IOT vận hành bằng pin: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Nếu dự án IOT hoạt động bằng pin của bạn hoạt động không liên tục, mạch này chỉ sử dụng 250nA (đó là 0,00000025 amps!) Khi không hoạt động. Thông thường, hầu hết năng lượng pin bị lãng phí giữa các hoạt động. Ví dụ, một dự án hoạt động 30 giây cứ sau 10 phút sẽ lãng phí 95% dung lượng pin!

Hầu hết các bộ điều khiển vi mô đều có chế độ chờ năng lượng thấp nhưng chúng vẫn cần điện để giữ cho bộ vi xử lý hoạt động, ngoài ra bất kỳ thiết bị ngoại vi nào cũng sẽ tiêu tốn điện năng. Cần rất nhiều nỗ lực để có được dòng điện dự phòng dưới 20-30mA. Dự án này được phát triển để báo cáo nhiệt độ và độ ẩm trong tổ ong. Bởi vì nguồn pin ở vị trí từ xa và một tấm chắn di động để báo cáo dữ liệu nơi sự lựa chọn duy nhất.

Mạch này sẽ hoạt động với bất kỳ bộ điều khiển nào và nguồn 12, 5 hoặc 3V. Hầu hết các cửa hàng điện tử sẽ có các thành phần chỉ có giá vài đô la.

Quân nhu

Điện trở: 2x1K, 3x10K, 1x470K, 2x1M, 5x10M

Điốt: 2x1N4148, 1xLED

MOSFET: 3x2N7000

Đồng hồ: PCF8563 hoặc tương đương cho vi điều khiển

Rơ le: EC2-12TNU cho nguồn cung cấp 12V

EC2-5TNU cho 5V

EC2-3TNU cho 3V

Nguồn: OKI-78SR-5 / 1.5-W36-C Bộ chuyển đổi 12V sang 5V hoặc theo yêu cầu của bộ vi điều khiển

Chuyển đổi: Nhấn ngay để đặt lại, SPDT để kiểm tra

Bước 1: Cách thức hoạt động của mạch

Mạch khá đơn giản:

- Chuông báo hoạt động bằng pin kêu và ném công tắc

- Dòng điện từ pin đến bộ điều khiển khởi động và hoạt động

-Bộ điều khiển đặt lại báo thức

- Sau đó ném công tắc để tắt nguồn.

Bước 2: Đồng hồ

Hầu hết các đồng hồ thời gian thực sẽ hoạt động miễn là chúng tương thích với bộ điều khiển của bạn và có đường ngắt (Int) cho biết khi nào chuông báo thức kêu.

Tùy thuộc vào bộ điều khiển và đồng hồ cụ thể, bạn sẽ cần cài đặt một thư viện phần mềm.

VUI LÒNG thiết lập Bộ điều khiển và đồng hồ của bạn trên bảng nguyên mẫu và đảm bảo rằng bạn có thể lập trình nó để đặt thời gian, thời điểm xảy ra ngắt tiếp theo và cách xóa ngắt sau khi báo thức kêu. Bây giờ sẽ dễ dàng hơn nhiều để làm việc này trước khi xây dựng bảng cuối cùng. Xem bước cuối cùng để biết ghi chú lập trình.

Bước 3: Công tắc

Đối với công tắc ta sử dụng rơ le chốt có 2 cuộn dây.

Đưa dòng điện qua cuộn dây đặt làm bật rơ le. Dòng điện chỉ cần chạy trong khoảng 12ms và sau đó có thể được ngắt để rơle bật.

Đặt một xung tương tự qua cuộn dây đặt lại để tắt rơ le.

Chúng tôi muốn có một rơle chốt để chúng tôi không sử dụng năng lượng pin để giữ cho rơle đóng. Ngoài ra, chúng tôi cấp nguồn cho rơ le "bật" từ mạch này và cấp nguồn "tắt" từ bộ điều khiển khi nó kết thúc.

Dự án được xây dựng cho một pin 12V SLA. Những thứ này rẻ (bằng 0 như tôi đã có!) Và sẽ hoạt động tốt vào mùa đông Canada với một bộ sạc năng lượng mặt trời nhỏ.

Mạch có thể được xây dựng với một rơ le 3V sử dụng một vài pin AA. Vì rơ le sẽ xử lý 2A ở điện áp nguồn nên nó có thể chuyển một bộ nguồn nhỏ gắn tường (hoặc một rơ le công suất lớn thứ hai) cho thiết bị được cấp nguồn chính. Chỉ cần đảm bảo rằng mọi thứ trên 12V đều nằm trong hộp nối đất thích hợp và được cách điện tốt.

Bước 4: 2N7000 MOSFET

Mạch này sử dụng 3 MOSFET kênh N chế độ nâng cao 2N7000 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) dùng làm công tắc.

Chỉ tốn một vài đô la đây là những thiết bị khá đáng chú ý. Dòng điện chạy giữa Xả (+) và nguồn (-) khi điện áp cổng vượt quá khoảng 2V. Khi "bật", điện trở Nguồn-Xả là một ohm hoặc hơn. Khi tắt nhiều megohmes. Đây là các thiết bị điện dung nên dòng điện cổng chỉ đủ để "sạc" thiết bị.

Giữa Cổng và Nguồn cần có một điện trở để cổng phóng điện khi điện áp Cổng thấp, nếu không thiết bị sẽ không tắt.

Bước 5: Mạch

Dòng ngắt từ đồng hồ (INT) thường nổi và được nối (bên trong đồng hồ) với đất khi báo thức kêu. Điện trở 1M kéo dòng này lên cao khi chờ báo động.

U1 hoạt động như một biến tần vì chúng ta cần một mức cao hoạt động để bật rơ le khi chuông báo động. Ngược lại với đầu ra của đồng hồ. Điều này có nghĩa là U1 luôn hoạt động ở chế độ chờ và gây hao pin liên tục. May mắn thay, chúng ta có thể sử dụng một điện trở rất lớn R1 để hạn chế dòng điện này. Mô phỏng cho thấy điều này có thể lên đến vài Gohms! Cửa hàng địa phương của tôi chỉ có điện trở 10M nên tôi đã sử dụng 5 trong một loạt. 250na là đủ thấp trong cuốn sách của tôi.

U2 là một công tắc đơn giản để cấp nguồn cho cuộn dây đặt của rơle.

2 điốt là cần thiết để bảo vệ mạch khi nguồn điện vào các cuộn dây rơ le bị ngắt. Từ trường sẽ sụp đổ và tạo ra dòng điện tăng vọt có thể làm hỏng một thứ gì đó.

Nguồn 12V thô từ pin được đưa đến bộ chia điện áp R6 và R7. Điểm trung tâm đi đến một trong các chân analog của bộ điều khiển để có thể theo dõi và báo cáo điện áp pin.

U4 là bộ chuyển đổi DC sang DC hiệu quả cao để tạo ra 5V cho bộ điều khiển.

Khi bộ điều khiển kết thúc, nó nâng dòng Poff lên cao, bật U3 làm tắt rơ le. Điện trở R4 cung cấp một đường nối đất cho cổng U3. MOSFET là một thiết bị điện dung và R4 cho phép điện tích truyền xuống đất để công tắc có thể tắt.

Công tắc thử nghiệm chuyển nguồn điện ra khỏi bộ điều khiển vi mô và đến đèn LED. Điều này rất hữu ích để kiểm tra mạch này nhưng rất quan trọng khi bộ điều khiển được gắn vào máy tính để lập trình và kiểm tra mã. Xin lỗi, nhưng tôi không thử nghiệm với nguồn từ 2 nguồn!

Sau đó, nút ấn thiết lập lại là một việc cần thiết. Nếu không có nó, không có cách nào để đặt báo động lần đầu tiên hệ thống được cấp nguồn !!!

Bước 6: Mô phỏng mạch

Mô phỏng bên trái hiển thị các giá trị trong khi hệ thống không hoạt động. Bên phải là mô phỏng khi cảnh báo hoạt động và dòng ngắt được kéo xuống thấp.

Điện áp thực tế phù hợp hợp lý với mô phỏng nhưng tôi không có cách nào để xác nhận dòng điện thực tế.

Bước 7: Xây dựng và lập trình

Mạch được xây dựng trong một dải hẹp để theo sơ đồ mạch. Không có gì phức tạp.

Ngay sau khi chương trình bắt đầu, nó sẽ đặt lại báo thức. Điều này sẽ ngăn dòng điện chạy qua cuộn dây đặt của rơle. Chương trình có thể thực hiện công việc của mình và khi hoàn thành, hãy đặt báo thức và tắt mọi thứ bằng cách bật Poff cao.

Tùy thuộc vào bộ điều khiển và đồng hồ cụ thể, bạn sẽ cần cài đặt một thư viện phần mềm. Thư viện này sẽ bao gồm mã mẫu.

Giao diện và lập trình đồng hồ nên được kiểm tra trên bảng nguyên mẫu trước khi đấu dây mạch. Đối với đồng hồ Arduino và H2-8563, SCL chuyển đến A5 và SDA đến A4. Ngắt đi đến INT được hiển thị trong mạch.

Đối với Arduino, mã kiểm tra sẽ bao gồm một số thứ như:

#bao gồm

#include Rtc_Pcf8563 rtc;

rtc.initClock ();

// đặt ngày và giờ để bắt đầu. Không cần thiết nếu bạn chỉ muốn báo thức theo giờ hoặc phút. rtc.setDate (ngày, ngày trong tuần, tháng, thế kỷ, năm); rtc.setTime (hr, min, sec);

// Đặt báo thức

rtc.setAlarm (mm, hh, 99, 99); // Min, giờ, ngày, ngày trong tuần, 99 = bỏ qua

// Xóa báo thức rtc.clearAlarm (); }