Kompaktne ilmaandur GPRS -iga (SIM -kaart) Andmelink: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Projekti kokkuvõte

See on patareitoitega ilmaandur, mis põhineb BME280 temperatuuri/rõhu/niiskuse anduril ja ATMega328P MCU-l. See töötab kahe 3,6 V liitiumtionüül AA patareiga. Selle unetarbimine on ülimadal 6 µA. See saadab andmed poole tunni kaupa GPRS-i kaudu (kasutades SIM800L GSM-moodulit) ThingSpeakile, mida juhib reaalajas kell DS3231. Hinnanguline teenindus ühe akukomplektiga on> 6 kuud.

Kasutan ASDA pay-as-you-go SIM-kaarti, mis pakub selle projekti jaoks äärmiselt häid tingimusi, kuna sellel on krediidi kehtivusaeg väga pikk (180 päeva) ja see võtab ainult 5p/MB andmemahtu.

Motivatsioon: ökonoomse, hooldusvaba, autonoomse, patareitoitega keskkonnaanduri väljatöötamine, mille saab paigutada loodusesse ilma- või muude andmete saamiseks ja GSM/GPRS-võrgu kaudu IoT-serverisse edastamiseks.

Füüsilised mõõtmed: 109 x 55 x 39 mm (karpide äärikud). Kaal 133 g. IP -reiting 54 (hinnanguline).

Materjali maksumus: u. 20 naela ühiku kohta.

Kokkupanekuaeg: 2 tundi ühiku kohta (käsitsi jootmine)

Toiteallikas: kaks AA-tüüpi liitiumtionüülpatareid, mittelaetavad (3,6 V, 2,6 Ah).

Võrguprotokoll: GSM GPRS (2G)

Võimalikud kasutusalad: mis tahes kauge asukoht, millel on GSM -signaali leviala. Metsad, tuletornid, poid, erajahid, haagissuvilad, telkimisplatsid, mägipiirkonnad, asustamata hooned

Usaldusväärsuskatse: üks seade on alates 30.8.20 läbinud järelevalveta pikaajalist katsetamist. Peale ühe tarkvaraõnnetuse on see andmeid iga 30 minuti tagant usaldusväärselt saatnud.

Samm: nõutavad osad

• Eritellimusel valmistatud PCB. Zipitud Gerberi failid siin (instructables.com näib blokeerivat ZIP -failide üleslaadimise). Soovitan tungivalt jlcpcb.com PCB tootmiseks. Suurbritannias elavatele inimestele saadan hea meelega teile varu -trükkplaadi minimaalse panuse saamiseks materjali- ja postikulu - saatke mulle sõnum.
• ATMega328P-AU
• Muudetud DS3231 reaalajas kell (vt lõik allpool)
• BME280 Breakout -plaat, näiteks see
• SIM800L GSM GPRS moodul
• Erinevad SMD osad vastavalt üksikasjalikule loendile.
• Hammond 1591, must ABS -korpus, IP54, äärik, 85 x 56 x 35 mm, firmalt RS Components UK

DS3231 muutmine

Punasega ümbritsetud neljakordne takisti võrk tuleb välja joodeta. Teised hävitavamad meetodid on samuti sobivad, kuid vältige 4 padja sisemise rea (MCU külje poole) padjade sildumist. Ülejäänud 4 padjakesed on niikuinii ühendatud trükkplaatide jälgedega. See muudatus on hädavajalik, et SQW tihvt saaks häirena toimida. Ilma takistite eemaldamiseta ei tööta see enne, kui ühendate mooduliga VCC-toiteallika, mis ei võimalda väga väikese võimsusega RTC-d.

2. samm: skemaatilised põhimõtted

Disaini peamised prioriteedid olid:

• Akutoide väikese unevoolu tarbimisega
• Kompaktne disain

Toiteallikas

Kaks 3,6 V Saft Liitium tionüül AA patareid. P-kanaliga MOSFET vastupidise polaarsuse kaitseks.

Ahelas on kaks pingeregulaatorit:

• Texas Instruments TPS562208 2-amprine vähendusregulaator SIM800L toiteks umbes 4,1 V juures. Seda saab ATMega lülitada ja see lülitatakse enamasti väljalülitusnupu 5 abil väljalülitusrežiimi.
• MCP1700 3.3V regulaator ATMega ja BME280 jaoks. See on äärmiselt tõhus madala langusega regulaator, mille puhkevool on ainult umbes 1 µA. Kuna see talub ainult kuni 6 V sisendit, lisasin järjestikku kaks alaldidioodi (D1, D2), et 7,2 V toide langetada vastuvõetavale tasemele umbes 6 V. Unustasin ATMega toiteallikale lisada tavalise 10 µF eralduskondensaatori. Seetõttu täiendasin MCP1700 tavalist väljundkondensaatorit 1 -lt 10 µF -ni ja see töötab hästi.
• Aku pinge jälgimine ADC0 kaudu ATMega (pingejaguri kaudu)

Reaalajas kell

Muudetud DS3231, mis äratab ATMega teatud ajavahemike järel, et alustada mõõtmis- ja andmeedastustsüklit. DS3231 ise on varustatud CR2032 liitiumelemendiga.

BME280

Olen proovinud kasutada originaalset Boschi BME280 moodulit, mida on minutilise suuruse tõttu peaaegu võimatu joota. Seetõttu kasutan laialdaselt kättesaadavat purunemisplaati. Kuna sellel on tarbetu pingeregulaator, mis tarbib energiat, lülitan selle vahetult enne mõõtmisi sisse N-kanaliga MOSFETiga.

SIM 800L

See moodul on usaldusväärne, kuid tundub üsna temperamentne, kui toiteallikas pole kivikindel. Leidsin, et 4,1 V toitepinge töötab kõige paremini. Olen teinud PCC jäljed VCC ja GND jaoks SIM800L eriti paksuks (20 mill).

Skeemilised/PCB kommentaarid

• Võrgumärgis "1" - osade loendis märgitud "SINGLEPIN" viitab lihtsalt isasele päise tihvtile.
• Kaks liuglüliti kõrval olevat tihvti peavad normaalseks tööks ühendama hüppajaga, vastasel juhul on VCC liin siin avatud. Vajadusel on need ette nähtud voolu mõõtmiseks.
• 100 µF kondensaator (C12) SIM800L mooduli jaoks pole vajalik. See lisati ettevaatusabinõuna (meeleheitel) eeldatavate stabiilsusprobleemide korral

Soovitatavad monteerimisetapid

1. Pange kõik toiteallika komponendid kokku PCB vasakus alanurgas. TPS562208 lubamisnupp (tihvt 5) peab testimiseks olema loogiliselt kõrgel, vastasel juhul on moodul väljalülitusrežiimis ja teil on 0 V väljund. Testimiseks lubamisnõela kõrgeks tõmbamiseks võib ajutise juhtme ATMega padjast 9 (mis on trükkplaadil ühendatud pingeregulaatori PIN 5 -ga) ühendada VCC -punktiga; lähim punkt oleks R3 alumisele tihvtile, mis asub VCC joonel.
2. Testige väljundit TPS562208 kas C2, C3 või C4 ja GND alumiste tihvtide vahel. Teil peaks olema umbes 4,1 V.
3. Testi väljund MCP1700 -st U6 parema ülemise tihvti ja GND vahel. Sul peaks olema 3.3V.
4. Jootma ATMega328P; jälgige tihvti 1 markerit vasakus ülanurgas. Mõni harjutus on nõutav, kuid mitte liiga raske.
5. Põletage alglaadur ATMega328 -le - õpetused mujal. MOSI, MISO, SCK ja RST -ga ühenduse loomiseks ei pea te tingimata kasutama nööpnõusid. Alglaaduri põletamiseks kuluva mõne sekundi jooksul saate hea kontakti saavutamiseks kasutada Duponti juhtmeid ja natuke nurka.
6. Kinnitage DS3231 jaoks 5x sisetihvtiga päis.
7. Jootke SIM800L isaste tihvtide abil
8. Jootma BME280
9. Laadige kood üles Arduino IDE -s, kasutades USB2TTL -adapterit (valige sihtmärgiks Arduino Uno/Genuino).

Samm: Arduino kood

Vaadake Arduino lähtekoodi faili manusest.

4. samm: reaalmaailma test

Puurisin korpuse paremale küljele kaks väikest auku just sügavale esiküljele. Katsin need seestpoolt Goretexi plaastritega, et võimaldada õhuvahetust, kuid välistada vesi. Lisasin veidi täiendavat vihmakaitset väikeste plastkatustega. Seejärel panen kogu komplekti korpusesse nii, et komponendid on suunatud ettepoole ja aku on kaane poole. Lisan korpusele natuke ränimääret, et kaitsta vett sissepääsu eest.

Seade on praegu "paigaldatud" väikese jõe äärde. Siin on reaalajas andmevoog.