Batteridrevet IOT: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Hvis dit batteridrevne IOT -projekt fungerer intermitterende, bruger dette kredsløb kun 250nA (det er 0.00000025 ampere!) Når det er inaktivt. Normalt spildes mest batteristrøm mellem aktivitet. For eksempel spilder et projekt, der kører 30 sekunder hvert 10. minut, 95% af batterikapaciteten!

De fleste mikrokontroller har en standbytilstand med lav effekt, men de har stadig brug for strøm for at holde processoren i live, også eventuelle eksterne enheder vil forbruge strøm. Det kræver en stor indsats at få standbystrøm under 20-30mA. Dette projekt blev udviklet til at rapportere temperatur og luftfugtighed i bistader. På grund af den eksterne placering batteristrøm og en celleskærm til rapportering af data, hvor det eneste valg.

Dette kredsløb fungerer med enhver controller og 12, 5 eller 3V strøm. De fleste elektroniske butikker vil have komponenterne, som kun koster et par dollars.

Forbrugsvarer

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

Dioder: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Ur: PCF8563 eller tilsvarende til mikrokontroller

Relæ: EC2-12TNU til 12V forsyning

EC2-5TNU til 5V

EC2-3TNU til 3V

Strøm: OKI-78SR-5/1.5-W36-C 12V til 5V konverter eller som krævet af mikrokontroller

Switch: Tryk kortvarigt for nulstilling, SPDT for test

Trin 1: Sådan fungerer kredsløbet

Kredsløbet er ret simpelt:

- En batteridrevet alarm går ud og kaster en kontakt

- Strøm strømmer fra batteriet til controlleren, der starter og gør sit

-Controlleren nulstiller alarmen

- Slår derefter kontakten for at slukke.

Trin 2: Uret

De fleste realtidsure bør fungere, forudsat at de er kompatible med din controller og har en interrupt (Int) linje, der fortæller, når alarmen går.

Afhængigt af den særlige controller og ur skal du installere et softwarebibliotek.

Opstil venligst din controller og ur på et prototypekort, og sørg for, at du kan programmere den til at indstille tidspunktet, hvornår den næste afbrydelse skal forekomme, og hvordan du fjerner en afbrydelse, efter at alarmen er gået. Det er meget lettere at få dette til at fungere nu, før du bygger det sidste bord. Se det sidste trin for programmeringsnoter.

Trin 3: Omskifteren

Til kontakten bruger vi et låserelæ med 2 spoler.

At sætte en strøm gennem den indstillede spole tænder relæet. Strømmen behøver kun at flyde i cirka 12 ms og kan derefter slukkes, så relæet er tændt.

Sæt en lignende puls gennem nulstillingsspolen for at slukke relæet.

Vi ønsker et låserelæ, så vi ikke bruger batteristrøm til at holde relæet lukket. Vi tænder også relæet "tændt" fra dette kredsløb og slukker det "fra" fra controlleren, når det er færdigt.

Projektet blev bygget til et 12V SLA -batteri. Disse er billige (nul som jeg allerede havde en!) Og vil klare sig godt i den canadiske vinter med en lille soloplader.

Kredsløbet kunne bygges med et 3V -relæ ved hjælp af et par AA -batterier. Da relæet vil håndtere 2A ved netspænding, kan det skifte en lille væg -effektenhed (eller et andet relæ med større kapacitet) til netdrevet udstyr. Bare sørg for at alt over 12V er i en korrekt jordet boks og godt isoleret.

Trin 4: 2N7000 MOSFET

Dette kredsløb bruger 3 2N7000 forbedret tilstand N -kanal MOSFET'er (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), der bruges som switches.

Det koster kun et par dollars, det er ganske bemærkelsesværdige enheder. Strøm strømmer mellem afløb (+) og kilde (-) når portspændinger overstiger ca. 2V. Når "tændt" er Source-Drain-modstanden en ohm eller deromkring. Når der er slukket for mange megohm. Disse er kapacitive enheder, så portstrømmen er lige nok til at "oplade" enheden.

En modstand er nødvendig mellem gate og kilde for at tillade porten at aflade, når gate -spændingen er lav, ellers slukker enheden ikke.

Trin 5: Kredsløbet

Afbrydelseslinjen fra uret (INT) flyder normalt og er forbundet (inde i uret) til jorden, når alarmen går. 1M modstanden trækker denne linje højt, når man venter på alarmen.

U1 fungerer som inverter, da vi har brug for en aktiv høj for at tænde relæet, når alarmen går. Det modsatte af urudgangen. Det betyder, at U1 altid kører i standby og medfører konstant afladning af batteriet. Heldigvis kan vi bruge en meget stor modstand R1 til at begrænse denne strøm. Simuleringer viste, at dette kunne være op til flere Gohms! Min lokale butik havde kun 10M modstande, så jeg brugte 5 i serie. 250na er lav nok i min bog.

U2 er en simpel switch til at drive relæets indstillede spole.

De 2 dioder er nødvendige for at beskytte kredsløbet, når strømmen til relæspolerne slukkes. Magnetfeltet vil falde sammen og fremkalde en strømspids, der kan beskadige noget.

Den rå 12V fra batteriet føres til en spændingsdeler R6 og R7. Midtpunktet går til en af controllerens analoge ben, så batterispændingen kan overvåges og rapporteres.

U4 er en yderst effektiv DC til DC converter til at producere 5V til controlleren.

Når controlleren er færdig, hæver Poff -linjen højt, som tænder U3, der slukker relæet. Modstanden R4 tilvejebringer en jordsti for porten til U3. MOSFET er en kapacitiv enhed, og R4 tillader ladningen at strømme til jorden, så kontakten kan slukke.

Testkontakten leder strømmen væk fra mikrokontrolleren og til en LED. Dette er nyttigt til test af dette kredsløb, men afgørende, når controlleren er tilsluttet en computer til programmering og test af koden. Beklager, men jeg testede ikke med strøm fra 2 kilder!

Nulstillingsknappen var en nødvendig eftertanke. Uden det er der ingen måde at indstille alarmen første gang systemet tændes !!!

Trin 6: Kredsløbssimulering

Simuleringen til venstre viser værdier, mens systemet er inaktivt. Til højre ses en simulering, når alarmen er aktiv, og afbrydelseslinjen trækkes lavt.

Faktiske spændinger stemte rimelig godt overens med simuleringen, men jeg har ingen måde at bekræfte den aktuelle strømtrækning.

Trin 7: Konstruktion og programmering

Kredsløbet blev bygget i en smal strimmel for groft at følge kredsløbsdiagrammet. Intet kompliceret.

Så snart programmet starter, skal alarmen nulstilles. Dette vil stoppe strømmen gennem relæets indstillede spole. Programmet kan gøre sit og ved afslutning indstille alarmen og slukke alt ved at dreje Poff højt.

Afhængigt af den særlige controller og ur skal du installere et softwarebibliotek. Dette bibliotek indeholder prøvekode.

Grænsefladen og programmering af uret skal testes på et prototypekort, før kredsløbet tilsluttes. For Arduino og H2-8563 uret går SCL til A5 og SDA til A4. Afbrydelsen går til INT vist i kredsløbet.

For Arduino vil testkoden indeholde noget i retning af:

#omfatte

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// indstil dato og klokkeslæt for at komme i gang. Ikke nødvendigt, hvis du kun ønsker alarmer på timen eller minuttet. rtc.setDate (dag, hverdag, måned, århundrede, år); rtc.setTime (time, min, sek);

// Indstil alarm

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

// Slet alarm rtc.clearAlarm (); }