Kompakts laika sensors ar GPRS (SIM kartes) datu saiti: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:51

Projekta kopsavilkums

Šis ir ar baterijām darbināms laika sensors, kura pamatā ir BME280 temperatūras/spiediena/mitruma sensors un ATMega328P MCU. Tas darbojas ar divām 3,6 V litija tionil AA baterijām. Tam ir īpaši zems miega patēriņš-6 µA. Tas nosūta datus pusstundu, izmantojot GPRS (izmantojot SIM800L GSM moduli), uz ThingSpeak, ko kontrolē DS3231 reāllaika pulkstenis. Aprēķinātais pakalpojums vienam akumulatora komplektam ir> 6 mēneši.

Es izmantoju ASDA pay-as-you-go SIM karti, kas šī projekta vajadzībām piedāvā ārkārtīgi labus nosacījumus, jo tai ir ļoti ilgs kredīta derīguma termiņš (180 dienas) un tiek iekasēta tikai 5p/MB datu apjoma.

Motivācija: ekonomiska, bez apkopes, autonoma, ar akumulatoru darbināmas vides sensora izstrāde, ko var ievietot savvaļā, lai iegūtu laika apstākļu vai citus datus un pārraidītu, izmantojot GSM/GPRS tīklu uz IoT serveri.

Fiziskie izmēri: 109 x 55 x 39 mm (ieskaitot korpusa atlokus). Svars 133 g. IP reitings 54 (aprēķināts).

Materiāla izmaksas: apm. £ 20 par vienību.

Montāžas laiks: 2 stundas vienībā (lodēšana ar rokām)

Barošanas avots: divas litija tionil AA baterijas, neuzlādējamas (3.6V, 2.6Ah).

Tīkla protokols: GSM GPRS (2G)

Iespējamie pielietojumi: jebkura attāla atrašanās vieta ar GSM signāla pārklājumu. Meži, bākas, bojas, privātas jahtas, treileri, kempingi, kalnu patversmju būdiņas, neapdzīvotas ēkas

Uzticamības pārbaude: viena iekārta ilgstoši tiek pārbaudīta bez uzraudzības kopš 30.8.20. Izņemot vienu programmatūras avāriju, tā ir droši nosūtījusi datus ik pēc 30 minūtēm.

1. darbība. Nepieciešamās detaļas

• Pēc pasūtījuma izgatavotas PCB. Šeit saspiediet Gerber failus (šķiet, ka instructables.com bloķē ZIP failu augšupielādi). Es ļoti ieteicu jlcpcb.com PCB ražošanai. Cilvēkiem, kas dzīvo Apvienotajā Karalistē, es priecājos nosūtīt jums rezerves PCB par minimālu ieguldījumu materiāla un pasta izdevumos - ziņojiet man.
• ATMega328P-AU
• Modificēts DS3231 reāllaika pulkstenis (skat. Punktu zemāk)
• BME280 Breakout dēlis, piemēram, šis
• SIM800L GSM GPRS modulis
• Dažādas SMD daļas saskaņā ar detalizētu sarakstu.
• Hammond 1591, melns ABS korpuss, IP54, ar atloku, 85 x 56 x 35 mm, no RS Components UK

DS3231 modifikācija

Četrkāršais rezistoru tīkls, kas apvilkts sarkanā krāsā, ir jāizlodē. Arī citas destruktīvākas metodes ir piemērotas, taču izvairieties no spilventiņu savienošanas 4 spilventiņu iekšējā rindā (uz MCU pusi). Pārējos 4 spilventiņus jebkurā gadījumā savieno PCB pēdas. Šī modifikācija ir būtiska, lai SQW tapa varētu darboties kā trauksme. Neizņemot rezistorus, tas nedarbosies, kamēr modulim nebūs pievienots VCC barošanas avots, kas neļauj sasniegt ļoti zemas jaudas RTC.

2. darbība: shematiskie principi

Galvenās dizaina prioritātes bija:

• Akumulatora darbība ar mazu miega strāvas patēriņu
• Kompakts dizains

Enerģijas padeve

Divas 3,6 V Saft litija tionil AA baterijas. P-kanāla MOSFET aizsardzībai pret pretēju polaritāti.

Ķēdē ir divi sprieguma regulatori:

• Texas Instruments TPS562208 2 ampēru pazemināšanas regulators SIM800L barošanai aptuveni 4,1 V spriegumā. To var pārslēgt no ATMega, un lielāko daļu laika tas tiek ieslēgts izslēgšanas režīmā, izmantojot iespējošanas tapu 5.
• MCP1700 3.3V regulators ATMega un BME280. Tas ir ārkārtīgi efektīvs zema krituma regulators ar mierīgu strāvu tikai aptuveni 1 µA. Tā kā tas ir izturīgs tikai līdz 6V ieejai, es sērijveidā pievienoju divas taisngriežu diodes (D1, D2), lai samazinātu 7,2 V barošanu līdz pieņemamam līmenim ap 6V. Es aizmirsu pievienot parasto 10 µF atvienošanas kondensatoru PCB barošanas avotam ATMega. Tāpēc esmu jauninājis parasto MCP1700 izejas kondensatoru no 1 uz 10 µF, un tas darbojas labi.
• Akumulatora sprieguma uzraudzība, izmantojot ADC0 uz ATMega (caur sprieguma dalītāju)

Reālā laika pulkstenis

Modificēts DS3231, kas modina ATMega ar noteiktiem intervāliem, lai sāktu mērījumu un datu pārraides ciklu. Pati DS3231 ir aprīkota ar CR2032 litija elementu.

BME280

Esmu mēģinājis pats izmantot oriģinālo Bosch BME280 moduli, kas ir gandrīz neiespējams lodēt, ņemot vērā tā nelielo izmēru. Tāpēc es izmantoju plaši pieejamo sadalīšanas paneli. Tā kā tam ir nevajadzīgs sprieguma regulators, kas patērē enerģiju, es to ieslēdzu ar N-kanāla MOSFET tieši pirms mērījumiem.

SIM800L

Šis modulis ir uzticams, taču šķiet diezgan temperamentīgs, ja barošanas avots nav ciets. Es atklāju, ka vislabāk darbojas 4,1 V barošanas spriegums. Esmu izveidojis PCB pēdas VCC un GND līdz SIM800L īpaši biezai (20 mil).

Shematiski/PCB komentāri

• Tīkla etiķete "1" - detaļu sarakstā norādīta kā "SINGLEPIN" vienkārši attiecas uz vīrieša galvenes tapu.
• Divas tapas, kas atrodas blakus slīdņa slēdzim, normālai darbībai ir jāsavieno ar džemperi, pretējā gadījumā VCC līnija šeit ir atvērta. Tie ir paredzēti strāvas mērījumiem, ja nepieciešams.
• 100 µF kondensators (C12) SIM800L modulim nav nepieciešams. Tas tika pievienots kā piesardzības (izmisuma) pasākums paredzamo stabilitātes problēmu gadījumā

Ieteicamie montāžas soļi

1. Salieciet visas barošanas avota sastāvdaļas PCB apakšējā kreisajā daļā. TPS562208 iespējošanas tapai (tapai 5) jābūt loģiski augstam testēšanai, pretējā gadījumā modulis ir izslēgšanas režīmā un jums būs 0 V izeja. Lai paceltu iespējošanas tapu augstu testēšanai, pagaidu vadu no ATMega spilventiņa 9 (kas uz PCB ir pieslēgts pie sprieguma regulatora PIN 5) var pievienot VCC punktam; tuvākais punkts būtu R3 apakšējai tapai, kas atrodas uz VCC līnijas.
2. Pārbaudiet izvadi no TPS562208 starp C2, C3 vai C4 un GND apakšējām tapām. Jums vajadzētu būt aptuveni 4,1 V.
3. Pārbaudiet izvadi no MCP1700 starp U6 augšējo labo tapu un GND. Jums vajadzētu būt 3.3V.
4. Lodēt ATMega328P; novērojiet 1. tapa marķieri augšējā kreisajā stūrī. Nepieciešama zināma prakse, bet ne pārāk grūta.
5. Ierakstiet sāknēšanas ielādētāju uz ATMega328 - apmācības par to citur. Lai izveidotu savienojumu ar MOSI, MISO, SCK un RST, jums nav obligāti jāizmanto tapu galvenes. Dažas sekundes, kas nepieciešamas, lai sadedzinātu sāknēšanas ielādētāju, varat izmantot Dupont vadus un izmantot nelielu leņķi, lai panāktu labu kontaktu.
6. Pievienojiet 5x sieviešu tapas galviņu DS3231.
7. Lodēt SIM800L, izmantojot tērauda tapas
8. Lodēt BME280
9. Augšupielādējiet kodu Arduino IDE, izmantojot USB2TTL adapteri (kā mērķi atlasiet Arduino Uno/Genuino).

3. darbība: Arduino kods

Skatiet Arduino avota kodu faila pielikumā.

4. darbība: reālās pasaules pārbaude

Es urbju divus mazus caurumus lietas labajā pusē tikai dziļi uz priekšu. Es tos no iekšpuses pārklāju ar Goretex plāksteriem, lai nodrošinātu gaisa apmaiņu, bet neiekļautu ūdeni. Es pievienoju papildu aizsardzību pret lietus ar nelieliem plastmasas jumtiem. Pēc tam es ievietoju visu komplektu korpusā ar komponentiem uz priekšu un akumulatoru uz vāku. Korpusam pievienoju nedaudz silīcija smērvielas, lai nodrošinātu aizsardzību pret ūdens iekļūšanu.

Iekārta šobrīd ir "uzstādīta" blakus nelielai upei. Šeit ir tiešraides datu plūsma.