Kompakt vejrføler med GPRS (SIM -kort) datalink: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

Projektoversigt

Dette er en batteridrevet vejrføler baseret på en BME280 temperatur/tryk/fugtighedsføler og en ATMega328P MCU. Den kører på to 3,6 V lithium thionyl AA batterier. Det har et ultralavt søvnforbrug på 6 µA. Det sender data en halv time via GPRS (ved hjælp af et SIM800L GSM-modul) til ThingSpeak, der styres af et DS3231-ur i realtid. Anslået service på et sæt batterier er> 6 måneder.

Jeg bruger et ASDA pay-as-you-go SIM-kort, som giver ekstremt gode betingelser til formål med dette projekt, da det har en meget lang udløbstid for kredit (180 dage) og kun opkræver 5p/MB datavolumen.

Motivation: Udvikling af en økonomisk, selvstændig, autonom, batteridrevet miljøsensor, der kan placeres i naturen for at erhverve vejr eller andre data og overføre via GSM/GPRS-netværk til en IoT-server.

Fysiske dimensioner: 109 x 55 x 39 mm (inklusive kabinetflanger). Vægt 133 g. IP -rating 54 (estimeret).

Materialeomkostninger: Ca. 20 £ pr. Enhed.

Samlingstid: 2 timer pr. Enhed (håndlodning)

Strømkilde: To Lithium thionyl AA-batterier, ikke genopladelige (3,6V, 2,6Ah).

Netværksprotokol: GSM GPRS (2G)

Potentielle anvendelser: Enhver fjernplacering med GSM -signaldækning. Skove, fyrtårne, bøjer, private lystbåde, campingvogne, campingpladser, bjergtilflugtshytter, ubeboede bygninger

Pålidelighedstest: En enhed har været under langtidstest uden opsyn siden 30.8.20. Bortset fra et softwarekrasch har det sendt data pålideligt hvert 30. minut.

Trin 1: Påkrævede dele

• Specialfremstillet PCB. Zipper Gerber -filer her (instructables.com ser ud til at blokere upload af ZIP -filer). Jeg anbefaler stærkt jlcpcb.com til PCB -produktion. For mennesker, der bor i Storbritannien, sender jeg dig gerne et ekstra printkort for et minimalt bidrag til materiale- og portoomkostninger - send mig en besked.
• ATMega328P-AU
• Ændret DS3231 Ur i realtid (se afsnittet nedenfor)
• BME280 Breakout board, som denne
• SIM800L GSM GPRS -modul
• Forskellige SMD -dele i henhold til detaljeret liste.
• Hammond 1591, sort ABS -kabinet, IP54, flanger, 85 x 56 x 35 mm, fra RS Components UK

Ændring af DS3231

Det firdoble modstandsnetværk, der er cirkuleret i rødt, skal loddes. Andre mere destruktive metoder er også OK, men undgå at bygge bro mellem puderne på den indvendige række med 4 puder (mod siden af MCU). De andre 4 puder er alligevel forbundet med PCB -spor. Denne ændring er afgørende for, at SQW -stiften kan fungere som en alarm. Uden at fjerne modstandene virker det ikke, før du tilslutter en VCC-forsyning til modulet, hvilket besejrer formålet med at have en meget lav effekt RTC.

Trin 2: Skematiske principper

De vigtigste prioriteter for designet var:

• Batteridrift med lavt søvnstrømforbrug
• Kompakt design

Strømforsyning

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

Der er to spændingsregulatorer i kredsløbet:

• En Texas Instruments TPS562208 2 Amp trin-ned regulator til at drive SIM800L på omkring 4,1V. Dette kan skiftes fra ATMega og sættes i lukningstilstand det meste af tiden via Aktiver pin 5.
• En MCP1700 3.3V regulator til ATMega og BME280. Dette er en ekstremt effektiv lavfaldsregulator med en hvilestrøm på kun omkring 1 µA. Da det kun er tolerant op til 6V input, tilføjede jeg to ensretterdioder (D1, D2) i serie for at tabe 7,2V forsyningen til et acceptabelt niveau omkring 6V. Jeg glemte at tilføje den sædvanlige 10 µF afkoblingskondensator på printkortet til strømforsyningen på ATMega. Derfor har jeg opgraderet den sædvanlige udgangskondensator på MCP1700 fra 1 til 10 µF, og det fungerer fint.
• Batterispændingsovervågning via ADC0 på ATMega (gennem en spændingsdeler)

Real-time ur

En modificeret DS3231, som vækker ATMega med bestemte intervaller for at starte en cyklus af måling og dataoverførsel. Selve DS3231 drives af en CR2032 lithiumcelle.

BME280

Jeg har prøvet at bruge det originale Bosch BME280 -modul alene, hvilket er næsten umuligt at lodde på grund af dets lille størrelse. Derfor bruger jeg det bredt tilgængelige breakout board. Da denne har en unødvendig spændingsregulator, som forbruger energi, tænder jeg den med en N-kanal MOSFET lige før målinger.

SIM800L

Dette modul er pålideligt, men synes at være temmelig temperamentsfuldt, hvis strømforsyningen ikke er stensikker. Jeg fandt ud af, at en 4,1V forsyningsspænding fungerer bedst. Jeg har lavet PCB -sporene for VCC og GND til SIM800L ekstra tyk (20 mil).

Skematiske/PCB -kommentarer

• Netværksmærket "1" - opført som "SINGLEPIN" i delelisten refererer simpelthen til en mandlig header -pin.
• De to stifter ved siden af skydekontakten skal bygge bro med en jumper for normal drift, ellers er VCC -linjen åben her. De er beregnet til aktuelle målinger, hvis det er nødvendigt.
• 100 µF kondensatoren (C12) til SIM800L -modulet er ikke nødvendig. Det blev tilføjet som en sikkerhedsforanstaltning (desperat) foranstaltning i tilfælde af forventede stabilitetsproblemer

Anbefalede samlingstrin

1. Saml alle strømforsyningskomponenter i nederste venstre del af printkortet. Enable pin (pin 5) på TPS562208 skal være på logisk høj for testning, ellers er modulet i nedlukningstilstand, og du vil have 0V output. For at trække Enable pin højt til test kan en midlertidig ledning fra pad 9 i ATMega (som på printkortet er forbundet til PIN 5 på spændingsregulatoren) tilsluttes et VCC -punkt; det nærmeste punkt ville være den nederste pin på R3, som ligger på VCC -linjen.
2. Test output fra TPS562208 mellem bundstifterne på enten C2, C3 eller C4 og GND. Du skal have omkring 4.1V.
3. Test output fra MCP1700, mellem øverste højre pin på U6 og GND. Du skal have 3.3V.
4. Loddemetal ATMega328P; observer stiften 1 i øverste venstre hjørne. Noget øvelse kræves, men ikke for svært.
5. Brænd bootloader på ATMega328 - selvstudier til dette andetsteds. Du behøver ikke nødvendigvis at bruge pinhoveder til at oprette forbindelse til MOSI, MISO, SCK og RST. I de få sekunder, det tager at brænde bootloaderen, kan du bruge Dupont -ledninger og bruge en smule vinkling for at opnå en god kontakt.
6. Vedhæft 5x hun -pin -header til DS3231.
7. Loddemetal SIM800L via hanstifter
8. Loddemetal BME280
9. Upload kode i Arduino IDE ved hjælp af en USB2TTL -adapter (vælg Arduino Uno/Genuino som mål).

Trin 3: Arduino -kode

Se Arduino kildekode i vedhæftet fil.

Trin 4: Test i den virkelige verden

Jeg borede to små huller på højre side af sagen lige dybt til forsiden. Jeg dækkede dem indefra med Goretex -plastre for at tillade luftudveksling, men udelukke vand. Jeg tilføjede lidt ekstra regnbeskyttelse med små plastiktage. Jeg lægger derefter den komplette samling i sagen med komponenterne vendt fremad og batteriet vendt mod låget. Jeg tilføjer en smule siliciumfedt til sagen for ekstra beskyttelse mod vandindtrængning.

Enheden er i øjeblikket "installeret" ved siden af en lille flod. Her er live datafeed.