Hallo,
folgende Ausgangslage:
Ich möchte in einem Baumwipfel eine Wetterstation installieren, welche
per LORA aus einer Entfernung von mehreren Kilometern abgefragt werden
kann.
Das System soll da mehrere Jahre im Baum verbleiben und ständig auf
Anfragen lauschen. Sobald eine Angrage an das Modul gesendet wird, wacht
es auf, weckt den angeschlossenen Mikrocontroller auf und dieser fragt
die Sensoren ab, erstellt den Sendestring und das LORA-Modul sendet die
Daten zum anfragenden Modul.
Das System basiert auf einem E32-433T30D (LORA), welches sich im
power-saving mode befindet. In diesem Modus verbraucht das Modul einen
Durchschnittsstrom von 30uA. Wenn es sendet, steigt der Strom auf 610mA.
Es pollt im Abstand von 2s den Empfangskanal und wacht auf, sobald ein
Signal mit der entsprechenden Präambel empfangen wird (deshalb ist der
Durchschnittsstrom so niedrig).
Zu den 30uA kommt nochmal ein wenig hinzu durch den schlafenden uC und
ein wenig Elektronik drumrum. Aufgerundet komme ich auf etwa 100uA
Durchschnittstrom.
Ich möchte das Modul etwa 5 Jahre im Baum belassen. Die Batterie braucht
also eine Kapazität von etwa 19Ah (komme ich auf eine Lebensdauer von
knapp 8 Jahren). Zwischendurch werden mal Daten abgefragt, also verkürzt
sich die Zeit etwas.
Zusammenfassung:
- Betriebsspannung 3,3V bis 5,2V
- Versuchsdauer: etwa 5+ Jahre
- Im Baum wird es kalt. Es kann schonmal -20 Grad kalt werden.
- der Durchschnittsstrom beträgt 100uA
- ganz selten mal (alle paar Tage oder Wochen) Strompulse von 610mA für
wenige Sekunden, wenn das System eine Anfrage beantwortet.
Meine Frage:
Welche Batterien? Ich bin nach einiger Recherche auf die PulsesPlus
Batterien gekommen. Hier wird eine Batterie mit hoher Lebensdauer und
geringer Selbstentladung mit einem Kondensator kombiniert. Das Ganze ist
auch recht kompakt
https://tadiranbatteries.de/deu/produkte/pulses-plus-batterien/uebersicht.asp
gibts da noch Alternativen? Solarzellen + Akku ist eine Möglichkeit, auf
die ich mal verzichten will.
Hallo,
die Lithium-Thionylchlorid-Batterien von Tadiran sind sicher keine
schlechte Wahl. Ich habe schon bei einem Projekt gearbeitet, wo diese
benutzt worden sind. Auch da ist der Durchschnittstromverbrauch etwa in
der Größenordnung, bzw. ein Drittel davon.
Es gibt bei der Benutzung allerdings ein paar Besonderheiten, die so
nicht im Batteriedatenblatt stehen.
Diese Batterien sind in der Spannung bis fast zur vollständigen
Entladung nahezu konstant, der Batterieinnenwiderstand steigt jedoch
schon nach kurzer Entladungszeit an. Das können nach 2 Jahren, mit dem
low power Stromprofil, durchaus schon 60 Ohm sein. Bis zum Ende der
Lebensdauer können es mehrere 100 Ohm sein. Das muss beim Design
beachtet werden.
Wenn das Lora Modul sendet ist der Stromverbrauch doch sehr hoch, damit
ist es ziemlich sicher, dass die Spannung einbricht. Deshalb sollte der
ganze zeitliche Bereich des Sendens über einen Elko gepuffert sein.
Ein zweiter Punkt ist, dass die Batterie bei einem niedrigen
Durchschnittsstrom in die Passivierung geht. Soweit ich das verstanden
habe lagert sich dabei eine Oxidschicht an den Elektroden an. Genaueres
ist sicherlich vom Hersteller zu erfahren. Diese Passivierung ist
reversibel, wenn über eine längere Zeit ein höherer Strom entnommen
wird, ob das mit dem gewünschten Profil der Fall ist, kann ich nicht
sagen.
Das hat natürlich auch einen Einfluss auf die Kapazität. Ich würde mal
20% Abzug von der Nennkapaziät kalkulieren um auf der sicheren Seite zu
sein.
Es lassen sich auch mehrere Batterien aus der gleichen Charge parallel
schalten. Ich weiß, daß man das normalerweise nicht macht, aber mit
diesen Batterien geht das.
Grüße
Andreas
lomo schrieb:> Es pollt im Abstand von 2s den Empfangskanal und wacht auf, sobald ein> Signal mit der entsprechenden Präambel empfangen wird (deshalb ist der> Durchschnittsstrom so niedrig).
Bist du jetzt ständig auf Empfang oder alle 2 Sekunden?
Wie lange ist das Empfangsfenster alle 2 Sekunden und wie lange dauert
eine Nachricht?
Es bringt nichts, wenn der Sender z.B. ein 10ms langes Signal sendet,
wenn du zu diesem Zeitpunkt nicht empfängst. Wenn du Sender und
Empfänger nicht exakt zeitsynchronisieren willst, dann muss entweder der
Sender 2 Sekunden lang am Stück immer wieder sein Telegramm wiederholen
bzw. so lange bis die Wetterstation antwortet, er weiß ja nicht, wann
die 2 Sekunden der Wetterstation beginnen.
Wetterstation hört sich so an, als würden Daten zyklisch anfallen. Ich
würde die Datei sammeln bis ein oder mehrere Datenpakete komplett voll
werden und dann einfach rausschicken an ein Gateway welches die Daten
puffert. Dein eigentlicher Empfänger kann die Daten dann von dort
abholen.
Nach dem Senden kannst du noch eine kurze Zeit Empfangsbereit seit,
damit das Gateway der Wetterstation Nachrichten schicken kann, die für
sie gepuffert wurden.
Michael
@ Andreas B.
vielen Dank für die Rückmeldung. Das bringt mich schonmal weiter.
> Bis zum Ende der Lebensdauer können es mehrere 100 Ohm sein. Das muss beim >
Design beachtet werden.
Ich würde vermutlich hier einen Kondensator mit hoher Kapazität
verbauen, der das puffert. Die Frage ist allerdings wie sich diese
Kondensatoren bei schwankenden Temperaturen verhalten und wie generell
die Lebensdauer aussieht. Da müsste ich mich erstmal einlesen.
@Michael D.
> Bist du jetzt ständig auf Empfang oder alle 2 Sekunden?
Es gibt einen Modus, in welchem das Modul eigenständig alle x Sekunden
(die zeit ist einstellbar bis 2s) auf Empfang geht und ganz kurz nach
der Präambel lauscht. Auf der Gegenseite wird das anfragende Modul in
einen speziell dafür ausgelegten Modus gesetzt (Wake Up Mode), bei
welchem der Sender eine sich wiederholende Präambel sendet für einen
entsprechend langen Zeitraum. Ob die Angaben aus dem Datenblatt stimmen
(30uA durchschnitt bei 2s Intervall), werde ich mal probeweise mit dem
Oszi und einem Shunt messen.
> Ich würde die Datei sammeln bis ein oder mehrere Datenpakete komplett voll> werden und dann einfach rausschicken an ein Gateway welches die Daten> puffert. Dein eigentlicher Empfänger kann die Daten dann von dort> abholen.
ich hatte die Idee das Gerät "fern ab der Zivilisation" zu montieren und
ab und zu mal dort in die Nähe zu kommen und die Daten abzufragen. Ein
zweites Gerät wollte ich nicht plazieren. Die Idee ist sonst aber sehr
gut.
lomo schrieb:> Ich möchte das Modul etwa 5 Jahre im Baum belassenlomo schrieb:> ab und zu mal dort in die Nähe zu kommen und die Daten abzufragen
Dann wäre es schon zu überlegen, ob du eine Zwischenstation verwendest,
bei der du, wenn du ja schon mal da bist "ab und zu" eine neue Batterie
einsetzen kannst, während dein Gerät oben am Baum viel weniger
Sendeleistung braucht und die Batterie ewig hält. 1,9 Ah ist ja schon
eine Menge Holz.
Georg
Georg schrieb:> lomo schrieb:>> Ich möchte das Modul etwa 5 Jahre im Baum belassen>> lomo schrieb:>> ab und zu mal dort in die Nähe zu kommen und die Daten abzufragen>> Dann wäre es schon zu überlegen, ob du eine Zwischenstation verwendest,> bei der du, wenn du ja schon mal da bist "ab und zu" eine neue Batterie> einsetzen kannst, während dein Gerät oben am Baum viel weniger> Sendeleistung braucht und die Batterie ewig hält. 1,9 Ah ist ja schon> eine Menge Holz.>> Georg
Ich muss dazu sagen, dass mich die Idee gereizt hat mal ein Projekt mit
LORA und hohen Reichweiten umzusetzen. Die Wetterstation hätte ich dann
irgendwo auf einem Hügel oder Berg versteckt in einem Baum installiert
(weit weg von einer Straße). Die Reichweite bei guten Bedingungen
beträgt sehr leicht 10km oder weit darüber.
Selbstverständlich wird die Elektronik wasserdicht und ordentlich in
einem IP-68 Gehäuse untergebracht und später auch wieder eingesammelt.
Zwei Tipps:
- LIC zur Lithium-Thionylchlorid-Batterien parallel
Beitrag "Re: ATMega328, RFM69 an Lithium-Thionylchlorid Batterie"
- nur Spotanmeldungen, wenn sich der Wert um einen vergeben Wert
ändert, z.B 0,5°C
- 1x pro Stund Meldung über den Batteriezustand und aller Werte
lomo schrieb:> gibts da noch Alternativen? Solarzellen + Akku ist eine Möglichkeit, auf> die ich mal verzichten will.
Wieso? Wäre doch die perfekte Anwendung dafür..
lomo schrieb:> Zu den 30uA kommt nochmal ein wenig hinzu durch den schlafenden uC und> ein wenig Elektronik drumrum. Aufgerundet komme ich auf etwa 100uA> Durchschnittstrom.>> Ich möchte das Modul etwa 5 Jahre im Baum belassen. Die Batterie braucht> also eine Kapazität von etwa 19Ah (komme ich auf eine Lebensdauer von> knapp 8 Jahren). Zwischendurch werden mal Daten abgefragt, also verkürzt> sich die Zeit etwas.
100uA*24h*365d*5J = 4.38Ah
ökö schrieb:> (komme ich auf eine Lebensdauer von>> knapp 8 Jahren)
Nicht wirklich, die ist längst vorher leer durch Selbstentladung. Bei
einer so grossen Batterie spielen deine 100 µA keine Rolle.
Georg
Georg schrieb:> Selbstentladung
Nachtrag: nimm eine Batterie mit garantierter(!) langer Lebensdauer wie
Tadiran MODEL TL-4920 XOL - Extended Operating Life.
Georg
lomo schrieb:> Das System basiert auf einem E32-433T30D (LORA), welches sich im> power-saving mode befindet. In diesem Modus verbraucht das Modul einen> Durchschnittsstrom von 30uA.lomo schrieb:> Sobald eine Angrage an das Modul gesendet wird, wacht es auf
Unwahrscheinlich, dass das LoRa Modul mit 30uA in Empfangsbereitschaft
ist.
MaWin schrieb:> Unwahrscheinlich, dass das LoRa Modul mit 30uA in Empfangsbereitschaft> ist.
Muss der Melder ständig in Empfangsbereitschaft sein? Reicht es nicht
aus, diesen zu aktivieren um Empfangsquittierungen vom srver zu
empfangen. Bleibt diese oder wird eine fehlerhafte Übertragung gemeldet,
dann kann der Melder das Telegramm wiederholen. Konfigurationsbefehle
von Server an den Melder können mit Empfangsquittierungen mitgeschickt
werden.
Armin X. schrieb:> Wie wäre es mit einer "Weidezaunbatterie" ?
Zitat "ca. 3 Jahre lagerfähig".
Das spricht nicht unbedingt dafür, dass die 8 Jahre lang einen
Funksender versorgen kann.
Georg
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