Եղանակի կոմպակտ սենսոր GPRS (SIM քարտ) տվյալների հղումով ՝ 4 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

Նախագծի ամփոփում

Սա մարտկոցով աշխատող եղանակային տվիչ է, որը հիմնված է BME280 ջերմաստիճանի/ճնշման/խոնավության սենսորի և ATMega328P MCU- ի վրա: Այն աշխատում է երկու 3.6 Վ լիթիում թիոնիլ AA մարտկոցով: Ունի ծայրահեղ ցածր քնի սպառումը ՝ 6 μA: Այն տվյալների փոխանցում է կես ժամ GPRS- ի միջոցով (SIM800L GSM մոդուլի միջոցով) ThingSpeak- ին, որը վերահսկվում է իրական ժամանակի DS3231 ժամացույցի միջոցով: Մարտկոցի մեկ հավաքածուի մոտավոր սպասարկումը> 6 ամիս է:

Ես օգտագործում եմ ASDA վճարովի SIM քարտ, որն առաջարկում է չափազանց լավ պայմաններ այս նախագծի նպատակների համար, քանի որ այն ունի շատ երկար ժամկետ վարկի համար (180 օր) և գանձում է ընդամենը 5p/MB տվյալների ծավալ:

Մոտիվացիա. Տնտեսական, զրոյական սպասարկում, ինքնավար, մարտկոցներով աշխատող բնապահպանական սենսորի մշակում, որը կարող է տեղադրվել վայրի բնության մեջ `եղանակային կամ այլ տվյալներ ձեռք բերելու և GSM/GPRS ցանցի միջոցով IoT սերվերին փոխանցելու համար:

Ֆիզիկական չափսեր ՝ 109 x 55 x 39 մմ (ներառյալ գործի եզրերը): Քաշ ՝ 133 գ IP վարկանիշ 54 (գնահատված):

Նյութի արժեքը `մոտ. 20 ֆունտ / միավոր:

Հավաքման ժամանակը `2 ժամ մեկ միավորի համար (ձեռքի զոդում)

Սնուցման աղբյուր ՝ երկու լիթիում թիոնիլ AA մարտկոց, չվերալիցքավորվող (3.6 Վ, 2.6 Աժ):

Networkանցային արձանագրություն ՝ GSM GPRS (2G)

Հնարավոր օգտագործումներ. GSM ազդանշանի ծածկույթով ցանկացած հեռավոր վայր: Անտառներ, փարոսներ, բոյեր, մասնավոր զբոսանավեր, վագոն -տնակներ, ճամբարներ, լեռնային ապաստարաններ, անմարդաբնակ շենքեր

Հուսալիության թեստ. Մեկ միավոր 30.8.20-ից երկարաժամկետ փորձարկումներ է անցնում առանց հսկողության: Բացի ծրագրային ապահովման մեկ խափանումից, այն հուսալիորեն տվյալներ է ուղարկում յուրաքանչյուր 30 րոպեն մեկ:

Քայլ 1: Պահանջվող մասեր

• Պատվերով պատրաստված PCB: Gerber ֆայլերը սեղմված են այստեղ (թվում է, թե installables.com- ը արգելափակում է ZIP ֆայլերի բեռնումները): Ես բարձր խորհուրդ տվեցի jlcpcb.com- ը PCB- ի արտադրության համար: Մեծ Բրիտանիայում ապրող մարդկանց համար ես ուրախ եմ ձեզ ուղարկել պահեստային PCB ՝ նյութական և փոստային ծախսերի նվազագույն ներդրման համար - ուղարկեք ինձ:
• ATMega328P-AU
• Փոփոխված DS3231 իրական ժամանակի ժամացույց (տես ստորև բերված պարբերությունը)
• BME280 Breakout տախտակ, ինչպիսին է այս մեկը
• SIM800L GSM GPRS մոդուլ
• SMD- ի տարբեր մասեր `ըստ մանրամասն ցուցակի:
• Hammond 1591, Սև ABS պատյան, IP54, Կցաշուրթ, 85 x 56 x 35 մմ, RS Components UK- ից

DS3231- ի փոփոխություն

Կարմիր գույնով շրջապատված քառակի դիմադրողական ցանցը պետք է չվաճառվի: Այլ ավելի ավերիչ մեթոդներ նույնպես լավ են, բայց խուսափեք 4 բարձիկների ներքին շարքի բարձիկների կամրջումից (դեպի MCU- ի կողմը): Մնացած 4 բարձիկներն ամեն դեպքում միացված են PCB- ի հետքերով: Այս փոփոխությունը էական է, որպեսզի թույլ տանք SQW քորոցին աշխատել որպես ահազանգ: Առանց ռեզիստորները հեռացնելու, այն չի աշխատի, քանի դեռ VCC մատակարարումը չեք միացրել մոդուլին, ինչը հաղթահարում է շատ ցածր էներգիայի RTC ունենալու նպատակը:

Քայլ 2. Սխեմատիկ սկզբունքներ

Դիզայնի հիմնական առաջնահերթություններն էին.

• Մարտկոցի աշխատանքը ցածր քնի ընթացիկ սպառմամբ
• Կոմպակտ դիզայն

Սնուցման աղբյուր

Երկու 3.6 Վ Saft Lithium thionyl AA մարտկոցներ: P-channel MOSFET ՝ հակադիր բևեռայնության պաշտպանության համար:

Շղթայում կան լարման երկու կարգավորիչներ.

• A Texas Instruments TPS562208 2 Ամպեր իջեցնող կարգավորիչ ՝ SIM800L- ը 4.1 Վ լարման միջոցով սնուցելու համար: Սա փոխարկելի է ATMega- ից և շատ ժամանակ անջատման ռեժիմի է դրվում Enable pin 5 -ի միջոցով:
• MCP1700 3.3V կարգավորիչ ATMega- ի և BME280- ի համար: Սա ծայրահեղ արդյունավետ ցածր անկման կարգավորիչ է `հանդարտ հոսանքով` ընդամենը 1 μA- ի սահմաններում: Քանի որ այն հանդուրժող է միայն մինչև 6 Վ մուտքի համար, ես ավելացրի երկու ուղղիչ դիոդ (D1, D2) շարքով `7.2 Վ լարման մատակարարումը 6 Վ -ի մոտ ընդունելի մակարդակի իջեցնելու համար: Մոռացա ավելացնել PCB- ի սովորական 10 μF տարանջատման կոնդենսատորը ATMega- ի սնուցման համար: Հետևաբար, ես բարձրացրեցի MCP1700- ի սովորական ելքային կոնդենսատորը 1 -ից մինչև 10 μF և այն լավ է աշխատում:
• Մարտկոցի լարման մոնիտորինգ ADC0- ի միջոցով ATMega- ում (լարման բաժանարարի միջոցով)

Իրական ժամանակի ժամացույց

Փոփոխված DS3231, որը արթնացնում է ATMega- ն որոշակի ընդմիջումներով `չափման և տվյալների փոխանցման ցիկլ սկսելու համար: DS3231- ն ինքնին սնուցվում է CR2032 լիթիումի բջիջով:

BME280

Ես փորձել եմ ինքնուրույն օգտագործել բնօրինակ Bosch BME280 մոդուլը, որը գրեթե անհնար է զոդել իր փոքր չափի պատճառով: Հետեւաբար, ես օգտագործում եմ լայնորեն հասանելի բեկումնային տախտակը: Քանի որ սա ունի անհարկի լարման կարգավորիչ, որն էներգիա է սպառում, ես այն միացնում եմ N-channel MOSFET- ով `չափումներից անմիջապես առաջ:

SIM800L

Այս մոդուլը հուսալի է, բայց, թվում է, բավականին ժուժկալ է, եթե էլեկտրամատակարարումը պինդ չէ: Ես գտա, որ 4.1 Վ լարման լարումը լավագույնս աշխատում է: Ես VCC- ի և GND- ի համար PCB- ի հետքերը պատրաստել եմ SIM800L- ի լրացուցիչ հաստությամբ (20 մլն):

Սխեմատիկ/PCB մեկնաբանություններ

• Networkանցի «1» պիտակը, որը նշված է որպես «SINGLEPIN» մասերի ցանկում, պարզապես վերաբերում է տղամարդու վերնագրի քորոցին:
• Սահեցման անջատիչին հարող երկու կապում նորմալ աշխատանքի համար անհրաժեշտ է կամրջել jumper- ով, հակառակ դեպքում VCC գիծը այստեղ բաց է: Անհրաժեշտության դեպքում դրանք նախատեսված են ընթացիկ չափումների համար:
• SIM800L մոդուլի համար 100 μF կոնդենսատորը (C12) անհրաժեշտ չէ: Այն ավելացվել է որպես կանխարգելիչ (հուսահատ) միջոց ՝ կայունության սպասվող խնդիրների դեպքում

Առաջարկվող հավաքման քայլեր

1. Հավաքեք էլեկտրամատակարարման բոլոր բաղադրիչները PCB- ի ներքևի ձախ մասում: TPS562208- ի Enable pin (pin 5) - ը պետք է լինի տրամաբանական բարձր փորձարկման համար, հակառակ դեպքում մոդուլը գտնվում է անջատման ռեժիմում և կունենաք 0V ելք: Փորձարկման համար Enable pin- ը բարձր քաշելու համար ATMega- ի 9 -րդ պահոցից ժամանակավոր մետաղալարը (որը PCB- ի վրա միացված է լարման կարգավորիչի PIN 5 -ին) կարող է միացվել VCC կետին. ամենամոտ կետը կլինի R3- ի ստորին քորոցին, որը գտնվում է VCC գծի վրա:
2. Թեստային ելք TPS562208- ից C2, C3 կամ C4 և GND- ի ներքևի կապերի միջև: Դուք պետք է ունենաք մոտ 4.1 Վ:
3. Փորձարկման ելք MCP1700- ից, U6- ի և GND- ի վերին աջ քորոցի միջև: Դուք պետք է ունենաք 3.3 Վ:
4. Sոդման ATMega328P; դիտեք վերին ձախ անկյունում գտնվող 1 -ին նշիչը: Որոշ պրակտիկա պահանջվում էր, բայց ոչ շատ դժվար:
5. Այրեք bootloader- ը ATMega328- ի համար `այլ ձեռնարկների համար: Դուք պարտադիր չէ, որ օգտագործեք PIN վերնագրեր` MOSI, MISO, SCK և RST- ին միանալու համար: Մի քանի վայրկյան տևում է բեռնախցիկը այրելու համար, կարող եք օգտագործել Dupont- ի լարերը և մի փոքր անկյան տակ լավ շփման հասնել:
6. DS3231- ի համար ամրացրեք 5 անգամ կին կապի վերնագիր:
7. Oldոդման SIM800L արական փին վերնագրերի միջոցով
8. Sոդիչ BME280
9. Վերբեռնեք կոդը Arduino IDE- ում ՝ օգտագործելով USB2TTL ադապտեր (որպես նպատակակետ ընտրեք Arduino Uno/Genuino):

Քայլ 3: Arduino կոդ

Տեսեք Arduino- ի աղբյուրի կոդը ֆայլի առդիրում:

Քայլ 4: Իրական աշխարհի փորձարկում

Ես երկու փոքր անցք եմ բացել պատյանի աջ կողմում ՝ խորքից դեպի առջև: Ես դրանք ներսից ծածկեցի Goretex- ի կարկատաններով, որպեսզի օդը փոխանակվի, բայց ջուրը բացառվի: Ես ավելացրել եմ անձրևից լրացուցիչ պաշտպանություն փոքրիկ պլաստիկ տանիքներով: Այնուհետև ես ամբողջ հավաքումը տեղադրում եմ պատյանում, որի բաղադրամասերը նայում են առաջ, իսկ մարտկոցը ՝ կափարիչին: Theրի ներթափանցումից պաշտպանվելու համար պատյանին ավելացնում եմ մի փոքր սիլիկոնային քսուք:

Ներկա պահին միավորը «տեղադրված» է փոքր գետի կողքին: Ահա տվյալների ուղիղ հոսքը: