Sensor Cuaca Padat Dengan Pautan Data GPRS (SIM Card): 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Ringkasan projek

Ini adalah sensor cuaca berkuasa bateri berdasarkan sensor suhu / tekanan / kelembapan BME280 dan MCU ATMega328P. Ia menggunakan dua bateri lithium thionyl AA 3.6 V. Ia mempunyai penggunaan tidur yang sangat rendah iaitu 6 µA. Ia menghantar data setengah jam melalui GPRS (menggunakan modul GSM SIM800L) ke ThingSpeak, dikendalikan oleh jam waktu nyata DS3231. Anggaran servis pada satu set bateri adalah> 6 bulan.

Saya menggunakan kad SIM ASDA pay-as-you-go, yang menawarkan keadaan yang sangat baik untuk tujuan projek ini, kerana ia mempunyai masa luput yang sangat lama untuk kredit (180 hari) dan hanya mengenakan jumlah data 5p / MB.

Motivasi: Pembangunan sensor persekitaran yang ekonomik, pemeliharaan sifar, autonomi, berkuasa bateri yang dapat ditempatkan di alam liar untuk memperoleh cuaca atau data lain dan menghantar melalui rangkaian GSM / GPRS ke pelayan IoT.

Dimensi fizikal: 109 x 55 x 39 mm (termasuk bebibir sarung). Berat 133 g. Peringkat IP 54 (dianggarkan).

Kos bahan: Lebih kurang £ 20 seunit.

Masa pemasangan: 2 jam per unit (pematerian tangan)

Sumber kuasa: Dua bateri Lithium thionyl AA, tidak boleh dicas semula (3.6V, 2.6Ah).

Protokol rangkaian: GSM GPRS (2G)

Penggunaan yang berpotensi: Mana-mana lokasi terpencil dengan liputan isyarat GSM. Hutan, rumah api, pelampung, kapal layar peribadi, karavan, tempat perkhemahan, pondok perlindungan gunung, bangunan tidak berpenghuni

Ujian kebolehpercayaan: Satu unit telah menjalani ujian jangka panjang tanpa pengawasan sejak 30.8.20. Selain daripada satu kerosakan perisian, ia telah menghantar data dengan pasti setiap 30 minit.

Langkah 1: Bahagian yang Diperlukan

• PCB yang dibuat khas. Fail Gerber berzip di sini (instruksibel.com nampaknya menyekat muat naik fail ZIP). Saya sangat mengesyorkan jlcpcb.com untuk pengeluaran PCB. Bagi orang-orang yang tinggal di UK, saya dengan senang hati menghantar PCB ganti kepada anda untuk sumbangan minimum untuk kos bahan dan pos - pesan saya.
• ATMega328P-AU
• Jam Realtime DS3231 yang diubah (lihat perenggan di bawah)
• Papan pelarian BME280, seperti yang ini
• Modul GSM GSMS SIM800L
• Pelbagai bahagian SMD mengikut senarai terperinci.
• Hammond 1591, Lekapan ABS Hitam, IP54, Flanged, 85 x 56 x 35mm, dari RS Components UK

Pengubahsuaian DS3231

Rangkaian perintang empat kali ganda yang dilingkari warna merah tidak dapat diselesaikan. Kaedah lain yang lebih merosakkan adalah baik-baik saja, tetapi elakkan penyambungan pad pada barisan dalam 4 pad (ke arah sisi MCU). 4 pad lain dihubungkan pula dengan jejak PCB. Pengubahsuaian ini penting untuk membolehkan pin SQW berfungsi sebagai penggera. Tanpa melepaskan perintang, ia tidak akan berfungsi sehingga anda menyambungkan bekalan VCC ke modul, yang mengalahkan tujuan mempunyai RTC kuasa rendah.

Langkah 2: Prinsip Skematik

Keutamaan utama reka bentuk adalah:

• Operasi bateri dengan penggunaan semasa tidur yang rendah
• Reka bentuk yang padat

Bekalan kuasa

Dua bateri 3.6V Saft Lithium thionyl AA. MOSFET saluran P untuk perlindungan kekutuban terbalik.

Terdapat dua pengatur voltan di litar:

• Pengatur langkah-langkah turun Texas Instruments TPS562208 2 Amp untuk menghidupkan SIM800L pada sekitar 4.1V. Ini boleh ditukar dari ATMega dan dimasukkan ke dalam mod penutupan hampir sepanjang masa melalui Aktifkan pin 5.
• Pengatur 3.3V MCP1700 untuk ATMega dan BME280. Ini adalah pengatur penurunan rendah yang sangat berkesan dengan arus tenang hanya sekitar 1 µA. Oleh kerana ia hanya bertoleransi hingga input 6V, saya menambahkan dua diod penerus (D1, D2) secara bersiri untuk menjatuhkan bekalan 7.2V ke tahap yang dapat diterima sekitar 6V. Saya terlupa untuk menambahkan kapasitor pemutusan 10 µF biasa pada PCB untuk bekalan kuasa di ATMega. Oleh itu, saya telah meningkatkan kapasitor output biasa pada MCP1700 dari 1 hingga 10 µF dan ia berfungsi dengan baik.
• Pemantauan voltan bateri melalui ADC0 pada ATMega (melalui pembahagi voltan)

Jam masa nyata

DS3231 yang diubah suai, yang membangunkan ATMega pada selang waktu yang ditentukan untuk memulakan kitaran pengukuran dan penghantaran data. DS3231 itu sendiri dikuasakan dengan sel litium CR2032.

BME280

Saya telah mencuba menggunakan modul Bosch BME280 yang asli, yang hampir mustahil untuk disolder kerana ukurannya yang kecil. Oleh itu, saya menggunakan papan pemecah yang tersedia secara meluas. Oleh kerana ini mempunyai pengatur voltan yang tidak perlu, yang menghabiskan tenaga, saya menghidupkannya dengan M-NOS saluran N sebelum pengukuran.

SIM800L

Modul ini boleh dipercayai tetapi nampaknya agak temperamental sekiranya bekalan kuasa tidak kukuh. Saya dapati voltan bekalan 4.1V berfungsi dengan baik. Saya telah membuat jejak PCB untuk VCC dan GND ke SIM800L yang sangat tebal (20 juta).

Komen skema / PCB

• Label rangkaian "1" - disenaraikan sebagai "SINGLEPIN" dalam senarai bahagian hanya merujuk kepada pin header lelaki.
• Dua pin yang bersebelahan dengan suis slaid perlu disambungkan dengan pelompat untuk operasi normal, jika tidak, garis VCC terbuka di sini. Mereka bertujuan untuk pengukuran semasa jika diperlukan.
• Kapasitor 100 µF (C12) untuk modul SIM800L tidak diperlukan. Ini ditambahkan sebagai langkah pencegahan (putus asa) sekiranya berlaku masalah kestabilan

Langkah pemasangan yang disyorkan

1. Pasang semua komponen bekalan kuasa di bahagian kiri bawah PCB. Pin Aktif (pin 5) TPS562208 mesti berada pada tahap logik tinggi untuk diuji, jika tidak, modul berada dalam mod penutupan dan anda akan mendapat output 0V. Untuk menarik pin Aktif tinggi untuk diuji, wayar sementara dari pad 9 ATMega (yang pada PCB disambungkan ke PIN 5 pengatur voltan) boleh disambungkan ke titik VCC; titik terdekat adalah ke pin bawah R3, yang terletak di garis VCC.
2. Uji output dari TPS562208 antara pin bawah sama ada C2, C3 atau C4 dan GND. Anda mesti mempunyai sekitar 4.1V.
3. Uji output dari MCP1700, antara pin kanan atas U6 dan GND. Anda mesti mempunyai 3.3V.
4. Pateri ATMega328P; perhatikan penanda pin 1 di sudut kiri atas. Beberapa latihan diperlukan, tetapi tidak terlalu sukar.
5. Bakar bootloader ke ATMega328 - tutorial untuk ini di tempat lain. Anda tidak semestinya menggunakan pin header untuk menyambung ke MOSI, MISO, SCK dan RST. Untuk beberapa saat yang diperlukan untuk membakar pemuat but, anda boleh menggunakan wayar Dupont dan menggunakan sedikit sudut untuk mencapai hubungan yang baik.
6. Pasang header pin wanita 5x untuk DS3231.
7. Solder SIM800L melalui header pin lelaki
8. Pateri BME280
9. Muat naik kod dalam Arduino IDE menggunakan penyesuai USB2TTL (pilih Arduino Uno / Genuino sebagai sasaran).

Langkah 3: Kod Arduino

Lihat kod sumber Arduino dalam lampiran fail.

Langkah 4: Ujian dunia nyata

Saya menggerudi dua lubang kecil di sebelah kanan casing yang hanya jauh ke bahagian depan. Saya menutupnya dari dalam dengan tampalan Goretex untuk membolehkan pertukaran udara tetapi tidak termasuk air. Saya menambah beberapa perlindungan hujan dengan bumbung plastik kecil. Saya kemudian memasukkan unit lengkap ke dalam casing dengan komponen menghadap ke hadapan dan bateri menghadap penutupnya. Saya menambahkan sedikit minyak silikon ke dalam casing untuk menambahkan perlindungan masuk air.

Unit ini "dipasang" di sebelah sungai kecil. Inilah suapan data langsung.