Paristokäyttöinen IOT: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Jos paristokäyttöinen IOT -projektisi toimii ajoittain, tämä piiri käyttää vain 250 nA (eli 0,00000025 ampeeria!) Tyhjäkäynnillä. Normaalisti suurin osa akkuvirrasta kuluu harjoitusten välillä. Esimerkiksi projekti, joka toimii 30 sekuntia 10 minuutin välein, kuluttaa 95% akun kapasiteetista!

Useimmilla mikro -ohjaimilla on vähän virtaa käyttävä valmiustila, mutta ne tarvitsevat silti virtaa, jotta prosessori pysyy hengissä, myös kaikki oheislaitteet kuluttavat virtaa. Varavirran saaminen alle 20-30 mA vaatii paljon vaivaa. Tämä projekti kehitettiin raportoimaan mehiläispesien lämpötilasta ja kosteudesta. Koska etäsijainti on akkuvirralla ja solukilpi tietojen raportoimiseksi, jos ainoa vaihtoehto.

Tämä piiri toimii minkä tahansa ohjaimen ja 12, 5 tai 3 V virran kanssa. Useimmissa sähköisissä kaupoissa on komponentteja, jotka maksavat vain muutaman dollarin.

Tarvikkeet

Vastukset: 2x1K, 3x10K, 1x470K, 2x1M, 5x10M

Diodit: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Kello: PCF8563 tai vastaava mikrokontrollerille

Rele: EC2-12TNU 12V jännitteelle

EC2-5TNU 5V: lle

EC2-3TNU 3V: lle

Teho: OKI-78SR-5/1,5-W36-C 12V-5V -muunnin tai mikro-ohjaimen vaatima

Kytkin: hetkellinen painallus nollaus, SPDT testi

Vaihe 1: Kuinka piiri toimii

Piiri on melko yksinkertainen:

- Paristokäyttöinen hälytys soi ja kytkee kytkimen

- Virta virtaa akusta ohjaimeen, joka käynnistyy ja tekee tehtävänsä

-Ohjain nollaa hälytyksen

- Sitten kytkee virran pois päältä.

Vaihe 2: Kello

Useimpien reaaliaikaisten kellojen pitäisi toimia, jos ne ovat yhteensopivia ohjaimesi kanssa ja niissä on keskeytys (Int) -viiva, joka ilmoittaa, milloin hälytys soi.

Ohjaimesta ja kellosta riippuen sinun on asennettava ohjelmistokirjasto.

PLEASE aseta ohjain ja kello prototyyppikortille ja varmista, että voit ohjelmoida sen asettamaan ajan, milloin seuraavan keskeytyksen pitäisi tapahtua ja kuinka keskeytys poistetaan hälytyksen jälkeen. On paljon helpompaa saada tämä toimimaan nyt ennen lopullisen levyn rakentamista. Katso muistiinpanojen ohjelmointi viimeisestä vaiheesta.

Vaihe 3: Kytkin

Kytkimessä käytämme lukitusrelettä, jossa on 2 kelaa.

Virran asettaminen kelan läpi kytkee releen päälle. Virran täytyy virrata vain noin 12 ms ja se voidaan sitten sammuttaa jättämällä rele päälle.

Laita vastaava pulssi nollauskelan läpi sammuttaaksesi releen.

Haluamme lukitusreleen, jotta emme käytä akkuvirtaa pitämään rele kiinni. Lisäksi kytkemme releen "päälle" tästä piiristä ja sammutamme sen "pois" ohjaimesta, kun se on valmis.

Projekti rakennettiin 12 V SLA -akulle. Nämä ovat halpoja (nolla, kuten minulla jo oli!), Ja ne toimivat hyvin Kanadan talvella pienellä aurinkolaturilla.

Piiri voitaisiin rakentaa 3 V: n releellä käyttämällä pari AA -paristoa. Koska rele käsittelee 2A verkkojännitteellä, se voi kytkeä pienen seinävirtalähteen (tai toisen suuremman kapasiteetin releen) verkkovirtaan kytkettäville laitteille. Varmista vain, että kaikki yli 12 V: n jännite on asianmukaisesti maadoitetussa kotelossa ja hyvin eristetty.

Vaihe 4: 2N7000 MOSFET

Tämä piiri käyttää 3 2N7000 parannetun tilan N -kanavan MOSFETia (metallioksidipuolijohdekenttävaikutransistori), joita käytetään kytkiminä.

Vain muutaman dollarin hintaiset laitteet ovat varsin merkittäviä. Nykyinen virtaus tyhjennyksen (+) ja lähteen (-) välillä, kun portin jännite ylittää noin 2 V. Kun "päällä", lähde-tyhjennysvastus on ohmia tai niin. Kun pois monta megaohmia. Nämä ovat kapasitiivisia laitteita, joten porttivirta riittää laitteen "lataamiseen".

Portin ja lähteen välille tarvitaan vastus, jotta portti voi purkautua, kun portin jännite on alhainen, muuten laite ei sammu.

Vaihe 5: Piiri

Kellon (INT) keskeytyslinja normaalisti kelluu ja on kytketty (kellon sisällä) maahan, kun hälytys soi. 1M -vastus vetää tämän linjan korkealle odottaessaan hälytystä.

U1 toimii invertterinä, koska tarvitsemme aktiivisen korkean virran kytkeäksesi releen päälle, kun hälytys soi. Kellolähdön vastakohta. Tämä tarkoittaa, että U1 on aina valmiustilassa ja tyhjentää akun jatkuvasti. Onneksi voimme käyttää erittäin suurta vastusta R1 tämän virran rajoittamiseksi. Simulaatiot osoittivat, että tämä voi olla jopa useita Gohmeja! Paikallisessa myymälässä oli vain 10 miljoonaa vastusta, joten käytin 5 sarjassa. 250na on tarpeeksi alhainen kirjassani.

U2 on yksinkertainen kytkin virran kytkemiseksi releen käämille.

Kaksi diodia ovat välttämättömiä piirin suojaamiseksi, kun releiden käämien virta katkaistaan. Magneettikenttä romahtaa ja aiheuttaa virtapiikin, joka voi vahingoittaa jotain.

Raaka 12 V akusta viedään jännitteenjakajaan R6 ja R7. Keskipiste menee johonkin säätimen analogisista nastoista, jotta akun jännitettä voidaan valvoa ja raportoida.

U4 on erittäin tehokas DC -DC -muunnin, joka tuottaa 5 V: n säätimelle.

Kun ohjain on valmis, se nostaa Poff -linjan korkealle, joka kytkee päälle U3: n, joka sammuttaa releen. Vastus R4 tarjoaa maadatan U3: n portille. MOSFET on kapasitiivinen laite ja R4 antaa varauksen virrata maahan, jotta kytkin voi sammua.

Testikytkin ohjaa virran pois mikro -ohjaimesta ja LED -valolle. Tämä on hyödyllistä tämän piirin testauksessa, mutta ratkaiseva, kun ohjain on liitetty tietokoneeseen koodin ohjelmointia ja testausta varten. Anteeksi, mutta en testannut kahdella lähteellä!

Palautuspainike oli välttämätön jälkikäteen. Ilman sitä hälytystä ei voi asettaa ensimmäistä kertaa, kun järjestelmään kytketään virta !!!

Vaihe 6: Piirin simulointi

Simulaatio vasemmalla näyttää arvot järjestelmän ollessa käyttämättömänä. Oikealla on simulaatio, kun hälytys on aktiivinen ja keskeytyslinja vedetään matalalle.

Todelliset jännitteet sopivat kohtuullisen hyvin simulaatioon, mutta minulla ei ole mitään keinoa vahvistaa todellista virrankulutusta.

Vaihe 7: Rakentaminen ja ohjelmointi

Piiri rakennettiin kapealle nauhalle karkeasti piirikaavion noudattamiseksi. Ei mitään monimutkaista.

Heti kun ohjelma käynnistyy, sen tulee nollata hälytys. Tämä pysäyttää virran kulun releen asetetun kelan läpi. Ohjelma voi tehdä tehtävänsä ja asettaa sen jälkeen hälytyksen ja sammuttaa kaiken kääntämällä Poffin korkealle.

Ohjaimesta ja kellosta riippuen sinun on asennettava ohjelmistokirjasto. Tämä kirjasto sisältää esimerkkikoodin.

Liitäntä ja kellon ohjelmointi tulee testata prototyyppikortilla ennen piirin kytkemistä. Arduino- ja H2-8563-kelloille SCL menee A5: lle ja SDA A4: lle. Keskeytys siirtyy piirin INT -kohtaan.

Arduinolle testikoodi sisältää jotain seuraavanlaista:

#sisältää

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// aseta päivämäärä ja aika aloittaaksesi. Ei välttämätön, jos haluat hälytyksen vain tuntiin tai minuuttiin. rtc.setDate (päivä, arkipäivä, kuukausi, vuosisata, vuosi); rtc.setTime (hr, min, sec);

//Aseta hälytys

rtc.setAlarm (mm, tt, 99, 99); // Min, tunti, päivä, arkipäivä, 99 = ohita

// Poista hälytys rtc.clearAlarm (); }