سنسور جمع و جور آب و هوا با GPRS (سیم کارت) پیوند داده: 4 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:51

خلاصه ی پروژه

این یک سنسور آب و هوا با باتری است که بر اساس سنسور دما/فشار/رطوبت BME280 و MCU ATMega328P ساخته شده است. این دستگاه با دو باتری لیتیوم تیونیل AA 3.6 ولت کار می کند. دارای خواب بسیار کم 6 میکرو آمپر است. این اطلاعات را به صورت نیم ساعته از طریق GPRS (با استفاده از ماژول SIM800L GSM) به ThingSpeak ارسال می کند ، که توسط ساعت DS3231 کنترل می شود. خدمات تخمینی بر روی یک مجموعه باتری> 6 ماه است.

من از یک سیم کارت ASDA pay-as-you-go استفاده می کنم ، که شرایط بسیار خوبی را برای اهداف این پروژه ارائه می دهد ، زیرا مدت اعتبار آن بسیار طولانی است (اعتبار 180 روز) و فقط حجم داده 5p/MB را شارژ می کند.

انگیزه: توسعه یک سنسور اقتصادی مقرون به صرفه ، بدون تعمیر و نگهداری ، مستقل و باتری ، که می تواند در طبیعت قرار گرفته و آب و هوا یا سایر داده ها را بدست آورد و از طریق شبکه GSM/GPRS به سرور IoT منتقل شود.

ابعاد فیزیکی: 109 x 55 x 39 میلی متر (شامل فلنج های موردی). وزن 133 گرم رتبه IP 54 (برآورد شده).

هزینه مواد: تقریبا. هر واحد 20 پوند

زمان مونتاژ: 2 ساعت در هر واحد (لحیم کاری دستی)

منبع تغذیه: دو عدد باتری لیتیوم تیونیل AA ، غیرقابل شارژ (3.6V ، 2.6Ah).

پروتکل شبکه: GSM GPRS (2G)

موارد استفاده احتمالی: هر مکان از راه دور با پوشش سیگنال GSM. جنگلها ، فانوسهای دریایی ، شناورها ، قایقهای تفریحی خصوصی ، کاروانها ، مکانهای کمپینگ ، کلبههای پناهگاه کوهستانی ، ساختمانهای خالی از سکنه

آزمون پایایی: یک واحد از 30.8.2020 تحت آزمایش طولانی مدت بدون مراقبت قرار گرفته است. به غیر از یک خرابی نرم افزار ، هر 30 دقیقه یکبار داده ها را با اطمینان ارسال می کند.

مرحله 1: قطعات مورد نیاز

• PCB سفارشی فایل های Gerber را در اینجا فشرده کرده اید (به نظر می رسد دستورات بارگیری بارگذاری فایل ZIP را مسدود می کند). من jlcpcb.com را برای تولید PCB به شدت توصیه می کنم. برای افرادی که در انگلستان زندگی می کنند ، خوشحالم که یک PCB اضافی برای کمترین هزینه در هزینه مواد و هزینه پست برای شما ارسال می کنم - به من پیام دهید.
• ATMega328P-AU
• ساعت بیدرنگ DS3231 اصلاح شده (به پاراگراف زیر مراجعه کنید)
• تخته BME280 Breakout ، مانند این
• ماژول SIM800L GSM GPRS
• قطعات مختلف SMD مطابق لیست دقیق.
• Hammond 1591 ، محفظه ABS سیاه ، IP54 ، فلنج ، 85 x 56 x 35 میلی متر ، از RS Components UK

اصلاح DS3231

شبکه مقاومت چهارگانه که با رنگ قرمز احاطه شده است باید بدون لحیم کاری فروخته شود. روشهای مخرب دیگر نیز مناسب است ، اما از پل زدن پدها در ردیف داخلی 4 پد (به سمت طرف MCU) خودداری کنید. 4 پد دیگر به هر حال با آثار PCB به هم متصل می شوند. این اصلاح به منظور اجازه دادن به پین SQW به عنوان زنگ خطر ضروری است. بدون برداشتن مقاومت ها ، تا زمانی که منبع VCC را به ماژول متصل نکنید ، کار نمی کند ، که هدف داشتن RTC با توان بسیار کم را شکست می دهد.

مرحله 2: اصول شماتیک

اولویت های اصلی طراحی عبارت بودند از:

• عملکرد باتری با مصرف جریان کم خواب
• طراحی فشرده

منبع تغذیه

دو عدد باتری 3.6 ولت Saft Lithium thionyl AA. MOSFET کانال P برای محافظت از قطبیت معکوس.

دو تنظیم کننده ولتاژ در مدار وجود دارد:

• تنظیم کننده پایین آمدن TPS562208 Texas Instruments Tps562208 برای تغذیه SIM800L در حدود 4.1 ولت. این قابلیت از طریق ATMega قابل تغییر است و بیشتر اوقات از طریق Enable pin 5 در حالت خاموش قرار می گیرد.
• تنظیم کننده MCP1700 3.3V برای ATMega و BME280. این یک تنظیم کننده فوق العاده کارآمد با افت پایین با جریان آرام تنها حدود 1 میکرو آمپر است. از آنجا که فقط تا 6 ولت قابل تحمل است ، من دو دیود یکسو کننده (D1 ، D2) را به صورت سری اضافه کردم تا منبع تغذیه 7.2 ولت را به سطح قابل قبول در حدود 6 ولت برسانم. من فراموش کردم که خازن جداکننده معمول 10 میکروفن را روی PCB برای منبع تغذیه ATMega اضافه کنم. بنابراین ، من خازن خروجی معمول را در MCP1700 از 1 به 10 µF ارتقا دادم و خوب کار می کند.
• نظارت بر ولتاژ باتری از طریق ADC0 در ATMega (از طریق تقسیم ولتاژ)

ساعت زمان واقعی

DS3231 اصلاح شده ، که ATMega را در فواصل معین بیدار می کند تا چرخه اندازه گیری و انتقال داده را آغاز کند. خود DS3231 دارای سلول لیتیوم CR2032 است.

BME280

من سعی کردم از ماژول اصلی Bosch BME280 به تنهایی استفاده کنم ، که به دلیل اندازه کوچک آن لحیم کاری تقریبا غیرممکن است. بنابراین ، من از تخته شکست به طور گسترده ای استفاده می کنم. از آنجا که این دستگاه دارای تنظیم کننده ولتاژ غیر ضروری است که انرژی مصرف می کند ، آن را درست قبل از اندازه گیری با MOSFET کانال N روشن می کنم.

سیم کارت 800L

این ماژول قابل اعتماد است ، اما به نظر می رسد اگر منبع تغذیه از نوع جامد نباشد ، بسیار معتدل است. دریافتم که ولتاژ منبع تغذیه 4.1 ولت بهترین کار را می کند. من آثار PCB را برای VCC و GND تا SIM800L ضخیم تر کرده ام (20 میل).

نظرات شماتیک/PCB

• برچسب شبکه "1" - ذکر شده به عنوان "SINGLEPIN" در لیست قطعات به سادگی به یک پین هدر مرد اشاره می کند.
• دو پین مجاور سوئیچ اسلاید برای عملکرد عادی باید با یک بلوز پل شوند ، در غیر این صورت خط VCC در اینجا باز است. آنها در صورت نیاز برای اندازه گیری های فعلی در نظر گرفته شده اند.
• خازن 100 µF (C12) برای ماژول SIM800L ضروری نیست. در صورت بروز مشکلات ثبات مورد انتظار ، به عنوان یک اقدام پیشگیرانه (ناامید کننده) اضافه شد

مراحل مونتاژ توصیه می شود

1. تمام قطعات منبع تغذیه را در قسمت پایین سمت چپ PCB مونتاژ کنید. پین Enable (پین 5) TPS562208 باید برای آزمایش از نظر منطقی بالا باشد ، در غیر این صورت ماژول در حالت خاموش است و خروجی 0 ولت خواهید داشت. برای کشیدن پین Enable بالا برای آزمایش ، یک سیم موقت از پد 9 ATMega (که روی PCB به پین 5 تنظیم کننده ولتاژ متصل است) می تواند به یک نقطه VCC متصل شود. نزدیکترین نقطه به پایه پایینی R3 است که در خط VCC قرار دارد.
2. خروجی تست از TPS562208 بین پایه های پایینی C2 ، C3 یا C4 و GND. شما باید حدود 4.1 ولت داشته باشید.
3. خروجی تست از MCP1700 ، بین پین بالا سمت راست U6 و GND. شما باید 3.3 ولت داشته باشید.
4. لحیم ATMega328P ؛ نشانگر پین 1 را در گوشه بالا سمت چپ مشاهده کنید. برخی از تمرینات لازم است ، اما چندان دشوار نیست.
5. بوت لودر را روی ATMega328 بسازید - آموزش هایی در این مورد در جاهای دیگر. برای اتصال به MOSI ، MISO ، SCK و RST لزوماً لازم نیست از سرصفحه های پین استفاده کنید. برای چند ثانیه ای که برای سوزاندن بوت لودر طول می کشد ، می توانید از سیم های Dupont استفاده کنید و کمی از زاویه گذاری برای رسیدن به یک تماس خوب استفاده کنید.
6. هدر پین زن 5 برابر را برای DS3231 وصل کنید.
7. سیم لحیم SIM800L از طریق هدرهای پین مردانه
8. لحیم BME280
9. کد را در Arduino IDE با استفاده از آداپتور USB2TTL بارگذاری کنید (Arduino Uno/Genuino را به عنوان هدف انتخاب کنید).

مرحله 3: کد آردوینو

منبع فایل آردوینو را در پیوست فایل مشاهده کنید.

مرحله 4: آزمایش در دنیای واقعی

من دو سوراخ کوچک در سمت راست کیس درست در قسمت جلویی ایجاد کردم. من آنها را از داخل با تکه های Goretex پوشاندم تا امکان تبادل هوا وجود داشته باشد ، اما آب را حذف نکنیم. من با سقف پلاستیکی کوچک مقداری حفاظت باران اضافی اضافه کردم. سپس مجموعه کامل را داخل محفظه با قطعات رو به جلو و باتری رو به درب قرار می دهم. برای محافظت بیشتر از نفوذ آب ، کمی گریس سیلیکون به قاب اضافه می کنم.

این واحد در حال حاضر در کنار یک رودخانه کوچک "نصب" شده است. اینجا فید داده زنده است.