Kompakt időjárás -érzékelő GPRS (SIM -kártya) adatkapcsolattal: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Projekt összefoglaló

Ez egy elemmel működő időjárás-érzékelő, amely BME280 hőmérséklet/nyomás/páratartalom érzékelőn és ATMega328P MCU-n alapul. Két 3,6 V -os lítium -tionil AA elemmel működik. Rendkívül alacsony alvásfogyasztása 6 µA. Félóránként adatokat küld GPRS-en keresztül (SIM800L GSM modul használatával) a ThingSpeak-nek, amelyet egy DS3231 valós idejű óra vezérel. A becsült szolgáltatás egy elemkészlettel> 6 hónap.

ASDA felosztó-kirovó SIM-kártyát használok, amely rendkívül jó feltételeket kínál a projekt céljaira, mivel nagyon hosszú lejárati ideje van a hitelnek (180 nap), és csak 5p/MB adatmennyiséget számít fel.

Motiváció: Gazdaságos, karbantartást nem igénylő, autonóm, elemmel működő környezeti érzékelő kifejlesztése, amelyet a természetben lehet elhelyezni időjárási vagy egyéb adatok beszerzésére, és GSM/GPRS hálózaton keresztül továbbítani az IoT szerverre.

Fizikai méretek: 109 x 55 x 39 mm (a tok peremével együtt). Súly 133 g. IP besorolás 54 (becsült).

Anyagköltség: kb. 20 font egységenként.

Összeszerelési idő: 2 óra / egység (kézi forrasztás)

Áramforrás: Két AA lítium-tionil-elem, nem újratölthető (3,6 V, 2,6 Ah).

Hálózati protokoll: GSM GPRS (2G)

Lehetséges felhasználási területek: Bármely távoli hely GSM jel lefedettséggel. Erdők, világítótornyok, bóják, jachtok, lakókocsik, kempingek, hegyi menedékkunyhók, lakatlan épületek

Megbízhatósági teszt: Egy egység felügyelet nélkül hosszú távú tesztelésen esik át 20.8.20. Egy szoftverösszeomlástól eltekintve 30 percenként megbízhatóan küld adatokat.

1. lépés: Szükséges alkatrészek

• Egyedi gyártású NYÁK. Tömörített Gerber -fájlok itt (az instructables.com úgy tűnik, blokkolja a ZIP -fájlok feltöltését). Erősen ajánlom a jlcpcb.com webhelyet a NYÁK -gyártáshoz. Az Egyesült Királyságban élőknek szívesen küldök egy tartalék NYÁK -ot, minimális hozzájárulásért az anyag- és postaköltséghez - üzenetet.
• ATMega328P-AU
• Módosított DS3231 valós idejű óra (lásd az alábbi bekezdést)
• BME280 Breakout tábla, például ez
• SIM800L GSM GPRS modul
• Különféle SMD alkatrészek a részletes lista szerint.
• Hammond 1591, fekete ABS ház, IP54, karimás, 85 x 56 x 35 mm, az RS Components UK -tól

A DS3231 módosítása

A pirossal körberajzolt négyszeres ellenálláshálózatot ki kell forrasztani. Más romboló módszerek is rendben vannak, de kerülje a párnák áthidalását a 4 párna belső sorában (az MCU oldala felé). A másik 4 párnát egyébként PCB nyomok kötik össze. Ez a módosítás elengedhetetlen ahhoz, hogy az SQW csap riasztásként működjön. Az ellenállások eltávolítása nélkül nem fog működni, amíg nem csatlakoztat egy VCC tápegységet a modulhoz, ami meghiúsítja a nagyon alacsony teljesítményű RTC célját.

2. lépés: A sematikus elvek

A tervezés legfontosabb prioritásai a következők voltak:

• Akkumulátoros működés alacsony alvó áramfogyasztással
• Kompakt kialakítás

Tápegység

Két 3,6 V -os Saft lítium -tionil -AA elem. P-csatornás MOSFET a fordított polaritásvédelem érdekében.

Az áramkörben két feszültségszabályozó található:

• Egy Texas Instruments TPS562208 2 Amp-es lefelé irányuló szabályozó a SIM800L tápellátásához 4,1 V körül. Ez az ATMega -ról kapcsolható, és legtöbbször leállítási módba kerül az Engedélyező pin 5 segítségével.
• MCP1700 3.3V szabályozó az ATMega és a BME280 számára. Ez egy rendkívül hatékony alacsony csepp-szabályozó, amelynek nyugalmi árama csak körülbelül 1 µA. Mivel csak 6 V -os bemenetig tűri, két egyenirányító diódát (D1, D2) adtam hozzá sorban, hogy a 7,2 V -os táp 6 V körüli elfogadható szintre csökkenjen. Elfelejtettem hozzáadni a szokásos 10 µF leválasztó kondenzátort a NYÁK -ra az ATMega tápellátásához. Ezért frissítettem az MCP1700 szokásos kimeneti kondenzátorát 1 µF -ról 10 µF -ra, és jól működik.
• Az akkumulátor feszültségének figyelése az ATMega ADC0 -n keresztül (feszültségosztón keresztül)

Valós idejű óra

Módosított DS3231, amely meghatározott időközönként felébreszti az ATMega -t, hogy megkezdje a mérési és adatátviteli ciklust. Maga a DS3231 CR2032 lítiumcellával van ellátva.

BME280

Próbáltam önállóan használni az eredeti Bosch BME280 modult, amelyet szinte lehetetlen forrasztani a percméret miatt. Ezért a széles körben elérhető kitörési táblát használom. Mivel ennek felesleges feszültségszabályozója van, ami energiát fogyaszt, közvetlenül a mérések előtt kapcsolom be egy N-csatornás MOSFET-el.

SIM800L

Ez a modul megbízható, de elég temperamentumosnak tűnik, ha a tápegység nem kőkemény. Megállapítottam, hogy a 4,1 V -os tápfeszültség működik a legjobban. A VCC és a GND NYÁK -nyomait a SIM800L extra vastagra (20 mil) készítettem.

Vázlatos/PCB megjegyzések

• Az "1" hálózati címke - az alkatrészlistában "SINGLEPIN" néven szerepel, egyszerűen egy hüvelyes fejlécre utal.
• A tolókapcsolóval szomszédos két csapot áthidalással kell áthidalni a normál működéshez, ellenkező esetben a VCC vonal itt nyitva van. Szükség esetén árammérésre szolgálnak.
• A 100 µF kondenzátor (C12) a SIM800L modulhoz nem szükséges. Ezt elővigyázatossági (kétségbeesett) intézkedésként egészítették ki a várható stabilitási problémák esetén

Ajánlott összeszerelési lépések

1. Szerelje össze az összes tápegység -alkatrészt a NYÁK bal alsó részében. A TPS562208 engedélyező csapjának (5. tüske) logikailag magasan kell lennie a teszteléshez, ellenkező esetben a modul leállítási módban van, és 0 V -os kimenete lesz. Az Enable pin magasra húzásához a teszteléshez egy ideiglenes vezetéket az ATMega 9. padjáról (amely a NYÁK -on a feszültségszabályozó 5. PIN -kódjához van kötve) csatlakoztatható egy VCC -ponthoz; a legközelebbi pont az R3 alsó csapja lenne, amely a VCC vonalán fekszik.
2. Tesztelje a TPS562208 kimenetét a C2, C3 vagy C4 és GND alsó csapjai között. 4,1V körül kell lennie.
3. Tesztkimenet az MCP1700 -ból, az U6 jobb felső csapja és a GND között. 3.3V -nak kell lennie.
4. Forrasztó ATMega328P; figyelje a bal felső sarokban lévő 1 -es tűjelzőt. Néhány gyakorlat szükséges, de nem túl nehéz.
5. Írja be a rendszerbetöltőt az ATMega328 -ra - oktatóanyagok ehhez máshol. Nem feltétlenül kell PIN -fejléceket használni a MOSI, MISO, SCK és RST csatlakozáshoz. A rendszerindító betöltéséhez szükséges néhány másodpercig használhatja a Dupont vezetékeket és egy kis szögletességet a jó érintkezés eléréséhez.
6. Csatlakoztassa a DS3231 5x -es hüvelyes csatlakozóját.
7. A SIM800L forrasztása dugós csatlakozókkal
8. Forrasztó BME280
9. Töltsön fel kódot Arduino IDE -ben USB2TTL adapter segítségével (válassza ki az Arduino Uno/Genuino célt).

3. lépés: Arduino kód

Lásd az Arduino forráskódját a fájlmellékletben.

4. lépés: Valós teszt

Két kis lyukat fúrtam a tok jobb oldalán, mélyen az elülső oldal felé. Belülről lefedtem őket Goretex tapaszokkal, hogy lehetővé tegyék a légcserét, de kizárják a vizet. Hozzáadtam néhány további esővédelmet kis műanyag tetővel. Ezután behelyezem a teljes szerelvényt a tokba úgy, hogy az alkatrészek előre nézzenek, és az akkumulátor a fedél felé nézzen. Hozzáadok egy kis szilícium zsírt a tokhoz a víz behatolása elleni védelem érdekében.

Az egység jelenleg "telepítve" van egy kis folyó mellett. Itt található az élő adatcsatorna.