Hallo,
ich arbeite gerade an einem kleinen Projekt und ich steh gerade auf dem
Schlauch, wie ich mein letztes Problem am geschicktesten löse. Ich
hoffe, Ihr könnt mir ein wenig helfen.
In diesem Projekt, dass nur mit Batterien/Akkus versorgt werden und eine
Laufzeit von mindestens 6 Monaten erreicht werden soll, werden im
Prinzip 4 wichtige Elemente verwendet:
1. Moteino (sowas wie ein Arduino), Spannung 3,3 - 12 V - muss permanent
versorgt werden
2. ein oder zwei Magnete oder Motoren, Spannung 5V oder 6 V -
muss/müssen nur sehr selten versorgt werden
3. PIR-Sensor, 5 - 20 V, muss permanent versorgt werden
4. Adafruit FONA, 3,4 - 4,4 V, muss ein- zweimal täglich versorgt
werden, Problem: hoher Strombedarf (in Peaks bis zu 2 A)
Bei der Stromversorgung der Schaltung ergeben sich die folgenden
Varianten:
1. Zwei Batterien:
- eine für die Elemente 1 bis 3, da der Stromverbrauch dieser Elemente
im Dauerbetrieb (meist Standby) sehr gering ist (< 150 nA), kann hier
alles mögliche zum Einsatz kommen
- eine für das Adafruit FONA
2. Eine Batterie (was natürlich wünschenswert wäre):
Variante a: z.B. zwei 18650er paralell geschaltet (mit 3,7 V), versorgt
Adafruit FONA und Moteino direkt, für Magnete/Motoren und PIR-Sensor
müsste ich die Spannung hochziehen. Problem, dass ich hierbei sehe, ist
dass der PIR-Sensor permanent mit Strom versorgt werden muss, also der
Step-Up-Wandler im Ergebnis ständig in Betrieb ist und Strom verbraucht.
Variante b: eine Batterie (z.B. Bleigel-Akku o.ä.) mit 6V, hiermit
könnte ich die alles außer dem Adafruit FONA versorgen. Für diesen
müsste ich die Spannung runterziehen. Problem sind hierbei die Peaks von
2 A, die das FONA zieht und dass die Spannung bei frisch geladenen Akkus
natürlich höher ist.
Step-Down-Regler? Aber gibt es welche, die die Stromansprüche des FONA
abdecken? Oder Z-Dioden?
Wie würdet Ihr das lösen?
Offen gesagt, bin ich nicht so der Elektroniker, eher der
Softwaremensch, ich bitte, etwaige Ungenauigkeiten zu verzeihen,
übersehen.
Schon einmal jetzt vielen Dank für Eure Hilfe / Ideen.
rocsta
Einige tips die dir vielleicht weiter helfen koennen :
* Am guenstigsten soll man der Arduino mit niedriegen spannung speisen
weil er dann auch viel weniger strom zieht. zB wenn 3V3 330mW benutzt
wird, dann wird bei 12V 1,2W benutzt weil es on-board ein linearregler
gibt.
* Hast die schon gesucht ob es einen PIR sensor auf 3V3 gibt ?
* Als dc/dc converter sind die module von Tracopower oder ahnlich
einfach zu benutzen. Ich denke es gibt da auch module mit enable-input.
* Musz der FONA wirklich ein-und ausgeschaltet werden oder hat er
vielleicht einen low-power modus ?
Patrick
Zwei Lithiumzellen in Reihe liefern geeignete Spannung für 1 und 3.
2 Kann auch damit versorgt werden. In der Regel vertragen E-Motoren das.
Man muß die Leistung nur per PWM-Reduzieren wenn die Zellen vollen sind.
4 wird dann über einen Step-Down aka Buck-Converter versorgt. Eventuell
wäre ein Model mit Enable-Eingang interessant um Standbyverluste zu
vermeiden.
Ob zwei 18650er bzw deren Kapazität reichen muüßte man entweder
ausprobieren oder genauere Technische Daten haben, inklusive der
Wandler, und ebenso ein Nutzungprofil.
Nachtrag:
Patrick C. schrieb:> * Am guenstigsten soll man der Arduino mit niedriegen spannung speisen> weil er dann auch viel weniger strom zieht. zB wenn 3V3 330mW benutzt> wird, dann wird bei 12V 1,2W benutzt weil es on-board ein linearregler> gibt.
Guter Einwand. Im Prinzip hast du völlig Recht. Da müßte man wissen
wieviel das Teil schläft. Erst dann kann man beurteilen wieviel Gewicht
dieses Argument in Relation zu den anderen Verbräuchen hat. Es wurde ja
gesagt, daß das Teil die meiste Zeit schläft.
Schonmal Danke für die sachdienlichen Hinweise.
Zur Frage: Wieviel schläft die Schaltung? wie sieht das Nutzungsprofil
aus?
Ich drücke es mal andersrum aus: Die Schaltung (und somit der Moteino)
ist "im Normalbetrieb" ca. 10 Minuten pro Tag (2 x 5 Minuten) wach.
Ausserhalb des Normalbetriebs ist sie (im Maximalfall) 20 mal pro Jahr
zusätzliche 5 Minuten wach, also vernachlässigbar.
In den 10 Minuten ist dann allerdings "alles wach", also der Moteino und
auch das Adafruit FONA.
Insofern würde ich die Fragestellung, ob hier am Moteino/Arudino nun 3,3
oder 12 V anliegen, eher vernachlässigen.
Aber daraus ergibt sich, dass man natürlich eine lange Laufzeit
insbesondere dadurch erreicht, dass man alles auf Standby setzen kann,
also auch Spannungsregler quasi bei "Nullverbrauch" liegen.
Zur Frage:
"Hast die schon gesucht ob es einen PIR sensor auf 3V3 gibt ?"
Die ich einsetze (HC-Sr501) lassen sich durch Umlöten zwar auf 3,3 V
bringen, aber Tests haben ergeben, dass sie dann extrem epfindlich auf
Spannungsschwankungen reagieren und Fehldetektionen die Regel sind. Das
ist also leider keine wirkliche Option.
Zur Frage:
"Musz der FONA wirklich ein-und ausgeschaltet werden oder hat er
vielleicht einen low-power modus ?"
Ich verstehe eventuell die Frage nicht so ganz. Ausschalten bedeutet ja
kein Stromverbrauch, also ideal. Die 2 A zieht der FONA nicht beim
Einschalten, sondern im Extremfall beim Hochfahren des SIM800-Moduls.
Also würde ein Lowpowermodus mich nicht weiterbringen.
Zum Vorschlag:
"Als dc/dc converter sind die module von Tracopower oder ahnlich
einfach zu benutzen. Ich denke es gibt da auch module mit enable-input."
Tracopower liest sich erst einmal interessant, wobei ich da jetzt auf
die Schnelle keines mit 3,4 - 4,4 V gefunden habe. Problem könnte da nur
der Preis sein, weil eine, nicht erwähnte Rahmenbedingung noch ist, das
Ganze so kostengünstig wie möglich zu erstellen. Es könnte sein, dass
die Schaltung einige Dutzend Mal zum Einsatz kommt (nicht kommerziell,
weder von meiner Seite aus, noch vom Endanwender), aber da es um eine
"Hobby-Anwendung" geht, spielt der Preis eine grosse Rolle.
Zu den zwei 18650:
Also ohne das Adafruit FONA reden wir von einer Standby-Zeit von Jahren.
Das wäre mehr als ausreichend. Anzustreben wäre eine Standby-Zeit von
mindestens 6 Monaten, eher ein Jahr.
Zum Vorschlag:
"4 wird dann über einen Step-Down aka Buck-Converter versorgt. Eventuell
wäre ein Model mit Enable-Eingang interessant um Standbyverluste zu
vermeiden."
Das liest sich interessant, könntest Du das für mich noch ein wenig
konkretisieren, damit ich mich im Google-Dschungel da nicht völlig
verliere.
Herzlichen Dank nochmal für Eure Anmerkungen!
Ich frage noch einmal nach, folgende Idee / Überlegung:
Man nutzt 3 x 18650er Akkus mit jeweils 1,7 Volt, zwei schalte ich
Paralell, das dritte in Reihe:
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| (A)
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| (B)
An (A) habe ich die 3,4 V anliegen, mit denen ich alles ausser dem PIR
und dem Motor/Magneten betreiben kann. PIR und Motor/Magnet betreibe ich
mit 5,1 V an B.
Die oberen beiden Akkus werden durch die stärkere Nutzung des GSM-Moduls
schneller leer, richtig. Das wäre für mich akzeptabel.
Was halten die Experten (in diesem Spezialfall) von einer solchen
Lösung?
Vorteil: Sie käme ohne einen Stromverbrauchenden DC/DC-Wandler aus.
Zumal es eine Variante dieser Schaltung gibt ohne das GSM-Modul, d.h.
die oberen Akkus könnten in diesem Fall (wegen des geringeren
Stromverbrauches) auch nur eines sein.
Danke für Eure Ideen.
Und ergänzend:
Man könnte dadurch die Batteriespannung an A durch das GSM-Modul
zuverlässig auslesen lassen und bei Absinken unter einen zu
definierenden Schwellenwert das Einschalten des GSM-Moduls und somit
eine Tiefenentladung an einem Zeitpunkt für die Zukunft verhindern.
Prinzipiell ginge das natürlich. Du solltest aber die Spannungen
überwachen und könntest das ganze nicht in Reihe laden. Du müßtest sie
getrennt laden. Allenfalls die beiden parallel liegenden Zellen könnte
man zusammen laden. Außerdem stimmen die von dir angegebenen Spannungen
überhaupt nicht. Die Zellen haben einen Arbeitsbereich von 4,2 Volt (je
nach Datenblatt auch 4,1 Volt) bis ca 3 Volt.
rocsta schrieb:> Zum Vorschlag:> "4 wird dann über einen Step-Down aka Buck-Converter versorgt. Eventuell> wäre ein Model mit Enable-Eingang interessant um Standbyverluste zu> vermeiden.">> Das liest sich interessant, könntest Du das für mich noch ein wenig> konkretisieren, damit ich mich im Google-Dschungel da nicht völlig> verliere.
Suche mal nach LM2596. Der Baustein kann prinzipiell das was du dafür
brauchst. Die gibt es auch als Variante mit einstellbarer
Ausgangsspannung. Es gibt viele verschiedene komplette Wandler mit dem
Baustein. Da mußt du dir den herauspicken, des am Besten zu deinen
Bedürfnissen paßt.
