Pille Çalışan IOT: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Pille çalışan IOT projeniz aralıklı olarak çalışıyorsa, bu devre boştayken yalnızca 250nA (yani 0.00000025 amper!) kullanır. Normalde çoğu pil gücü etkinlik arasında boşa harcanır. Örneğin, her 10 dakikada bir 30 saniye çalışan bir proje, pil kapasitesinin %95'ini boşa harcar!

Çoğu mikro denetleyicinin düşük güç bekleme modu vardır, ancak işlemciyi canlı tutmak için yine de güce ihtiyaçları vardır, ayrıca herhangi bir çevre birimi güç tüketecektir. Bekleme akımını 20-30mA'nın altına almak çok çaba gerektirir. Bu proje arı kovanlarındaki sıcaklık ve nemi raporlamak için geliştirilmiştir. Uzak konum nedeniyle pil gücü ve hücre kalkanı tek seçenek nerede verileri raporlamak için.

Bu devre herhangi bir kontrolör ve 12, 5 veya 3V güç ile çalışacaktır. Çoğu elektronik mağaza, yalnızca birkaç dolara mal olan bileşenlere sahip olacaktır.

Gereçler

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

Diyotlar: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Saat: PCF8563 veya mikrodenetleyici için eşdeğer

Röle: 12V besleme için EC2-12TNU

5V için EC2-5TNU

3V için EC2-3TNU

Güç: OKI-78SR-5/1.5-W36-C 12V - 5V Dönüştürücü veya mikrodenetleyicinin gerektirdiği şekilde

Anahtar: Sıfırlama için anlık basın, test için SPDT

Adım 1: Devre Nasıl Çalışır?

Devre oldukça basittir:

- Pille çalışan bir alarm çalar ve bir anahtar atar

- Güç, pilden başlayan ve işini yapan denetleyiciye akar

-Denetleyici alarmı sıfırlar

- Ardından anahtarı kapatmak için atar.

2. Adım: Saat

Çoğu gerçek zamanlı saat, denetleyicinizle uyumlu olmaları ve alarmın ne zaman çalacağını söyleyen bir kesme (Int) satırına sahip olmaları koşuluyla çalışmalıdır.

Belirli denetleyiciye ve saate bağlı olarak bir yazılım kitaplığı yüklemeniz gerekecektir.

LÜTFEN Kontrolörünüzü ve saatinizi bir prototip panosuna kurun ve saati, bir sonraki kesintinin ne zaman gerçekleşeceğini ve alarm kapandıktan sonra bir kesintinin nasıl temizleneceğini ayarlamak için programlayabildiğinizden emin olun. Son kartı oluşturmadan önce bunu çalıştırmak çok daha kolay. Programlama notları için son adıma bakın.

Adım 3: Anahtar

Anahtar için 2 bobinli bir kilitleme rölesi kullanıyoruz.

Ayarlanan bobinden akım geçirmek röleyi açar. Akımın yalnızca yaklaşık 12 ms boyunca akması gerekir ve ardından röle açık bırakılarak kapatılabilir.

Röleyi kapatmak için sıfırlama bobinine benzer bir darbe uygulayın.

Röleyi kapalı tutmak için pil gücü kullanmamak için kilitleme rölesi istiyoruz. Ayrıca röleyi bu devreden "açıyoruz" ve bittiğinde kontrolörden "kapatıyoruz".

Proje 12V SLA pil için yapılmıştır. Bunlar ucuzdur (zaten sahip olduğum için sıfır!) ve Kanada kışında küçük bir güneş enerjisi şarj cihazıyla iyi iş çıkarır.

Devre, bir çift AA pil kullanılarak 3V röle ile kurulabilir. Röle, 2A'yı şebeke voltajında tutacağından, şebekeden beslenen ekipman için küçük bir duvar güç ünitesini (veya ikinci bir daha büyük kapasiteli röleyi) değiştirebilir. Sadece 12V üzerindeki her şeyin uygun şekilde topraklanmış bir kutuda olduğundan ve iyi yalıtılmış olduğundan emin olun.

Adım 4: 2N7000 MOSFET

Bu devre, anahtar olarak kullanılan 3 adet 2N7000 geliştirilmiş mod N kanallı MOSFET'leri (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistör) kullanır.

Sadece birkaç dolara mal olan bunlar oldukça dikkat çekici cihazlar. Geçit voltajları yaklaşık 2V'u aştığında, Akım Tahliye (+) ve kaynak (-) arasında akar. "Açık" olduğunda, Kaynak Tahliye direnci bir ohm kadardır. Birçok megohm kapalıyken. Bunlar kapasitif cihazlardır, bu nedenle kapı akımı cihazı "şarj etmek" için yeterlidir.

Geçit voltajı düşük olduğunda geçidin boşalmasını sağlamak için Geçit ve Kaynak arasında bir direnç gereklidir, aksi takdirde cihaz kapanmaz.

Adım 5: Devre

Saatten (INT) gelen kesme hattı normalde yüzer ve alarm çaldığında (saatin içinde) toprağa bağlanır. 1M direnç, alarmı beklerken bu hattı yükseğe çeker.

Alarm çaldığında röleyi açmak için aktif bir yükseğe ihtiyacımız olduğundan U1, bir invertör görevi görür. Saat çıkışının tersi. Bu, U1'in her zaman bekleme modunda olduğu ve pili sürekli boşalttığı anlamına gelir. Neyse ki, bu akımı sınırlamak için çok büyük bir direnç R1 kullanabiliriz. Simülasyonlar bunun birkaç Gohm'a kadar çıkabileceğini gösterdi! Yerel mağazamda yalnızca 10M direnç vardı, bu yüzden seri olarak 5 kullandım. 250na kitabımda yeterince düşük.

U2, rölenin ayarlanmış bobinine güç sağlamak için basit bir anahtardır.

Röle bobinlerine giden güç kapatıldığında devreyi korumak için 2 diyot gereklidir. Manyetik alan çökecek ve bir şeye zarar verebilecek bir akım yükselmesine neden olacaktır.

Aküden gelen ham 12V, bir voltaj bölücü R6 ve R7'ye alınır. Merkez nokta, kontrolörün analog pinlerinden birine gider, böylece akü voltajı izlenebilir ve raporlanabilir.

U4, kontrolör için 5V üretmek için oldukça verimli bir DC'den DC'ye dönüştürücüdür.

Kontrolör bittiğinde, röleyi kapatan U3'ü açan Poff çizgisini yükseltir. Direnç R4, U3 kapısı için bir toprak yolu sağlar. MOSFET kapasitif bir cihazdır ve R4, anahtarın kapanabilmesi için yükün toprağa akmasına izin verir.

Test anahtarı, gücü mikro denetleyiciden ve bir LED'e yönlendirir. Bu, bu devreyi test etmek için kullanışlıdır, ancak denetleyici, kodu programlamak ve test etmek için bir bilgisayara bağlı olduğunda çok önemlidir. Üzgünüm, ama 2 kaynaktan gelen güçle test etmedim!

Sıfırlama düğmesi sonradan gerekli bir düşünceydi. Onsuz, sistem ilk açıldığında alarmı kurmanın bir yolu yoktur!!!

Adım 6: Devre Simülasyonu

Soldaki simülasyon, sistem boştayken değerleri gösterir. Sağda, alarmın aktif olduğu ve kesme hattının aşağıya çekildiği bir simülasyon var.

Gerçek voltajlar simülasyonla oldukça iyi anlaştılar, ancak gerçek akım çekişini doğrulamanın hiçbir yolu yok.

Adım 7: Yapım ve Programlama

Devre, devre şemasını kabaca takip etmek için dar bir şerit halinde inşa edilmiştir. Karmaşık bir şey yok.

Program başlar başlamaz alarmı sıfırlamalıdır. Bu, rölenin ayarlanan bobininden akım akışını durduracaktır. Program kendi işini yapabilir ve tamamlandığında alarmı kurar ve Poff'u yüksek konuma getirerek her şeyi kapatır.

Belirli denetleyiciye ve saate bağlı olarak bir yazılım kitaplığı yüklemeniz gerekecektir. Bu kitaplık örnek kod içerecektir.

Devreyi bağlamadan önce arayüz ve saatin programlanması bir prototip kartında test edilmelidir. Arduino ve H2-8563 için saat SCL, A5'e ve SDA'dan A4'e gider. Kesinti, devrede gösterilen INT'ye gider.

Arduino için test kodu şöyle bir şey içerecektir:

#Dahil etmek

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock();

//başlamak için tarih ve saati ayarlayın. Yalnızca saat veya dakika alarmları istiyorsanız gerekli değildir. rtc.setDate(gün, hafta içi, ay, yüzyıl, yıl); rtc.setTime(saat, dakika, saniye);

//Alarm kurmak

rtc.setAlarm(mm, hh, 99, 99); // Min, saat, gün, hafta içi, 99 = yoksay

//Alarmı temizle rtc.clearAlarm(); }