Λειτουργεί με μπαταρία IOT: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Εάν το έργο IOT που λειτουργεί με μπαταρία λειτουργεί κατά διαστήματα, αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί μόνο 250nA (δηλαδή 0,00000025 αμπέρ!) Όταν είναι αδρανές. Κανονικά η περισσότερη ενέργεια της μπαταρίας σπαταλάται μεταξύ της δραστηριότητας. Για παράδειγμα, ένα έργο που λειτουργεί 30 δευτερόλεπτα κάθε 10 λεπτά σπαταλά το 95% της χωρητικότητας της μπαταρίας!

Οι περισσότεροι μικροελεγκτές διαθέτουν κατάσταση αναμονής χαμηλής ισχύος, αλλά χρειάζονται ακόμα ισχύ για να διατηρήσουν τον επεξεργαστή ζωντανό, επίσης τυχόν περιφερειακά θα καταναλώνουν ενέργεια. Χρειάζεται μεγάλη προσπάθεια για να αποκτήσετε ρεύμα αναμονής κάτω από 20-30mA. Αυτό το έργο αναπτύχθηκε για να αναφέρει τη θερμοκρασία και την υγρασία στις κυψέλες των μελισσών. Λόγω της απομακρυσμένης ισχύος της μπαταρίας και μιας ασπίδας κυψέλης για την αναφορά δεδομένων όπου η μόνη επιλογή.

Αυτό το κύκλωμα θα λειτουργήσει με οποιοδήποτε χειριστήριο και ισχύ 12, 5 ή 3V. Τα περισσότερα ηλεκτρονικά καταστήματα θα έχουν τα εξαρτήματα που κοστίζουν μόνο μερικά δολάρια.

Προμήθειες

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

Δίοδοι: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Ρολόι: PCF8563 ή ισοδύναμο για μικροελεγκτή

Ρελέ: EC2-12TNU για τροφοδοσία 12V

EC2-5TNU για 5V

EC2-3TNU για 3V

Ισχύς: OKI-78SR-5/1.5-W36-C Μετατροπέας 12V σε 5V ή όπως απαιτείται από τον μικροελεγκτή

Διακόπτης: Στιγμιαίο πάτημα για επαναφορά, SPDT για δοκιμή

Βήμα 1: Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Το κύκλωμα είναι αρκετά απλό:

- Ένας συναγερμός που λειτουργεί με μπαταρία σβήνει και ρίχνει ένα διακόπτη

- Η ισχύς ρέει από την μπαταρία στον ελεγκτή, ο οποίος ξεκινά και κάνει τη δουλειά του

-Ο ελεγκτής επαναφέρει τον συναγερμό

- Στη συνέχεια, απενεργοποιεί τον διακόπτη.

Βήμα 2: Το ρολόι

Τα περισσότερα ρολόγια πραγματικού χρόνου θα πρέπει να λειτουργούν υπό την προϋπόθεση ότι είναι συμβατά με τον ελεγκτή σας και έχουν μια γραμμή διακοπής (Int) που δείχνει πότε χτυπάει ο συναγερμός.

Ανάλογα με το συγκεκριμένο χειριστήριο και ρολόι, θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε μια βιβλιοθήκη λογισμικού.

ΠΑΡΑΚΑΛΟΥΜΕ να ρυθμίσετε τον ελεγκτή και το ρολόι σας σε έναν πίνακα πρωτοτύπων και βεβαιωθείτε ότι μπορείτε να το προγραμματίσετε για να ρυθμίσετε την ώρα, πότε πρέπει να συμβεί η επόμενη διακοπή και πώς να διαγράψετε μια διακοπή μετά το σβήσιμο του ξυπνητηριού. Είναι πολύ πιο εύκολο να το δουλέψεις τώρα πριν χτίσεις τον τελικό πίνακα. Δείτε το τελευταίο βήμα για σημειώσεις προγραμματισμού.

Βήμα 3: Ο διακόπτης

Για τον διακόπτη χρησιμοποιούμε ένα ρελέ μανδάλωσης με 2 πηνία.

Βάζοντας ένα ρεύμα μέσω του σετ πηνίου ενεργοποιείται το ρελέ. Το ρεύμα χρειάζεται μόνο να ρέει για περίπου 12ms και στη συνέχεια μπορεί να απενεργοποιηθεί αφήνοντας το ρελέ σε λειτουργία.

Βάλτε έναν παρόμοιο παλμό μέσω του πηνίου επαναφοράς για να απενεργοποιήσετε το ρελέ.

Θέλουμε ένα ρελέ μανδάλωσης, ώστε να μην χρησιμοποιούμε ενέργεια μπαταρίας για να κρατήσουμε το ρελέ κλειστό. Επίσης, ενεργοποιούμε το ρελέ "on" από αυτό το κύκλωμα και το "σβήνουμε" από το χειριστήριο όταν τελειώσει.

Το έργο κατασκευάστηκε για μπαταρία SLA 12V. Αυτά είναι φθηνά (μηδέν όπως είχα ήδη!) Και θα πάνε καλά τον Καναδικό χειμώνα με έναν μικρό ηλιακό φορτιστή.

Το κύκλωμα θα μπορούσε να κατασκευαστεί με ρελέ 3V χρησιμοποιώντας μερικές μπαταρίες AA. Δεδομένου ότι το ρελέ θα χειριστεί 2Α σε τάση δικτύου, θα μπορούσε να αλλάξει μια μικρή μονάδα ισχύος τοίχου (ή ένα δεύτερο ρελέ μεγαλύτερης χωρητικότητας) για εξοπλισμό που τροφοδοτείται με ρεύμα. Απλά βεβαιωθείτε ότι τα πάντα πάνω από 12V βρίσκονται σε σωστά γειωμένο κιβώτιο και καλά μονωμένα.

Βήμα 4: 2N7000 MOSFET

Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί 3 ενισχυμένα 2N7000 MOSFET καναλιών Ν (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) που χρησιμοποιούνται ως διακόπτες.

Αυτές οι συσκευές κοστίζουν μόνο μερικά δολάρια. Το ρεύμα ρέει μεταξύ αποστράγγισης (+) και πηγής (-) όταν οι τάσεις πύλης υπερβαίνουν τα 2V περίπου. Όταν είναι "ενεργοποιημένη" η αντίσταση πηγής-αποστράγγισης είναι ένα ωμ περίπου. Όταν απενεργοποιούνται πολλά μεγαθήρια. Αυτές είναι χωρητικές συσκευές, οπότε το ρεύμα πύλης είναι αρκετό για να "φορτίσει" τη συσκευή.

Απαιτείται αντίσταση μεταξύ της πύλης και της πηγής για να επιτρέψει στην πύλη να εκφορτιστεί όταν η τάση της πύλης είναι χαμηλή, διαφορετικά η συσκευή δεν θα απενεργοποιηθεί.

Βήμα 5: Το κύκλωμα

Η γραμμή διακοπής από το ρολόι (INT) συνήθως επιπλέει και συνδέεται (μέσα στο ρολόι) στη γείωση όταν χτυπάει ο συναγερμός. Η αντίσταση 1Μ τραβάει αυτή τη γραμμή ψηλά όταν περιμένετε το ξυπνητήρι.

Το U1 λειτουργεί ως μετατροπέας καθώς χρειαζόμαστε ένα ενεργό υψηλό για να ενεργοποιήσουμε το ρελέ όταν χτυπήσει ο συναγερμός. Το αντίθετο από την έξοδο ρολογιού. Αυτό σημαίνει ότι το U1 είναι πάντα σε κατάσταση αναμονής και θέτει σταθερή εξάντληση της μπαταρίας. Ευτυχώς, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια πολύ μεγάλη αντίσταση R1 για να περιορίσουμε αυτό το ρεύμα. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι αυτό θα μπορούσε να είναι έως και πολλά Gohms! Το τοπικό μου κατάστημα είχε μόνο 10Μ αντιστάσεις, οπότε χρησιμοποίησα 5 σε σειρά. Το 250na είναι αρκετά χαμηλό στο βιβλίο μου.

Το U2 είναι ένας απλός διακόπτης για την τροφοδοσία του σετ πηνίου του ρελέ.

Οι 2 δίοδοι είναι απαραίτητες για την προστασία του κυκλώματος όταν η ισχύς στα πηνία του ρελέ είναι απενεργοποιημένη. Το μαγνητικό πεδίο θα καταρρεύσει και θα προκαλέσει μια τρέχουσα ακίδα που θα μπορούσε να βλάψει κάτι.

Τα ακατέργαστα 12V από την μπαταρία μεταφέρονται σε διαχωριστή τάσης R6 και R7. Το κεντρικό σημείο πηγαίνει σε μία από τις αναλογικές ακίδες του ελεγκτή, ώστε να μπορεί να παρακολουθείται και να αναφέρεται η τάση της μπαταρίας.

Το U4 είναι ένας εξαιρετικά αποδοτικός μετατροπέας DC σε DC για την παραγωγή των 5V για το χειριστήριο.

Όταν τελειώσει ο ελεγκτής ανεβάζει τη γραμμή Poff ψηλά η οποία ενεργοποιεί το U3 που απενεργοποιεί το ρελέ. Η αντίσταση R4 παρέχει μια διαδρομή γείωσης για την πύλη του U3. Το MOSFET είναι μια χωρητική συσκευή και το R4 επιτρέπει στο φορτίο να ρέει στη γείωση, ώστε ο διακόπτης να μπορεί να απενεργοποιηθεί.

Ο δοκιμαστικός διακόπτης κατευθύνει την ισχύ μακριά από το μικροελεγκτή και σε ένα LED. Αυτό είναι χρήσιμο για τον έλεγχο αυτού του κυκλώματος, αλλά κρίσιμο όταν ο ελεγκτής είναι συνδεδεμένος σε έναν υπολογιστή για προγραμματισμό και έλεγχο του κώδικα. Συγγνώμη, αλλά δεν δοκίμασα με ισχύ από 2 πηγές!

Το κουμπί επαναφοράς ήταν μια απαραίτητη μεταγενέστερη σκέψη. Χωρίς αυτό δεν υπάρχει τρόπος να ρυθμίσετε το ξυπνητήρι την πρώτη φορά που ενεργοποιείται το σύστημα !!!

Βήμα 6: Προσομοίωση κυκλώματος

Η προσομοίωση στα αριστερά δείχνει τιμές ενώ το σύστημα είναι αδρανές. Στα δεξιά υπάρχει μια προσομοίωση όταν ο συναγερμός είναι ενεργός και η γραμμή διακοπής τραβιέται χαμηλά.

Οι πραγματικές τάσεις συμφωνούσαν αρκετά καλά με την προσομοίωση, αλλά δεν έχω τρόπο να επιβεβαιώσω την πραγματική τρέχουσα κλήρωση.

Βήμα 7: Κατασκευή και προγραμματισμός

Το κύκλωμα χτίστηκε σε μια στενή λωρίδα για να ακολουθήσει κατά προσέγγιση το διάγραμμα κυκλώματος. Τίποτα περίπλοκο.

Μόλις ξεκινήσει το πρόγραμμα θα πρέπει να επαναφέρει το ξυπνητήρι. Αυτό θα σταματήσει τη ροή του ρεύματος μέσω του σετ πηνίου του ρελέ. Το πρόγραμμα μπορεί να κάνει τη δουλειά του και με την ολοκλήρωση ρυθμίστε το ξυπνητήρι και απενεργοποιήστε τα πάντα γυρίζοντας το Poff ψηλά.

Ανάλογα με το συγκεκριμένο χειριστήριο και ρολόι, θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε μια βιβλιοθήκη λογισμικού. Αυτή η βιβλιοθήκη θα περιλαμβάνει δείγμα κώδικα.

Η διεπαφή και ο προγραμματισμός του ρολογιού θα πρέπει να δοκιμαστούν σε μια πρωτότυπη πλακέτα πριν από την καλωδίωση του κυκλώματος. Για το ρολόι Arduino και H2-8563, το SCL πηγαίνει στο A5 και το SDA στο A4. Η διακοπή πηγαίνει στο INT που εμφανίζεται στο κύκλωμα.

Για το Arduino ο κωδικός δοκιμής θα περιλαμβάνει κάτι σαν:

#περιλαμβάνω

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// ορίστε ημερομηνία και ώρα για να ξεκινήσετε. Δεν είναι απαραίτητο εάν θέλετε συναγερμούς μόνο την ώρα ή το λεπτό. rtc.setDate (ημέρα, καθημερινή, μήνας, αιώνας, έτος) rtc.setTime (ώρα, λεπτά, δευτερόλεπτα);

//Βάζω ξυπνητήρι

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Ελάχ., Ώρα, ημέρα, εργάσιμη ημέρα, 99 = αγνόηση

// Διαγραφή συναγερμού rtc.clearAlarm (); }