IOT na baterie: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Pokud váš IOT projekt napájený bateriemi pracuje přerušovaně, tento obvod používá v nečinnosti pouze 250 nA (to je 0,00000025 ampér!). Mezi činností se obvykle ztrácí většina energie baterie. Například projekt, který funguje 30 sekund každých 10 minut, plýtvá 95% kapacity baterie!

Většina mikrořadičů má pohotovostní režim s nízkým výkonem, ale stále potřebuje energii, aby udržel procesor naživu, a také všechna periferní zařízení spotřebovávají energii. Získat pohotovostní proud pod 20-30 mA vyžaduje hodně úsilí. Tento projekt byl vyvinut za účelem hlášení teploty a vlhkosti ve včelích úlech. Vzhledem ke vzdálenému umístění je napájení z baterie a buněčný štít pro hlášení dat jedinou možností.

Tento obvod bude fungovat s jakýmkoli ovladačem a napájením 12, 5 nebo 3V. Většina elektronických obchodů bude mít komponenty, které stojí jen několik dolarů.

Zásoby

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

Diody: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Hodiny: PCF8563 nebo ekvivalentní pro mikrokontrolér

Relé: EC2-12TNU pro napájení 12V

EC2-5TNU pro 5V

EC2-3TNU pro 3V

Napájení: Převodník OKI-78SR-5/1,5-W36-C na 12 V až 5 V nebo podle požadavků mikrokontroléru

Přepínač: Krátké stisknutí pro reset, SPDT pro test

Krok 1: Jak obvod funguje

Obvod je celkem jednoduchý:

- Alarm napájený baterií se spustí a přepne vypínačem

- Energie proudí z baterie do ovladače, který se spustí a udělá své

-Ovladač resetuje alarm

- Poté přepne vypínač do polohy vypnuto.

Krok 2: Hodiny

Většina hodin v reálném čase by měla fungovat za předpokladu, že jsou kompatibilní s vaším ovladačem a mají linku přerušení (Int), která informuje o spuštění alarmu.

V závislosti na konkrétním řadiči a hodinách budete muset nainstalovat softwarovou knihovnu.

PROSÍM, nastavte ovladač a hodiny na prototypové desce a ujistěte se, že je můžete naprogramovat tak, aby nastavily čas, kdy by mělo dojít k dalšímu přerušení a jak vymazat přerušení po spuštění alarmu. Je mnohem snazší to nyní zprovoznit, než postavíte finální desku. Poznámky k programování najdete v posledním kroku.

Krok 3: Přepínač

Pro spínač používáme blokovací relé se 2 cívkami.

Proud nastavenou cívkou zapne relé. Proud musí proudit pouze asi 12 ms a poté jej lze vypnout a nechat relé zapnuté.

Relé vypnete podobným impulzem přes resetovací cívku.

Chceme blokovací relé, abychom k sepnutí relé nepoužívali napájení z baterie. Také relé napájíme „zapnuto“z tohoto obvodu a po jeho vypnutí „vypneme“z ovladače.

Projekt byl postaven pro baterii 12V SLA. Ty jsou levné (nulové, protože už jsem jeden měl!) A v kanadské zimě se jim bude dobře dařit s malou solární nabíječkou.

Obvod mohl být postaven pomocí 3V relé pomocí několika baterií AA. Protože relé zvládne 2A při síťovém napětí, může spínat malou nástěnnou napájecí jednotku (nebo druhé relé s větší kapacitou) pro zařízení napájená ze sítě. Jen se ujistěte, že vše přes 12V je ve řádně uzemněné krabici a dobře izolované.

Krok 4: 2N7000 MOSFET

Tento obvod používá 3 přepínače NN MOSFET s rozšířeným režimem 2N7000 (tranzistor s efektem polovodičového pole s oxidem kovu) používané jako přepínače.

Stojí to jen pár dolarů, to jsou docela pozoruhodná zařízení. Když napětí brány překročí přibližně 2 V, protéká proud mezi kanálem (+) a zdrojem (-). Když je „zapnuto“, odpor zdroje a odtoku je zhruba ohm. Když je mnoho megohmů. Jedná se o kapacitní zařízení, takže proud brány stačí na „nabití“zařízení.

Mezi bránou a zdrojem je zapotřebí odpor, aby se brána mohla vybít, když je napětí brány nízké, jinak se zařízení nevypne.

Krok 5: Okruh

Přerušovací linka z hodin (INT) normálně plave a je připojena (uvnitř hodin) k zemi, když se spustí alarm. Rezistor 1M táhne tuto čáru vysoko při čekání na poplach.

U1 funguje jako střídač, protože potřebujeme aktivní vysoký k sepnutí relé, když se spustí alarm. Opak hodinového výstupu. To znamená, že U1 vždy vede v pohotovostním režimu a neustále vybíjí baterii. Naštěstí můžeme k omezení tohoto proudu použít velmi velký odpor R1. Simulace ukázaly, že to může být až několik Gohmů! Můj místní obchod měl pouze 10M odpory, takže jsem použil 5 v sérii. 250na je v mé knize dost nízko.

U2 je jednoduchý spínač pro napájení nastavovací cívky relé.

2 diody jsou nutné k ochraně obvodu, když je vypnuto napájení cívek relé. Magnetické pole se zhroutí a vyvolá proudový hrot, který by mohl něco poškodit.

Surových 12 V z baterie je přeneseno do děliče napětí R6 a R7. Středový bod jde na jeden z analogových pinů ovladače, takže napětí baterie lze monitorovat a hlásit.

U4 je vysoce účinný měnič DC na DC, který produkuje 5V pro regulátor.

Když ovladač skončí, zvedne vysoko linii Poff, která zapne U3 a vypne relé. Rezistor R4 poskytuje pozemní cestu pro bránu U3. MOSFET je kapacitní zařízení a R4 umožňuje nabíjení proudit k zemi, aby se spínač mohl vypnout.

Testovací spínač směruje energii z mikrořadiče do LED diody. To je užitečné pro testování tohoto obvodu, ale zásadní, když je ovladač připojen k počítači pro programování a testování kódu. Omlouváme se, ale netestoval jsem s napájením ze 2 zdrojů!

Resetovací tlačítko bylo nezbytným nápadem. Bez něj není možné nastavit alarm při prvním zapnutí systému !!!

Krok 6: Simulace obvodu

Simulace vlevo zobrazuje hodnoty, když je systém nečinný. Vpravo je simulace, když je alarm aktivní a linka přerušení je vytažena nízko.

Skutečná napětí souhlasila se simulací poměrně dobře, ale nemám žádný způsob, jak potvrdit skutečný odběr proudu.

Krok 7: Konstrukce a programování

Obvod byl postaven v úzkém pásu, aby zhruba odpovídal schématu zapojení. Nic složitého.

Jakmile se program spustí, měl by resetovat alarm. Tím se zastaví tok proudu nastavenou cívkou relé. Program dokáže své a po dokončení nastaví budík a vše vypne vypnutím Poff vysoko.

V závislosti na konkrétním řadiči a hodinách budete muset nainstalovat softwarovou knihovnu. Tato knihovna bude obsahovat ukázkový kód.

Rozhraní a programování hodin by mělo být testováno na prototypové desce před zapojením obvodu. U hodin Arduino a H2-8563 jde SCL do A5 a SDA do A4. Přerušení přejde na INT zobrazený v obvodu.

Pro Arduino bude testovací kód obsahovat něco jako:

#zahrnout

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// nastavte datum a čas, abyste mohli začít. Není nutné, pokud chcete alarmy pouze na hodinu nebo minutu. rtc.setDate (den, všední den, měsíc, století, rok); rtc.setTime (hr, min, sec);

//Nastavit alarm

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, hodina, den, všední den, 99 = ignorovat

// Vymazat alarm rtc.clearAlarm (); }