GPRS (SIM Kart) Veri Bağlantılı Kompakt Hava Sensörü: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Proje özeti

Bu, bir BME280 sıcaklık/basınç/nem sensörüne ve bir ATMega328P MCU'ya dayalı, pille çalışan bir hava sensörüdür. İki adet 3,6 V lityum tiyonil AA pil ile çalışır. 6 µA ultra düşük uyku tüketimine sahiptir. GPRS aracılığıyla (bir SIM800L GSM modülü kullanarak) yarım saatte bir DS3231 gerçek zamanlı saat tarafından kontrol edilen ThingSpeak'e veri gönderir. Bir pil setinde tahmini servis süresi >6 aydır.

Kredi için çok uzun bir son kullanma süresi (180 gün) olduğu ve yalnızca 5p/MB veri hacmi ücretlendirdiği için bu projenin amaçları için son derece iyi koşullar sunan bir ASDA kullandıkça öde SIM kartı kullanıyorum.

Motivasyon: Hava durumu veya diğer verileri almak ve GSM/GPRS ağı aracılığıyla bir IoT sunucusuna iletmek için doğaya yerleştirilebilen ekonomik, bakım gerektirmeyen, otonom, pille çalışan bir çevresel sensörün geliştirilmesi.

Fiziksel boyutlar: 109 x 55 x 39 mm (kasa flanşları dahil). Ağırlık 133 gr. IP derecesi 54 (tahmini).

Malzeme maliyeti: Yaklaşık. Birim başına £20.

Montaj süresi: Birim başına 2 saat (el lehimleme)

Güç kaynağı: İki Lityum tiyonil AA pil, şarj edilemez (3,6V, 2,6Ah).

Ağ protokolü: GSM GPRS (2G)

Potansiyel kullanımlar: GSM sinyal kapsamına sahip herhangi bir uzak konum. Ormanlar, deniz fenerleri, şamandıralar, özel yatlar, karavanlar, kamp alanları, dağ sığınakları, ıssız binalar

Güvenilirlik testi: Bir ünite, 30.8.20'den beri gözetimsiz olarak uzun süreli testlerden geçmektedir. Bir yazılım çökmesi dışında her 30 dakikada bir güvenilir bir şekilde veri gönderiyor.

Adım 1: Gerekli Parçalar

• Özel yapım PCB. Burada sıkıştırılmış Gerber dosyaları (instructables.com, ZIP dosyası yüklemelerini engelliyor gibi görünüyor). PCB üretimi için jlcpcb.com'u şiddetle tavsiye ettim. Birleşik Krallık'ta yaşayan insanlar için, malzeme ve posta maliyetine minimum katkı için size yedek bir PCB göndermekten mutluluk duyarım - bana mesaj atın.
• ATMega328P-AU
• Değiştirilmiş DS3231 Gerçek Zamanlı Saat (aşağıdaki paragrafa bakın)
• BME280 Breakout kartı, bunun gibi
• SIM800L GSM GPRS Modülü
• Ayrıntılı listeye göre çeşitli SMD parçaları.
• Hammond 1591, Siyah ABS Muhafaza, IP54, Flanşlı, 85 x 56 x 35mm, RS Components UK'den

DS3231'in modifikasyonu

Kırmızı daire içine alınmış dörtlü direnç ağının lehimlenmemiş olması gerekir. Diğer daha yıkıcı yöntemler de uygundur, ancak 4 pedin iç sırasındaki (MCU'nun yanına doğru) pedlerin köprülenmesini önleyin. Diğer 4 ped yine de PCB izleri ile bağlanır. Bu değişiklik, SQW pininin alarm işlevi görmesine izin vermek için gereklidir. Dirençleri çıkarmadan, modüle çok düşük güçlü bir RTC'ye sahip olma amacını ortadan kaldıran bir VCC kaynağı bağlayana kadar çalışmayacaktır.

Adım 2: Şematik İlkeler

Tasarım için en önemli öncelikler şunlardı:

• Düşük uyku akımı tüketimi ile pil çalışması
• Kompakt tasarım

Güç kaynağı

İki adet 3.6V Saft Lityum tiyonil AA pil. Ters polarite koruması için bir P-kanalı MOSFET.

Devrede iki voltaj regülatörü vardır:

• SIM800L'yi yaklaşık 4.1V'de çalıştırmak için bir Texas Instruments TPS562208 2 Amp'lik düşürme regülatörü. Bu, ATMega'dan değiştirilebilir ve çoğu zaman Enable pin 5 aracılığıyla kapatma moduna alınır.
• ATMega ve BME280 için bir MCP1700 3.3V regülatör. Bu, yalnızca 1 µA civarında hareketsiz akıma sahip son derece verimli bir düşük düşüşlü regülatördür. Sadece 6V girişe kadar toleranslı olduğundan, 7.2V beslemesini 6V civarında kabul edilebilir bir seviyeye düşürmek için seri olarak iki doğrultucu diyot (D1, D2) ekledim. ATMega'daki güç kaynağı için PCB'ye normal 10 µF ayırma kapasitörünü eklemeyi unuttum. Bu nedenle, MCP1700'deki normal çıkış kapasitörünü 1'den 10 µF'ye yükselttim ve gayet iyi çalışıyor.
• ATMega'da ADC0 üzerinden akü voltajı izleme (bir voltaj bölücü aracılığıyla)

Gerçek zamanlı saat

Bir ölçüm ve veri iletimi döngüsü başlatmak için ATMega'yı belirli aralıklarla uyandıran değiştirilmiş bir DS3231. DS3231'in kendisi bir CR2032 lityum pil ile çalışır.

BME280

Küçük boyutu nedeniyle lehimlenmesi neredeyse imkansız olan orijinal Bosch BME280 modülünü tek başına kullanmayı denedim. Bu nedenle, yaygın olarak bulunan koparma panosunu kullanıyorum. Bunun enerji tüketen gereksiz bir voltaj regülatörü olduğundan, ölçümlerden hemen önce N-kanallı bir MOSFET ile çalıştırıyorum.

SIM800L

Bu modül güvenilirdir, ancak güç kaynağı kaya gibi sağlam değilse oldukça ılımlı görünüyor. 4.1V besleme voltajının en iyi sonucu verdiğini buldum. VCC ve GND için PCB izlerini SIM800L'ye ekstra kalın (20 mil) yaptım.

Şematik/PCB yorumları

• Parça listesinde "SINGLEPIN" olarak listelenen ağ etiketi "1", yalnızca bir erkek başlık pinine atıfta bulunur.
• Normal çalışma için sürgülü anahtarın yanındaki iki pimin bir jumper ile köprülenmesi gerekir, aksi takdirde VCC hattı burada açıktır. Gerekirse akım ölçümleri için tasarlanmıştır.
• SIM800L modülü için 100 µF kapasitör (C12) gerekli değildir. Beklenen stabilite sorunları durumunda ihtiyati (umutsuz) bir önlem olarak eklendi.

Önerilen montaj adımları

1. Tüm güç kaynağı bileşenlerini PCB'nin sol alt kısmında birleştirin. TPS562208'in Enable pini (pin 5) test için mantıksal yüksekte olmalıdır, aksi takdirde modül kapatma modundadır ve 0V çıkışınız olacaktır. Test için Etkinleştirme pimini yukarı çekmek için ATMega'nın 9 numaralı pedinden (PCB'de voltaj regülatörünün PIN 5'ine bağlı olan) geçici bir kablo bir VCC noktasına bağlanabilir; en yakın nokta, VCC hattında bulunan R3'ün alt pimine olacaktır.
2. TPS562208'den C2, C3 veya C4 ve GND'nin alt pinleri arasında test çıktısı. 4.1V civarında olmalıdır.
3. U6 ve GND'nin sağ üst pimi arasında MCP1700'den test çıkışı. 3.3V'a sahip olmalısınız.
4. Lehim ATMega328P; sol üst köşedeki pin 1 işaretini gözlemleyin. Biraz pratik gerekli, ancak çok zor değil.
5. Bootloader'ı ATMega328'e yazın - bunun için başka bir yerde öğreticiler. MOSI, MISO, SCK ve RST'ye bağlanmak için pin başlıklarını kullanmanız gerekmez. Önyükleyiciyi yakmak için geçen birkaç saniye boyunca, iyi bir temas elde etmek için Dupont kablolarını kullanabilir ve biraz açı kullanabilirsiniz.
6. DS3231 için 5x dişi pin başlığı takın.
7. Erkek pin başlıkları ile SIM800L lehimleyin
8. Lehim BME280
9. Bir USB2TTL adaptörü kullanarak Arduino IDE'ye kod yükleyin (hedef olarak Arduino Uno/Genuino'yu seçin).

Adım 3: Arduino Kodu

Dosya ekindeki Arduino kaynak koduna bakın.

4. Adım: Gerçek Dünya Testi

Kasanın sağ tarafında ön tarafa kadar iki küçük delik açtım. Hava değişimine izin vermek, ancak suyu hariç tutmak için onları içeriden Goretex yamaları ile kapladım. Küçük plastik çatılarla ek yağmur koruması ekledim. Daha sonra tüm aksamı, bileşenler öne ve pil kapağa bakacak şekilde kasaya yerleştiriyorum. Ek su giriş koruması için kasaya biraz silikon gres ekliyorum.

Ünite şu anda küçük bir nehrin yanında "kuruludur". İşte canlı veri akışı.