Kompakt værsensor med GPRS (SIM -kort) datalink: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

prosjektoppsummering

Dette er en batteridrevet værsensor basert på en BME280 temperatur-/trykk-/fuktighetssensor og en ATMega328P MCU. Den går på to 3,6 V litiumtionyl AA -batterier. Den har et ekstremt lavt søvnforbruk på 6 µA. Den sender data halvtime via GPRS (ved hjelp av en SIM800L GSM-modul) til ThingSpeak, kontrollert av en DS3231 sanntidsklokke. Anslått service på ett batterisett er> 6 måneder.

Jeg bruker et ASDA pay-as-you-go-SIM-kort, som gir ekstremt gode forhold for dette prosjektet, ettersom det har en veldig lang utløpstid for kreditt (180 dager) og bare belaster 5p/MB datavolum.

Motivasjon: Utvikling av en økonomisk, autonom, autonom, batteridrevet miljøsensor som ikke kan vedlikeholdes som kan plasseres i naturen for å hente vær eller andre data og overføre via GSM/GPRS-nettverk til en IoT-server.

Fysiske dimensjoner: 109 x 55 x 39 mm (inkl. Flens). Vekt 133 g. IP -klassifisering 54 (estimert).

Materialkostnad: Ca. £ 20 per enhet.

Monteringstid: 2 timer per enhet (håndlodding)

Strømkilde: To litiumtionyl AA-batterier, ikke-oppladbare (3,6V, 2,6Ah).

Nettverksprotokoll: GSM GPRS (2G)

Potensiell bruk: Enhver ekstern plassering med GSM -signaldekning. Skoger, fyr, bøyer, private yachter, campingvogner, campingplasser, fjellhytter, ubebygde bygninger

Pålitelighetstest: En enhet har gjennomgått langtidstesting uten tilsyn siden 30.8.20. Bortsett fra en programvarekrasj, har den sendt data pålitelig hvert 30. minutt.

Trinn 1: Nødvendige deler

• Skreddersydde PCB. Zipper Gerber -filer her (instructables.com ser ut til å blokkere opplasting av ZIP -filer). Jeg anbefaler jlcpcb.com sterkt for produksjon av PCB. For folk som bor i Storbritannia, sender jeg deg en ekstra PCB for et minimalt bidrag til material- og portokostnader - send meg en melding.
• ATMega328P-AU
• Endret DS3231 sanntidsklokke (se avsnitt nedenfor)
• BME280 Breakout board, som dette
• SIM800L GSM GPRS -modul
• Ulike SMD -deler i henhold til detaljert liste.
• Hammond 1591, svart ABS -kabinett, IP54, flens, 85 x 56 x 35 mm, fra RS Components UK

Endring av DS3231

Firemanns motstandsnettverket som er sirklet med rødt, må loddes. Andre mer destruktive metoder er også OK, men unngå å bygge bro mellom putene på den innvendige raden med 4 pads (mot siden av MCU). De fire andre putene er uansett tilkoblet med PCB -spor. Denne endringen er avgjørende for at SQW -pinnen skal fungere som en alarm. Uten å fjerne motstandene, vil det ikke fungere før du kobler en VCC-forsyning til modulen, som beseirer formålet med å ha en svært lav effekt RTC.

Trinn 2: Skjematiske prinsipper

De viktigste prioriteringene for designet var:

• Batteridrift med lavt søvnstrømforbruk
• Kompakt design

Strømforsyning

To 3,6V Saft Lithium thionyl AA batterier. En P-kanal MOSFET for beskyttelse mot omvendt polaritet.

Det er to spenningsregulatorer i kretsen:

• En Texas Instruments TPS562208 2 Amp nedtrappingsregulator for å drive SIM800L på rundt 4,1V. Dette kan byttes fra ATMega og settes i avstengningsmodus det meste av tiden via Aktiver pin 5.
• En MCP1700 3.3V regulator for ATMega og BME280. Dette er en ekstremt effektiv lavdroppsregulator med en hvilestrøm på bare rundt 1 µA. Siden det bare er tolerant opptil 6V inngang, la jeg til to likeretterdioder (D1, D2) i serie for å slippe 7,2V -forsyningen til et akseptabelt nivå rundt 6V. Jeg glemte å legge til den vanlige 10 µF frakoblingskondensatoren på kretskortet for strømforsyningen på ATMega. Derfor har jeg oppgradert den vanlige utgangskondensatoren på MCP1700 fra 1 til 10 µF, og den fungerer fint.
• Batterispenningsovervåking via ADC0 på ATMega (gjennom en spenningsdeler)

Sanntidsklokke

En modifisert DS3231, som vekker ATMega med bestemte intervaller for å starte en syklus med måling og dataoverføring. Selve DS3231 er drevet av en CR2032 litiumcelle.

BME280

Jeg har prøvd å bruke den originale Bosch BME280 -modulen alene, som er nesten umulig å lodde på grunn av den lille størrelsen. Derfor bruker jeg det allment tilgjengelige breakout -brettet. Siden denne har en unødvendig spenningsregulator, som bruker energi, slår jeg den på med en N-kanal MOSFET like før målinger.

SIM800L

Denne modulen er pålitelig, men synes å være ganske temperamentsfull hvis strømforsyningen ikke er bunnsolid. Jeg fant ut at en 4,1V forsyningsspenning fungerer best. Jeg har laget PCB -sporene for VCC og GND til SIM800L ekstra tykk (20 mil).

Skjematiske/PCB -kommentarer

• Nettverksetiketten "1" - oppført som "SINGLEPIN" i delelisten refererer ganske enkelt til en mannlig topptekst.
• De to pinnene ved siden av glidebryteren må bygge bro med en jumper for normal drift, ellers er VCC -linjen åpen her. De er beregnet for gjeldende målinger om nødvendig.
• 100 µF kondensator (C12) for SIM800L -modulen er ikke nødvendig. Det ble lagt til som et forebyggende (desperat) tiltak i tilfelle forventede stabilitetsproblemer

Anbefalte monteringstrinn

1. Monter alle strømforsyningskomponenter i nedre venstre del av kretskortet. Enable pin (pin 5) på TPS562208 må være på logisk høy for testing, ellers er modulen i avstengningsmodus og du vil ha 0V utgang. For å trekke Aktiver -pinnen høyt for testing, kan en midlertidig ledning fra pute 9 på ATMega (som på PCB er koblet til PIN 5 på spenningsregulatoren) kobles til et VCC -punkt; det nærmeste punktet ville være den nedre tappen på R3, som ligger på VCC -linjen.
2. Test utgang fra TPS562208 mellom bunnpinnene på enten C2, C3 eller C4 og GND. Du bør ha rundt 4.1V.
3. Testutgang fra MCP1700, mellom øvre høyre pinne på U6 og GND. Du bør ha 3,3V.
4. Lodding ATMega328P; observer pinne 1 -markøren øverst i venstre hjørne. Noe øvelse kreves, men ikke for vanskelig.
5. Brenn bootloader på ATMega328 - opplæringsprogrammer for dette andre steder. Du trenger ikke nødvendigvis å bruke pinnehoder for å koble til MOSI, MISO, SCK og RST. I de få sekundene det tar å brenne bootloaderen, kan du bruke Dupont -ledninger og bruke litt vinkling for å oppnå en god kontakt.
6. Fest 5x hunnpinneoverskrift for DS3231.
7. Lodd SIM800L via mannlige pinhoder
8. Lodding BME280
9. Last opp kode i Arduino IDE ved hjelp av en USB2TTL -adapter (velg Arduino Uno/Genuino som mål).

Trinn 3: Arduino -kode

Se Arduino kildekoden i filvedlegget.

Trinn 4: Test i den virkelige verden

Jeg boret to små hull på høyre side av saken like dypt til forsiden. Jeg dekket dem fra innsiden med Goretex -lapper for å tillate luftutveksling, men utelukke vann. Jeg la til litt ekstra regnbeskyttelse med lite plasttak. Jeg plasserer deretter hele enheten i saken med komponentene vendt fremover og batteriet vendt mot lokket. Jeg legger litt silisiumfett i saken for ekstra vanninntrengningsbeskyttelse.

Enheten er for tiden "installert" ved siden av en liten elv. Her er live datafeed.