Batteridriven IOT: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Om ditt batteridrivna IOT -projekt fungerar intermittent använder denna krets endast 250nA (det är 0.00000025 ampere!) När den är inaktiv. Normalt slösas mest batterikraft mellan aktiviteten. Till exempel slösar 95% av batterikapaciteten ett projekt som går 30 sekunder var 10: e minut!

De flesta mikrokontroller har ett lågeffektberedskapsläge men de behöver fortfarande ström för att hålla processorn vid liv, även kringutrustning kommer att förbruka ström. Det tar mycket ansträngning att få standbyström under 20-30mA. Detta projekt utvecklades för att rapportera temperatur och luftfuktighet i bikupor. På grund av fjärrplatsen batteri och en cellsköld för rapportering av data där det enda valet.

Denna krets fungerar med alla styrenheter och 12, 5 eller 3V ström. De flesta elektronikbutiker kommer att ha komponenterna som bara kostar några dollar.

Tillbehör

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

Dioder: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Klocka: PCF8563 eller motsvarande för mikrokontroller

Relä: EC2-12TNU för 12V matning

EC2-5TNU för 5V

EC2-3TNU för 3V

Effekt: OKI-78SR-5/1.5-W36-C 12V till 5V omvandlare eller som krävs av mikrokontroller

Brytare: Kort tryckning för återställning, SPDT för test

Steg 1: Hur kretsen fungerar

Kretsen är ganska enkel:

- Ett batteridrivet larm går och släpper en strömbrytare

- Strömmen strömmar från batteriet till regulatorn som startar och gör sitt

-Controllern återställer larmet

- Slår sedan omkopplaren för att stänga av.

Steg 2: Klockan

De flesta realtidsklockor bör fungera förutsatt att de är kompatibla med din handkontroll och har en avbrottslinje (Int) som anger när larmet går.

Beroende på den specifika styrenheten och klockan måste du installera ett programbibliotek.

Vänligen ställ in din styrenhet och klocka på ett prototypkort och se till att du kan programmera den för att ställa in tiden, när nästa avbrott ska inträffa och hur du rensar ett avbrott efter att larmet har gått. Det är mycket lättare att få det att fungera nu innan du bygger den sista brädan. Se det sista steget för programmeringsanteckningar.

Steg 3: Växeln

För omkopplaren använder vi ett låsrelä med 2 spolar.

Att sätta en ström genom den inställda spolen slår på reläet. Strömmen behöver bara flöda i cirka 12 ms och kan sedan stängas av så att reläet är på.

Sätt en liknande puls genom återställningsspolen för att stänga av reläet.

Vi vill ha ett spärrrelä så att vi inte använder batteriström för att hålla reläet stängt. Vi slår också på reläet "på" från denna krets och stänger av det "från" styrenheten när den är klar.

Projektet byggdes för ett 12V SLA -batteri. Dessa är billiga (noll som jag redan hade en!) Och kommer att klara sig bra på den kanadensiska vintern med en liten solladdare.

Kretsen kan byggas med ett 3V -relä med ett par AA -batterier. Eftersom reläet kommer att hantera 2A vid nätspänning kan det byta ut en liten väggaggregat (eller ett andra relä med större kapacitet) för nätdriven utrustning. Var bara säker på att allt över 12V är i en ordentligt jordad låda och välisolerad.

Steg 4: 2N7000 MOSFET

Denna krets använder 3 2N7000 förbättrade läge N -kanal MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) som används som switchar.

Kostar bara ett par dollar dessa är ganska anmärkningsvärda enheter. Ström flyter mellan avlopp (+) och källa (-) när grindspänningarna överstiger ca 2V. När "på" är Source-Drain-motståndet en ohm eller så. När av många megohm. Dessa är kapacitiva enheter så att grindströmmen räcker för att "ladda" enheten.

Ett motstånd behövs mellan Gate och Source för att tillåta porten att urladdas när Gate -spänningen är låg, annars stängs inte enheten av.

Steg 5: Kretsen

Avbrottslinjen från klockan (INT) flyter normalt och är ansluten (inuti klockan) till marken när larmet går. 1M -motståndet drar denna linje högt när man väntar på larmet.

U1 fungerar som en växelriktare eftersom vi behöver en aktiv hög för att slå på reläet när larmet går. Motsatsen till klockutgången. Detta betyder att U1 alltid leder i standby -läge och drar konstant ur batteriet. Lyckligtvis kan vi använda ett mycket stort motstånd R1 för att begränsa denna ström. Simuleringar visade att detta kan vara upp till flera Gohms! Min lokala butik hade bara 10M motstånd så jag använde 5 i serie. 250na är tillräckligt låg i min bok.

U2 är en enkel omkopplare för att driva reläets inställda spole.

De 2 dioderna är nödvändiga för att skydda kretsen när strömmen till reläspolarna stängs av. Magnetfältet kommer att kollapsa och orsaka en strömspik som kan skada något.

Rå 12V från batteriet förs till en spänningsdelare R6 och R7. Mittpunkten går till en av styrenhetens analoga stift så att batterispänningen kan övervakas och rapporteras.

U4 är en mycket effektiv DC till DC -omvandlare för att producera 5V för regulatorn.

När regulatorn är klar höjer den Poff -linjen högt som slår på U3 som stänger av reläet. Motståndet R4 tillhandahåller en markväg för U3 -grinden. MOSFET är en kapacitiv enhet och R4 låter laddningen rinna till marken så att omkopplaren kan stängas av.

Testomkopplaren leder strömmen bort från mikrokontrollen och till en lysdiod. Detta är användbart för att testa denna krets men avgörande när styrenheten är ansluten till en dator för programmering och testning av koden. Förlåt, men jag testade inte med ström från 2 källor!

Återställningsknappen var en nödvändig eftertanke. Utan det finns det inget sätt att ställa in larmet första gången systemet startas !!!

Steg 6: Kretssimulering

Simuleringen till vänster visar värden medan systemet är inaktivt. Till höger finns en simulering när larmet är aktivt och avbrottslinjen dras lågt.

Faktiska spänningar stämde ganska bra med simuleringen men jag har inget sätt att bekräfta den faktiska strömdragningen.

Steg 7: Konstruktion och programmering

Kretsen byggdes i en smal remsa för att grovt följa kretsschemat. Inget komplicerat.

Så snart programmet startar bör det återställa larmet. Detta kommer att stoppa strömflödet genom reläets inställda spole. Programmet kan göra sitt och vid slutförandet ställa in larmet och stänga av allt genom att vrida Poff högt.

Beroende på den specifika styrenheten och klockan måste du installera ett programbibliotek. Detta bibliotek innehåller exempelkod.

Gränssnittet och programmering av klockan bör testas på ett prototypkort innan kretsen kopplas. För Arduino och H2-8563 klockan går SCL till A5 och SDA till A4. Avbrottet går till INT som visas i kretsen.

För Arduino kommer testkoden att innehålla något i stil med:

#omfatta

#inkludera Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// ställ in datum och tid för att komma igång. Inte nödvändigt om du bara vill ha larm på timmen eller minuten. rtc.setDate (dag, vardag, månad, sekel, år); rtc.setTime (h, min, sek);

//Sätt Alarm

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, timme, dag, vardag, 99 = ignorera

// Rensa larm rtc.clearAlarm (); }