator od 100 µF (C12) za modul SIM800L nije potreban. Dodana je kao mjera opreza (očajna) u slučaju očekivanih problema sa stabilnošću

Preporučeni koraci montaže

1. Sastavite sve komponente napajanja u donjem lijevom dijelu PCB -a. Omogući pin (pin 5) TPS562208 mora biti na visokoj logičkoj vrijednosti za testiranje, u protivnom modul je u načinu rada za isključivanje i imat ćete 0V izlaz. Da biste izvukli pin za omogućavanje visoko za testiranje, privremena žica s pločice 9 ATMege (koja je na PCB -u spojena na PIN 5 regulatora napona) može se spojiti na VCC točku; najbliža tačka bila bi donjem pinu R3, koji leži na VCC liniji.
2. Testni izlaz iz TPS562208 između donjih pinova C2, C3 ili C4 i GND. Trebali biste imati oko 4.1V.
3. Test izlaz iz MCP1700, između gornjeg desnog pina U6 i GND. Trebali biste imati 3.3V.
4. Lemilica ATMega328P; promatrajte oznaku iglice 1 u gornjem lijevom kutu. Potrebna je određena praksa, ali nije previše teška.
5. Snimite bootloader na ATMega328 - vodiči za to na drugom mjestu. Ne morate nužno koristiti pin zaglavlja za povezivanje na MOSI, MISO, SCK i RST. Nekoliko sekundi koje su potrebne za snimanje pokretačkog programa, možete koristiti Dupont žice i koristiti malo uglova za postizanje dobrog kontakta.
6. Priključite 5x ženski pin zaglavlje za DS3231.
7. Lemiti SIM800L preko muških iglica
8. Lemilica BME280
9. Otpremite kôd u Arduino IDE koristeći USB2TTL adapter (za cilj odaberite Arduino Uno/Genuino).

Korak 3: Arduino kod

Pogledajte izvorni kod Arduina u privitku datoteke.

Korak 4: Test u stvarnom svijetu

Izbušio sam dvije male rupe na desnoj strani kućišta duboko do prednje strane. Pokrila sam ih iznutra Goretex flasterima kako bih omogućila izmjenu zraka, ali isključila vodu. Dodao sam dodatnu zaštitu od kiše s malim plastičnim krovovima. Zatim ubacim kompletan sklop u kućište tako da su komponente okrenute prema naprijed, a baterija prema poklopcu. Dodajem malo silikonske masti u kućište radi dodatne zaštite od prodora vode.

Jedinica je trenutno "instalirana" pored male rijeke. Ovdje je sažetak podataka uživo.