beelogger

beelogger – LTE-Shield (SIM7600E)

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. Neben dem LTE-Modul kann das LTE-Shield einen weiteren HX711 , z.B. für den Aufbau von Quad-Systemen, im System bereitstellen.

LTE-Shield Aufbau

Das LTE-Shield besteht im wesentlichen aus den Serienwiderständen für die RX/TX-Signale zwischen SIM7600E und ATMega sowie der schaltbaren Stromversorgung und einem Step-Up-Modul.
Zusätzlich ist ein Montageplatz für ein HX711-Modul integriert.

beelogger-LTE Shield Platine unbestückt

beelogger-LTE Shield Platine V1.1

 

Wer Platinen braucht, kann sich an platinen@beelogger.de wenden. Oft haben wir kleinere Mengen übrig, die wir zum Selbstkostenpreis rausgeben.

 

Bezug

LTE-Shield  Bauteil Spezifikation Bemerkungen Anzahl pro Platine

Q-2

MOSFET P-Ch
DMP4015SK313DII
STD26P3LLH6

Ugs <= 2V,
RDSon <= 100mOhm,
IDS >10A

reichelt-elektronik:
DMP4015SK313DII
STD26P3LLH6
TSM480P06

mouser:
621-DMP4015SK3-13
511-STD26P3LLH6

1
Q-1 Transitor: BC847C / BC848C Transitor BC847/8C, SOT-23 reichelt:
BC847C / BC848C

mouser:
863-BC847CWT1G

1
G-R1, G-R5 Widerstand 2K2 Widerstand, 2,2k, SMD Bauform 0805, max. 5%, min. 100mW

reichelt smd 0805

mouser:
667-ERJ-6GEYJ222V

2
G-R2, G-R3, G-R4 Widerstand 150 Widerstand, 150, SMD Bauform 0805, max. 5%, min. 100mW

reichelt smd 0805

mouser:
667-ERJ-6GEYJ151V

3
G-R7 Widerstand 4K7 Widerstand, 1k, SMD Bauform 0805, max. 5%, min. 100mW

reichelt smd 0805

mouser:
667-ERJ-6GEYJ472V

1
C1 Kondensator 470uF 470uF Electrolytic Capacitor low esr 105°C, radial, min. 10V,
Rastermaß 3,5mm

reichelt
FR-A 470U 10/25/35
alternativ: EB-A 470U 10/25/35

mouser:
667-EEU-FR1A471B

1
H-R1 Widerstand, optional:
10 Ohm
Widerstand, 10, SMD 0805, max. 10%, min. 100mW reichelt smd 0805

mouser:
603-MFR-25FBF52-10R

1 für HX711, nur beelogger-SMD
H-C1, H-C2 Kondensator, optional:  10uF Keramikkondensator, 10uF, SMD 0805, NPO oder X7R oder X5R, min. 10V, max. 10%

reichelt smd 0805

mouser:
81-GRM21BR61C106KE5K

2 für HX711, nur beelogger-SMD
AT24Cxx optional, wenn nicht auf Solar-Platine:
EEPROM 32kB

32kB: AT24C256

reichelt:
ST 24C256 MN6

mouser:
579-24LC256T-I/SMG
1, optional bei beelogger-SMD, nicht für beelogger-Blue
MT3608 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

*Einkaufstipps

LTE-Shield für beelogger, SIM7600E Modul gesteckt

LTE-Shield für beelogger, SIM7600E-Modul gesteckt

Bestückung und Aufbau:

Die Bauteile der Liste sind entsprechend der Beschriftung auf das Shield zu löten.

Weitere Informationen zur Bestückung und Beschaltung des HX711 findet sich unter Multishield. Details zur Ansteuerung des zweiten HX711 sowie den Sketch zur Kalibrierung der bis zu drei Wagen stehen unter Zwei oder mehr HX711 an einem Arduino bereit.

 

Aufstecken des Shield:
Kodierung des Shield zur Vermeidung von Aufstecken in falscher Position:

Steckkodierung Shield, Basisplatine mittels Pin D4
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.

 

Inbetriebnahme:

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.

Der beelogger-SMD mit dem fertig aufgebauten LTE-Shield wird mit dem  Test-Programmcode überprüft.

 

Aufbau mit Lochrasterplatine

Mit einer Lochrasterplatine kann das SIM7600-Modul auf die Buchsenleisten des beelogger-Blue/-SMD aufgesteckt werden. 

Das LTE-Shield auf Basis einer Lochrasterplatine besteht aus den Serienwiderständen für die RX/TX-Signale zwischen SIM7600E und ATMega sowie der schaltbaren Stromversorgung und einem Step-Up-Modul.

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
 Lochrasterplatine 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 Ungültige-Download-ID.
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

 

 

Lochrasterplatine

Bauteile

Spezifikation Bemerkungen Anzahl pro Platine

IRLIB9343PBF

alternativ (SMD):
DMP4015SK313DII
STD26P3LLH6

Ugs < 2V,
RDSon <= 100mOhm,
IDS >10A

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

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:

Schaltbild LTE-Shield komplett mit Step-up-Regler

 

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.

beelogger-SMD Seitenansicht mit Pinleiste für das Shield

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.

 Lochrasterplatine über beelogger-SMD-Platine

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.

Prototyp LTE Shield mit Step-Up-Wandler

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.

beelogger-SMD mit LTE-Shield und aufgestecktem SIM7600E

beelogger-SMD mit Lochrasterplatine (Prototyp)als LTE-Shield