जीपीआरएस (सिम कार्ड) डेटा लिंक के साथ कॉम्पैक्ट वेदर सेंसर: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

परियोजना सारांश

यह बैटरी से चलने वाला मौसम सेंसर है जो BME280 तापमान/दबाव/आर्द्रता सेंसर और ATMega328P MCU पर आधारित है। यह दो 3.6 वी लिथियम थियोनिल एए बैटरी पर चलता है। इसमें 6 µA की अति-निम्न नींद की खपत है। यह GPRS (एक SIM800L GSM मॉड्यूल का उपयोग करके) के माध्यम से आधे घंटे के डेटा को ThingSpeak को भेजता है, जिसे DS3231 रीयलटाइम घड़ी द्वारा नियंत्रित किया जाता है। बैटरी के एक सेट पर अनुमानित सेवा>6 महीने है।

मैं ASDA पे-एज़-यू-गो सिम कार्ड का उपयोग करता हूं, जो इस परियोजना के उद्देश्यों के लिए बहुत अच्छी स्थिति प्रदान करता है, क्योंकि इसमें क्रेडिट के लिए बहुत लंबा समाप्ति समय (180 दिन) होता है और केवल 5p/MB डेटा वॉल्यूम चार्ज करता है।

प्रेरणा: एक किफायती, शून्य-रखरखाव, स्वायत्त, बैटरी से चलने वाले पर्यावरण सेंसर का विकास जिसे मौसम या अन्य डेटा प्राप्त करने के लिए जंगली में रखा जा सकता है और जीएसएम / जीपीआरएस नेटवर्क के माध्यम से एक आईओटी सर्वर पर संचारित किया जा सकता है।

भौतिक आयाम: 109 x 55 x 39 मिमी (केस फ्लैंगेस सहित)। वजन 133 ग्राम। आईपी रेटिंग 54 (अनुमानित)।

सामग्री लागत: लगभग। £20 प्रति यूनिट।

असेंबली का समय: प्रति यूनिट 2 घंटे (हाथ सोल्डरिंग)

शक्ति का स्रोत: दो लिथियम थियोनिल एए बैटरी, गैर-रिचार्जेबल (3.6V, 2.6Ah)।

नेटवर्क प्रोटोकॉल: जीएसएम जीपीआरएस (2 जी)

संभावित उपयोग: जीएसएम सिग्नल कवरेज के साथ कोई भी दूरस्थ स्थान। वन, प्रकाशस्तंभ, बुआ, निजी नौका, कारवां, शिविर स्थल, पर्वत शरण झोपड़ी, निर्जन भवन

विश्वसनीयता परीक्षण: एक इकाई ३०.८.२० से अप्राप्य दीर्घकालिक परीक्षण से गुजर रही है। एक सॉफ्टवेयर क्रैश के अलावा, यह हर 30 मिनट में मज़बूती से डेटा भेज रहा है।

चरण 1: आवश्यक भाग

• कस्टम-निर्मित पीसीबी। ज़िप्ड Gerber फ़ाइलें यहाँ (instructables.com ज़िप फ़ाइल अपलोड को ब्लॉक करने के लिए लगता है)। मैंने पीसीबी उत्पादन के लिए jlcpcb.com की अत्यधिक अनुशंसा की। यूके में रहने वाले लोगों के लिए, मुझे आपको सामग्री और डाक लागत में न्यूनतम योगदान के लिए एक अतिरिक्त पीसीबी भेजकर खुशी हो रही है - मुझे संदेश भेजें।
• ATMega328P-AU
• संशोधित DS3231 रीयलटाइम क्लॉक (नीचे पैराग्राफ देखें)
• BME280 ब्रेकआउट बोर्ड, जैसे यह वाला
• SIM800L GSM GPRS मॉड्यूल
• विस्तृत सूची के अनुसार विभिन्न एसएमडी भागों।
• हैमंड 1591, ब्लैक एबीएस एनक्लोजर, आईपी54, फ्लैंग्ड, 85 x 56 x 35 मिमी, आरएस कंपोनेंट्स यूके से

DS3231 का संशोधन

लाल रंग में परिचालित चौगुनी प्रतिरोधक नेटवर्क को अनसोल्ड करने की आवश्यकता है। अन्य विनाशकारी तरीके भी ठीक हैं, लेकिन 4 पैड्स (एमसीयू की तरफ) की अंदरूनी पंक्ति पर पैड्स को पाटने से बचें। अन्य 4 पैड वैसे भी पीसीबी के निशान से जुड़े हुए हैं। SQW पिन को अलार्म के रूप में कार्य करने की अनुमति देने के लिए यह संशोधन आवश्यक है। प्रतिरोधों को हटाए बिना, यह तब तक काम नहीं करेगा जब तक आप वीसीसी आपूर्ति को मॉड्यूल से नहीं जोड़ते, जो बहुत कम-शक्ति वाले आरटीसी होने के उद्देश्य को हरा देता है।

चरण 2: योजनाबद्ध सिद्धांत

डिजाइन के लिए सर्वोच्च प्राथमिकताएं थीं:

• कम नींद की वर्तमान खपत के साथ बैटरी संचालन
• संक्षिप्त परिरूप

बिजली की आपूर्ति

दो 3.6V साफ्ट लिथियम थियोनिल एए बैटरी। रिवर्स पोलरिटी सुरक्षा के लिए एक पी-चैनल एमओएसएफईटी।

सर्किट में दो वोल्टेज नियामक हैं:

• लगभग 4.1V पर SIM800L को पावर देने के लिए एक टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स TPS562208 2 Amp स्टेप-डाउन रेगुलेटर। यह ATMega से स्विच करने योग्य है और अधिकांश समय इनेबल पिन 5 के माध्यम से शटडाउन मोड में डाल दिया जाता है।
• ATMega और BME280 के लिए एक MCP1700 3.3V नियामक। यह एक अत्यंत कुशल लो-ड्रॉप रेगुलेटर है जिसमें केवल लगभग 1 µA की मौन धारा होती है। चूंकि यह केवल 6V इनपुट तक सहनशील है, इसलिए मैंने 7.2V आपूर्ति को 6V के आसपास स्वीकार्य स्तर तक गिराने के लिए श्रृंखला में दो रेक्टिफायर डायोड (D1, D2) जोड़े। मैं ATMega पर बिजली की आपूर्ति के लिए PCB पर सामान्य १० µF डिकूपिंग कैपेसिटर जोड़ना भूल गया। इसलिए, मैंने MCP1700 पर सामान्य आउटपुट कैपेसिटर को 1 से 10 µF तक अपग्रेड किया है और यह ठीक काम करता है।
• ATMega पर ADC0 के माध्यम से बैटरी वोल्टेज की निगरानी (वोल्टेज विभक्त के माध्यम से)

वास्तविक समय घड़ी

एक संशोधित DS3231, जो माप और डेटा ट्रांसमिशन के चक्र को शुरू करने के लिए निर्दिष्ट अंतराल पर ATMega को जगाता है। DS3231 स्वयं CR2032 लिथियम सेल से संचालित है।

बीएमई२८०

मैंने अपने आप में मूल बॉश BME280 मॉड्यूल का उपयोग करने की कोशिश की है, जो कि इसके मिनट के आकार के कारण मिलाप करना लगभग असंभव है। इसलिए, मैं व्यापक रूप से उपलब्ध ब्रेकआउट बोर्ड का उपयोग कर रहा हूं। चूंकि इसमें एक अनावश्यक वोल्टेज नियामक है, जो ऊर्जा की खपत करता है, मैं इसे माप से ठीक पहले एक एन-चैनल MOSFET के साथ चालू करता हूं।

SIM800L

यह मॉड्यूल विश्वसनीय है लेकिन अगर बिजली की आपूर्ति रॉक-सॉलिड नहीं है तो यह काफी मनमौजी लगता है। मैंने पाया कि 4.1V आपूर्ति वोल्टेज सबसे अच्छा काम करता है। मैंने VCC और GND के लिए SIM800L अतिरिक्त मोटी (20 मिलियन) के लिए PCB के निशान बनाए हैं।

योजनाबद्ध/पीसीबी टिप्पणियाँ

• नेटवर्क लेबल "1" - भागों की सूची में "सिंगलपिन" के रूप में सूचीबद्ध है, बस एक पुरुष हेडर पिन को संदर्भित करता है।
• स्लाइड स्विच से सटे दो पिनों को सामान्य ऑपरेशन के लिए जम्पर के साथ ब्रिज करने की आवश्यकता होती है, अन्यथा यहां वीसीसी लाइन खुली रहती है। यदि आवश्यक हो तो वे वर्तमान माप के लिए अभिप्रेत हैं।
• SIM800L मॉड्यूल के लिए 100 μF संधारित्र (C12) आवश्यक नहीं है। अपेक्षित स्थिरता समस्याओं के मामले में इसे एहतियाती (हताश) उपाय के रूप में जोड़ा गया था

अनुशंसित विधानसभा कदम

1. पीसीबी के निचले बाएँ हिस्से में सभी बिजली आपूर्ति घटकों को इकट्ठा करें। TPS562208 का सक्षम पिन (पिन 5) परीक्षण के लिए तार्किक उच्च पर होना चाहिए, अन्यथा मॉड्यूल शटडाउन मोड में है और आपके पास 0V आउटपुट होगा। परीक्षण के लिए सक्षम पिन को उच्च खींचने के लिए, ATMega के पैड 9 से एक अस्थायी तार (जो पीसीबी पर वोल्टेज नियामक के पिन 5 से जुड़ा होता है) को VCC बिंदु से जोड़ा जा सकता है; निकटतम बिंदु R3 के निचले पिन पर होगा, जो VCC लाइन पर स्थित है।
2. C2, C3 या C4 और GND के निचले पिनों के बीच TPS562208 से टेस्ट आउटपुट। आपके पास लगभग 4.1V होना चाहिए।
3. U6 और GND के टॉप राइट पिन के बीच MCP1700 से टेस्ट आउटपुट। आपके पास 3.3V होना चाहिए।
4. सोल्डर ATMega328P; ऊपरी बाएँ कोने में पिन 1 मार्कर को देखें। कुछ अभ्यास की आवश्यकता है, लेकिन बहुत कठिन नहीं है।
5. ATMega328 पर बूटलोडर को बर्न करें - इसके लिए कहीं और ट्यूटोरियल। आपको MOSI, MISO, SCK और RST से कनेक्ट करने के लिए पिन हेडर का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं है। बूटलोडर को जलाने में लगने वाले कुछ सेकंड के लिए, आप ड्यूपॉन्ट तारों का उपयोग कर सकते हैं और एक अच्छा संपर्क प्राप्त करने के लिए थोड़ा सा कोण का उपयोग कर सकते हैं।
6. DS3231 के लिए 5x महिला पिन हेडर संलग्न करें।
7. पुरुष पिन हेडर के माध्यम से मिलाप SIM800L
8. मिलाप BME280
9. USB2TTL अडैप्टर का उपयोग करके Arduino IDE में कोड अपलोड करें (Arduino Uno/Genuino को लक्ष्य के रूप में चुनें)।

चरण 3: Arduino कोड

फ़ाइल अनुलग्नक में Arduino स्रोत कोड देखें।

चरण 4: वास्तविक दुनिया का परीक्षण

मैंने केस के दाईं ओर दो छोटे छेद ड्रिल किए, जो सामने की तरफ गहरे थे। मैंने उन्हें हवा के आदान-प्रदान की अनुमति देने के लिए गोरेटेक्स पैच के साथ अंदर से कवर किया लेकिन पानी को बाहर कर दिया। मैंने प्लास्टिक की छोटी छतों के साथ कुछ अतिरिक्त वर्षा सुरक्षा जोड़ी। मैं फिर पूरी असेंबली को मामले में आगे की ओर और बैटरी को ढक्कन के सामने रखने के साथ स्लॉट करता हूं। मैं अतिरिक्त जल प्रवेश सुरक्षा के लिए मामले में थोड़ा सा सिलिकॉन ग्रीस मिलाता हूं।

इकाई वर्तमान में एक छोटी नदी के बगल में "स्थापित" है। यहां लाइव डेटा फीड है।