Kompakti sääanturi GPRS (SIM -kortti) -tietolinkillä: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 08:59

projektin yhteenveto

Tämä on paristokäyttöinen sääanturi, joka perustuu BME280-lämpötila-, paine-/kosteusanturiin ja ATMega328P MCU -yksikköön. Se toimii kahdella 3,6 V: n litium tionyyliparistolla. Sen virrankulutus on erittäin pieni, 6 µA. Se lähettää tietoja puolen tunnin välein GPRS: n kautta (käyttäen SIM800L GSM -moduulia) ThingSpeakiin, jota ohjaa reaaliaikainen DS3231-kello. Yhden akkusarjan arvioitu käyttöikä on> 6 kuukautta.

Käytän ASDA pay-as-you-go-SIM-korttia, joka tarjoaa erittäin hyvät olosuhteet tätä hanketta varten, koska sillä on erittäin pitkä luottoaika (180 päivää) ja se veloittaa vain 5p/MB datamäärää.

Motivaatio: Taloudellisen, huoltovapaan, itsenäisen, paristokäyttöisen ympäristöanturin kehittäminen, joka voidaan sijoittaa luontoon sää- tai muun tiedon hankkimiseksi ja siirtämiseksi GSM/GPRS-verkon kautta IoT-palvelimelle.

Fyysiset mitat: 109 x 55 x 39 mm (kotelon laipat mukaan lukien). Paino 133 g. IP -luokitus 54 (arvioitu).

Materiaalikustannukset: n. 20 € per kappale.

Asennusaika: 2 tuntia per yksikkö (käsin juottaminen)

Virtalähde: Kaksi AA-litium-tionyyliparistoa, ei ladattava (3,6 V, 2,6 Ah).

Verkkoprotokolla: GSM GPRS (2G)

Mahdolliset käyttötarkoitukset: Mikä tahansa etäsijainti, jossa on GSM -signaalin peittoalue. Metsät, majakat, poijut, yksityiset jahdit, asuntovaunut, leirintäalueet, vuoristomajat, asumattomat rakennukset

Luotettavuustesti: Yksi yksikkö on käynyt pitkäaikaistestausta ilman valvontaa 30.8.20 lähtien. Yhden ohjelmiston kaatumisen lisäksi se on lähettänyt tietoja luotettavasti 30 minuutin välein.

Vaihe 1: Tarvittavat osat

• Räätälöidyt piirilevyt. Zip Gerber -tiedostot täällä (instructables.com näyttää estävän ZIP -tiedostojen lataamisen). Suosittelen jlcpcb.comia PCB -tuotantoon. Yhdistyneessä kuningaskunnassa asuville ihmisille lähetän mielelläni ylimääräisen piirilevyn materiaalin ja postikulujen minimoimiseksi - lähetä minulle viesti.
• ATMega328P-AU
• Muokattu reaaliaikainen kello DS3231 (katso alla oleva kappale)
• BME280 Breakout -kortti, kuten tämä
• SIM800L GSM GPRS -moduuli
• Erilaisia SMD -osia yksityiskohtaisen luettelon mukaisesti.
• Hammond 1591, musta ABS -kotelo, IP54, laipallinen, 85 x 56 x 35 mm, RS Components UK: lta

Muutos DS3231

Punaisella ympyröity nelinkertainen vastusverkko on purettava. Myös muut tuhoisimmat menetelmät ovat OK, mutta vältä 4 tyynyn sisemmän rivin (MCU: n sivua kohti) tyynyjen siltaamista. Muut 4 tyynyä on liitetty joka tapauksessa piirilevyjäljillä. Tämä muutos on välttämätön, jotta SQW -nasta voi toimia hälytyksenä. Ilman vastuksen poistamista se ei toimi, ennen kuin liität VCC-virtalähteen moduuliin, mikä estää erittäin pienitehoisen RTC: n käytön.

Vaihe 2: Kaavamaiset periaatteet

Suunnittelun tärkeimmät prioriteetit olivat:

• Akkukäyttö alhaisella virrankulutuksella
• Kompakti muotoilu

Virtalähde

Kaksi 3,6 V: n Saft -litiumtionyyliparistoa. P-kanavainen MOSFET suojaa napaisuutta.

Piirissä on kaksi jännitesäädintä:

• Texas Instruments TPS562208 2 A: n askel-alas-säädin SIM800L: n virran saamiseksi noin 4,1 V: n jännitteellä. Tämä on kytkettävissä ATMega -laitteesta ja asetetaan sammutustilaan suurimman osan ajasta Ota nasta 5 käyttöön.
• MCP1700 3.3V -säädin ATMega- ja BME280 -laitteille. Tämä on erittäin tehokas matalan pudotuksen säädin, jonka lepovirta on vain noin 1 µA. Koska se kestää vain 6 V: n tuloa, lisäsin kaksi tasasuuntausdiodia (D1, D2) sarjassa pudottamaan 7,2 V: n syötön hyväksyttävälle tasolle noin 6 V. Unohdin lisätä tavallisen 10 µF: n irrotuskondensaattorin piirilevyyn ATMegan virtalähteelle. Siksi olen päivittänyt MCP1700: n tavallisen lähtökondensaattorin 1: stä 10 µF: een ja se toimii hyvin.
• Akun jännitteen valvonta ATMegan ADC0: n kautta (jännitteenjakajan kautta)

Reaaliaikainen kello

Muokattu DS3231, joka herättää ATMega määrätyin väliajoin aloittaakseen mittaus- ja tiedonsiirtosyklin. Itse DS3231: ssä on CR2032 -litium -kenno.

BME280

Olen kokeillut käyttää alkuperäistä Bosch BME280 -moduulia yksinään, mikä on lähes mahdotonta juottaa sen pienen koon vuoksi. Siksi käytän laajalti saatavilla olevaa katkaisulautaa. Koska tässä on tarpeeton jännitteensäädin, joka kuluttaa energiaa, kytken sen päälle N-kanavaisella MOSFETilla juuri ennen mittauksia.

SIM800L

Tämä moduuli on luotettava, mutta vaikuttaa melko temperamenttiselta, jos virtalähde ei ole kivikova. Huomasin, että 4,1 V: n syöttöjännite toimii parhaiten. Olen tehnyt PCB -jäljet VCC: lle ja GND: lle SIM800L: n erittäin paksuksi (20 mil).

Kaavio/PCB -kommentit

• Verkkotarra "1" - osaluettelossa "SINGLEPIN" viittaa yksinkertaisesti urospuoliseen otsatappiin.
• Liukukytkimen vieressä olevat kaksi nastaa on yhdistettävä hyppyjohdolla normaalikäyttöä varten, muuten VCC -linja on täällä auki. Ne on tarkoitettu tarvittaessa virtamittauksiin.
• 100 µF: n kondensaattori (C12) SIM800L -moduulille ei ole tarpeen. Se lisättiin varotoimenpiteenä (epätoivoisena) odotettavissa olevien vakausongelmien varalta

Suositellut asennusvaiheet

1. Kokoa kaikki virtalähteen komponentit piirilevyn vasempaan alaosaan. TPS562208: n käyttötapin (nasta 5) on oltava loogisesti korkealla testattavaksi, muuten moduuli on sammutustilassa ja sinulla on 0 V: n lähtö. Ota käyttöönottotappi korkealle testausta varten ATMegan tyynyn 9 väliaikainen johdin (joka on piirilevyllä kytketty jännitesäätimen PIN 5: een) voidaan kytkeä VCC -pisteeseen; Lähin piste olisi R3: n alempaan tappiin, joka sijaitsee VCC -linjalla.
2. Testaa lähtö TPS562208: sta joko C2-, C3- tai C4- ja GND -pohjatappien välillä. Sinulla pitäisi olla noin 4,1 V.
3. Testilähtö MCP1700: sta U6: n oikean ylänastan ja GND: n välillä. Sinulla pitäisi olla 3.3V.
4. Juotos ATMega328P; tarkkaile nastan 1 merkkiä vasemmassa yläkulmassa. Jotkut harjoitukset vaativat, mutta eivät liian vaikeita.
5. Polta käynnistyslatain ATMega328: lle - oppaita tähän muualle. Sinun ei välttämättä tarvitse käyttää nastaotsikoita muodostaaksesi yhteyden MOSI-, MISO-, SCK- ja RST -järjestelmiin. Käynnistyslataimen polttamiseen kuluvien muutaman sekunnin ajan voit käyttää Dupont -johtoja ja käyttää hieman kulmaa hyvän kontaktin saavuttamiseksi.
6. Kiinnitä 5x naarasliitin DS3231: lle.
7. Juotos SIM800L urosnastaisten otsakkeiden kautta
8. Juotos BME280
9. Lataa koodi Arduino IDE: ssä USB2TTL -sovittimella (valitse Arduino Uno/Genuino kohteeksi).

Vaihe 3: Arduino -koodi

Katso Arduino -lähdekoodi tiedoston liitteenä.

Vaihe 4: Todellisen maailman testi

Porasin kaksi pientä reikää kotelon oikealle puolelle syvälle etupuolelle. Peitin ne sisältä Goretex -laastareilla ilmanvaihdon sallimiseksi, mutta vesi pois. Lisäsin lisää sadesuojaa pienillä muovikattoilla. Työnnän sitten koko kokoonpanon koteloon niin, että komponentit ovat eteenpäin ja akku on kannen puolella. Lisään koteloon hieman silikonirasvaa veden sisäänpääsyn suojaamiseksi.

Laite on tällä hetkellä "asennettu" pienen joen viereen. Tässä on reaaliaikainen tietosyöte.