IOT yang Dioperasikan dengan Baterai: 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Jika proyek IOT Anda yang dioperasikan dengan baterai beroperasi sebentar-sebentar, sirkuit ini hanya menggunakan 250nA (itu 0,00000025 amp!) saat idle. Biasanya sebagian besar daya baterai terbuang di antara aktivitas. Misalnya, proyek yang beroperasi 30 detik setiap 10 menit menghabiskan 95% kapasitas baterai!

Sebagian besar pengontrol mikro memiliki mode siaga daya rendah tetapi mereka masih membutuhkan daya untuk menjaga prosesor tetap hidup, juga periferal apa pun akan mengonsumsi daya. Dibutuhkan banyak upaya untuk mendapatkan arus siaga di bawah 20-30mA. Proyek ini dikembangkan untuk melaporkan suhu dan kelembaban di sarang lebah. Karena daya baterai lokasi terpencil dan pelindung sel untuk melaporkan data di mana satu-satunya pilihan.

Sirkuit ini akan bekerja dengan pengontrol apa pun dan daya 12, 5 atau 3V. Sebagian besar toko elektronik akan memiliki komponen yang harganya hanya beberapa dolar.

Perlengkapan

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

Dioda: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Jam: PCF8563 atau setara untuk mikrokontroler

Relai: EC2-12TNU untuk suplai 12V

EC2-5TNU untuk 5V

EC2-3TNU untuk 3V

Daya: Konverter OKI-78SR-5/1.5-W36-C 12V ke 5V atau sesuai kebutuhan mikrokontroler

Switch: Tekan sesaat untuk reset, SPDT untuk tes

Langkah 1: Bagaimana Sirkuit Bekerja

Rangkaiannya cukup sederhana:

- Alarm yang dioperasikan dengan baterai berbunyi dan menyalakan sakelar

- Daya mengalir dari baterai ke pengontrol yang memulai dan melakukan tugasnya

-Pengontrol mengatur ulang alarm

- Kemudian melempar saklar untuk mematikan.

Langkah 2: Jam

Sebagian besar jam waktu nyata harus berfungsi asalkan kompatibel dengan pengontrol Anda dan memiliki saluran interupsi (Int) yang memberi tahu kapan alarm berbunyi.

Bergantung pada pengontrol dan jam tertentu, Anda perlu menginstal pustaka perangkat lunak.

HARAP atur Pengontrol dan jam Anda di papan prototipe dan pastikan Anda dapat memprogramnya untuk mengatur waktu, kapan interupsi berikutnya akan terjadi dan cara menghapus interupsi setelah alarm berbunyi. Jauh lebih mudah untuk membuatnya bekerja sekarang sebelum membangun papan akhir. Lihat langkah terakhir untuk catatan pemrograman.

Langkah 3: Saklar

Untuk sakelar kami menggunakan relai latching dengan 2 kumparan.

Menempatkan arus melalui set coil akan menyalakan relai. Arus hanya perlu mengalir sekitar 12 ms dan kemudian dapat dimatikan dengan membiarkan relai menyala.

Masukkan pulsa yang sama melalui koil reset untuk mematikan relai.

Kami menginginkan relai pengunci sehingga kami tidak menggunakan daya baterai untuk menjaga relai tetap tertutup. Juga, kami menyalakan relai "hidup" dari sirkuit ini dan mematikannya dari pengontrol setelah selesai.

Proyek ini dibangun untuk baterai SLA 12V. Ini murah (nol karena saya sudah memilikinya!) Dan akan bekerja dengan baik di musim dingin Kanada dengan pengisi daya surya kecil.

Sirkuit dapat dibangun dengan relai 3V menggunakan beberapa baterai AA. Karena relai akan menangani 2A pada tegangan listrik, relai ini dapat mengganti unit daya dinding kecil (atau relai berkapasitas lebih besar kedua) untuk peralatan bertenaga listrik. Pastikan semuanya di atas 12V berada dalam kotak yang diarde dengan benar dan diisolasi dengan baik.

Langkah 4: 2N7000 MOSFET

Sirkuit ini menggunakan 3 2N7000 mode yang disempurnakan N channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) yang digunakan sebagai sakelar.

Biaya hanya beberapa dolar ini adalah perangkat yang cukup luar biasa. Arus mengalir antara Drain (+) dan sumber (-) ketika tegangan gerbang melebihi sekitar 2V. Ketika "on" resistansi Sumber-Penguras adalah sekitar satu ohm. Saat off banyak megaohme. Ini adalah perangkat kapasitif sehingga arus gerbang cukup untuk "mengisi" perangkat.

Sebuah resistor diperlukan antara Gerbang dan Sumber untuk memungkinkan gerbang untuk melepaskan ketika tegangan Gerbang rendah, jika tidak perangkat tidak akan mati.

Langkah 5: Sirkuit

Garis interupsi dari jam (INT) biasanya mengapung dan terhubung (di dalam jam) ke ground saat alarm berbunyi. Resistor 1M menarik garis ini tinggi ketika menunggu alarm.

U1 bertindak sebagai inverter karena kita membutuhkan high aktif untuk menghidupkan relai saat alarm berbunyi. Kebalikan dari output jam. Ini berarti U1 selalu dalam keadaan siaga dan menguras baterai secara konstan. Untungnya, kita dapat menggunakan resistor R1 yang sangat besar untuk membatasi arus ini. Simulasi menunjukkan ini bisa sampai beberapa Gohms! Toko lokal saya hanya memiliki resistor 10M jadi saya menggunakan 5 secara seri. 250na cukup rendah dalam buku saya.

U2 adalah sakelar sederhana untuk memberi daya pada kumparan set relai.

2 dioda diperlukan untuk melindungi rangkaian ketika daya ke kumparan relai dimatikan. Medan magnet akan runtuh dan menyebabkan lonjakan arus yang dapat merusak sesuatu.

12V mentah dari baterai dibawa ke pembagi tegangan R6 dan R7. Titik tengah menuju ke salah satu pin analog pengontrol sehingga tegangan baterai dapat dipantau dan dilaporkan.

U4 adalah konverter DC ke DC yang sangat efisien untuk menghasilkan 5V untuk pengontrol.

Ketika kontroler selesai maka akan menaikkan garis Poff tinggi yang menghidupkan U3 yang mematikan relai. Resistor R4 menyediakan jalur ground untuk gerbang U3. MOSFET adalah perangkat kapasitif dan R4 memungkinkan muatan mengalir ke ground sehingga sakelar dapat dimatikan.

Sakelar uji mengarahkan daya menjauh dari pengontrol mikro dan ke LED. Ini berguna untuk menguji sirkuit ini tetapi penting ketika pengontrol terpasang ke komputer untuk memprogram dan menguji kode. Maaf, tapi saya tidak menguji dengan kekuatan dari 2 sumber!

Tombol tekan reset adalah renungan yang diperlukan. Tanpanya, tidak ada cara untuk menyetel alarm saat pertama kali sistem dinyalakan!!!

Langkah 6: Simulasi Sirkuit

Simulasi di sebelah kiri menunjukkan nilai saat sistem dalam keadaan idle. Di sebelah kanan adalah simulasi ketika alarm aktif dan garis interupsi ditarik rendah.

Tegangan aktual cukup sesuai dengan simulasi tetapi saya tidak memiliki cara untuk mengkonfirmasi penarikan arus yang sebenarnya.

Langkah 7: Konstruksi dan Pemrograman

Sirkuit dibangun di jalur sempit untuk mengikuti diagram sirkuit secara kasar. Tidak ada yang rumit.

Segera setelah program dimulai, alarm harus disetel ulang. Ini akan menghentikan aliran arus melalui kumparan set relai. Program dapat melakukan tugasnya dan setelah selesai mengatur alarm dan mematikan semuanya dengan memutar Poff tinggi.

Bergantung pada pengontrol dan jam tertentu, Anda perlu menginstal pustaka perangkat lunak. Pustaka ini akan menyertakan kode sampel.

Antarmuka dan pemrograman jam harus diuji pada papan prototipe sebelum memasang kabel sirkuit. Untuk jam Arduino dan H2-8563, SCL masuk ke A5 dan SDA ke A4. Interupsi pergi ke INT yang ditunjukkan di sirkuit.

Untuk Arduino, kode pengujian akan mencakup sesuatu seperti:

#termasuk

#sertakan Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock();

//set tanggal dan waktu untuk memulai. Tidak perlu jika Anda hanya ingin alarm pada jam atau menit. rtc.setDate(hari, hari kerja, bulan, abad, tahun); rtc.setTime(jam, menit, detik);

//Pasang alarm

rtc.setAlarm(mm, jj, 99, 99); // Min, jam, hari, hari kerja, 99 = abaikan

//Hapus alarm rtc.clearAlarm(); }