Senzor de vreme compact cu legătură de date GPRS (cartela SIM): 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

sumarul proiectului

Acesta este un senzor meteorologic alimentat de baterie, bazat pe un senzor de temperatură / presiune / umiditate BME280 și un MCU ATMega328P. Funcționează cu două baterii litiu tionil AA de 3,6 V. Are un consum de somn ultra-mic de 6 µA. Trimite date o jumătate de oră prin GPRS (folosind un modul SIM800L GSM) către ThingSpeak, controlat de un ceas DS3231 în timp real. Serviciul estimat pentru un set de baterii este> 6 luni.

Folosesc o cartelă SIM ASDA pay-as-you-go, care oferă condiții extrem de bune în scopul acestui proiect, deoarece are un termen de expirare foarte lung pentru credit (180 de zile) și taxează doar 5p / MB volum de date.

Motivație: Dezvoltarea unui senzor de mediu economic, cu întreținere zero, autonom, alimentat cu baterii, care poate fi plasat în sălbăticie pentru a dobândi vremea sau alte date și a le transmite prin rețeaua GSM / GPRS către un server IoT.

Dimensiuni fizice: 109 x 55 x 39 mm (inclusiv flanșele carcasei). Greutate 133 g. Rating IP 54 (estimat).

Cost material: Aproximativ. 20 GBP pe unitate.

Timp de asamblare: 2 ore pe unitate (lipire manuală)

Sursă de alimentare: Două baterii litiu tionil AA, nereîncărcabile (3,6 V, 2,6 Ah).

Protocol de rețea: GSM GPRS (2G)

Utilizări potențiale: orice locație la distanță cu acoperire a semnalului GSM. Păduri, faruri, geamanduri, iahturi private, rulote, locuri de camping, colibe de refugiu montan, clădiri nelocuite

Test de fiabilitate: o unitate a fost supusă testării pe termen lung nesupravegheată din 30.8.20. În afară de un accident software, a trimis date în mod fiabil la fiecare 30 de minute.

Pasul 1: Piese necesare

• PCB personalizat. Fișierele Gerber arhivate aici (instructables.com pare să blocheze încărcările de fișiere ZIP). Am recomandat jlcpcb.com pentru producția de PCB. Pentru persoanele care locuiesc în Marea Britanie, sunt bucuros să vă trimit un PCB de rezervă pentru o contribuție minimă la costul materialului și al poștei - trimiteți-mi un mesaj.
• ATMega328P-AU
• Ceas DS3231 modificat în timp real (vezi paragraful de mai jos)
• BME280 Breakout board, cum ar fi acesta
• Modulul SIM800L GSM GPRS
• Diverse piese SMD conform listei detaliate.
• Hammond 1591, carcasă din ABS negru, IP54, cu flanșă, 85 x 56 x 35mm, de la RS Components UK

Modificarea DS3231

Rețeaua de rezistență cvadruplă încercuită în roșu trebuie să fie nesoldată. Alte metode mai distructive sunt OK, de asemenea, dar evitați punerea plăcilor pe rândul interior de 4 plăcuțe (spre partea laterală a MCU). Celelalte 4 plăci sunt conectate oricum prin urme de PCB. Această modificare este esențială pentru a permite pinului SQW să funcționeze ca o alarmă. Fără a scoate rezistoarele, nu va funcționa până când nu conectați o sursă VCC la modul, ceea ce învinge scopul de a avea un RTC de foarte mică putere.

Pasul 2: Principii schematice

Principalele priorități pentru proiectare au fost:

• Funcționarea bateriei cu consum redus de curent de somn
• Design compact

Alimentare electrică

Două baterii AA de tionil de litiu Saft de 3,6 V. Un MOSFET cu canal P pentru protecția inversă a polarității.

Există două regulatoare de tensiune în circuit:

• Un Texas Instruments TPS562208 2 Amp regulator de descărcare pentru alimentarea SIM800L la aproximativ 4,1V. Acesta este comutabil de la ATMega și este pus în modul de închidere de cele mai multe ori prin Enable pin 5.
• Un regulator MCP1700 de 3,3V pentru ATMega și BME280. Acesta este un regulator de cădere redusă extrem de eficient, cu un curent de repaus de numai 1 µA. Deoarece este tolerant doar la intrarea de până la 6V, am adăugat două diode redresoare (D1, D2) în serie pentru a reduce alimentarea de 7,2V la un nivel acceptabil în jurul valorii de 6V. Am uitat să adaug condensatorul obișnuit de decuplare de 10 µF pe PCB pentru sursa de alimentare de pe ATMega. Prin urmare, am actualizat condensatorul de ieșire obișnuit pe MCP1700 de la 1 la 10 µF și funcționează bine.
• Monitorizarea tensiunii bateriei prin ADC0 pe ATMega (printr-un divizor de tensiune)

Ceas în timp real

Un DS3231 modificat, care trezește ATMega la intervale specificate pentru a începe un ciclu de măsurare și transmisie de date. DS3231 în sine este alimentat cu o celulă de litiu CR2032.

BME280

Am încercat să folosesc singur modulul original Bosch BME280, care este aproape imposibil de lipit datorită dimensiunii sale minuscule. Prin urmare, folosesc placa de breakout disponibilă pe scară largă. Deoarece acesta are un regulator de tensiune inutil, care consumă energie, îl pornesc cu un MOSFET cu canal N chiar înainte de măsurători.

SIM800L

Acest modul este fiabil, dar pare a fi destul de temperamental dacă sursa de alimentare nu este solidă. Am constatat că o tensiune de alimentare de 4,1V funcționează cel mai bine. Am făcut urmele PCB pentru VCC și GND la SIM800L foarte gros (20 mil).

Comentarii schematice / PCB

• Eticheta de rețea „1” - listată ca „SINGLEPIN” în lista pieselor se referă pur și simplu la un pin de antet de sex masculin.
• Cei doi pini adiacenți comutatorului glisant trebuie să fie conectați cu un jumper pentru funcționarea normală, altfel linia VCC este deschisă aici. Acestea sunt destinate măsurătorilor de curent, dacă este necesar.
• Condensatorul de 100 µF (C12) pentru modulul SIM800L nu este necesar. A fost adăugat ca măsură de precauție (disperată) în cazul unor probleme de stabilitate așteptate

Etape de asamblare recomandate

1. Asamblați toate componentele sursei de alimentare în partea din stânga jos a PCB-ului. Pinul de activare (pinul 5) al TPS562208 trebuie să fie în poziția maximă logică pentru testare, altfel modulul este în modul de oprire și veți avea ieșire 0V. Pentru a trage pinul Activare la înălțime pentru testare, un fir temporar de la pad-ul 9 al ATMega (care pe PCB este conectat la PIN 5 al regulatorului de tensiune) poate fi conectat la un punct VCC; cel mai apropiat punct ar fi la pinul inferior al lui R3, care se află pe linia VCC.
2. Testați ieșirea de la TPS562208 între pinii inferiori ai C2, C3 sau C4 și GND. Ar trebui să aveți în jur de 4,1V.
3. Testați ieșirea de la MCP1700, între pinul din dreapta sus al U6 și GND. Ar trebui să aveți 3,3V.
4. Solder ATMega328P; observați marcatorul pin 1 în colțul din stânga sus. Este necesară o anumită practică, dar nu prea dificilă.
5. Ardeți bootloader-ul pe ATMega328 - tutoriale pentru acest lucru în altă parte. Nu trebuie neapărat să utilizați anteturi pin pentru a vă conecta la MOSI, MISO, SCK și RST. Pentru câteva secunde care durează arderea încărcătorului de încărcare, puteți utiliza firele Dupont și puteți utiliza un pic de angulație pentru a obține un contact bun.
6. Atașați 5x antet pin feminin pentru DS3231.
7. Lipire SIM800L prin anteturi pin masculine
8. Solder BME280
9. Încărcați codul în Arduino IDE folosind un adaptor USB2TTL (selectați Arduino Uno / Genuino ca țintă).

Pasul 3: Cod Arduino

Consultați codul sursă Arduino în fișierul atașat.

Pasul 4: Test în lumea reală

Am forat două găuri mici pe partea dreaptă a carcasei chiar adânc în față. Le-am acoperit din interior cu plasturi Goretex pentru a permite schimbul de aer, dar pentru a exclude apa. Am adăugat o protecție suplimentară împotriva ploii cu acoperișuri mici din plastic. Apoi așez ansamblul complet în carcasă, cu componentele orientate în față și bateria orientată spre capac. Am adăugat un pic de grăsime de siliciu în carcasă pentru protecție suplimentară împotriva pătrunderii apei.

Unitatea este în prezent „instalată” lângă un râu mic. Iată fluxul de date live.