Um mit dem beelogger das Mobilfunknetz zu nutzen und die Messwerte praktisch unabhängig von der kabelgebundenen Infrastruktur an den Webserver zu senden, kann das LTE-Modul SIM7600E genutzt werden. Um dieses während der Schlafphase des beelogger komplett von der Stromversorgung zu trennen, kommt zusätzlich eine kleine Schaltung zum Einsatz. Aufgebaut mit einer Lochrasterplatine, kann das LTE-Shield auf die Buchsenleisten des beelogger-Blue/-SMD aufgesteckt werden.
LTE-Shield Aufbau
Das LTE-Shield auf Basis einer Lochrasterplatine besteht im wesentlichen aus den Serienwiderständen für die RX/TX-Signale zwischen SIM7600E und ATMega sowie der schaltbaren Stromversorgung und einem Step-Up-Modul.
Alternativ steht ein Shield zur Verfügung:
Gerber-Daten für die Platine mit SMD-Bauteilen (ausser C1) auf Anfrage.
| Wer Platinen braucht, kann sich an platinen@beelogger.de wenden. Oft haben wir kleinere Mengen übrig, die wir zum Selbstkostenpreis rausgeben. |
Damit das Step-Up-Modul bzw. das SIM7600E-Modul den Akku während der Schlafphase nicht belastet, werden diese über einen P-Kanal-MOSFET vom Strom getrennt. Optimiert wird die Stromeinsparung durch einen zusätzlich vorgeschalteten Transistor.
Für eine stabile Funktion kann jedoch nicht ein beliebiger MOSFET verwendet werden. Die typische Betriebsspannung des LiIon-Akkus beträgt ca. 4V. Das Step-Up-Modul benötigt eine minimale Spannung von 3,5V für einen stabilen Betrieb. Daher muss 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 bis zu 3,8V komplett durchzuschalten.
Bezug
| Bild | Bezugsquelle | Preis ab | Suchbegriffe* | Bemerkungen |
 |
eBay | 6,00€ (5 Stück) |
Lochrasterplatine 5×7 doppelseitig |
Lochrasterplatine 5×7, Lötpads auf beiden Seiten |
| alternativ: LTE-Shield |
Smart Prototyping, Elecrow | ab 4,15€ (10 Stück) + Versand | Platinenbestellung | LTE Shield 1.2 |
| 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 LTE-Shield gleich mitbestellt werden.
| Lochrasterplatine
Bauteile |
Spezifikation | Bemerkungen | Anzahl pro Platine |
|
IRLIB9343PBF alternativ (SMD): |
Ugs < 2V, |
reichelt-elektronik |
1 |
| BC547C / BC548C | reichelt BC547C / BC548C |
1 | |
| Widerstand 2K2 (R1, R5) | Widerstand, 2,2k, Axial, max. 5%, min. 100mW | reichelt 1W 2,2K | 2 |
| Widerstand 150 (R2, R3, R4) | Widerstand, 150, Axial, max. 5%, min. 100mW | reichelt 1W 150 | 3 |
| Widerstand 10K (R7) | Widerstand, 10K, Axial, max. 5%, min. 100mW | reichelt 1W 10K | 1 |
| Widerstand (R6) | entfällt | ||
| Kondensator 470uF (C1) | 470uF Electrolytic Capacitor low esr 105°C, radial, min. 10V, Rastermaß 5mm |
reichelt FR-A 470U 10/25/35 alternativ: EB-A 470U 10/25/35 |
1 |
| Step-Up-Modul / Converter | Step-Up-Converter mit LM2577 oder MT3608 Fertigmodul Achtung: keine Module mit XL6009 verwenden. |
Internet, diverse: LM2577 Modul alternativ: MT3608 Modul |
1 |
| LTE Shield
Bauteile |
Spezifikation | Bemerkungen | Anzahl pro Platine |
|
Q2: MOSFET P-Ch |
Ugs < 2V, |
reichelt-elektronik: mouser: |
1 |
| Q1, Transitor: BC847C / BC848C | Tranasitor BC847/8C, SOT-23 | reichelt: BC847C / BC848C mouser: |
1 |
| Widerstand 2K2 (G-R1, G-R5) | Widerstand, 2,2k, SMD Bauform 0805, max. 5%, min. 100mW |
reichelt smd 0805 mouser: |
2 |
| Widerstand 150 (G-R2, G-R3, G-R4) | Widerstand, 150, SMD Bauform 0805, max. 5%, min. 100mW |
reichelt smd 0805 mouser: |
3 |
| Widerstand 4K7 (G-R7) | Widerstand, 1k, SMD Bauform 0805, max. 5%, min. 100mW |
reichelt smd 0805 mouser: |
1 |
| Kondensator 470uF (C1) | 470uF Electrolytic Capacitor low esr 105°C, radial, min. 10V, Rastermaß 3,5mm |
reichelt
mouser: |
1 |
| Widerstand, optional: 10 Ohm (H-R1) |
Widerstand, 10, SMD 0805, max. 10%, min. 100mW | reichelt smd 0805
mouser: |
1 für HX711 |
| Kondensator, optional: 10uF (H-C1, H-C2) | Keramikkondensator, 10uF, SMD 0805, NPO oder X7R oder X5R, min. 10V, max. 10% |
reichelt smd 0805 mouser: |
2 für HX711 |
| optional, wenn nicht auf Solar-Platine: EEPROM 32kB |
32kB: AT24C256 |
reichelt: ST 24C256 MN6 mouser:
579-24LC256T-I/SMG |
1, optional |
| Step-Up-Modul / Converter | Step-Up-Converter mit LM2577 oder MT3608 Fertigmodul Achtung: keine Module mit XL6009 verwenden. |
Internet, diverse: LM2577 Modul alternativ: MT3608 Modul |
1 |
LTE-Shield für beelogger, SIM7600E-Modul gesteckt
Beschaltung und Aufbau
Versorgt wird das SIM7600E-Modul über einen Step-Up-Regler. Dieser wird versorgt über Pin ‘D’ des MOSFET. Vin- und Vout- des Step-up-Modul sind mit zu Bat- bzw. GND verbinden. Die Batterie (Bat+) ist direkt mit ‘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 auf den bekannten minimalen 8uA des beelogger zu halten. 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.
| SIM7600E | beelogger- Shield |
| VCC | Vout+ des Step-Up-Modul |
| R = RXD | D9 |
| T = TXD | D8 |
| – | A2 – Ansteuerung MOSFET |
| G = GND, beide Anschlüsse | GND und Vout- des Step-Up-Modul |
Schaltbild des Lochrasteraufbau:
Lochrasterplatine
Für den einfachen Aufbau des LTE-Shields für den beelogger ist eine Lochrasterplatine mit einem Rastermaß von 2,54 mm erforderlich. Um das Shield mit den inneren Buchsenleisten des beelogger 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.
Um die Platine als Shield mit dem beelogger zu verbinden, werden Pin- oder Buchsenleisten eingesetzt. Für eine optimale Verbindung mit der Buchsenleiste sollte die Ausführung mit langen Pins verwendet werden.
Um den USB-Seriell-Adapter (trotz aufgestecktem LTE-Shield) ohne Probleme verbinden zu können, sollten die Buchsen für ‘Reset’ und ‘D2’ (‘Taster’) des beeloggers-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.
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.
LTE-Shield Lochrasterplatine (Prototyp)
Vor dem ersten Aufstecken des SIM7600E Modul muss die Ausgangsspannung des Step-Up-Modul mit dem Potentiometer auf dem Modul auf ca. 6,0 Volt eingestellt werden.
Das Einschalten des Pin A2 kann über den Test-Sketch erfolgen.
Aufstecken des Shield:
Kodierung des Shield zur Vermeidung von Aufstecken in falscher Position:
Beim Aufstecken des MultiShields 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 Stift für D4 der Stiftleiste mit einem Seitenschneider abkneifen. Das abgekniffene Stiftstück in die Buchsenleiste D4 stecken.
Zur mechanischen Sicherung empfiehlt es sich das SIM7600E Breakout-Bord mit einer Gewindeschraube auf dem Shield-Modul abzustützen. Hierfür stehen im Breakout-Bord zwei Bohrungen zur Verfügung.
Der beelogger-SMD mit dem fertig aufgebauten LTE-Shield wird mit dem Test-Programmcode überprüft.
beelogger-SMD mit Lochrasterplatine (Prototyp)als LTE-Shield