IOT con pilas: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Si su proyecto IOT operado por batería funciona de manera intermitente, este circuito usa solo 250nA (¡eso es 0.00000025 amperios!) Cuando está inactivo. Normalmente, la mayor parte de la energía de la batería se desperdicia entre actividades. Por ejemplo, un proyecto que opera 30 segundos cada 10 minutos desperdicia el 95% de la capacidad de la batería.

La mayoría de los microcontroladores tienen un modo de espera de bajo consumo, pero aún necesitan energía para mantener vivo el procesador, además, cualquier periférico consumirá energía. Se necesita mucho esfuerzo para conseguir una corriente de reserva por debajo de 20-30 mA. Este proyecto fue desarrollado para reportar temperatura y humedad en colmenas de abejas. Debido a la ubicación remota, la energía de la batería y un escudo de celda para informar datos eran la única opción.

Este circuito funcionará con cualquier controlador y con una potencia de 12, 5 o 3V. La mayoría de las tiendas de electrónica tienen componentes que solo cuestan unos pocos dólares.

Suministros

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

Diodos: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Reloj: PCF8563 o equivalente para microcontrolador

Relé: EC2-12TNU para suministro de 12V

EC2-5TNU para 5V

EC2-3TNU para 3V

Energía: Convertidor OKI-78SR-5 / 1.5-W36-C 12V a 5V o según lo requiera el microcontrolador

Interruptor: presione momentáneamente para reiniciar, SPDT para prueba

Paso 1: cómo funciona el circuito

El circuito es bastante simple:

- Se dispara una alarma que funciona con baterías y activa un interruptor

- La energía fluye de la batería al controlador que se inicia y hace su trabajo

-El controlador reinicia la alarma

- Luego tira el interruptor para apagarlo.

Paso 2: el reloj

La mayoría de los relojes en tiempo real deberían funcionar siempre que sean compatibles con su controlador y tengan una línea de interrupción (Int) que indique cuándo suena la alarma.

Dependiendo del controlador y el reloj en particular, deberá instalar una biblioteca de software.

POR FAVOR configure su controlador y reloj en una placa prototipo y asegúrese de que puede programarlo para establecer la hora, cuándo debe ocurrir la próxima interrupción y cómo borrar una interrupción después de que la alarma ha sonado. Es mucho más fácil hacer que esto funcione ahora antes de construir la placa final. Consulte el último paso para ver las notas de programación.

Paso 3: el cambio

Para el interruptor utilizamos un relé de enclavamiento con 2 bobinas.

Al poner una corriente a través de la bobina configurada, se enciende el relé. La corriente solo necesita fluir durante unos 12 ms y luego se puede apagar dejando el relé encendido.

Ponga un pulso similar a través de la bobina de reinicio para apagar el relé.

Queremos un relé de enclavamiento para no usar la energía de la batería para mantener el relé cerrado. Además, encendemos el relé desde este circuito y lo apagamos desde el controlador cuando ha terminado.

El proyecto fue construido para una batería SLA de 12V. Estos son baratos (¡cero porque ya tenía uno!) Y funcionarán bien en el invierno canadiense con un pequeño cargador solar.

El circuito se podría construir con un relé de 3V usando un par de baterías AA. Dado que el relé manejará 2A a la tensión de red, podría cambiar una unidad de alimentación de pared pequeña (o un segundo relé de mayor capacidad) para equipos alimentados por red. Solo asegúrese de que todo lo que supere los 12 V esté en una caja debidamente conectada a tierra y bien aislado.

Paso 4: MOSFET 2N7000

Este circuito utiliza 3 MOSFET de canal N de modo mejorado 2N7000 (Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico) que se utilizan como conmutadores.

Con un costo de solo un par de dólares, estos son dispositivos bastante notables. La corriente fluye entre el drenaje (+) y la fuente (-) cuando los voltajes de la puerta exceden aproximadamente 2V. Cuando está "encendido", la resistencia de fuente-drenaje es de aproximadamente un ohmio. Cuando se apagan muchos megohmes. Estos son dispositivos capacitivos, por lo que la corriente de la puerta es suficiente para "cargar" el dispositivo.

Se necesita una resistencia entre la puerta y la fuente para permitir que la puerta se descargue cuando el voltaje de la puerta es bajo; de lo contrario, el dispositivo no se apagará.

Paso 5: el circuito

La línea de interrupción del reloj (INT) normalmente flota y está conectada (dentro del reloj) a tierra cuando suena la alarma. La resistencia de 1M eleva esta línea cuando espera la alarma.

U1 actúa como un inversor ya que necesitamos un alto activo para encender el relé cuando se dispara la alarma. Lo contrario de la salida del reloj. Esto significa que U1 siempre está conduciendo en modo de espera y agota constantemente la batería. Afortunadamente, podemos usar una resistencia R1 muy grande para limitar esta corriente. ¡Las simulaciones mostraron que esto podría ser hasta varios Gohms! Mi tienda local solo tenía resistencias de 10 M, así que usé 5 en serie. 250na es lo suficientemente bajo en mi libro.

U2 es un interruptor simple para alimentar la bobina de ajuste del relé.

Los 2 diodos son necesarios para proteger el circuito cuando se apaga la alimentación de las bobinas del relé. El campo magnético colapsará e inducirá un pico de corriente que podría dañar algo.

Los 12 V sin procesar de la batería se llevan a un divisor de voltaje R6 y R7. El punto central va a uno de los pines analógicos del controlador para que el voltaje de la batería se pueda monitorear e informar.

U4 es un convertidor CC a CC altamente eficiente para producir los 5 V para el controlador.

Cuando el controlador ha terminado, eleva la línea Poff alta que enciende U3 que apaga el relé. La resistencia R4 proporciona una ruta a tierra para la puerta de U3. El MOSFET es un dispositivo capacitivo y R4 permite que la carga fluya a tierra para que el interruptor pueda apagarse.

El interruptor de prueba dirige la energía lejos del microcontrolador y hacia un LED. Esto es útil para probar este circuito, pero crucial cuando el controlador está conectado a una computadora para programar y probar el código. Lo siento, ¡pero no probé con energía de 2 fuentes!

El botón de reinicio fue una idea tardía necesaria. Sin él, no hay forma de configurar la alarma la primera vez que se enciende el sistema.

Paso 6: simulación de circuito

La simulación de la izquierda muestra valores mientras el sistema está inactivo. A la derecha hay una simulación cuando la alarma está activa y la línea de interrupción está baja.

Los voltajes reales coincidieron razonablemente bien con la simulación, pero no tengo forma de confirmar el consumo de corriente real.

Paso 7: construcción y programación

El circuito se construyó en una franja estrecha para seguir aproximadamente el diagrama del circuito. Nada complicado.

Tan pronto como se inicie el programa, debería restablecer la alarma. Esto detendrá el flujo de corriente a través de la bobina configurada del relé. El programa puede hacer lo suyo y, al finalizar, establecer la alarma y apagar todo girando Poff en alto.

Dependiendo del controlador y el reloj en particular, deberá instalar una biblioteca de software. Esta biblioteca incluirá código de muestra.

La interfaz y la programación del reloj deben probarse en una placa prototipo antes de cablear el circuito. Para Arduino y H2-8563, el reloj SCL va a A5 y SDA a A4. La interrupción va al INT que se muestra en el circuito.

Para Arduino, el código de prueba incluirá algo como:

#incluir

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// establece la fecha y la hora para comenzar. No es necesario si solo desea alarmas por hora o minuto. rtc.setDate (día, día de la semana, mes, siglo, año); rtc.setTime (horas, minutos, segundos);

//Ajustar alarma

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, hora, día, día de la semana, 99 = ignorar

// Borrar alarma rtc.clearAlarm (); }