IOT operado por bateria: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Se seu projeto IOT operado por bateria opera intermitentemente, este circuito usa apenas 250nA (ou seja, 0,00000025 amperes!) Quando ocioso. Normalmente, a maior parte da energia da bateria é desperdiçada entre as atividades. Por exemplo, um projeto que opera 30 segundos a cada 10 minutos desperdiça 95% da capacidade da bateria!

A maioria dos microcontroladores tem um modo de espera de baixa energia, mas eles ainda precisam de energia para manter o processador ativo, além disso, quaisquer periféricos irão consumir energia. É preciso muito esforço para obter a corrente de espera abaixo de 20-30mA. Este projeto foi desenvolvido para relatar temperatura e umidade em colmeias de abelhas. Por causa da bateria de localização remota e um escudo de célula para relatar dados onde a única escolha.

Este circuito funcionará com qualquer controlador e alimentação de 12, 5 ou 3V. A maioria das lojas de eletrônicos terá componentes que custam apenas alguns dólares.

Suprimentos

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

Diodos: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Relógio: PCF8563 ou equivalente para microcontrolador

Relé: EC2-12TNU para alimentação de 12V

EC2-5TNU para 5V

EC2-3TNU para 3V

Alimentação: OKI-78SR-5 / 1.5-W36-C Conversor 12V para 5V ou conforme exigido pelo microcontrolador

Interruptor: pressionamento momentâneo para reinicialização, SPDT para teste

Etapa 1: Como funciona o circuito

O circuito é bastante simples:

- Um alarme operado por bateria dispara e aciona um interruptor

- A energia flui da bateria para o controlador que inicia e faz seu trabalho

-O controlador zera o alarme

- Em seguida, desliga o interruptor.

Etapa 2: o relógio

A maioria dos relógios em tempo real deve funcionar, desde que sejam compatíveis com seu controlador e tenham uma linha de interrupção (Int) que informa quando o alarme dispara.

Dependendo do controlador e relógio específicos, você precisará instalar uma biblioteca de software.

POR FAVOR, configure seu controlador e relógio em uma placa protótipo e certifique-se de programá-lo para definir a hora, quando a próxima interrupção deve ocorrer e como limpar uma interrupção após o alarme ter disparado. É muito mais fácil fazer isso funcionar agora, antes de construir a placa final. Veja a última etapa para notas de programação.

Etapa 3: a mudança

Para a chave, usamos um relé de travamento com 2 bobinas.

Colocar uma corrente através da bobina ajustada liga o relé. A corrente só precisa fluir por cerca de 12ms e depois pode ser desligada deixando o relé ligado.

Coloque um pulso semelhante na bobina de reset para desligar o relé.

Queremos um relé de travamento para não usar a energia da bateria para mantê-lo fechado. Além disso, ligamos o relé a partir deste circuito e o desligamos do controlador quando ele termina.

O projeto foi construído para uma bateria SLA de 12V. Estes são baratos (zero porque eu já tinha um!) E farão bem no inverno canadense com um pequeno carregador solar.

O circuito pode ser construído com um relé de 3 V usando algumas baterias AA. Uma vez que o relé vai lidar com 2A na tensão da rede, ele pode trocar uma pequena unidade de energia de parede (ou um segundo relé de maior capacidade) para o equipamento com energia da rede. Apenas certifique-se de que tudo acima de 12 V esteja em uma caixa devidamente aterrada e bem isolada.

Etapa 4: 2N7000 MOSFET

Este circuito usa 3 MOSFETs de canal N de modo N7000 aprimorado (Transistor de efeito de campo de óxido metálico semicondutor) usados como interruptores.

Custando apenas alguns dólares, esses dispositivos são notáveis. A corrente flui entre o dreno (+) e a fonte (-) quando as tensões da porta excedem cerca de 2V. Quando "ligado", a resistência do Source-Drain é um ohm ou algo assim. Quando desligado muitos megohmes. Esses são dispositivos capacitivos, de modo que a corrente da porta é apenas o suficiente para "carregar" o dispositivo.

É necessário um resistor entre o Gate e a Fonte para permitir que o Gate descarregue quando a tensão do Gate estiver baixa, caso contrário, o dispositivo não desligará.

Etapa 5: o circuito

A linha de interrupção do relógio (INT) normalmente flutua e é conectada (dentro do relógio) ao aterramento quando o alarme dispara. O resistor de 1M puxa esta linha para cima enquanto espera pelo alarme.

U1 atua como um inversor, pois precisamos de um alto ativo para ligar o relé quando o alarme dispara. O oposto da saída do clock. Isso significa que o U1 está sempre conduzindo em modo de espera e causa um consumo constante de bateria. Felizmente, podemos usar um resistor R1 muito grande para limitar essa corrente. Simulações mostraram que isso poderia chegar a vários Gohms! Minha loja local tinha apenas resistores de 10M, então usei 5 em série. 250na é baixo o suficiente em meu livro.

U2 é uma chave simples para alimentar a bobina definida do relé.

Os 2 diodos são necessários para proteger o circuito quando a alimentação das bobinas do relé for desligada. O campo magnético entrará em colapso e induzirá um pico de corrente que pode danificar algo.

Os 12V brutos da bateria são levados para um divisor de tensão R6 e R7. O ponto central vai para um dos pinos analógicos do controlador para que a tensão da bateria possa ser monitorada e informada.

O U4 é um conversor DC para DC altamente eficiente para produzir 5 V para o controlador.

Quando o controlador termina, ele aumenta a linha Poff que liga o U3 que desliga o relé. O resistor R4 fornece um caminho de aterramento para a porta de U3. O MOSFET é um dispositivo capacitivo e o R4 permite que a carga flua para o solo para que a chave possa ser desligada.

A chave de teste direciona a energia para longe do microcontrolador e para um LED. Isso é útil para testar este circuito, mas crucial quando o controlador está conectado a um computador para programar e testar o código. Desculpe, mas não testei com energia de 2 fontes!

O botão de reinicialização foi uma reflexão tardia necessária. Sem ele, não há como definir o alarme na primeira vez que o sistema é ligado !!!

Etapa 6: Simulação de circuito

A simulação à esquerda mostra os valores enquanto o sistema está ocioso. À direita está uma simulação quando o alarme está ativo e a linha de interrupção é reduzida.

As tensões reais concordaram razoavelmente bem com a simulação, mas não tenho como confirmar o consumo de corrente real.

Etapa 7: Construção e programação

O circuito foi construído em uma faixa estreita para seguir aproximadamente o diagrama do circuito. Nada complicado.

Assim que o programa for iniciado, ele deve redefinir o alarme. Isso interromperá o fluxo de corrente através da bobina ajustada do relé. O programa pode fazer seu trabalho e, ao terminar, definir o alarme e desligar tudo colocando Poff alto.

Dependendo do controlador e relógio específicos, você precisará instalar uma biblioteca de software. Esta biblioteca incluirá código de amostra.

A interface e a programação do relógio devem ser testadas em uma placa de protótipo antes de conectar o circuito. Para o Arduino e o relógio H2-8563, o SCL vai para A5 e o SDA para A4. A interrupção vai para o INT mostrado no circuito.

Para o Arduino, o código de teste incluirá algo como:

#incluir

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// definir data e hora para começar. Não é necessário se você deseja alarmes apenas na hora ou minuto. rtc.setDate (dia, dia da semana, mês, século, ano); rtc.setTime (hr, min, sec);

//Programar alarme

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, hora, dia, dia da semana, 99 = ignorar

// Limpa o alarme rtc.clearAlarm (); }