Achtung: Internet via GSM steht nur noch im begrenzten Umfang zur Verfügung
Div. beelogger-Freunde berichten von der Abschaltung des Internet-Zugangs an vielen Standorten.
Der Aufbau von beeloggern mit GSM-Modul wird daher nicht mehr empfohlen.
Um mit dem beelogger-SMD das GSM-Netz zu nutzen und die Messwerte praktisch unabhängig von der kabelgebundenen Infrastruktur an den Webserver zu senden, ist ein entsprechendes Modul notwendig. Um dieses während der Schlafphase des beelogger komplett von der Stromversorgung zu trennen, kommt zusätzlich eine kleine Schaltung zum Einsatz. Aufgebaut auf einer Platine, kann das GSM-Shield auf die Buchsenleisten des beelogger-SMD aufgesteckt werden.
GSM-Shield Aufbau
Das GSM-Shield auf Basis einer Lochrasterplatine besteht im wesentlichen aus der Pegelanschaltung für die RX/TX-Signale zwischen SIM800 und ATMega sowie der schaltbaren Stromversorgung.
Damit das SIM800L-Modul den Akku während der Schlafphase nicht belastet, wird dieses über einen P-Kanal-MOSFET vom Strom getrennt. Optimale Stromeinsparung wird durch einen zusätzlich vorgeschalteten Transistor erreicht.
Für eine stabile Funktion kann jedoch nicht ein beliebiger MOSFET verwendet werden. Da die Nennspanung des LiIon-Akkus 3,7V beträgt und das SIM800L-Modul eine minimale Spannung von 3,7V für einen stabilen Betrieb benötigt, sollte der Innenwiderstand des MOSFET im durchgeschalteten Zustand (RDSon) möglichst gering sein, um die Spannungsverluste minimal zu halten. Zudem sollte die notwendige Steuerspannung (UGSth) möglichst gering sein, um auch im Akkubetrieb bei 3,7V komplett durchzuschalten. Auf der Suche nach einem MOSFET mit entsprechenden Eigenschalten stellt man schnell fest, dass die Auswahl für einen P-Kanal-MOSFET im TO-220 Gehäuse nicht besonders groß ist und sich die Preise hierfür auch auf recht hohem Niveau befinden. MOSFET mit diesem Gehäuse sind in der Regel für höhere Spannung und größere Leistung ausgelegt. Optimale Werte zu einem angemessenen Preis erhält man praktisch nur in SMD-Bauformen. Daher wird für das GSM-Shield ein P-Kanal-MOSFET in SO-8 Bauform genutzt, welcher mit ein wenig Geschick auch direkt auf eine Lochrasterplatine im 2,54mm Rastermaß gelötet werden kann. Eine Adapter-Platine für das Rastermaß 2,54 mm erleichtert jedoch den sauberen Aufbau.
Bezug
| Bild | Bezugsquelle | Preis ab | Suchbegriffe* | Bemerkungen |
 |
eBay | 6,00€ (5 Stück) |
Lochrasterplatine 5×7 doppelseitig | Lochrasterplatine 5×7, Lötpads auf beiden Seiten |
| Stiftleisten | eBay, reichelt | 1,00€ | Pin Header Male, RM 2,54mm, Höhe 8,5mm vergoldet |
4 Reihen je 16 Stück 2×16 polig 2 Stück |
| Buchsenleisten | eBay, reichelt | 1,00€ | Pin Header Female, RM 2,54mm, Höhe 8,5mm vergoldet |
4 Reihen je 16 Stück 2×16 polig 2 Stück |
| eBay | 1,00€ (10 Stück) |
adapter SO-8 | optionale Adapterplatine für den MOSFET auf 2,54 mm Rastermaß |
Werden die Bauteile für die Hauptplatine des beelogger-SMD, wie bereits unter ‚beelogger-SMD – Bauteile & Bezug‚ beschrieben, über Mouser bezogen, könnten einige Bauteile für das GSM-Shield gleich mitbestellt werden. Hierfür ist eine Teilenummer (Bestellnummer) von Mouser angegeben, die optional für eine einfache Bestellung der Bauteile verwendet werden kann.
| Bauteil | Spezifikation | Mouser-Teilenummer | Anzahl pro Platine |
| IRF7425PBF / IRF7425TRPBF | P-MOSFET bei Ugs <= 2,5V: RDSon < 30mOhm und IDS >10A |
942-IRF7425TRPBF alternativ reichelt-elektronik |
1 |
| BC547C / BC548C | 512-BC547CBU | 1 | |
| Widerstand 4,7k (R5, R7) | Widerstand, 4,7k, Axial, max. 5%, min. 100mW | 71-CCF07-J-4.7K-E3 | 2 |
| Widerstand 220 (R4) | Widerstand, 220, Axial, max. 5%, min. 100mW | 71-CCF07220RJKE36 | 1 |
| Widerstand 2,7k (R1) | Widerstand, 2,7k, Axial, max. 5%, min. 100mW | 71-CCF072K70GKE36 | 1 |
| Widerstand 1k (R2,R3) | Widerstand, 1k, Axial, max. 5%, min. 100mW | 71-CCF071K00GKE36 | 2 |
| Widerstand 5,6k (R6) | Widerstand, 5,6k, Axial, max. 5%, min. 100mW | 71-CCF075K60GKE36 | 1 |
| Kondensator 1000uF (C1), optional |
1000uF Electrolytic Capacitor low esr 105°C, radial, 6,3-16V, Rastermaß 5mm |
667-EEU-FR0J102B, |
1 |
Beschaltung und Aufbau
Versorgt wird das SIM800L-Modul über Pin ‚D‘ des MOSFET. Den GND-Anschluss vom Modul ist zu Bat- verbinden. Hierbei ist die Batterie (Bat+) direkt mit Pin ‚S‘ des Mosfet zu verbinden. Zur Schaltung des MOSFET über Pin ‚G‘ wird ein NPN-Transistor verwendet. Dieser ist notwendig, um den Stromverbrauch im Sleep-Mode von rund 40uA auf die bekannten minimalen 8uA des beelogger-SMD zu senken. Der Transistor selbst wird über Pin A2 des Arduino angesteuert. Für einen optimalen Betrieb ist bei der Beschaltung des MOSFET darauf zu achten, dass alle gleichen Pins des MOSFET miteinander verbunden sind (wie in der Grafik). Hierzu kann einfach nur mit Lötzinn oder zusätzlich auch mit einem Kupferkabel gearbeitet werden.
| SIM800L | beelogger-SMD |
| VCC | D an MOSFET (Steuerung des MOSFET über Transistor an A2) |
| RXD | D9 (siehe Schaltung) |
| TXD |
D8, (bisheriger Aufbau D10) |
| GND | Bat – |
Obwohl beim GSM-Modul in vielen Verkaufsbeschreibungen angegeben ist, dass dieses mit einem Logikpegel von 3,3V und 5V kompatibel ist, fehlen in der Regel die entsprechenden Widerstände, die für eine maximale Spannung von 2,8V am SIM800L notwendig sind. Vermutlich ist die Gefahr einer Schädigung des Moduls aufgrund der geringen und nur kurz andauernden Überspannung gering, auszuschließen ist diese jedoch nicht.
Darum wird folgende Beschaltung empfohlen:
Hier dargestellt der Aufbau mit SIM800 TX an D8 (alte Konfiguration: TX an D10).
Lochrasterplatine
Für den einfachen Aufbau des GSM-Shields für den beelogger-SMD ist eine Lochrasterplatine mit einem Rastermaß von 2,54 mm erforderlich. Um das Shield mit den inneren Buchsenleisten des beelogger-SMD verbinden zu können, sind mindestens 22 Löcher pro Reihe notwendig. Hierfür kann eine Standard-Lochrasterplatine entsprechend zugeschnitten werden. Um ein wenig Arbeit zu sparen, können auch bereits passende Platinen in unterschiedlichen Ausführungen und Qualitäten erworben werden. Für unsere Dokumentation verwenden wir eine doppelseitige Lochrasterplatinen mit den Abmessungen 5 cm x 7 cm.
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beelogger Ulrich Lohfeld hat uns netterweise eine Skizze zum Lochrasterplatinenlayout erstellt: |
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Platinenoberseite: Draufsicht, Platinenunterseite: Dartstellung in der „Durchsicht“ von oben.
Hier dargestellt der neue Aufbau mit SIM800 TX an D8 (alte Konfiguration: TX an D10).
Um die Platine als Shield mit dem beelogger-SMD zu verbinden, werden Pin- oder Buchsenleisten eingesetzt. Für eine optimale Verbindung mit der Buchsenleiste sollte die Ausführung mit langen Pins verwendet werden.
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Wichtig: Bei der Bestückung des SIM800L-Moduls mit Pinleisten, ist darauf zu achten, dass der Anschluss für die Antenne, hier gelb markiert, ausgespart wird. Ein eingelöteter Pin beeinflusst die Sende-Empfangsqualität negativ. |
Um ohne Probleme trotz aufgestecktem GSM-Shield den USB-Seriell-Adapter verbinden zu können, sollten die Buchsen für ‚Reset‘ und ‚D2‘ (‚Taster‘) des beelogger-SMD nicht durch das Shield belegt werden. Hierdurch bleibt der FTDI-Header zugänglich und wird nicht von der Lochrasterplatine verdeckt.
Vor dem Verlöten der Pinleisten ist bei der Ausrichtung der Lochrasterplatine darauf zu achten, dass die Schraubklemmen möglichst auf beiden Seiten zugänglich bleiben. Dies erleichtert die Arbeiten am beelogger-SMD.
Auf einer doppelseitigen Platine können die Verbindungen sehr schnell mit Kupferdraht vorgenommen werden. Wichtig dabei ist, dass die Leitungen mit zusätzlichen Lötpunkten fixiert werden, damit es zu keinem Kurzschluss kommen kann. Auf dem Bild gut erkennbar ist auch, dass alle gleichen Pins des MOSFET miteinander verbunden sind.
Beim Aufstecken des GSM-Shields ist darauf zu achten, dass die Pins in die korrekten Buchsen gesteckt werden.
Um Fehler durch falsches Aufstecken zu vermeiden, kann auf einfache Weise eine mechanische Kodierung erfolgen. Dazu den Stfit für D4 der Stiftleiste mit einem Seitenschneider abkneifen. Das abgekniffene Stiftstück in die Buchsenleiste D4 stecken.
Der beelogger-SMD mit dem fertig aufgebauten GSM-Shield wird mit dem Test-Programmcode überprüft.
