Kompakte weersensor met GPRS (SIM -kaart) datakoppel: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Opsomming van die projek

Dit is 'n battery-aangedrewe weersensor gebaseer op 'n BME280 temperatuur-/druk-/humiditeitsensor en 'n ATMega328P MCU. Dit werk op twee 3,6 V litium tionion AA -batterye. Dit het 'n baie lae slaapverbruik van 6 µA. Dit stuur data halfuur via GPRS (met behulp van 'n SIM800L GSM-module) na ThingSpeak, wat beheer word deur 'n DS3231-intydse klok. Geskatte diens op een stel batterye is> 6 maande.

Ek gebruik 'n ASDA pay-as-you-go-SIM-kaart, wat uiters goeie omstandighede bied vir die doel van hierdie projek, aangesien dit 'n baie lang vervaldatum vir krediet (180 dae) het en slegs 5p/MB datavolume hef.

Motivering: Ontwikkeling van 'n ekonomiese, selfstandige, outonome, battery-aangedrewe omgewingsensor wat in die natuur geplaas kan word om weer of ander data te verkry en via GSM/GPRS-netwerk na 'n IoT-bediener te stuur.

Fisiese afmetings: 109 x 55 x 39 mm (kastflense ingesluit). Gewig 133 g. IP -gradering 54 (geskat).

Materiaalkoste: ongeveer. £ 20 per eenheid.

Montagetyd: 2 uur per eenheid (hand soldeer)

Kragbron: Twee litiumtioniel AA-batterye, nie-herlaaibaar (3.6V, 2.6Ah).

Netwerkprotokol: GSM GPRS (2G)

Moontlike gebruike: enige afgeleë plek met GSM -seindekking. Bosse, vuurtorings, boeie, privaat seiljagte, woonwaens, kampeerplekke, berghutte, onbewoonde geboue

Betroubaarheidstoets: Een eenheid word sedert 30.8.2020 sonder toesig op lang termyn getoets. Afgesien van 'n sagteware -ongeluk, stuur dit elke 30 minute data betroubaar.

Stap 1: Vereiste onderdele

• Pasgemaakte PCB. Gerber -lêers hier gesip (dit lyk asof instructables.com die oplaai van zip -lêers blokkeer). Ek het jlcpcb.com sterk aanbeveel vir die produksie van PCB. Vir mense wat in die Verenigde Koninkryk woon, stuur ek u graag 'n ekstra PCB vir 'n minimale bydrae tot materiaal- en posgeld - stuur 'n boodskap aan my.
• ATMega328P-AU
• Gewysigde DS3231 intydse klok (sien paragraaf hieronder)
• BME280 Breakout board, soos hierdie
• SIM800L GSM GPRS -module
• Verskeie SMD -onderdele volgens die gedetailleerde lys.
• Hammond 1591, swart ABS -omhulsel, IP54, flens, 85 x 56 x 35 mm, van RS Components UK

Wysiging van DS3231

Die viervoudige weerstandsnetwerk wat in rooi omring is, moet ongesoldeer word. Ander meer vernietigende metodes is ook goed, maar vermy die oorbrugging van die pads aan die binnekant van 4 pads (na die kant van die MCU). Die ander 4 pads is in elk geval verbind deur PCB -spore. Hierdie wysiging is noodsaaklik om die SQW -pen te laat funksioneer as 'n alarm. Sonder om die weerstande te verwyder, werk dit eers as u 'n VCC-toevoer aan die module koppel, wat die doel van 'n baie lae-krag-RTC verslaan.

Stap 2: Skematiese beginsels

Die belangrikste prioriteite vir die ontwerp was:

• Batterybedryf met 'n lae slaapstroomverbruik
• Kompakte ontwerp

Kragtoevoer

Twee 3.6V Saft Lithium thionyl AA batterye. 'N P-kanaal MOSFET vir beskerming teen omgekeerde polariteit.

Daar is twee spanningsreguleerders in die stroombaan:

• 'N Texas Instruments TPS562208 2 Amp trap-af-reguleerder om die SIM800L op ongeveer 4,1V te voed. Dit kan van die ATMega verander word en word meestal in die afsluitmodus gesit via pin 5.
• 'N MCP1700 3.3V -reguleerder vir die ATMega en BME280. Dit is 'n uiters doeltreffende laagdruppelreguleerder met 'n stilstaande stroom van slegs ongeveer 1 µA. Aangesien dit slegs tot 6V -inset verdraagsaam is, het ek twee gelykrigter -diodes (D1, D2) in serie bygevoeg om die 7,2V -toevoer na 'n aanvaarbare vlak van ongeveer 6V te laat daal. Ek het vergeet om die gewone ontkoppelingskondensator van 10 µF op die printplaat by te voeg vir die kragtoevoer op die ATMega. Daarom het ek die gewone uitgangskondensator op die MCP1700 van 1 na 10 µF opgegradeer en dit werk goed.
• Monitoring van batteryspanning via ADC0 op die ATMega (via 'n spanningsverdeler)

Intydse klok

'N Gewysigde DS3231, wat die ATMega met 'n bepaalde interval laat wakker maak om 'n siklus van meting en data -oordrag te begin. Die DS3231 self het 'n CR2032 -litiumsel.

BME280

Ek het probeer om die oorspronklike Bosch BME280 -module alleen te gebruik, wat vanweë sy klein grootte byna onmoontlik is om te soldeer. Daarom gebruik ek die algemeen beskikbare uitbreekbord. Aangesien dit 'n onnodige spanningsreguleerder het wat energie verbruik, skakel ek dit aan met 'n N-kanaal MOSFET net voor metings.

SIM800L

Hierdie module is betroubaar, maar blykbaar redelik temperamenteel as die kragtoevoer nie rotsvast is nie. Ek het gevind dat 'n 4,1V voedingsspanning die beste werk. Ek het die PCB -spore vir VCC en GND gemaak na die SIM800L ekstra dik (20 mil).

Skematiese/PCB kommentaar

• Die netwerketiket "1" - aangedui as "SINGLEPIN" in die onderdelelys verwys eenvoudig na 'n manlike koppen.
• Die twee penne langs die skuifskakelaar moet met 'n trui oorbrug word vir normale werking, anders is die VCC -lyn hier oop. Hulle is bedoel vir huidige metings indien nodig.
• Die 100 µF kapasitor (C12) vir die SIM800L -module is nie nodig nie. Dit is bygevoeg as 'n voorsorgmaatreël (desperate) in geval van verwagte stabiliteitsprobleme

Aanbevole monteerstappe

1. Monteer alle komponente van die kragtoevoer in die onderste linker gedeelte van die printplaat. Die Aktiveer pen (pen 5) van die TPS562208 moet logies hoog wees om te toets, anders is die module in die afskakelingsmodus en het u 0V -uitset. Om die Enable -pen hoog vir toetsing te trek, kan 'n tydelike draad van pad 9 van die ATMega (wat op die printplaat met PIN 5 van die spanningsreguleerder bedraad is) aan 'n VCC -punt gekoppel word; die naaste punt is die onderste pen van R3, wat op die VCC -lyn lê.
2. Toets uitset vanaf die TPS562208 tussen die onderste penne van C2, C3 of C4 en GND. U moet ongeveer 4.1V hê.
3. Toetsuitset vanaf MCP1700, tussen pen bo regs van U6 en GND. Jy moet 3.3V hê.
4. Soldeer ATMega328P; let op die pen 1 -merker in die linker boonste hoek. Sommige oefeninge is nodig, maar nie te moeilik nie.
5. Brand bootloader op ATMega328 - tutoriale hiervoor elders. U hoef nie noodwendig speldopskrifte te gebruik om aan te sluit op MOSI, MISO, SCK en RST nie. Vir die paar sekondes wat dit neem om die selflaaiprogram te verbrand, kan u Dupont -drade gebruik en 'n bietjie hoek gebruik om 'n goeie kontak te verkry.
6. Heg 5x vroulike penkop vir die DS3231.
7. Soldeer SIM800L via manlike penkoppe
8. Soldeer BME280
9. Laai kode op in Arduino IDE met 'n USB2TTL -adapter (kies Arduino Uno/Genuino as teiken).

Stap 3: Arduino -kode

Sien die bronkode van Arduino in die aanhangsel van die lêer.

Stap 4: Toets in die werklike wêreld

Ek het twee klein gaatjies aan die regterkant van die kas geboor, net diep tot aan die voorkant. Ek het dit van binne af bedek met Goretex -pleisters om lugwisseling moontlik te maak, maar om water uit te sluit. Ek het ekstra reënbeskerming bygevoeg met klein plastiekdakke. Ek steek dan die hele eenheid in die omhulsel met die komponente vorentoe en die battery na die deksel. Ek gooi 'n bietjie silikonvet in die kas vir ekstra beskerming teen water.

Die eenheid word tans langs 'n klein rivier "geïnstalleer". Hier is die lewendige datavoer.