IOT na baterije: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Če vaš projekt IOT deluje na baterije, to vezje v prostem teku porabi le 250 nA (to je 0,00000025 amperov!). Običajno se večina energije porabi med aktivnostjo. Na primer, projekt, ki deluje 30 sekund vsakih 10 minut, izgubi 95% zmogljivosti baterije!

Večina mikro krmilnikov ima stanje pripravljenosti z nizko porabo energije, vendar še vedno potrebujejo moč, da ohranijo procesor v življenju, prav tako bodo porabile vse zunanje naprave. Da se tok v stanju pripravljenosti spusti pod 20-30mA, je potrebno veliko truda. Ta projekt je bil razvit za poročanje o temperaturi in vlažnosti v čebeljih panjih. Zaradi napajanja baterije na daljavo in ščitnika celic za poročanje podatkov je to edina izbira.

To vezje bo delovalo s katerim koli krmilnikom in 12, 5 ali 3V napajanjem. Večina trgovin z elektroniko bo imela komponente, ki stanejo le nekaj dolarjev.

Zaloge

Upori: 2x1K, 3x10K, 1x470K, 2x1M, 5x10M

Diode: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Ura: PCF8563 ali enakovredno za mikrokrmilnik

Rele: EC2-12TNU za napajanje 12V

EC2-5TNU za 5V

EC2-3TNU za 3V

Napajanje: Pretvornik OKI-78SR-5/1,5-W36-C 12V v 5V ali kot zahteva mikrokrmilnik

Stikalo: trenuten pritisk za ponastavitev, SPDT za preskus

1. korak: Kako deluje vezje

Vezje je precej preprosto:

- Alarm, ki deluje na baterije, se sproži in vrže stikalo

- Napajanje teče iz baterije v krmilnik, ki se zažene in naredi svoje

-Krmilnik ponastavi alarm

- Nato stikalo izklopi.

2. korak: Ura

Večina ur v realnem času bi morala delovati, če so združljive z vašim krmilnikom in imajo linijo za prekinitev (Int), ki pove, kdaj se alarm sproži.

Odvisno od posameznega krmilnika in ure boste morali namestiti knjižnico programske opreme.

PROSIMO, da svoj krmilnik in uro nastavite na prototipno ploščo in se prepričate, da ga lahko programirate za nastavitev časa, kdaj naj bi prišlo do naslednje prekinitve in kako počistiti prekinitev po tem, ko se je alarm sprožil. To je veliko lažje narediti, preden zgradite zadnjo tablo. Oglejte si zadnji korak za programiranje opomb.

3. korak: Stikalo

Za stikalo uporabljamo zapahni rele z 2 tuljavama.

Če vstavite tok skozi nastavljeno tuljavo, se rele vklopi. Tok mora teči le približno 12 ms, nato pa ga je mogoče izklopiti, pri čemer je rele vklopljen.

Podaljšajte impulz skozi ponastavljeno tuljavo, da izklopite rele.

Želimo zaklepni rele, zato ne uporabljamo energije akumulatorja, da bi bil rele zaprt. Tudi rele "vklopimo" iz tega vezja in ga "izklopimo" iz krmilnika, ko je končan.

Projekt je bil zgrajen za 12V baterijo SLA. Ti so poceni (nič, saj sem ga že imel!) In se bodo v kanadski zimi dobro odrezali z majhnim sončnim polnilnikom.

Vezje je mogoče zgraditi s 3V relejem z uporabo nekaj baterij AA. Ker bo rele obratoval 2A pri omrežni napetosti, bi lahko preklopil majhno stensko napajalno enoto (ali drugi rele večje zmogljivosti) za opremo, ki se napaja iz omrežja. Prepričajte se, da je vse, kar je nad 12V, v ustrezno ozemljeni škatli in dobro izolirano.

4. korak: 2N7000 MOSFET

To vezje uporablja 3 2N7000 izboljšana načina N -kanalnih MOSFET -ov (polprevodniški tranzistor s polprevodniškim učinkom iz kovinskega oksida), ki se uporabljajo kot stikala.

Te naprave stanejo le nekaj dolarjev. Tok teče med odtokom (+) in virom (-), ko napetost vrat preseže približno 2V. Ko je "vklopljen", je izvor-odtok ohm ali tako. Ko izklopite številne megome. To so kapacitivne naprave, zato je tok vrat ravno dovolj za "polnjenje" naprave.

Med vrati in virom je potreben upor, ki omogoča, da se vrata izpraznijo, ko je napetost na vratih nizka, sicer se naprava ne bo izklopila.

5. korak: Vezje

Prekinitvena linija iz ure (INT) običajno plava in je povezana (znotraj ure) z maso, ko se alarm sproži. Upor 1M potegne to črto visoko, ko čaka na alarm.

U1 deluje kot pretvornik, saj za vklop releja, ko se alarm sproži, potrebujemo aktivno višino. Nasprotje izhoda ure. To pomeni, da U1 vedno deluje v stanju pripravljenosti in baterijo nenehno prazni. Na srečo lahko za omejitev tega toka uporabimo zelo velik upor R1. Simulacije so pokazale, da je to lahko do več Gohmov! Moja lokalna trgovina je imela samo 10 milijonov uporov, zato sem uporabil 5 zapored. 250na je dovolj nizko v moji knjigi.

U2 je preprosto stikalo za napajanje nastavljene tuljave releja.

2 diodi sta potrebni za zaščito vezja, ko je napajanje relejnih tuljav izklopljeno. Magnetno polje se bo zrušilo in povzročilo skok toka, ki bi lahko nekaj poškodoval.

Surovih 12V iz akumulatorja se prenese na razdelilnik napetosti R6 in R7. Središčna točka gre na enega od analognih zatičev krmilnika, tako da je mogoče spremljati in poročati o napetosti baterije.

U4 je zelo učinkovit pretvornik enosmernega v enosmerni tok, ki proizvaja 5 V za krmilnik.

Ko je krmilnik končan, dvigne Poff line visoko, kar vklopi U3, ki izklopi rele. Upor R4 zagotavlja ozemljitveno pot za vrata U3. MOSFET je kapacitivna naprava in R4 omogoča polnjenje na zemljo, tako da se stikalo lahko izklopi.

Preskusno stikalo usmerja napajanje iz mikro krmilnika na LED. To je uporabno za testiranje tega vezja, vendar ključnega pomena, ko je krmilnik priključen na računalnik za programiranje in testiranje kode. Oprostite, vendar nisem testiral z napajanjem iz dveh virov!

Gumb za ponastavitev je bil potreben pozneje. Brez tega ni mogoče nastaviti alarma ob prvem zagonu sistema !!!

6. korak: Simulacija vezja

Simulacija na levi prikazuje vrednosti, ko sistem miruje. Na desni je simulacija, ko je alarm aktiven in prekinitvena linija potegne nizko.

Dejanske napetosti so se s simulacijo razumno dobro ujemale, vendar ne morem potrditi dejanskega trenutnega poraba.

7. korak: Gradnja in programiranje

Vezje je bilo zgrajeno v ozkem traku, da približno sledi diagramu vezja. Nič zapletenega.

Takoj, ko se program zažene, mora ponastaviti alarm. To bo ustavilo pretok toka skozi nastavljeno tuljavo releja. Program lahko naredi svoje in ob zaključku nastavi alarm in vse izklopi tako, da visoko vklopi Poff.

Odvisno od posameznega krmilnika in ure boste morali namestiti knjižnico programske opreme. Ta knjižnica bo vključevala vzorčno kodo.

Pred ožičenjem vezja je treba preskusiti vmesnik in programiranje ure na prototipni plošči. Za uro Arduino in H2-8563 SCL gre na A5 in SDA na A4. Prekinitev preide na INT, prikazan v vezju.

Testna koda za Arduino bo vsebovala nekaj takega:

#vključi

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// nastavite datum in čas za začetek. Ni potrebno, če želite alarme samo na uro ali minuto. rtc.setDate (dan, dan v tednu, mesec, stoletje, leto); rtc.setTime (h, min, sek);

// Nastavi alarm

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, ura, dan, dan v tednu, 99 = prezri

// Počisti alarm rtc.clearAlarm (); }