Batteridrevet IOT: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Hvis det batteridrevne IOT -prosjektet ditt fungerer periodisk bruker denne kretsen bare 250nA (det er 0.00000025 ampere!) Når den er inaktiv. Normalt er mest batteristrøm bortkastet mellom aktivitetene. For eksempel kaster et prosjekt som opererer 30 sekunder hvert 10. minutt 95% av batterikapasiteten!

De fleste mikrokontrollere har en standby -modus med lav effekt, men de trenger fortsatt strøm for å holde prosessoren i live, og alle eksterne enheter vil bruke strøm. Det krever mye innsats for å få standby-strøm under 20-30mA. Dette prosjektet ble utviklet for å rapportere temperatur og fuktighet i bikuber. På grunn av den eksterne plasseringen batteristrøm og et celleskjold for rapportering av data der det eneste valget.

Denne kretsen fungerer med hvilken som helst kontroller og 12, 5 eller 3V strøm. De fleste elektroniske butikker vil ha komponentene som bare koster noen få dollar.

Rekvisita

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

Dioder: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Klokke: PCF8563 eller tilsvarende for mikrokontroller

Relé: EC2-12TNU for 12V forsyning

EC2-5TNU for 5V

EC2-3TNU for 3V

Strøm: OKI-78SR-5/1.5-W36-C 12V til 5V omformer eller etter behov fra mikrokontroller

Bryter: Trykk kort for tilbakestilling, SPDT for test

Trinn 1: Slik fungerer kretsen

Kretsen er ganske enkel:

- En batteridrevet alarm går av og kaster en bryter

- Strøm strømmer fra batteriet til kontrolleren som starter og gjør sitt

-Kontrolleren tilbakestiller alarmen

- Slå deretter bryteren for å slå av.

Trinn 2: Klokken

De fleste sanntidsklokker bør fungere forutsatt at de er kompatible med kontrolleren din og har en interrupt -linje (Int) som forteller når alarmen går.

Avhengig av den aktuelle kontrolleren og klokken må du installere et programvarebibliotek.

Vennligst sett opp kontrolleren og klokken på et prototypekort og sørg for at du kan programmere den til å angi tidspunktet, når neste avbrudd skal skje og hvordan du kan fjerne et avbrudd etter at alarmen har gått. Det er mye lettere å få dette til å fungere nå før du bygger det siste brettet. Se siste trinn for programmeringsnotater.

Trinn 3: Bryteren

For bryteren bruker vi et låserelé med 2 spoler.

Å sette en strøm gjennom den innstilte spolen slår på reléet. Strømmen trenger bare å flyte i omtrent 12 ms og kan deretter slås av og la reléet være på.

Sett en lignende puls gjennom tilbakestillingsspolen for å slå av reléet.

Vi ønsker et låserelé, så vi ikke bruker batteristrøm for å holde reléet lukket. Vi slår også på reléet "på" fra denne kretsen og slår den av fra kontrolleren når den er ferdig.

Prosjektet ble bygget for et 12V SLA -batteri. Disse er billige (null som jeg allerede hadde en!) Og vil gjøre det bra i den kanadiske vinteren med en liten solcellelader.

Kretsen kan bygges med et 3V relé ved hjelp av et par AA -batterier. Siden reléet vil håndtere 2A ved nettspenning, kan det bytte en liten veggstrømmenhet (eller et andre relé med større kapasitet) for nettdrevet utstyr. Bare vær sikker på at alt over 12V er i en skikkelig jordet boks og godt isolert.

Trinn 4: 2N7000 MOSFET

Denne kretsen bruker 3 2N7000 forbedret modus N -kanal MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) som brukes som brytere.

Koster bare et par dollar, dette er ganske bemerkelsesverdige enheter. Strøm flyter mellom avløp (+) og kilde (-) når portspenninger overstiger omtrent 2V. Når "på" er Source-Drain-motstanden en ohm eller så. Når av mange megohm. Dette er kapasitive enheter, så portstrømmen er akkurat nok til å "lade" enheten.

En motstand er nødvendig mellom gate og kilde for å tillate porten å lades ut når gate -spenningen er lav, ellers vil enheten ikke slå seg av.

Trinn 5: Kretsen

Avbruddslinjen fra klokken (INT) flyter normalt og er koblet (inne i klokken) til bakken når alarmen går. 1M -motstanden trekker denne linjen høyt når du venter på alarmen.

U1 fungerer som inverter da vi trenger en aktiv høy for å slå på reléet når alarmen går. Det motsatte av klokkeutgangen. Dette betyr at U1 alltid er ledende i ventemodus og reduserer batteriet konstant. Heldigvis kan vi bruke en veldig stor motstand R1 for å begrense denne strømmen. Simuleringer viste at dette kan være opptil flere Gohms! Min lokale butikk hadde bare 10M motstander, så jeg brukte 5 i serie. 250na er lav nok i boken min.

U2 er en enkel bryter for å drive reléets settspole.

De 2 dioder er nødvendige for å beskytte kretsen når strømmen til reléspolene er slått av. Magnetfeltet vil kollapse og forårsake en gjeldende pigg som kan skade noe.

Den rå 12V fra batteriet blir ført til en spenningsdeler R6 og R7. Senterpunktet går til en av kontrollerens analoge pinner, slik at batterispenningen kan overvåkes og rapporteres.

U4 er en svært effektiv DC til DC -omformer for å produsere 5V for kontrolleren.

Når kontrolleren er ferdig, hever den Poff -linjen høyt som slår på U3 som slår av reléet. Motstanden R4 gir en bakkebane for porten til U3. MOSFET er en kapasitiv enhet og R4 lar ladningen strømme til bakken slik at bryteren kan slå seg av.

Testbryteren leder strømmen bort fra mikrokontrolleren og til en LED. Dette er nyttig for å teste denne kretsen, men avgjørende når kontrolleren er koblet til en datamaskin for programmering og testing av koden. Beklager, men jeg testet ikke med strøm fra 2 kilder!

Tilbakestillingsknappen var en nødvendig ettertanke. Uten det er det ingen måte å stille alarmen første gang systemet slås på !!!

Trinn 6: Kretssimulering

Simuleringen til venstre viser verdier mens systemet er inaktiv. Til høyre er en simulering når alarmen er aktiv og avbruddslinjen trekkes lavt.

Faktiske spenninger stemte rimelig godt overens med simuleringen, men jeg har ingen måte å bekrefte den faktiske strømtrekking.

Trinn 7: Konstruksjon og programmering

Kretsen ble bygget i en smal stripe for omtrent å følge kretsdiagrammet. Ingenting komplisert.

Så snart programmet starter, bør det nullstille alarmen. Dette vil stoppe strømmen gjennom den innstilte spolen på reléet. Programmet kan gjøre sitt og ved fullføring sette alarmen og slå av alt ved å slå Poff høyt.

Avhengig av den spesifikke kontrolleren og klokken må du installere et programvarebibliotek. Dette biblioteket inneholder prøvekode.

Grensesnittet og programmering av klokken bør testes på et prototypekort før du kobler kretsen. For Arduino og H2-8563-klokken går SCL til A5 og SDA til A4. Avbrudd går til INT vist i kretsen.

For Arduino vil testkoden inneholde noe som:

#inkludere

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// angi dato og klokkeslett for å komme i gang. Ikke nødvendig hvis du bare vil ha alarmer på timen eller minuttet. rtc.setDate (dag, ukedag, måned, århundre, år); rtc.setTime (t, min, sek);

// Still alarm

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, time, dag, ukedag, 99 = ignorere

// Slett alarm rtc.clearAlarm (); }