Kompaktni vremenski senzor s podatkovno povezavo GPRS (kartica SIM): 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Povzetek projekta

To je vremenski senzor na baterije, ki temelji na senzorju temperature/tlaka/vlažnosti BME280 in MCU ATMega328P. Deluje na dve 3,6 V litij -tionilni AA bateriji. Ima zelo nizko porabo spanja 6 µA. Pol ure pošilja podatke prek GPRS (z uporabo GSM modula SIM800L) na ThingSpeak, ki ga nadzira ura v realnem času DS3231. Predvidena storitev na enem kompletu baterij je> 6 mesecev.

Uporabljam kartico SIM ASDA pay-as-you-go, ki ponuja zelo dobre pogoje za namene tega projekta, saj ima zelo dolg rok trajanja kredita (180 dni) in zaračunava le 5p/MB podatkovnega prostora.

Motivacija: Razvoj ekonomičnega, avtonomnega, brez vzdrževanja, avtonomnega okoljskega senzorja na baterije, ki ga lahko postavite v naravo za pridobivanje vremenskih ali drugih podatkov in prenos prek omrežja GSM/GPRS na strežnik IoT.

Fizične mere: 109 x 55 x 39 mm (vključno s prirobnicami ohišja). Teža 133 g. Ocena IP 54 (ocenjeno).

Stroški materiala: pribl. 20 funtov na enoto.

Čas montaže: 2 uri na enoto (ročno spajkanje)

Vir napajanja: Dve litij-tionilni bateriji AA, ki se ne moreta ponovno napolniti (3,6 V, 2,6 Ah).

Omrežni protokol: GSM GPRS (2G)

Možne uporabe: Vsaka oddaljena lokacija s pokritostjo signala GSM. Gozdovi, svetilniki, boje, zasebne jahte, prikolice, kampi, planinske koče, nenaseljene stavbe

Preizkus zanesljivosti: Ena enota se dolgotrajno testira brez nadzora od 30.8.20. Poleg enega zrušitve programske opreme je zanesljivo pošiljal podatke vsakih 30 minut.

1. korak: potrebni deli

• PCB po meri. Tukaj stisnjene datoteke Gerber (zdi se, da instructables.com blokira nalaganje datotek ZIP). Zelo priporočam jlcpcb.com za proizvodnjo PCB. Ljudem, ki živijo v Združenem kraljestvu, vam z veseljem pošljem rezervno tiskano vezje za minimalni prispevek k materialu in poštnini - pišite mi.
• ATMega328P-AU
• Spremenjena ura v realnem času DS3231 (glej odstavek spodaj)
• BME280 Prelomna deska, kot je ta
• SIM800L GSM GPRS modul
• Različni deli SMD po podrobnem seznamu.
• Hammond 1591, črno ohišje iz ABS, IP54, s prirobnico, 85 x 56 x 35 mm, iz RS Components UK

Sprememba DS3231

Mrežo štirikratnega upora, obkroženo z rdečo barvo, je treba razpakati. Tudi druge bolj uničujoče metode so v redu, vendar se izogibajte premostitvi blazinic v notranji vrsti 4 blazinic (proti strani MCU -ja). Ostale 4 blazinice so vseeno povezane s sledovi PCB. Ta sprememba je bistvena, da lahko pin SQW deluje kot alarm. Brez odstranitve uporov ne bo delovalo, dokler na modul ne priključite napajanja VCC, kar krši namen RTC z zelo nizko porabo energije.

2. korak: Shematska načela

Glavne prioritete oblikovanja so bile:

• Delovanje baterije z nizko porabo toka spanja
• Kompaktna oblika

Napajanje

Dve 3,6 -voltni litij -tionilni AA bateriji. P-kanalni MOSFET za zaščito pred povratno polariteto.

V vezju sta dva regulatorja napetosti:

• A Texas Instruments TPS562208 2 Amp zniževalni regulator za napajanje SIM800L pri približno 4,1 V. To je mogoče preklopiti iz ATMega in se večinoma preklopi v način zaustavitve prek Omogoči pin 5.
• Regulator MCP1700 3.3V za ATMega in BME280. To je izredno učinkovit regulator nizkih padcev s tišnim tokom le okoli 1 µA. Ker je toleranten le do 6V vhoda, sem dodal dve usmerniški diodi (D1, D2) zaporedno, da bi napajanje 7,2 V spustil na sprejemljivo raven okoli 6 V. Pozabil sem dodati običajen 10 µF ločilni kondenzator na tiskanem vezju za napajanje na ATMegi. Zato sem običajni izhodni kondenzator na MCP1700 nadgradil z 1 na 10 µF in dobro deluje.
• Nadzor napetosti akumulatorja prek ADC0 na ATMegi (preko delilnika napetosti)

Ura v realnem času

Spremenjeni DS3231, ki v določenih časovnih presledkih prebudi ATMego, da začne cikel merjenja in prenosa podatkov. DS3231 se napaja z litijevo celico CR2032.

BME280

Poskušal sem samostojno uporabiti originalni Boschev modul BME280, ki ga zaradi majhne velikosti skoraj ni mogoče spajkati. Zato uporabljam široko dostopno desko. Ker ima ta nepotreben regulator napetosti, ki porablja energijo, ga tik pred meritvami vklopim z N-kanalnim MOSFET-om.

SIM800L

Ta modul je zanesljiv, vendar se zdi precej temperamenten, če napajanje ni trdno. Ugotovil sem, da napajalna napetost 4,1 V najbolje deluje. Naredil sem sledi PCB za VCC in GND do kartice SIM800L ekstra debele (20 mil).

Komentarji shem/PCB

• Omrežna oznaka "1" - navedena kot "SINGLEPIN" na seznamu delov se preprosto nanaša na moški zatič glave.
• Dva nožica, ki sta v bližini drsnega stikala, morata za normalno delovanje premostiti mostiček, sicer je tukaj odprt VCC vod. Po potrebi so namenjene trenutnim meritvam.
• 100 µF kondenzator (C12) za modul SIM800L ni potreben. Dodan je bil kot previdnostni (obupan) ukrep v primeru pričakovanih težav s stabilnostjo

Priporočeni koraki montaže

1. Sestavite vse komponente napajalnika v spodnjem levem delu tiskanega vezja. Pin za omogočanje (pin 5) TPS562208 mora biti za preskušanje na logični visoki vrednosti, sicer je modul v načinu zaustavitve in imeli boste 0V izhod. Če želite za preizkus potegniti pin Enable visoko, lahko začasno žico iz blazinice 9 ATMega (ki je na tiskanem vezju priključena na PIN 5 regulatorja napetosti) priključite na točko VCC; najbližja točka bi bila spodnji zatič R3, ki leži na liniji VCC.
2. Preskusni izhod iz TPS562208 med spodnjimi zatiči C2, C3 ali C4 in GND. Morali bi imeti okoli 4.1V.
3. Preskusni izhod iz MCP1700 med zgornjim desnim zatičem U6 in GND. Imeti morate 3.3V.
4. Spajkalnik ATMega328P; opazujte oznako pin 1 v zgornjem levem kotu. Potrebno je nekaj vaje, vendar ne preveč težko.
5. Zaženite zagonski nalagalnik na ATMega328 - vaje za to drugje. Za povezovanje z MOSI, MISO, SCK in RST vam ni treba uporabiti pin -glave. Za nekaj sekund, potrebnih za zapisovanje zagonskega nalagalnika, lahko uporabite žice Dupont in uporabite malo kota, da dosežete dober stik.
6. Pritrdite 5 -kratno žensko glavo za DS3231.
7. Spajkajte SIM800L preko moških zatičev
8. Spajkalnik BME280
9. Naložite kodo v Arduino IDE z vmesnikom USB2TTL (kot cilj izberite Arduino Uno/Genuino).

3. korak: Arduino koda

Oglejte si izvorno kodo Arduino v priponki datoteke.

4. korak: Test v resničnem svetu

Na desni strani ohišja sem globoko na sprednjo stran izvrtal dve majhni luknji. Od znotraj sem jih pokril z zapestnicami Goretex, ki omogočajo izmenjavo zraka, izključujejo pa vodo. Dodal sem nekaj dodatne zaščite pred dežjem z majhnimi plastičnimi strehami. Nato vstavim celoten sklop v ohišje tako, da so komponente obrnjene naprej, baterija pa proti pokrovu. Za dodatno zaščito pred vdorom vode v ohišje dodam malo silikonske masti.

Enota je trenutno "nameščena" ob majhni reki. Tukaj je vir podatkov v živo.