Compact Weather Sensor Sa Link ng Data ng GPRS (SIM Card): 4 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Buod ng proyekto

Ito ay isang sensor ng lagay ng panahon na pinapatakbo ng baterya batay sa isang temperatura / presyon / temperatura ng temperatura ng BME280 at isang ATMega328P MCU. Ito ay tumatakbo sa dalawang 3.6 V lithium thionyl AA na baterya. Mayroon itong isang ultra-mababang pag-inom ng pagtulog ng 6 µA. Nagpapadala ito ng data kalahating oras sa pamamagitan ng GPRS (gamit ang isang module na SIM800L GSM) sa ThingSpeak, kinokontrol ng isang DS3231 realtime na orasan. Ang tinatayang serbisyo sa isang hanay ng baterya ay> 6 na buwan.

Gumagamit ako ng isang ASDA pay-as-you-go SIM card, na nag-aalok ng napakahusay na kundisyon para sa mga layunin ng proyektong ito, dahil mayroon itong napakahabang oras ng pag-expire para sa kredito (180 araw) at singilin lamang ang dami ng data ng 5p / MB.

Pagganyak: Pag-unlad ng isang pangkabuhayan, zero-maintenance, autonomous, pinapatakbo ng baterya na sensor ng kapaligiran na maaaring mailagay sa ligaw upang makakuha ng panahon o iba pang data at ipadala sa pamamagitan ng GSM / GPRS network sa isang IoT server.

Mga sukat ng pisikal: 109 x 55 x 39 mm (kasama ang mga case flanges). Timbang 133 g. Rating ng IP 54 (tinatayang).

Gastos sa materyal: Tinatayang £ 20 bawat yunit.

Oras ng pagpupulong: 2 oras bawat yunit (paghihinang ng kamay)

Pinagmulan ng kuryente: Dalawang baterya ng Lithium thionyl AA, hindi ma-rechargeable (3.6V, 2.6Ah).

Network protocol: GSM GPRS (2G)

Mga potensyal na paggamit: Anumang malayong lokasyon na may saklaw ng signal ng GSM. Mga kagubatan, parola, buoy, pribadong yate, caravans, site ng kamping, mga bahay kanlungan ng bundok, mga gusaling walang tao

Pagsusulit sa pagiging maaasahan: Ang isang yunit ay sumasailalim sa pangmatagalang pagsubok na hindi naalagaan mula noong 30.8.20. Bukod sa isang pag-crash ng software, mapagkakatiwalaang nagpapadala ng data tuwing 30 minuto.

Hakbang 1: Mga Kinakailangan na Bahagi

• Pasadyang ginawang PCB. Ang mga naka-zip na file na Gerber dito (tila hinaharangan ng instrables.com ang mga pag-upload ng ZIP file). Masidhing inirekomenda ko ang jlcpcb.com para sa paggawa ng PCB. Para sa mga taong naninirahan sa UK, masaya akong magpadala sa iyo ng ekstrang PCB para sa isang maliit na kontribusyon sa materyal at gastos sa selyo - mensahe sa akin.
• ATMega328P-AU
• Binago ang DS3231 Realtime Clock (tingnan ang talata sa ibaba)
• BME280 Breakout board, tulad ng isang ito
• Module ng SIM800L GSM GPRS
• Iba't ibang mga bahagi ng SMD ayon sa detalyadong listahan.
• Hammond 1591, Black ABS Enclosure, IP54, Flanged, 85 x 56 x 35mm, mula sa RS Components UK

Pagbabago ng DS3231

Ang network ng quadruple resistor na bilugan sa pula ay kailangang ma-unsold. Ang iba pang mga mas mapanirang pamamaraan ay OK din, ngunit iwasan ang tulay ng mga pad sa panloob na hilera ng 4 pad (patungo sa gilid ng MCU). Ang iba pang 4 na pad ay konektado pa rin sa pamamagitan ng mga bakas ng PCB. Mahalaga ang pagbabago na ito upang payagan ang SQW pin na gumana bilang isang alarma. Nang hindi tinatanggal ang mga resistors, hindi ito gagana hanggang sa kumonekta mo ang isang supply ng VCC sa module, na tinalo ang layunin ng pagkakaroon ng isang napaka-mababang lakas na RTC.

Hakbang 2: Mga Prinsipyo sa Skema

Ang mga nangungunang priyoridad para sa disenyo ay:

• Pagpapatakbo ng baterya na may mababang pagtulog kasalukuyang konsumo
• Compact na disenyo

Supply ng kuryente

Dalawang 3.6V Saft Lithium thionyl AA na baterya. Isang P-channel MOSFET para sa proteksyon ng reverse polarity.

Mayroong dalawang mga regulator ng boltahe sa circuit:

• Isang Texas Instruments TPS562208 2 Amp step-down na regulator upang paandarin ang SIM800L sa paligid ng 4.1V. Mapapalitan ito mula sa ATMega at inilalagay sa shutdown mode sa lahat ng oras sa pamamagitan ng Paganahin ang pin 5.
• Isang MCP1700 3.3V regulator para sa ATMega at BME280. Ito ay isang lubos na mahusay na regulator na may mababang drop na may isang kasalukuyang pagsusulit na halos 1 µA lamang. Dahil ito ay mapagparaya lamang hanggang sa 6V input, nagdagdag ako ng dalawang mga diode ng pagwawasto (D1, D2) sa serye upang i-drop ang 7.2V supply sa isang katanggap-tanggap na antas sa paligid ng 6V. Nakalimutan kong idagdag ang karaniwang 10 µF decoupling capacitor sa PCB para sa power supply sa ATMega. Samakatuwid, na-upgrade ko ang karaniwang output capacitor sa MCP1700 mula 1 hanggang 10 µF at gumagana ito ng maayos.
• Pagsubaybay sa boltahe ng baterya sa pamamagitan ng ADC0 sa ATMega (sa pamamagitan ng isang divider ng boltahe)

Oras ng real-time

Isang binagong DS3231, na gumising sa ATMega sa mga tinukoy na agwat upang simulan ang isang ikot ng pagsukat at paghahatid ng data. Ang DS3231 mismo ay pinalakas ng isang CR2032 lithium cell.

BME280

Sinubukan kong gamitin ang orihinal na module ng Bosch BME280 sa sarili nitong, na halos imposibleng maghinang dahil sa laki ng minuto nito. Samakatuwid, gumagamit ako ng malawak na magagamit na breakout board. Dahil mayroon itong isang hindi kinakailangang regulator ng boltahe, na kumokonsumo ng enerhiya, inililipat ko ito sa isang N-channel MOSFET bago ang mga sukat.

SIM800L

Ang module na ito ay maaasahan ngunit tila medyo may pag-uugali kung ang supply ng kuryente ay hindi rock-solid. Nalaman ko na ang isang boltahe ng supply ng 4.1V ay pinakamahusay na gumagana. Ginawa ko ang mga bakas ng PCB para sa VCC at GND sa SIM800L na sobrang kapal (20 mil).

Mga komento sa Schematic / PCB

• Ang network label na "1" - nakalista bilang "SINGLEPIN" sa listahan ng mga bahagi ay tumutukoy lamang sa isang male header pin.
• Ang dalawang pin na katabi ng slide switch ay kailangang bridged sa isang jumper para sa normal na operasyon, kung hindi man bukas ang linya ng VCC dito. Inilaan ang mga ito para sa kasalukuyang mga sukat kung kinakailangan.
• Ang 100 µF capacitor (C12) para sa module na SIM800L ay hindi kinakailangan. Idinagdag ito bilang isang pag-iingat (desperado) na hakbang sa kaso ng inaasahan na mga problema sa katatagan

Inirekumenda ang mga hakbang sa pagpupulong

1. Ipunin ang lahat ng mga bahagi ng power supply sa ibabang kaliwang bahagi ng PCB. Ang Paganahin ang pin (pin 5) ng TPS562208 ay dapat na nasa lohikal na mataas para sa pagsubok, kung hindi man ang module ay nasa shutdown mode at magkakaroon ka ng 0V na output. Upang hilahin ang Mataas na pin na mataas para sa pagsubok, isang pansamantalang kawad mula sa pad 9 ng ATMega (na sa PCB ay naka-wire sa PIN 5 ng voltage regulator) ay maaaring konektado sa isang VCC point; ang pinakamalapit na punto ay ang mas mababang pin ng R3, na nakasalalay sa linya ng VCC.
2. Subukan ang output mula sa TPS562208 sa pagitan ng mga ibabang pin ng alinman sa C2, C3 o C4 at GND. Dapat ay mayroon kang paligid ng 4.1V.
3. Ang output ng pagsubok mula sa MCP1700, sa pagitan ng kanang tuktok na pin ng U6 at GND. Dapat ay mayroon kang 3.3V.
4. Solder ATMega328P; obserbahan ang pin 1 marker sa kaliwang sulok sa itaas. Kinakailangan ang ilang pagsasanay, ngunit hindi masyadong mahirap.
5. Isulat ang bootloader sa ATMega328 - mga tutorial para dito sa ibang lugar. Hindi mo kinakailangang gumamit ng mga pin header upang kumonekta sa MOSI, MISO, SCK at RST. Para sa ilang segundo na kinakailangan upang sunugin ang bootloader, maaari mong gamitin ang mga Dupont wires at gumamit ng kaunting paggulo upang makamit ang isang mahusay na contact.
6. Maglakip ng 5x babaeng pin header para sa DS3231.
7. Solder SIM800L sa pamamagitan ng mga header ng pin na lalaki
8. Solder BME280
9. Mag-upload ng code sa Arduino IDE gamit ang isang USB2TTL adapter (piliin ang Arduino Uno / Genuino bilang target).

Hakbang 3: Arduino Code

Tingnan ang Arduino source code sa file attachment.

Hakbang 4: Pagsubok sa Real-world

Nag-drill ako ng dalawang maliliit na butas sa kanang bahagi ng kaso sa ilalim lamang ng harapan. Tinakpan ko sila mula sa loob ng mga Goretex patch upang payagan ang palitan ng hangin ngunit ibukod ang tubig. Nagdagdag ako ng ilang karagdagang proteksyon sa ulan na may maliit na mga plastik na bubong. Pagkatapos ay ipinapasok ko ang kumpletong pagpupulong sa kaso na ang mga sangkap ay nakaharap sa pasulong at ang baterya ay nakaharap sa takip. Nagdagdag ako ng kaunting grasa ng silikon sa kaso para sa idinagdag na proteksyon sa pagpasok ng tubig.

Ang yunit ay kasalukuyang "naka-install" sa tabi ng isang maliit na ilog. Narito ang live na feed ng data.