Sensor kompakt i motit Me GPRS (Kartë SIM) Lidhja e të dhënave: 4 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Përmbledhje projekti

Ky është një sensor moti me bateri i bazuar në një sensor të temperaturës/presionit/lagështisë BME280 dhe një MCU ATMega328P. Punon me dy bateri litium tionil AA 3.6 V. Ka një konsum ultra të ulët të gjumit prej 6 µA. Ai dërgon të dhëna gjysmë ore për GPRS (duke përdorur një modul SIM800L GSM) në ThingSpeak, të kontrolluar nga një orë DS3231 në kohë reale. Shërbimi i vlerësuar në një seri baterish është> 6 muaj.

Unë përdor një kartë SIM ASDA të paguar, e cila ofron kushte jashtëzakonisht të mira për qëllimet e këtij projekti, pasi ka një afat skadimi shumë të gjatë për kredit (180 ditë) dhe ngarkon vetëm vëllimin e të dhënave 5p/MB.

Motivimi: Zhvillimi i një sensori ekonomik, me mirëmbajtje zero, autonome, me bateri, i cili mund të vendoset në natyrë për të marrë motin ose të dhëna të tjera dhe të transmetojë përmes rrjetit GSM/GPRS në një server IoT.

Përmasat fizike: 109 x 55 x 39 mm (përfshirë fllanxhat e kutisë). Pesha 133 g. Vlerësimi IP 54 (i vlerësuar).

Kostoja e materialit: Afërsisht. 20 për njësi.

Koha e montimit: 2 orë për njësi (bashkim me dorë)

Burimi i energjisë: Dy bateri litium-tionil AA, të cilat nuk mund të rimbushen (3.6V, 2.6Ah).

Protokolli i rrjetit: GSM GPRS (2G)

Përdorimet e mundshme: Çdo vend i largët me mbulim të sinjalit GSM. Pyje, far, buvo, jahte private, karvanë, vende për kampe, kasolle strehimi malor, ndërtesa të pabanuara

Testi i besueshmërisë: Një njësi ka kaluar testime afatgjata pa mbikëqyrje që nga 30.8.20. Përveç një dështimi të softuerit, ai ka dërguar të dhëna me besueshmëri çdo 30 minuta.

Hapi 1: Pjesët e kërkuara

• PCB e bërë me porosi. Skedarët Gerber të zipuar këtu (udhëzimet.com duket se bllokojnë ngarkimet e skedarëve ZIP). Unë rekomandova shumë jlcpcb.com për prodhimin e PCB. Për njerëzit që jetojnë në Mbretërinë e Bashkuar, jam i lumtur t'ju dërgoj një PCB rezervë për një kontribut minimal në koston materiale dhe postare - më dërgoni mesazh.
• ATMega328P-AU
• Ora e modifikuar DS3231 në kohë reale (shiko paragrafin më poshtë)
• BME280 Bordi Breakout, siç është ky
• Moduli SIM800L GSM GPRS
• Pjesë të ndryshme SMD sipas listës së detajuar.
• Hammond 1591, Mbulim i zi ABS, IP54, me fllanxha, 85 x 56 x 35mm, nga RS Components UK

Modifikimi i DS3231

Rrjeti i katërfishtë i rezistencës i rrethuar me të kuqe duhet të jetë i pashitur. Metoda të tjera më shkatërruese janë gjithashtu në rregull, por shmangni tejkalimin e jastëkëve në rreshtin e brendshëm të 4 jastëkëve (drejt anës së MCU). 4 jastëkët e tjerë janë të lidhur gjithsesi nga gjurmët e PCB. Ky modifikim është thelbësor për të lejuar që pin SQW të funksionojë si një alarm. Pa hequr rezistencat, nuk do të funksionojë derisa të lidhni një furnizim VCC me modulin, i cili mposht qëllimin për të pasur një RTC me fuqi shumë të ulët.

Hapi 2: Parimet Skematike

Prioritetet kryesore për dizajnin ishin:

• Funksionimi i baterisë me konsum të ulët të rrymës së gjumit
• Dizajn kompakt

Furnizimi me energji elektrike

Dy bateri 3.6V Saft Lithium thionyl AA. Një MOSFET me kanal P për mbrojtjen e polaritetit të kundërt.

Ekzistojnë dy rregullatorë të tensionit në qark:

• Një rregullator Texas Instruments TPS562208 2 Amp për të fuqizuar SIM800L në rreth 4.1V. Kjo mund të kalohet nga ATMega dhe vihet në modalitetin e mbylljes shumicën e kohës përmes Enable pin 5.
• Një rregullator MCP1700 3.3V për ATMega dhe BME280. Ky është një rregullator jashtëzakonisht efikas i rënies së ulët me një rrymë qetësuese vetëm rreth 1 µA. Meqenëse është vetëm tolerante deri në hyrjen 6V, shtova dy dioda ndreqës (D1, D2) në seri për të ulur furnizimin me 7.2V në një nivel të pranueshëm rreth 6V. Kam harruar të shtoj kondensatorin e zakonshëm të shkëputjes 10 μF në PCB për furnizimin me energji në ATMega. Prandaj, kam përmirësuar kondensatorin e zakonshëm të daljes në MCP1700 nga 1 në 10 µF dhe funksionon mirë.
• Monitorimi i tensionit të baterisë përmes ADC0 në ATMega (përmes një ndarësi të tensionit)

Ora në kohë reale

Një DS3231 i modifikuar, i cili zgjon ATMega në intervale të caktuara për të filluar një cikël matjeje dhe transmetimi të të dhënave. Vetë DS3231 është mundësuar me një qelizë litiumi CR2032.

BME280

Unë jam përpjekur të përdor vetë modulin origjinal Bosch BME280, i cili është pothuajse i pamundur të bashkohet për shkak të madhësisë së tij minutë. Prandaj, unë jam duke përdorur bordin e shpërthimit të disponueshëm gjerësisht. Meqenëse ky ka një rregullator të panevojshëm të tensionit, i cili konsumon energji, e ndez me një MOSFET të kanalit N pak para matjeve.

SIM800L

Ky modul është i besueshëm, por duket të jetë mjaft temperament nëse furnizimi me energji elektrike nuk është i fortë. Kam gjetur se një tension furnizimi 4.1V funksionon më së miri. Unë i kam bërë gjurmët e PCB për VCC dhe GND në SIM800L shumë të trasha (20 mil).

Komente skematike/PCB

• Etiketa e rrjetit "1" - e shënuar si "SINGLEPIN" në listën e pjesëve thjesht i referohet një kunj të kokës mashkullore.
• Dy kunjat ngjitur me çelësin e rrëshqitjes duhet të lidhen me një kërcyes për funksionimin normal, përndryshe linja VCC është e hapur këtu. Ato janë të destinuara për matjet aktuale nëse është e nevojshme.
• Kondensatori 100 µF (C12) për modulin SIM800L nuk është i nevojshëm. Ai u shtua si një masë paraprake (e dëshpëruar) në rast të problemeve të pritshme të stabilitetit

Hapat e rekomanduar të montimit

1. Mblidhni të gjithë përbërësit e furnizimit me energji elektrike në pjesën e poshtme të majtë të PCB. Kunja e aktivizimit (kunja 5) e TPS562208 duhet të jetë në nivele të larta logjike për testim, përndryshe moduli është në modalitetin e fikjes dhe do të keni dalje 0V. Për të tërhequr pinin Enable lartë për testim, një tel i përkohshëm nga jastëku 9 i ATMega (i cili në PCB është i lidhur me PIN 5 të rregullatorit të tensionit) mund të lidhet me një pikë VCC; pika më e afërt do të ishte te kunja e poshtme e R3, e cila shtrihet në vijën VCC.
2. Provoni daljen nga TPS562208 midis kunjave të poshtëm të C2, C3 ose C4 dhe GND. Duhet të keni rreth 4.1V.
3. Provoni daljen nga MCP1700, midis kunjit të sipërm të djathtë të U6 dhe GND. Duhet të keni 3.3V.
4. Ngjitës ATMega328P; vëzhgoni shënuesin pin 1 në këndin e sipërm të majtë. Disa praktika kërkohen, por jo shumë të vështira.
5. Djeg bootloader në ATMega328 - mësime për këtë diku tjetër. Ju nuk keni pse të përdorni kokë pin për t'u lidhur me MOSI, MISO, SCK dhe RST. Për disa sekonda që duhen për të djegur ngarkuesin, mund të përdorni telat Dupont dhe të përdorni pak angulim për të arritur një kontakt të mirë.
6. Bashkangjit kokën 5 -pin të femrës për DS3231.
7. Saldimi SIM800L përmes titujve të kunjave meshkuj
8. Ngjitës BME280
9. Ngarko kodin në Arduino IDE duke përdorur një përshtatës USB2TTL (zgjidhni Arduino Uno/Genuino si objektiv).

Hapi 3: Kodi Arduino

Shihni kodin burimor Arduino në bashkëngjitjen e skedarit.

Hapi 4: Test në botën reale

Unë shpova dy vrima të vogla në anën e djathtë të kasës vetëm thellë në anën e përparme. I mbulova nga brenda me arna Goretex për të lejuar shkëmbimin e ajrit, por përjashtuar ujin. Shtova disa mbrojtje shtesë nga shiu me çati të vogla plastike. Pastaj e vendos montimin e plotë në kasë me përbërësit të kthyer përpara dhe baterinë me kapak. Shtoj pak yndyrë silikoni në kasë për mbrojtje të shtuar nga uji.

Njësia aktualisht është "instaluar" pranë një lumi të vogël. Këtu është burimi i të dhënave të drejtpërdrejta.