IOT à piles : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Si votre projet IOT à piles fonctionne par intermittence, ce circuit n'utilise que 250 nA (c'est 0,00000025 ampères !) lorsqu'il est inactif. Normalement, la plupart de l'énergie de la batterie est gaspillée entre les activités. Par exemple, un projet qui fonctionne 30 secondes toutes les 10 minutes gaspille 95% de la capacité de la batterie !

La plupart des microcontrôleurs ont un mode veille à faible consommation, mais ils ont toujours besoin d'énergie pour maintenir le processeur en vie, de même que tous les périphériques consomment de l'énergie. Il faut beaucoup d'efforts pour obtenir un courant de veille inférieur à 20-30 mA. Ce projet a été développé pour rapporter la température et l'humidité dans les ruches. En raison de la puissance de la batterie de l'emplacement distant et d'un blindage cellulaire pour les données de rapport où le seul choix.

Ce circuit fonctionnera avec n'importe quel contrôleur et une alimentation 12, 5 ou 3V. La plupart des magasins d'électronique auront les composants qui ne coûtent que quelques dollars.

Fournitures

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

Diodes: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Horloge: PCF8563 ou équivalent pour microcontrôleur

Relais: EC2-12TNU pour alimentation 12V

EC2-5TNU pour 5V

EC2-3TNU pour 3V

Alimentation: OKI-78SR-5/1.5-W36-C Convertisseur 12 V à 5 V ou selon les besoins du microcontrôleur

Commutateur: presser momentanément pour réinitialiser, SPDT pour tester

Étape 1: Comment fonctionne le circuit

Le circuit est assez simple:

- Une alarme à piles se déclenche et actionne un interrupteur

- Le courant passe de la batterie au contrôleur qui démarre et fait son travail

-Le contrôleur réinitialise l'alarme

- Puis jette l'interrupteur pour éteindre.

Étape 2: L'horloge

La plupart des horloges en temps réel devraient fonctionner à condition qu'elles soient compatibles avec votre contrôleur et qu'elles aient une ligne d'interruption (Int) qui indique quand l'alarme se déclenche.

En fonction du contrôleur et de l'horloge, vous devrez installer une bibliothèque de logiciels.

VEUILLEZ configurer votre contrôleur et votre horloge sur une carte prototype et assurez-vous que vous pouvez la programmer pour régler l'heure, quand la prochaine interruption devrait se produire et comment effacer une interruption après le déclenchement de l'alarme. Il est beaucoup plus facile de faire fonctionner cela maintenant avant de construire le tableau final. Voir la dernière étape pour les notes de programmation.

Étape 3: Le commutateur

Pour le commutateur, nous utilisons un relais de verrouillage avec 2 bobines.

Mettre un courant dans la bobine réglée active le relais. Le courant n'a besoin de circuler que pendant environ 12 ms, puis peut être coupé en laissant le relais allumé.

Mettez une impulsion similaire à travers la bobine de réinitialisation pour désactiver le relais.

Nous voulons un relais de verrouillage afin de ne pas utiliser la batterie pour maintenir le relais fermé. De plus, nous alimentons le relais « on » à partir de ce circuit et l'éteintons « » à partir du contrôleur lorsqu'il a terminé.

Le projet a été construit pour une batterie SLA 12V. Ceux-ci sont bon marché (zéro car j'en avais déjà un !) et feront bien l'hiver canadien avec un petit chargeur solaire.

Le circuit pourrait être construit avec un relais 3V en utilisant quelques piles AA. Étant donné que le relais gérera 2A à la tension secteur, il pourrait commuter une petite unité d'alimentation murale (ou un deuxième relais de plus grande capacité) pour un équipement alimenté par le secteur. Assurez-vous simplement que tout ce qui dépasse 12 V est dans une boîte correctement mise à la terre et bien isolée.

Étape 4: MOSFET 2N7000

Ce circuit utilise 3 MOSFET à canal N amélioré 2N7000 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) utilisés comme commutateurs.

Ne coûtant que quelques dollars, ce sont des appareils assez remarquables. Le courant circule entre le drain (+) et la source (-) lorsque les tensions de grille dépassent environ 2 V. Lorsqu'il est "allumé", la résistance Source-Drain est d'environ un ohm. Lorsqu'il est éteint de nombreux mégohms. Ce sont des appareils capacitifs, donc le courant de grille est juste suffisant pour "charger" l'appareil.

Une résistance est nécessaire entre la porte et la source pour permettre à la porte de se décharger lorsque la tension de la porte est faible, sinon l'appareil ne s'éteindra pas.

Étape 5: Le circuit

La ligne d'interruption de l'horloge (INT) flotte normalement et est connectée (à l'intérieur de l'horloge) à la terre lorsque l'alarme se déclenche. La résistance 1M tire cette ligne vers le haut en attendant l'alarme.

U1 agit comme un onduleur car nous avons besoin d'un haut actif pour activer le relais lorsque l'alarme se déclenche. Le contraire de la sortie d'horloge. Cela signifie que U1 est toujours conducteur en veille et consomme constamment la batterie. Heureusement, on peut utiliser une très grosse résistance R1 pour limiter ce courant. Les simulations ont montré que cela pouvait aller jusqu'à plusieurs Gohms ! Mon magasin local n'avait que des résistances de 10M, j'en ai donc utilisé 5 en série. 250na est assez bas dans mon livre.

U2 est un simple interrupteur pour alimenter la bobine du relais.

Les 2 diodes sont nécessaires pour protéger le circuit lorsque l'alimentation des bobines du relais est coupée. Le champ magnétique s'effondrera et induira une pointe de courant qui pourrait endommager quelque chose.

Le 12V brut de la batterie est acheminé vers un diviseur de tension R6 et R7. Le point central va à l'une des broches analogiques du contrôleur afin que la tension de la batterie puisse être surveillée et signalée.

U4 est un convertisseur DC à DC très efficace pour produire le 5V pour le contrôleur.

Lorsque le contrôleur a terminé, il élève la ligne Poff haut qui active U3 qui désactive le relais. La résistance R4 fournit un chemin de masse pour la grille de U3. Le MOSFET est un dispositif capacitif et R4 permet à la charge de s'écouler vers la terre afin que l'interrupteur puisse s'éteindre.

Le commutateur de test éloigne l'alimentation du microcontrôleur et vers une LED. Ceci est utile pour tester ce circuit mais crucial lorsque le contrôleur est connecté à un ordinateur pour programmer et tester le code. Désolé, mais je n'ai pas testé avec l'alimentation de 2 sources !

Le bouton-poussoir de réinitialisation était une réflexion nécessaire après coup. Sans cela, il n'y a aucun moyen de régler l'alarme la première fois que le système est mis sous tension !!!

Étape 6: Simulation de circuits

La simulation sur la gauche montre des valeurs pendant que le système est inactif. Sur la droite se trouve une simulation lorsque l'alarme est active et que la ligne d'interruption est tirée vers le bas.

Les tensions réelles concordaient assez bien avec la simulation, mais je n'ai aucun moyen de confirmer la consommation de courant réelle.

Étape 7: Construction et programmation

Le circuit a été construit dans une bande étroite pour suivre à peu près le schéma de circuit. Rien de compliqué.

Dès que le programme démarre, il doit réinitialiser l'alarme. Cela arrêtera le flux de courant à travers la bobine réglée du relais. Le programme peut faire son travail et à la fin, régler l'alarme et tout éteindre en mettant Poff haut.

En fonction du contrôleur et de l'horloge, vous devrez installer une bibliothèque de logiciels. Cette bibliothèque comprendra un exemple de code.

L'interface et la programmation de l'horloge doivent être testées sur une carte prototype avant de câbler le circuit. Pour l'horloge Arduino et H2-8563, SCL passe à A5 et SDA à A4. L'interruption va à l'INT indiqué dans le circuit.

Pour l'Arduino, le code de test comprendra quelque chose comme:

#comprendre

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock();

//définir la date et l'heure pour commencer. Pas nécessaire si vous souhaitez uniquement des alarmes à l'heure ou à la minute. rtc.setDate(jour, jour de la semaine, mois, siècle, année); rtc.setTime(h, min, sec);

//Régler l'alarme

rtc.setAlarm(mm, hh, 99, 99); // Min, heure, jour, jour de la semaine, 99 = ignorer

//Effacer l'alarme rtc.clearAlarm(); }