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SMS Temperatursensor

Ansprechpartner: JPL

Bilder dazu folgen.

 

Warum eigentlich?

Das Ziel ist es, eine Temperatur messen zu können und das überall und jederzeit. Ich habe mich für die Übertragung der Daten per SMS entschieden, da man so eine sehr gute Netzabdeckung hat, ohne zusätzliche Geräte zu benötigen, das einzige was man braucht ist sein Mobiltelefon.

Entstehung:

- 1. Prototyp

Den ersten Prototyp habe ich auf dem Breadboard aufgebaut, dieser konnte eine SMS mit beliebigem Text senden. Bis ich den fertig hatte vergingen allerdings Wochen, da nichts funktionieren wollte, doch nach vielen Stunden Verzweiflung und 2 GSM-Modulen später hat es funktioniert. Das erste GSM-Modul das ich ausprobiert habe hat sich augenscheinlich mit dem Netz verbunden, aber weder eine SMS rein noch raus bekommen. Ob das an mir oder am GSM-Modul lag, weiß ich nicht. Das Zweite, was letztendlich funktioniert hat, hat sich ständig selbst resettet. Dieser Fehler ist allerdings sehr interessant denn er schien nur auf dem Breadboard aufzutreten, wenn das GSM-Modul verlötet ist tritt er nicht auf. Meine Vermutung liegt dabei auf den relativ schlechten Übergangswiderständen der Steckverbindungen auf dem Breadboard und dem damit verbundenen Spannungsfall in der Versorgungsspannung. Denn das Modul braucht sehr viel Strom (bis zu 2A) wenn es sich mit dem Netz verbindet.

Der erste Prototyp wurde noch mit einem USB-Netzteil gespeist und hatte weder Temperatursensor noch einen Akku inkl. Batterie-management an Board.

 

- 2. Prototyp

Das änderte sich mit dem 2. Prototypen, nun war auch ein DS18B20 Temperatursensor sowie ein 18650 Battery-Shield verbaut. Er konnte eine SMS mit einem Befehl empfangen und eine Antwort mit entsprechendem Inhalt zurückgeben. Die Befehle sind „temp“ für die aktuelle Temperatur und „bat“ für die aktuelle Akkuspannung. Das Battery-Shield ist an sich ganz ordentlich gebaut, es bietet durch den verbauten TP4056 IC einen integrierten Laderegler für Li-Ion Akkus und mit dem DW01A inkl. dazugehörigem Mosfet IC einen Schutz des Akkus vor Überladung, Tiefentladung und Überstrom. Außerdem regelt er die 3,4-4,2V des Li-Ion Akkus direkt über einen Boost-Converter auf 5V. Klingt erstmal nicht schlecht dachte ich, bis ich die Akkuspannung abgreifen wollte um sie mit einem analogen Eingang des Arduino auswerten zu können, das geht nämlich nicht ohne alle Sicherheitskomponenten auf dem Board zu umgehen. Zu Testzwecken habe ich das einfach mal gemacht, dabei habe ich es aber nicht unbeaufsichtigt betrieben. Es stellte sich nach ein paar Tagen Testen heraus, dass alles so funktioniert hat wie es sollte.

 

2. Prototyp beim Testen im Kühlschrank

 

- 3. Prototyp

Beim 3. Prototyp habe ich die Akkuelektronik getauscht. Diesmal hatte ich das „TP4056 LiPo charging and protection board“ verbaut, das wie der Name schon sagt auch einen TP4056 IC verbaut hat. Die üblichen Verdächtigen sind auch wieder vertreten, DW01A und ein dazugehöriger Mosfet IC. Nun ist kein Boost-Converter verbaut, das ist auch gut so, denn so kann ich ohne Sicherheitsbedenken die Akkuspannung abgreifen. Nun ist aber die Frage, was für einen Boost-Converter verwenden? In die engere Auswahl kamen 2 unterschiedliche Converter: Einmal der MT3608 und der Pololu U1V10F5.
Der MT3608 ist es im Endeffekt nicht geworden, da ich mit dem Pololu U1V10F5 den Akku weiter entladen kann, ohne das die Eingangsspannung zu stark absackt bei großer Belastung (Netzeinwahl, Empfangen und Senden von SMS) und das GSM-Modul sich selber resettet. Bisher komme ich bis auf ca. 3,4V runter.

 

 

 

- 4. Prototyp

Der 4. Prototyp ist noch nicht fertig, der ist aber auch nicht anders als der 3., nur in einem wasserdichten 3D-gedruckten Gehäuse. Mit der Gehäuseform habe ich mich schwer getan, es sollte wasserdicht sein, aber nicht zu kompliziert und möglichst klein. Dazu habe ich dann Brainstorming gemacht und verschiedene Verschlussarten, sowie Gehäuseformen zusammengetragen. Von Schraubverschluss mit gedrucktem Gewinde über Schnappverluss wie bei einer Brotbüchse bin ich letztendlich wieder bei meiner Anfangsidee angekommen, ein Gehäuse mit Deckel und 4 M4 Schrauben als Verschluss. Ob das allerdings funktioniert wie ich mir das denke weiß ich noch nicht. Die Dichtung in der Mitte soll aus TPU, also flexiblem Filament, gedruckt werden und die beiden Gehäuseteile aus PETG.

 

Zusammengefasst nochmal alle Features des SMS-Temperatursensors bis jetzt:

- über 24h Akkulaufzeit (wird sich auf jeden Fall noch verlängern)

- wireless charging

- wasserdicht nach IP 64 (eventuell auch 67, da bin ich mir aber noch nicht so sicher)

- GSM-Modul mit Sim-Karten Slot

- leicht austauschbare Komponenten

- DS18B20 Temperatursensor

 

 

 

Liste der verbauten Komponenten:

  • Pololu U1V10F5 (Step-Up Spannungsregler)
    • https://www.pololu.com/product/2564/resources
  • Arduino NANO
    • https://www.amazon.de/Elegoo-Entwicklerboard-Arduino-Atmega328P-CH340/dp/B0713ZRJLC/ref=sr_1_1_sspa?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&keywords=arduino+nano&qid=1558392823&s=computers&sr=1-1-spons&psc=1
  • LiPo4056 charging and protection board
    • https://www.amazon.de/Lithium-Batterie-Charger-Akkuladeger%C3%A4t-Battery/dp/B0798M12N8/ref=sr_1_4_sspa?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&keywords=tp4056&qid=1558392713&s=gateway&sr=8-4-spons&psc=1
  • DS18B20 Temperatursensor
    • https://www.amazon.de/NOTENS-Wasserdicht-DS18B20-Temperatursensor-Digital/dp/B07DN47YWW/ref=sr_1_5?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&keywords=ds18b20&qid=1558392743&s=gateway&sr=8-5

- 18650 Akku

  • SIM800L GSM Module mit 5V Eingangsspannung
    • https://www.amazon.de/gp/product/B01FK3OPQ6/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
  • QI induktiver Lade-Empfänger
    • https://www.amazon.de/Nillkin-Wireless-Ladeger%C3%A4t-Empf%C3%A4nger-Wireless-Ladeger%C3%A4t-Patch-Modul-schmal-Side-up-Micro-USB-Narrow-Side-Up/dp/B075L8XRSF/ref=sr_1_6?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&keywords=qi+ladeempf%C3%A4nger&qid=1558392852&s=gateway&sr=8-6
  • 18650 Batterhiehalter
    • https://www.amazon.de/gp/product/B075TZF7NN/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
  • Wasserdichte Druckschalter mit 12mm Durchmesser
    • https://www.amazon.de/gp/product/B075YNRFJH/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o00_s00?ie=UTF8&psc=1
  • M16 Kabelverschraubung IP67
    • https://www.amazon.de/gp/product/B01MDNSRZ3/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o08_s00?ie=UTF8&psc=1

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