تعمل بالبطارية IOT: 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

إذا كان مشروع IOT الذي يعمل بالبطارية يعمل بشكل متقطع ، فإن هذه الدائرة تستخدم فقط 250nA (أي 0.00000025 أمبير!) عندما تكون في وضع الخمول. عادةً ما يتم إهدار معظم طاقة البطارية بين الأنشطة. على سبيل المثال ، مشروع يعمل 30 ثانية كل 10 دقائق يهدر 95٪ من سعة البطارية!

تحتوي معظم وحدات التحكم الصغيرة على وضع الاستعداد منخفض الطاقة ولكنها لا تزال بحاجة إلى الطاقة لإبقاء المعالج على قيد الحياة ، كما ستستهلك أي أجهزة طرفية الطاقة. يتطلب الأمر الكثير من الجهد للحصول على تيار الاستعداد أقل من 20-30 مللي أمبير. تم تطوير هذا المشروع للإبلاغ عن درجة الحرارة والرطوبة في خلايا النحل. نظرًا لطاقة بطارية الموقع البعيد ودرع الخلية للإبلاغ عن البيانات حيث يكون الخيار الوحيد.

ستعمل هذه الدائرة مع أي وحدة تحكم وطاقة 12 أو 5 أو 3 فولت. تحتوي معظم المتاجر الإلكترونية على مكونات لا تكلف سوى بضعة دولارات.

اللوازم

المقاومات: 2x1K، 3x10K، 1x470K، 2x1M، 5x10M

الثنائيات: 2x1N4148 ، 1xLED

موسفيت: 3x2N7000

الساعة: PCF8563 أو ما يعادله لمتحكم دقيق

مرحل: EC2-12TNU لإمداد 12 فولت

EC2-5TNU لـ 5 فولت

EC2-3TNU لـ 3 فولت

الطاقة: OKI-78SR-5 / 1.5-W36-C محول 12 فولت إلى 5 فولت أو كما هو مطلوب بواسطة متحكم دقيق

التبديل: اضغط مؤقتًا لإعادة التعيين ، SPDT للاختبار

الخطوة 1: كيف تعمل الدائرة

الدائرة بسيطة للغاية:

- ينطلق إنذار يعمل بالبطارية ويلقي بمفتاح

- تتدفق الطاقة من البطارية إلى جهاز التحكم الذي يبدأ في العمل ويقوم بعمله

-تقوم وحدة التحكم بإعادة ضبط الإنذار

- ثم يرمي المفتاح إلى إيقاف التشغيل.

الخطوة الثانية: الساعة

يجب أن تعمل معظم ساعات الوقت الفعلي بشرط أن تكون متوافقة مع وحدة التحكم الخاصة بك وأن يكون بها خط مقاطعة (Int) يخبرك عندما ينطلق الإنذار.

اعتمادًا على وحدة التحكم والساعة المحددين ، ستحتاج إلى تثبيت مكتبة برامج.

يرجى إعداد وحدة التحكم الخاصة بك والساعة على لوحة النموذج الأولي والتأكد من أنه يمكنك برمجتها لضبط الوقت ، ووقت حدوث المقاطعة التالية وكيفية مسح المقاطعة بعد انطلاق الإنذار. من الأسهل بكثير الحصول على هذا العمل الآن قبل بناء اللوحة النهائية. انظر الخطوة الأخيرة لملاحظات البرمجة.

الخطوة 3: التبديل

بالنسبة للمفتاح ، نستخدم مرحل مزلاج مع ملفين.

يؤدي وضع تيار من خلال الملف المحدد إلى تشغيل التتابع. يحتاج التيار إلى التدفق لحوالي 12 مللي ثانية فقط ثم يمكن إيقاف تشغيله مع ترك المرحل قيد التشغيل.

ضع نبضًا مشابهًا من خلال ملف إعادة الضبط لإيقاف تشغيل المرحل.

نريد تتابع مزلاج حتى لا نستخدم طاقة البطارية لإبقاء المرحل مغلقًا. أيضًا ، نقوم بتشغيل المرحل "on" من هذه الدائرة ونقوم "بإيقاف تشغيله" من وحدة التحكم عند الانتهاء.

تم بناء المشروع لبطارية SLA 12 فولت. هذه رخيصة (صفر كما كان لدي بالفعل!) وستعمل بشكل جيد في الشتاء الكندي باستخدام شاحن شمسي صغير.

يمكن بناء الدائرة بمرحل 3 فولت باستخدام بطاريتين AA. نظرًا لأن المرحل سيتعامل مع 2A بجهد رئيسي ، فيمكنه تبديل وحدة طاقة صغيرة على الحائط (أو مرحل ثاني أكبر سعة) للمعدات التي تعمل بالطاقة الرئيسية. فقط تأكد من أن كل شيء يزيد عن 12 فولت في صندوق مؤرض بشكل صحيح ومعزل جيدًا.

الخطوة 4: 2N7000 MOSFET

تستخدم هذه الدائرة 3 2N7000 الوضع المحسن N قناة MOSFETs (ترانزستور تأثير مجال أشباه الموصلات بأكسيد المعادن) المستخدمة كمفاتيح.

تكلف بضعة دولارات فقط ، فهذه أجهزة رائعة للغاية. يتدفق التيار بين الصرف (+) والمصدر (-) عندما تتجاوز جهود البوابة حوالي 2 فولت. عند "تشغيل" تكون مقاومة استنزاف المصدر أوم أو نحو ذلك. عند الخروج من العديد من megohmes. هذه أجهزة سعوية لذا فإن تيار البوابة يكفي فقط "لشحن" الجهاز.

يلزم وجود المقاوم بين البوابة والمصدر للسماح للبوابة بالتفريغ عندما يكون جهد البوابة منخفضًا ، وإلا فلن يتم إيقاف تشغيل الجهاز.

الخطوة 5: الدائرة

عادةً ما يطفو خط المقاطعة من الساعة (INT) ويتصل (داخل الساعة) بالأرض عندما ينطلق الإنذار. يسحب المقاوم 1M هذا الخط عالياً عند انتظار الإنذار.

يعمل U1 كعاكس لأننا نحتاج إلى ارتفاع نشط لتشغيل التتابع عندما ينطلق الإنذار. عكس خرج الساعة. هذا يعني أن U1 يعمل دائمًا في وضع الاستعداد ويضع استنزافًا مستمرًا للبطارية. لحسن الحظ ، يمكننا استخدام مقاوم كبير جدًا R1 للحد من هذا التيار. أظهرت المحاكاة أن هذا يمكن أن يصل إلى عدة Gohms! كان متجري المحلي يحتوي على 10 أمتار فقط من المقاومات ، لذا استخدمت 5 مقاومات على التوالي. 250na منخفضة بما يكفي في كتابي.

U2 هو مفتاح بسيط لتشغيل ملف مجموعة الترحيل.

يعتبر الثنائيان ضروريان لحماية الدائرة عند إيقاف تشغيل الطاقة عن ملفات الترحيل. سينهار المجال المغناطيسي ويؤدي إلى ارتفاع تيار قد يؤدي إلى إتلاف شيء ما.

يتم أخذ 12V الخام من البطارية إلى مقسم الجهد R6 و R7. تنتقل النقطة المركزية إلى أحد المسامير التناظرية لوحدة التحكم بحيث يمكن مراقبة جهد البطارية والإبلاغ عنه.

U4 هو محول DC إلى DC عالي الكفاءة لإنتاج 5V لوحدة التحكم.

عندما تنتهي وحدة التحكم ، فإنها ترفع خط Poff عالياً والذي يتحول إلى U3 الذي يقوم بإيقاف تشغيل التتابع. يوفر المقاوم R4 مسارًا أرضيًا لبوابة U3. MOSFET هو جهاز سعوي ويسمح R4 للشحنة بالتدفق إلى الأرض بحيث يمكن إيقاف تشغيل المفتاح.

يقوم مفتاح الاختبار بتوجيه الطاقة بعيدًا عن وحدة التحكم الدقيقة وإلى LED. هذا مفيد لاختبار هذه الدائرة ولكنه مهم عند توصيل وحدة التحكم بجهاز كمبيوتر لبرمجة واختبار الكود. آسف ، لكنني لم أختبر الطاقة من مصدرين!

كان زر إعادة الضبط فكرة لاحقة ضرورية. بدونه لا توجد طريقة لضبط المنبه في المرة الأولى التي يتم فيها تشغيل النظام !!!

الخطوة 6: محاكاة الدائرة

تظهر المحاكاة الموجودة على اليسار القيم بينما يكون النظام في وضع الخمول. على اليمين توجد محاكاة عندما يكون الإنذار نشطًا ويتم سحب خط المقاطعة منخفضًا.

تمت الموافقة على الفولتية الفعلية بشكل جيد مع المحاكاة ولكن ليس لدي طريقة لتأكيد السحب الحالي الفعلي.

الخطوة السابعة: البناء والبرمجة

تم بناء الدائرة في شريط ضيق لتتبع مخطط الدائرة تقريبًا. لا شيء معقد.

بمجرد أن يبدأ البرنامج ، يجب أن يعيد ضبط المنبه. سيؤدي هذا إلى إيقاف تدفق التيار عبر ملف مجموعة التتابع. يمكن للبرنامج أن يقوم بعمله وعند الانتهاء ، قم بضبط المنبه وإيقاف تشغيل كل شيء عن طريق إيقاف Poff عاليًا.

اعتمادًا على وحدة التحكم والساعة المحددين ، ستحتاج إلى تثبيت مكتبة برامج. ستتضمن هذه المكتبة نموذج التعليمات البرمجية.

يجب اختبار الواجهة وبرمجة الساعة على لوحة نموذج أولي قبل توصيل الأسلاك بالدائرة. بالنسبة إلى Arduino و H2-8563 على مدار الساعة ، ينتقل SCL إلى A5 و SDA إلى A4. المقاطعة تذهب إلى INT المبين في الدائرة.

بالنسبة إلى Arduino ، سيتضمن كود الاختبار شيئًا مثل:

#يشمل

# تضمين Rtc_Pcf8563 rtc ؛

rtc.initClock () ،

// تعيين التاريخ والوقت للبدء. ليس ضروريًا إذا كنت تريد التنبيهات على مدار الساعة أو الدقيقة فقط. rtc.setDate (اليوم ، أيام الأسبوع ، الشهر ، القرن ، السنة) ؛ rtc.setTime (ساعة ، دقيقة ، ثانية) ؛

//ضبط المنبه

rtc.setAlarm (مم ، ارتفاع ، 99 ، 99) ؛ // دقيقة ، ساعة ، يوم ، يوم من أيام الأسبوع ، 99 = تجاهل

// مسح إنذار rtc.clearAlarm () ؛ }