IOT na baterie: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Jeśli twój projekt IOT zasilany bateryjnie działa z przerwami, ten obwód zużywa tylko 250nA (to 0,00000025 amperów!) w stanie bezczynności. Zwykle większość energii baterii jest marnowana między czynnościami. Na przykład projekt, który działa 30 sekund co 10 minut, marnuje 95% pojemności baterii!

Większość mikrokontrolerów ma tryb gotowości o niskim poborze mocy, ale nadal potrzebują zasilania, aby utrzymać działanie procesora, a także wszelkie urządzenia peryferyjne będą zużywać energię. Uzyskanie prądu czuwania poniżej 20-30mA wymaga dużego wysiłku. Ten projekt został opracowany w celu raportowania temperatury i wilgotności w ulach pszczelich. Ze względu na zdalną lokalizację zasilanie bateryjne i osłonę ogniw do raportowania danych są jedynym wyborem.

Obwód ten będzie działał z dowolnym kontrolerem i zasilaniem 12, 5 lub 3V. Większość sklepów elektronicznych będzie miała części, które kosztują tylko kilka dolarów.

Kieszonkowe dzieci

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

Diody: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Zegar: PCF8563 lub odpowiednik dla mikrokontrolera

Przekaźnik: EC2-12TNU dla zasilania 12 V

EC2-5TNU dla 5V

EC2-3TNU dla 3V

Zasilanie: Przetwornica OKI-78SR-5/1.5-W36-C 12V na 5V lub zgodnie z wymaganiami mikrokontrolera

Przełącznik: chwilowe naciśnięcie w celu zresetowania, SPDT do testu

Krok 1: Jak działa obwód

Obwód jest dość prosty:

- Alarm na baterie gaśnie i włącza przełącznik

- Zasilanie płynie z akumulatora do kontrolera, który uruchamia się i robi swoje

-Kontroler resetuje alarm

- Następnie przestawia przełącznik, aby wyłączyć zasilanie.

Krok 2: Zegar

Większość zegarów czasu rzeczywistego powinna działać pod warunkiem, że są one kompatybilne z twoim kontrolerem i mają linię przerwań (Int), która mówi, kiedy alarm się uruchamia.

W zależności od konkretnego kontrolera i zegara będziesz musiał zainstalować bibliotekę oprogramowania.

PROSZĘ skonfiguruj kontroler i zegar na płytce prototypowej i upewnij się, że możesz zaprogramować go tak, aby ustawić czas, kiedy powinno nastąpić następne przerwanie i jak skasować przerwanie po uruchomieniu alarmu. Dużo łatwiej jest uruchomić to teraz przed zbudowaniem ostatecznej planszy. Zobacz ostatni krok, aby zapoznać się z uwagami dotyczącymi programowania.

Krok 3: Przełącznik

Do przełącznika używamy przekaźnika zatrzaskowego z 2 cewkami.

Przepuszczenie prądu przez ustawioną cewkę powoduje włączenie przekaźnika. Prąd musi płynąć tylko przez około 12 ms, a następnie można go wyłączyć, pozostawiając włączony przekaźnik.

Wprowadzić podobny impuls przez cewkę resetującą, aby wyłączyć przekaźnik.

Chcemy przekaźnika zatrzaskowego, więc nie używamy baterii do utrzymywania przekaźnika w stanie zamkniętym. Również przekaźnik "włączony" z tego obwodu zasilamy i "wyłączamy" ze sterownika po jego zakończeniu.

Projekt został zbudowany na baterię 12V SLA. Są tanie (zero jak ja już miałem!) i dobrze poradzą sobie w kanadyjską zimę z małą ładowarką słoneczną.

Obwód może być zbudowany z przekaźnika 3V przy użyciu kilku baterii AA. Ponieważ przekaźnik będzie obsługiwał 2A przy napięciu sieciowym, może przełączyć mały zasilacz ścienny (lub drugi przekaźnik o większej wydajności) na sprzęt zasilany z sieci. Tylko upewnij się, że wszystko powyżej 12 V jest w odpowiednio uziemionej i dobrze izolowanej obudowie.

Krok 4: MOSFET 2N7000

Ten obwód wykorzystuje 3 tranzystory MOSFET w trybie rozszerzonym 2N7000 w trybie N (tranzystor polowy z tlenku metalu i półprzewodnika) używane jako przełączniki.

Kosztujące zaledwie kilka dolarów są to dość niezwykłe urządzenia. Prąd przepływa pomiędzy Drain (+) a źródłem (-), gdy napięcie bramki przekracza około 2V. Gdy jest włączony, rezystancja drenażu źródła wynosi mniej więcej om. Po wyłączeniu wielu megaomów. Są to urządzenia pojemnościowe, więc prąd bramki wystarczy do „ładowania” urządzenia.

Pomiędzy bramką a źródłem potrzebny jest rezystor, aby umożliwić rozładowanie bramki, gdy napięcie bramki jest niskie, w przeciwnym razie urządzenie się nie wyłączy.

Krok 5: Obwód

Linia przerwania z zegara (INT) normalnie pływa i jest podłączona (wewnątrz zegara) do masy, gdy alarm się włączy. Rezystor 1M podciąga tę linię w górę podczas oczekiwania na alarm.

U1 działa jak falownik, ponieważ potrzebujemy aktywnego wysokiego, aby włączyć przekaźnik, gdy alarm się włączy. Przeciwieństwo wyjścia zegara. Oznacza to, że U1 zawsze przewodzi w trybie gotowości i stale obciąża baterię. Na szczęście możemy użyć bardzo dużego rezystora R1, aby ograniczyć ten prąd. Symulacje wykazały, że może to być nawet kilka Gomów! Mój lokalny sklep miał tylko rezystory 10M, więc użyłem 5 szeregowo. 250na jest wystarczająco niskie w mojej książce.

U2 to prosty wyłącznik do zasilania cewki nastawczej przekaźnika.

Dwie diody są niezbędne do ochrony obwodu, gdy zasilanie cewek przekaźnika jest wyłączone. Pole magnetyczne zapadnie się i wywoła skok prądu, który może coś uszkodzić.

Surowe 12V z akumulatora jest doprowadzane do dzielnika napięcia R6 i R7. Środkowy punkt trafia do jednego z analogowych styków kontrolera, dzięki czemu można monitorować i raportować napięcie baterii.

U4 to wysokowydajny konwerter DC na DC do wytwarzania napięcia 5V dla sterownika.

Gdy sterownik zakończy, podnosi stan linii Poff w stan wysoki, który włącza U3, który wyłącza przekaźnik. Rezystor R4 zapewnia ścieżkę uziemienia dla bramki U3. MOSFET jest urządzeniem pojemnościowym, a R4 umożliwia przepływ ładunku do ziemi, dzięki czemu przełącznik może się wyłączyć.

Przełącznik testowy kieruje zasilanie z mikrokontrolera do diody LED. Jest to przydatne do testowania tego obwodu, ale kluczowe, gdy kontroler jest podłączony do komputera w celu programowania i testowania kodu. Przepraszam, ale nie testowałem z zasilaniem z 2 źródeł!

Przycisk resetowania był konieczną refleksją. Bez tego nie ma możliwości ustawienia alarmu przy pierwszym uruchomieniu systemu!!!

Krok 6: Symulacja obwodu

Symulacja po lewej pokazuje wartości, gdy system jest bezczynny. Po prawej stronie znajduje się symulacja, gdy alarm jest aktywny, a linia przerwania jest naciągnięta w dół.

Rzeczywiste napięcia zgadzały się dość dobrze z symulacją, ale nie mam możliwości potwierdzenia rzeczywistego poboru prądu.

Krok 7: Budowa i programowanie

Obwód został zbudowany w wąskim pasku, aby z grubsza podążać za schematem obwodu. Nic skomplikowanego.

Jak tylko program się uruchomi, powinien zresetować alarm. Spowoduje to zatrzymanie przepływu prądu przez ustawioną cewkę przekaźnika. Program może zrobić swoje i po zakończeniu ustawić alarm i wyłączyć wszystko, ustawiając Poff na wysokim poziomie.

W zależności od konkretnego kontrolera i zegara będziesz musiał zainstalować bibliotekę oprogramowania. Ta biblioteka będzie zawierać przykładowy kod.

Interfejs i programowanie zegara należy przetestować na płytce prototypowej przed okablowaniem układu. Dla Arduino i H2-8563 zegar SCL trafia do A5, a SDA do A4. Przerwanie przechodzi do INT pokazanego w obwodzie.

Dla Arduino kod testowy będzie zawierał coś takiego:

#włączać

#dołącz Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock();

//ustaw datę i godzinę, aby rozpocząć. Nie jest to konieczne, jeśli chcesz tylko alarmy na godzinę lub minutę. rtc.setDate(dzień, dzień tygodnia, miesiąc, wiek, rok); rtc.setTime(godz, min, sek);

//Nastaw budzik

rtc.setAlarm(mm, gg, 99, 99); // Min, godzina, dzień, dzień tygodnia, 99 = ignoruj

//Wyczyść alarm rtc.clearAlarm(); }