beelogger

beelogger-Universal (Solar)- Beschaltung und Aufbau

Der beelogger-Universal erlaubt die Datenübertragung via WLAN mit dem ESP8266 sowie Mobilfunk mittels LTE (4G) oder GSM (2G). Alternativ ist die lokale Datenablage auf SD-Karte möglich. Die Daten können über eine optionale Bluetooth-Schnittstelle weitergegeben werden.

Der Arduino Nano (oder Pro Mini) ist für den finalen Einsatz für den stromsparenden Einsatz zu modifizieren.
Die Testsketche arbeiten ohne Modifikation des Arduino Nano. Somit kann die Funktion der Platine vor dem finalen Einsatz mit einem MULTI-Sketch geprüft werden.

Die ebenfalls notwendigen Modifikationen am DS3231-Modul sind auf dieser Seite beschrieben.

Beispiele für den Aufbau:

beelogger Universal erweiterter Aufbau komplett bestückt; Sensor SI7021 angeschlossen; Module HX711, DS3231, SIM800L aufgesteckt; LM2596 Modul seitlich montiert;

beeloggger Universal bestückt in der Variante GSM mit HX711 und DS3231

beeloggger Universal Platine erweiterter Aufbau bestückt in der Variante mit HX711, DS3231 und WLAN Modul

beeloggger Universal Platine bestückt in der Variante WLAN mit HX711 und DS3231

Platinenversion 1.1x hat im Vergleich zu den Vorgängerversionen im Layout integriert: das LORA(RFM95)-Modul, Pegelwandler , Antennenanschluss dazu und 4G-LTE (SIM7600E) sowie Lötaugen für div. Rastermaße der Kondensatoren.

Bestückung:

Beim Umgang mit elektronischen Bauteilen dafür Sorge tragen, dass diese bei der Handhabung und auch beim Löten vor elektrostatischen Entladungen geschützt sind, um Defekte zu vermeiden.

Für die verschiedenen Varianten WLAN bzw. Mobilfunk entfallen teilweise Bauelemente. Buchsenleisten werden je nach Variante bestückt. Dies ist aus den Abbildungen in den Beschreibungen zum jeweiligen Aufbau ersichtlich, siehe unten referenzierte Seiten.
Da der LAN-Adapter W5100 nicht benutzt wird, kann eine Bestückung der Stiftleisten entfallen.

Zu Bestücken sind alle Bauteile entsprechend der nachfolgenden Darstellungen wie im Bestückungsdruck angegeben.
Eine Bestückungsreihenfolge von Anschlussklemmen(soweit benötigt), Widerständen, Buchsenleisten (Nano, DS3231), Dioden, Kondensatoren, Transistoren/Spannungsregler/Mosfet wird empfohlen.
Die Kondensatoren 10uF werden anstelle der 4,7uF (Bestückungsaufdruck) eingebaut.

Im rechten oberen Viertel der Platine ist eine mit D2 bezeichnete Schraubklemme vorgesehen. Diese ist zum Anschluss eines Schalters (Schließer) vorgesehen, damit bei Arbeiten am Bienenvolk keine Messungen erfolgen.

beelogger Universal Platine Version 1.13a aus 2021

beelogger Universal Platine Version 1.13a

Platinenlayout Universal 1.10

Platine Universal 1.12

beelogger-Platine bestückt mit WLAN und HX711 Modul

beelogger-Universal 1.10; hier Variante WLAN

Stromversorgung:

Für die Erzeugung der 5V für den Nano/Pro Mini und der schaltbaren Stromversorgung (5Vs, 3.3Vs) sind alle Bauteile der Stromversorgung nach Bestückungsaufdruck zu bestücken. Die Klemme “Batterie” wird bei Verwendung des Akkushield nicht benötigt.
Anstelle des 10KOhm Widerstandes darf ein 4,7K Ohm eingebaut werden.
Des weiteren ist der Kondensator 10uF (4,7uF) im Bereich der Anschlussklemmen des Bienenzähler zu bestücken
Für eine Stromversorgung mit Akku 6 – 12Volt und Solarladeregler ist zusätzlich Schraubklemmen “Batterie” einzubauen.
Bei J-1 ist ein Jumper einzubauen. Damit kann bei Wartungsarbeiten das Akkushield bzw. der Solarregler von der Platine getrennt werden.
Universal Platine Bestückung Netzteil

Des Weiteren sind auf der Platine die Widerstände 1MOhm und 470kOhm für die Messung der Spannungen zu bestücken. Die Verdrahtung für die Messung der Batteriespannung ist im Layout integriert. Nach optionaler Verdrahtung kann auch die Solarzellenspannung gemessen werden, weitere Beschreibung auf dieser Seite unten.

Die Pull-Up-Widerstände (3x 4K7) für die Sensoren DHT und DS18B20 werden auf die Platine gelötet.
Hinweis: In Systemen mit Regenmesser wird der 4K7 an D3 nicht bestückt.
Pullup Sensoranschlüsse
Die Schraubklemmen für die diversen Sensoren sind nach Bedarf einzubauen. Grundsätzlich können Sensorleitungen auch direkt angelötet werden.

Schaltung Pegelwandler:

Dieser Pegelwandler wird bei LoRa/RFM95-Aufbauten nicht bestückt.
Die Pegelwandlung zwischen dem mit 5Volt betriebenen Nano/Pro Mini und den Modulen ESP8266/SIM800L/HC-05 erfordert die im nachstehenden Bild ersichtlichen Widerstände und den Transistor.
Für den SIM7600E werden nicht alle Bauteile des Pegelwandler bestückt, die zwei Widerstände 4K7, der 47K und der Transistor entfallen.
Die Plazierung der Bauteile kann je nach Platinenversion varieren.

Achtung: Der Widerstand unterhalb des Transistors BC548 hat den Wert 47KOhm.

Pegelwandlerschaltung

Die Bohrungen von D8,D9,A2 werden bei Verwendung des ESP8266/SIM800L/SIM7600E/HC-05 jeweils von links nach rechts mit Drahtbrücken durchverbunden. Abgeschnittenen Drahtreste der Widerstände, ca. 2cm lang, sind hierfür gut geeignet. Diese werden so gebogen, dass die in die Lötaugen gesteckt werden können. 

DS3231-Modul:

Das Modul DS3231 ist vor Einbau wie nachfolgend beschrieben zu modifizieren, damit die Zeitsteuerung des Systems mit den Multi-Sketchen wie vorgesehen funktioniert.
Die erfolgreiche Modifikation ist mit dem Power-On/OFF-Sketch zu prüfen.

Bitte vor der Modifikation kontrollieren, ob ein DS3231N oder DS3231SN eingebaut ist.
Die Variante DS3231M-A1 (Beschriftung auf dem DS3231 Chip: erste Zeile: DS3231M; zweite Zeile: xxxxA1; xxxx= Datumscode) ist für den beelogger nicht geeignet.

Hinweis für Betrieb des DS3231 mit LIR 2032-Akku:
Für die Verwendung des Akku LIR2032 ist die beelogger-Schaltung nicht vorgesehen. Damit die Ladeschaltung für den LIR2032 mit dem beelogger funktioniert sind weitere, hier nicht beschriebene, Anpassungen notwendig.

Es sind zwei Modifikationen am DS3231-Modul aus nachstehenden Beschreibungen vorzunehmen:DS3231 Modul mit erforderlichen Modifizierungen

1a.: DS3231-Modul mit CR2032 Batterie (notwendig für LORA-Systeme oder Systeme mit SD-Karte):

Für die Verwendung der CR2032-Batterie auf dem Modul ist die vorhandene Ladeschaltung zu deaktiveren.
Dazu im Bild oben rechts die Diode auslöten oder alternativ die Leiterbahn im grünen Kasten auftrennen.

Detaildarstellung Trennstelle der Ladeschaltung

zu 1.a: Detaildarstellung Trennstelle der Ladeschaltung

1b.: Alternativ: DS3231-Modul ohne CR2032-Batterie (nicht für LORA-Systeme oder Systeme mit SD-Karte)

 

 
Ansicht Verdrahtung VCC für DS3231 von NANO zu VCC am DS3231-Modul

Verbindung vom Nano zum DS3231 zum Betrieb ohne Batterie auf dem DS3231 Modul. Auf dem DS3231-Modul muss Widerstand “102” und der VCC-Pin in der Stiftleiste ventfernt werden.


 
Die Diode, vgl. Bild oben, wird nicht ausgelötet.
Trennstelle im grünen Kasten nicht erforderlich.

Eine Verbindung von VCC-Pin auf dem DS-3231-Modul zum NANO ICSP Pin2 (5V) wird nachverdrahtet.
Die VCC-Verbindung zur Universal-Platine wird entfernt. Eventuell VCC-Pin in der Stiftreihe abkneifen.

Batterie auf dem DS3231-Modul entfernen, ev.auch den Batteriehalter auslöten.

Der ICSP-/Programmierstecker auf dem NANO ist der 6-polige Anschluß, Pin2 ist der an der “L”-Led.
Durch diese Verbindung wird der DS3231 auch im Schlafzustand des System mit Spannung versorgt.


2.: Pullup-Widerstand auf dem DS3231-Modul

Die Leiterbahn zum Pull-Up Widerstand für die SQW-Leitung ist nahe am Widerstandsnetzwerk aufzutrennen, im Bild oben die grüne Linie im gelben Kreis. Dabei darauf achten, dass die Durchkontaktierung, direkt rechts oben neben dem Widerstandsnetzwerk, erhalten bleibt.
Das Auftrennen kann z.B. mit einem Cuttermesser oder sehr kleinen Fräser erfolgen. Die Spitze des Cuttermesser zwischen Durchkontaktierung und Widerstandnetzwerk, entlang der grünen Linie im gelben Kreis, aufsetzen und in die Leiterbahn drücken. Leichte Kippbewegung des Cuttermessers an der Schnittachse schiebt die Leiterbahn auseinander.

Detaildarstellung Trennstelle SQW-Pull Up

zu 2.: Detaildarstellung Trennstelle SQW-Pull Up

Alternativ kann das Widerstandsnetzwerk vollständig entfernt werden. Der I2C-Bus benötigt dann externe Pull-Up-Widerstände. Dazu auf der Universal-Platine jeweils ein Widerstand 4,7kOhm zwischen VCC und SDA bzw. VCC und SCL montieren. Diese können z.B an den Anschlüssen für den BH1750 oder Bienenzähler angebracht werden.

Das erfolgreiche Auftrennen des Pull-Up-Widerstand kann mit einem Multimeter geprüft werden.
– Multimeter auf Messbereich 200Ohm oder 2kOhm einstellen.
– Zwischen DS3231 Pin3 und dem SQW Anschluss muss eine “Null-Ohm”-Verbindung bestehen
– Multimeter auf Messbereich 20kOhm oder 200kOhm einstellen.
– Zwischen dem SQW und dem VCC Anschluss darf keine Verbindung bestehen.

Teilweise sind Module mit anderer Leiterbahnführung erhältlich. Bitte dann ein Bild an suppport@beelogger.de senden.

Das modifizierte DS3231-Modul wird an dem vorgesehen Platz montiert.
Ab Universal Platinenversion 1.1 kann das Modul liegend montiert werden.
Zum Umbiegen der Pins das Modul bündig in den SD-Montageplatz stecken. Die Bauteileseite des Moduls von der Universal-Platine abgewandt. Durch Bewegen des DS3231 Moduls werden die Pins gleichmäßig gebogen, so dass eine liegende Montage, Batterie oben, möglich wird. Es ist nicht notwendig die Pins bis auf genau 90° zu biegen.
Achtung: Kontrollieren, dass das eingebaute Modul, inbesondere der Pin des Batteriehalters, keinen Kontakt zu darunter liegenden Bauteilen hat.

Bestückung des DS3231-Modul nach dessen Modifkation bei Universal-Platine Version 1.0 – 1.04.

Vorschlag zur Montage der 4K7 Widerstände als Ersatz für das Pull-Up-Netzwerk:
Zeichnung für die Einbauposition der 4K7 Widerstände an der Universal Platine

 
Zum Abschluß dieser Modifikation den Funktionstest mit dem Power On/Off-Sketch durchführen.

 

HX 711 Modul:

Durch die Versorgung des HX711 mit 5Volt sind weitere Anpassungen am Modul nicht erforderlich. Notwendig ist je nach HX711-Modul auch die hier beschriebene Modifikation.
Das HX711-Board besitzt auf beiden Seiten des Boards Anschlüsse. Aus diesem Grund existiert auf der beelogger-Universal-Platine für jede Seite ein Patchfeld zum Herstellen der zum HX711-Board passenden Verbindungen. Diese als verlötete Drahtbrücken einbauen, bitte keine Pin und Jumper verwenden. Abgeschnittenen Drahtreste der Widerstände, ca. 2cm lang, sind hierfür gut geeignet. Diese werden so gebogen, dass die in die Lötaugen gesteckt werden können.
Da bei diesem Modul auch die Größe des Boards variieren kann, sind zusätzliche, im Layout miteinander verbundene Lötfelder zum Anschluss vorhanden.

Um die Stockwaage korrekt zu beschalten, muss zunächst der Arduino das Anschlussfeld (gelber Pfeil) mit dem HX711 verbunden werden.

Arduino Nano  
HX711
5V VCC
A0 CLK / SCK
A1 DT / DATA
GND GND

Achtung: Bei Platinen bis Version 1.02 ist die Beschriftung am HX711 Patchfeld nicht korrekt. Von Platinenaussenseite nach Innen muss es lauten: GND, DT/A1, SCK/A0, +5V

Die Verbindungen von der HX711-Platine E-/E+, A+/A-, wenn benötigt auch B+/B- über das Patch-/Jumperfeld (oranger Pfeil) zu den Anschlusspunkten/-klemmen (rechts) herstellen.
Zum Anschluss der Wägezelle(n) an den HX711 können Schraubklemmen oder direkt die Lötpads verwendet werden. Für einen störungsfreien Einsatz ist Abschirmung der Wägezelle mit GND zu verbinden.
Der Anschluss der Wägezellen ist hier beschrieben.
Weitere Informationen zu Systemen mit mehreren Waagen hier.

Hinweis:
Nach Montage des HX711 mit einem Multimeter (Messbereich 200 Ohm) prüfen ob eine 0-Ohm Verbindung zwischen GND und E- besteht. Ggf. die Verbindung über eine Drahtbrücke herstellen.

HX711 Nr.2:

Eine Montage des zweiten HX711 ist im Anschlussfeld des W5100 (GND,MOSI=D11,SS=D10,VCC) möglich. Hierbei werden die Pins D10, D11 für SCK und DATA verwendet. Die Belegung des HX711-Modul zu SCK und DATA passend in die Sketch-Konfiguration eintragen.
Es können nur Module eingebaut werden, die im Rastermaß in die gelben bzw. grünen markierten Felder passen. Im grün markierten Feld können die Anschlüsse der Wägezelle angelötet werden.
 Für den Anschluss der Wägezelle können anstelle der hier gezeigten Lötung auch Klemmen mit 2,54mm Rastermaß (z.B. Phoenix 1725656) eingesetzt werden.
Einbaumöglichkeit HX 711 Nr. 2

Bestückungsbeispiel 2. HX711

Bestückungsbeispiel 2. HX711;HX711 Nr.1 erweitert um Beschaltung Kanal B

beelogger Universal mit zwei HX711 Modulen

beelogger Universal mit zwei HX711, hier verdrahtet für Triple Ausbau.

 

Kommunikationsmodule:

GSM / SIM800L:

Weitere Informationen zum Einbau und Test des SIM800L Modul hier.

WLAN / ESP8266:

Der Aufbau und Test für den ESP8266 ist in dieser Anleitung enthalten.

LTE / SIM7600E:

Informationen zum Einbau und Test des SIM7600E Modul hier.

LoRa / RFM95:

Die Besonderheiten des LoRa-Aufbaus finden sich hier.

Aufbau Anschluss 6/12V Batterie mit Solarlader

Dieser Teil des Aufbau nur bei Verwendung von  eines 6V / 12V Blei-Akku. Hier der Aufbau mit dem Akkushield.

Hinweis: Die Solarladeschaltung kann auch nach der Inbetriebnahme und Testbetrieb fertig gestellt und angeschlossen werden.

Die Stromversorgung erfolgt für über einen 6V / ca. 4,5Ah oder 12V / ca. 4,5Ah Blei-Gel-Akku, welcher mit einem Solarpanel  6V / 2W und einem MT3608-Modul als Laderegler geladen wird.
Die Platinen haben für die Batterie und den Solarregler Anschlussklemmen.
Mit Entfernen von J-1 auf der Universal-Platine kann die Verbindung des Solarregler bei Bedarf aufgetrennt werden.

Bleigelakku / Sicherung:
Die Anschlüsse an den Bleigelakku sollten mit Flachsteckhülsen erfolgen. Dies ist eine zuverlässige Verbindung und erlaubt im Notfall einen schnellen Austausch des Bleigelakkus. Zwischen Bleigelakku und beelogger-Platine wird empfohlen eine Sicherung 2AT einzubauen.

Konfiguration Solarladeschaltung MT3608:
Der Step-Up-Regler MT3608 ist über einen Potentiometer auf die gewünschte Ausgangsspannung einstellbar. In Abhängigkeit der Batterienennspannung muss der MT3608 eingestellt werden. Dazu die Solarzelle mit der Eingangsseite des Moduls verbinden. Die Leitungslänge ist so zu wählen, wie es später am Bienenstand zweckmäßig ist. Ein Leiterquerschnitt von 0,25-0,5mm² ist ausreichend.
Der Plus-Pol der Solarzelle wird mit dem Plus-Anschluss des Moduls (Vin+) verbunden, der Minus-Pol-Solarzelle mit dem Minus-Anschluss des Moduls (Vin-).

Montage des MT3608-Modul:

Mit ausreichendem Lichteinfall erzeugt die Solarzelle hinreichend Spannung, dass das Modul startet. Eine eingebaute Unterspannungserkennung schaltet das Modul selbsttätig ab.
Ohne Anschluß des MT3608 an die Universal-Platine ist für die spätere Verwendung mit einer 6V-Batterie eine (Lade-)Spannung von ca. 6,9Volt, für eine 12V-Batterie von ~13,6V einzustellen.

Im gezeigten Bild ist auf der Eingangsseite ist eine Anschlussklemme eingelötet worden, bei der die mittlere Klemme entfernt wurde.
Die gelbe Leitung verbindet Vin+ mit *A7* zur Messung der Solarspannung.

Zur Erläuterung der Verschaltung dient nachstehendes Schaltbild. Die Dioden verhindern eine Entladung der Batterie über die Ladeschaltung. Mit dem Widerstand wird eine Strombegrenzung erreicht. Die Bezeichnungen Bat+/- und Solar+/- zeigen den Anschluss an die Universal Platine.
Die alternative Verschaltung von mehreren Solarmodulen an ein MT3608-Modul ist möglich. Damit kann unter ungünstigen Beleuchtungsverhältnissen das Ladeverhalten verbessert werden.Schaltbild Akku mit Sicherung, Laderegler und Solarzelle