Kompaktiškas oro jutiklis su GPRS (SIM kortele) Duomenų nuoroda: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

projekto santrauka

Tai akumuliatorius maitinamas oro jutiklis, pagrįstas BME280 temperatūros/slėgio/drėgmės jutikliu ir ATMega328P MCU. Jis veikia su dviem 3,6 V ličio tionilo AA baterijomis. Jis sunaudoja itin mažai miego-6 µA. Jis siunčia duomenis kas pusvalandį per GPRS (naudojant SIM800L GSM modulį) į „ThingSpeak“, valdomą DS3231 realaus laiko laikrodžio. Numatomas vieno akumuliatoriaus komplekto tarnavimo laikas yra> 6 mėnesiai.

Aš naudoju „ASDA pay-as-you-go“SIM kortelę, kuri šio projekto tikslais suteikia itin geras sąlygas, nes ji turi labai ilgą kredito galiojimo laiką (180 dienų) ir ima tik 5p/MB duomenų apimtį.

Motyvacija: sukurti ekonomišką, nereikalaujantį priežiūros, autonominį, baterijomis maitinamą aplinkos jutiklį, kurį būtų galima patalpinti į gamtą orui ar kitiems duomenims gauti ir perduoti per GSM/GPRS tinklą į IoT serverį.

Fiziniai matmenys: 109 x 55 x 39 mm (įskaitant korpuso flanšus). Svoris 133 g. IP reitingas 54 (įvertintas).

Medžiagos kaina: apie 20 svarų už vienetą.

Surinkimo laikas: 2 valandos vienetui (litavimas rankiniu būdu)

Maitinimo šaltinis: dvi neįkraunamos ličio tionilo AA baterijos (3,6 V, 2,6 Ah).

Tinklo protokolas: GSM GPRS (2G)

Galimi naudojimo būdai: bet kuri nuotolinė vieta su GSM signalo aprėptimi. Miškai, švyturiai, plūdurai, privačios jachtos, karavanai, stovyklavietės, prieglaudos kalnuose, negyvenami pastatai

Patikimumo testas: vienas įrenginys ilgą laiką buvo tikrinamas be priežiūros nuo 20.8.20 d. Išskyrus vieną programinės įrangos gedimą, jis patikimai siunčia duomenis kas 30 minučių.

1 žingsnis: reikalingos dalys

• PCB pagal užsakymą. Čia suglaudinti „Gerber“failus (atrodo, kad instructables.com blokuoja ZIP failų įkėlimą). Aš labai rekomenduoju jlcpcb.com PCB gamybai. Žmonėms, gyvenantiems Jungtinėje Karalystėje, džiaugiuosi galėdamas atsiųsti jums atsarginę PCB už minimalų indėlį į medžiagų ir pašto išlaidas - praneškite man.
• ATMega328P-AU
• Modifikuotas DS3231 laikrodis realiuoju laiku (žr. Toliau pateiktą pastraipą)
• BME280 Breakout lenta, tokia kaip ši
• SIM800L GSM GPRS modulis
• Įvairios SMD dalys pagal išsamų sąrašą.
• „Hammond 1591“, juodas ABS gaubtas, IP54, flanšas, 85 x 56 x 35 mm, iš „RS Components UK“

DS3231 modifikavimas

Keturių rezistorių tinklas, apjuostas raudona spalva, turi būti išlydytas. Kiti labiau griaunantys metodai taip pat yra tinkami, tačiau venkite trinkelių sujungimo vidinėje 4 trinkelių eilėje (link MCU šono). Kitos 4 trinkelės vis tiek yra sujungtos PCB pėdsakais. Šis pakeitimas yra būtinas, kad SQW kaištis veiktų kaip aliarmas. Nepašalinus rezistorių, jis neveiks, kol prie modulio neprijungsite VCC maitinimo šaltinio, o tai neleis pasiekti labai mažos galios RTC.

2 žingsnis: Scheminiai principai

Pagrindiniai dizaino prioritetai buvo šie:

• Akumuliatoriaus veikimas naudojant mažas miego srovės sąnaudas
• Kompaktiškas dizainas

Maitinimo šaltinis

Dvi 3,6 V „Saft“ličio tionilo AA baterijos. P kanalo MOSFET apsauga nuo atvirkštinio poliškumo.

Grandinėje yra du įtampos reguliatoriai:

• „Texas Instruments TPS562208“2 amperų sumažinimo reguliatorius, skirtas SIM800L maitinti maždaug 4,1 V įtampa. Tai galima perjungti iš „ATMega“ir dažniausiai įjungiamas išjungimo režimu naudojant įjungimo kaištį 5.
• MCP1700 3.3V reguliatorius, skirtas ATMega ir BME280. Tai labai efektyvus mažo kritimo reguliatorius, kurio ramybės srovė yra tik apie 1 µA. Kadangi jis toleruoja tik iki 6 V įvestį, aš nuosekliai pridėjau du lygintuvinius diodus (D1, D2), kad 7,2 V maitinimas sumažėtų iki priimtino maždaug 6 V lygio. Pamiršau pridėti įprastą 10 µF atsiejamąjį kondensatorių ant PCB, skirtą „ATMega“maitinimo šaltiniui. Todėl atnaujinau įprastą MCP1700 išvesties kondensatorių nuo 1 iki 10 µF ir jis veikia gerai.
• Akumuliatoriaus įtampos stebėjimas per ATMega ADC0 (per įtampos skirstytuvą)

Realaus laiko laikrodis

Modifikuotas DS3231, pažadinantis ATMega tam tikrais intervalais, kad būtų pradėtas matavimo ir duomenų perdavimo ciklas. Pats DS3231 yra maitinamas CR2032 ličio elementu.

BME280

Aš bandžiau naudoti originalų „Bosch BME280“modulį, kurio beveik neįmanoma lituoti dėl mažo dydžio. Todėl aš naudoju plačiai prieinamą pertraukimo plokštę. Kadangi tai turi nereikalingą įtampos reguliatorių, kuris sunaudoja energiją, prieš pat matavimus įjungiu jį su N kanalo MOSFET.

SIM 800L

Šis modulis yra patikimas, tačiau atrodo gana temperamentingas, jei maitinimo šaltinis nėra tvirtas. Radau, kad geriausiai veikia 4,1 V maitinimo įtampa. Aš padariau PCC pėdsakus VCC ir GND iki ypač storo SIM800L (20 mil).

Scheminiai/PCB komentarai

• Tinklo etiketė „1“- dalių sąraše išvardyta kaip „SINGLEPIN“- tiesiog reiškia antraštės kaištį.
• Du kaiščiai, esantys greta slankiojančio jungiklio, normaliam veikimui turi būti sujungti su trumpikliu, kitaip VCC linija čia yra atvira. Jei reikia, jie skirti dabartiniams matavimams.
• 100 µF kondensatorius (C12) SIM800L moduliui nebūtinas. Jis buvo pridėtas kaip atsargumo priemonė (beviltiška), jei tikimasi stabilumo problemų

Rekomenduojami surinkimo žingsniai

1. Surinkite visus maitinimo šaltinio komponentus apatinėje kairėje plokštės dalyje. TPS562208 įjungimo kaištis (5 kaištis) turi būti logiškai aukštas, kad būtų galima išbandyti, kitaip modulis yra išjungimo režime ir turėsite 0 V išėjimą. Norėdami ištraukti įjungimo kaištį aukštai bandymui, laikiną laidą iš ATMega 9 pado (kuris ant PCB prijungtas prie įtampos reguliatoriaus 5 PIN) galima prijungti prie VCC taško; artimiausias taškas būtų apatinis R3 kaištis, esantis ant VCC linijos.
2. Išbandykite išvestį iš TPS562208 tarp apatinių C2, C3 arba C4 ir GND kaiščių. Turėtumėte turėti apie 4,1 V.
3. Bandymo išvestis iš MCP1700, tarp viršutinio dešiniojo U6 kaiščio ir GND. Turėtumėte turėti 3.3V.
4. Lituoklis ATMega328P; stebėkite 1 kaiščio žymeklį viršutiniame kairiajame kampe. Tam tikra praktika reikalinga, bet ne per sunki.
5. Įrašykite įkrovos įkėlimo programą į „ATMega328“- tai yra pamokos kitur. Norėdami prisijungti prie MOSI, MISO, SCK ir RST, nebūtinai turite naudoti kaiščių antraštes. Kelias sekundes, per kurias reikia įkrauti įkrovos įkroviklį, galite naudoti „Dupont“laidus ir šiek tiek pakreipti, kad pasiektumėte gerą kontaktą.
6. Pritvirtinkite 5 kištukinį kaištį, skirtą DS3231.
7. Lituokite SIM800L per kištukines kaištis
8. Lituoklis BME280
9. Įkelkite kodą į „Arduino IDE“naudodami USB2TTL adapterį (kaip tikslą pasirinkite „Arduino Uno“/„Genuino“).

3 žingsnis: „Arduino“kodas

Žr. „Arduino“šaltinio kodą failo priede.

4 žingsnis: realaus pasaulio testas

Aš išgręžiau dvi mažas skyles dešinėje korpuso pusėje, giliai į priekį. Uždengiau juos iš vidaus „Goretex“pleistrais, kad būtų galima keistis oru, bet neįtraukti vandens. Aš pridėjau papildomą apsaugą nuo lietaus su mažais plastikiniais stogais. Tada įkišiu visą mazgą į dėklą, komponentai nukreipti į priekį, o baterija - į dangtelį. Į dėklą pridedu šiek tiek silicio tepalo, kad būtų apsaugota nuo vandens patekimo.

Įrenginys šiuo metu yra „įrengtas“prie nedidelės upės. Čia yra tiesioginis duomenų sklaidos kanalas.