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beelogger-Universal 2.x (Solar) – Beschaltung und Aufbau

Der beelogger-Universal erlaubt die Datenübertragung via WLAN mit dem ESP8266 sowie Mobilfunk mittels LTE (4G) oder GSM (2G).

Diese Seite beschreibt den Aufbau der Version 2.x.

 

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.

Einige Informationen zu Lötzinn und Tipps zum Löten finden sich im reichelt magazin mit dem Suchbegriff Löten.

Einige Lötstellen sind mit der Kupferfläche der Platine verbunden. Diese Lötstellen benötigen eine deutlich längere Lötzeit, je nach Lötspitze auch eine höhere Löttemperatur.
Gleiches gilt für das Einlöten der Anschlussklemmen. Auf Grund der großen Wärmeableitung dieser Lötpunkte bzw. Aufwärmzeiten erhöht sich Zeit-/Temperatur bedarf.

Zu Bestücken sind alle Bauteile entsprechend der nachfolgenden Darstellungen wie im Bestückungsdruck angegeben.

Für die verschiedenen Varianten WLAN oder LTE/GSM bzw. ohne Niederschlagsensor entfallen teilweise Bauelemente:

leere Platine Universal 2.0.1 mit farblichen Feldern für die Bauteile der Bestückungsvarianten

Platine Universal 2.0.1 mit farblichen Feldern für die Bauteile der Bestückungsvarianten

leere Platine Universal 2.0.2 mit farblichen Feldern für die Bauteile der Bestückungsvarianten

Platine Universal 2.0.2, Achtung: Position und Beschriftung der Anschlüsse DHT, DS und I2C geändert.

– WLAN benötigt den MCP1702-33, zwei Kondensatoren 10uF, Widerstand 4k7, Diode 1N5817 und Kondensator neben ESP8266-Steckplatz, orange Felder.
– GSM/LTE benötigt MOSFET, Transistor BC548, 2x Widerstand 2K2, 150 in Platinenmitte, gelbes Feld, Kondensator 470-1000uF
– für den Anschluss des Niederschlagsensors die Bauteile im blau markierten Feld bestücken.
– der zweite DHT benötigt die Bauteile im hellgrünen Feld und eine zusätzliche Verbindung der mit Pfeilen markierten Lötpunkten.
– DS3231 bei SIM800L/SIM7600E unbedingt auf der Platinenunterseite einbauen.

 

Bestückung Reihenfolge:

Den Halter für den Akku noch nicht aufstecken bzw. verlöten, da dieser ggf. für das Verlöten des MOSFET entfernt werden muss.
Die SMD-Bauteile mit dem Ladebaustein SPV1040 (nur Ver. 2.0.y) werden alternativ zum SolarCharger bestückt; Teileliste in der Doku des beelogger STM32.

Bauteile und Schraubklemmen je nach Aufbauvariante auf der Oberseite der Platine aufstecken und verlöten.
Die Bestückungsreihenfolge: Widerstände, Buchsenleisten (ProMini, DS3231), Dioden, Schraubklemmen, Kondensatoren, Transistoren/Spannungsregler/Mosfet wird empfohlen.

Hier gezeigt beelogger-Universal Platinenversion 2.1.1 in der Basisbestückung,
andere Versionen in der Bestückung baugleich.

Platine Version 2.1.1, Oberseite, teilbestückt, nur Basisbauteile

Platine Version 2.1.1, Oberseite, teilbestückt nur Basisbauteile

Platine Version 2.1.1, Unterseite, teilbestückt, nur Basisbauteile

Platine Version 2.1.1, Unterseite, teilbestückt, nur Basisbauteile

Anmerkung: Auf den Draht Vout+ im MT3608 ist eine Isolation aufgesteckt, weil das Modul noch nicht auf 6V eingestellt war.

Hinweis: Bilder Platine für/mit SIM7600E-Modul hier.

 

Buchsenleisten werden je nach Variante bestückt.
Bei Systemen mit SIM7600E ist das DS3231-Modul, bzw. die Buchsenleiste dazu, auf der Rückseite der Platine zu bestücken.
Oder iauf der Oberseite, wenn im DS3231 die Pins ausgelöten und so eingelötet sind, dass der DS3231 auf der Oberseite der Platine in Richtung Bestückungsplatz WLAN-Modul ausgerichtet moniert werden kann.

Für den SIM7600E eine Drahtbrücke zwischen den mit  A und B beschrifteten Lötaugen und den Kondensator 470uF (Platinenrückseite) einbauen.
Für den SIM800L eine Drahtbrücke zwischen den mit  A und C beschrifteten Lötaugen und den Kondensator 1000uF (Platinenrückseite) einbauen.
Zum Anschluss eines Niederschlagsensors die Bauteile im blauen Feld bestücken.

Die Schraubklemmen für die diversen Sensoren sind nach Bedarf einzubauen. Grundsätzlich können Sensorleitungen auch direkt angelötet werden.
Auf der Platine ist eine mit “SVC” bezeichnete Schraubklemme vorgesehen. Diese ist zum Anschluss eines Schalters (Schließer) vorgesehen, damit bei Arbeiten am Bienenvolk keine Messungen erfolgen.

Hier gezeigt beelogger-Universal Platinenversion 2.0.3 in der Variante WLAN, Version 2.1.1 in der Basisbestückung,
andere Versionen in der Bestückung baugleich.

Platine Universal 2.0..., bestückt WLAN Variante, Bauteilseite

Platine Universal 2.0.3, Oberseite, bestückt, zusätzlich Bauteile WLAN Variante

Platine Universal 2.0..., bestückt WLAN Variante, Lötseite, SolarCharger Modul noch nicht bestückt

Platine Universal 2.0.3, Lötseite, WLAN Variante,  SolarCharger Modul noch nicht bestückt

Platine Universal 2.1.1, Oberseite, bestückt, nur Basisbauteile

Platine Universal 2.1.1, Oberseite, bestückt, nur Basisbauteile

Platine Universal 2.1.1, Unterseite, bestückt, nur Basisbauteile

Platine Universal 2.1.1, Unterseite, bestückt, nur Basisbauteile

Hinweis: Bilder Platine für/mit SIM7600E-Modul hier.

 

Stromversorgung:

Vor dem Bestücken des MT3608 diesen auf eine Spannung von 6V – 6.2V einstellen. Dies kann durch direktes Verbinden des MT3608 mit dem Akku erfolgen.

Den Halter für den Akku vor der Bestückung der Bauteile in diesem Bereich (Dioden, Widerstand, Drahtstifte für Module Solarcharger und MT3608) aufstecken und einrasten. Die div. Bauteile und Drahtstifte für die Module bei gesteckten Halter von der Unterseite der Platine einlöten. Die Drahtenden der Bauteile vorher passend abbiegen und einkürzen.
Für die Module keine Stiftleisten verwenden.
Danach Verlöten des Halters und Aufstecken der Module auf die Drahtstifte und Verlöten der Module.

Wenn der (optionale) Jumper an Batterie-Plus eingebaut wird, muss die Verbindung zwischen den Lötaugen des Jumpers aufgetrennt werden.
Mit dem Jumper kann bei Wartungsarbeiten der Akku von der Elektronik getrennt werden.
Hinweis: Der Solarcharger wird mit dem Jumper nicht von dem Akku abgetrennt.
Neben dem “+”-Anschluss des Akku sind zwei Lötaugen. Die Verbindung zwischen den Lötaugen muss vor dem Einlöten der 2-poligen Stiftleiste aufgetrennt werden.

Pull-Up Widerstände Sensoren DHT22/DS18B20:

Die Pull-Up-Widerstände (3x 4K7) für die Sensoren DHT und DS18B20 sind im Layout der Platine enthalten.
Für einen Niederschlagssensor sind zusätzlich die mit * markierten Bauteile (Widerstände 4k7, 150 und Kondensator 1,0n) zu bestücken.

Schaltung Pegelwandler:

Für die Pegelwandlung zwischen dem mit 5Volt betriebenen ProMini und den Modulen ESP8266/SIM800L/SIM7600E wird die Bestückung mit den Widerständen 150, 1K, 2K2 vorgenommen.

DS3231-Modul:

DS3231 Modul mit den notwendigen Trennstellen

DS3231 Modul mit den notwendigen Trennstellen

Das Modul DS3231 ist vor Einbau wie nachfolgend beschrieben zu modifizieren, damit die Zeitsteuerung des Systems mit den Multi-Sketchen wie vorgesehen funktioniert.
Achtung: Vor dem Modifzieren kontrollieren, ob das EE-Prom auf dem Modul mit 24C32 beschriftet ist, siehe Bilder.
Module mit 24C02 sind für den beelogger nicht verwendbar.

Die erfolgreiche Modifikation ist mit dem Power-On/OFF-Sketch zu prüfen.

Mit diesem Aufbau hat der beelogger in Messpausen (LowPower-Mode) eine sehr geringe Stromaufnahme (unter 20uA). 

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:
Zum Durchführen der Arbeiten die Batterie entnehmen.

1a.: Betrieb DS3231-Modul mit CR2032 Batterie:

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

Detaildarstellung Trennstelle der Ladeschaltung

zu 1.: Detaildarstellung Trennstelle der Ladeschaltung

1b.: Betrieb DS3231-Modul ohne CR2032 Batterie:

Damit der DS3231 im Standby des beeloggers mit Spannung versorgt wird, den Batteriehalter auf dem DS3231-Modul auslöten und
vom DS3231-Modul Lötauge Batterie+  zum  Lötauge “5Va” auf der Universal-Platine eine Verbindung herstellen.
Die Verbindung ist in den Bilder unten auf dieser Seite ersichtlich.
Hinweis: beelogger mit WLAN/GSM/LTE-Verbindung zum Server können auf die Batterie auf dem DS3231-Modul verzichten, da die jeweils aktuelle Uhrzeit bei Datenversand mit der Quittung vom Server gesetzt wird.

 

2.: Pullup-Widerstand auf dem DS3231-Modul

Die Leiterbahn zum Pull-Up Widerstand für die SQW-Leitung ist nahe am Widerstandsnetzwerk aufzutrennen, im Bild die rote Linie neben der Durchkontaktierung. Dabei darauf achten, dass die Durchkontaktierung (im Bild grüner Pfeil), 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  roten Linie aufsetzen und in die Leiterbahn drücken. Leichte Kippbewegung des Cuttermessers an der Schnittachse schiebt die Leiterbahn auseinander.

zu 2.: 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 I2C-Sensoren angebracht werden.

Das erfolgreiche Auftrennen des Pull-Up-Widerstand kann mit einem Multimeter geprüft werden.
– Multimeter auf Widerstands-Messbereich z.B. 200kOhm oder 2MOhm bzw. Autorange einstellen.
– Zwischen dem SQW und dem VCC Anschluss muss der Widerstand größer 1Mohm sein.
– Multimeter auf Widerstands-Messbereich 200Ohm bzw. Autorange einstellen.
– Zwischen DS3231 Pin3 und dem SQW Anschluss muss eine Verbindung kleiner 1 Ohm bestehen

Hinweis: Ist die Durchkontaktierung zerstört, d.h. der Widerstand zwischen DS3231 Pin 3 und Pin SQW ist größer als 1kOhm,
             kann durch das Enfernen des Widerstandsnetzwerks keine “Reparatur” erfolgen.

             Notwendig ist dann ein Draht von Pin3 des DS3231 zum SQW-Anschluss.

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.
Zum Umbiegen der Pins das Modul bündig in den Shield-Montageplatz stecken. Die Bauteileseite des Moduls von der Universal-Platine abgewandt. Durch Bewegen des DS3231 Moduls nach aussen 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.

 

Zu diesem Zeitpunkt kann ein erste Inbetriebnahme und Test  erfolgen und
zum Abschluß der Modifikation des DS3231 den Funktionstest mit dem Power On/Off-Sketch durchführen.
Die Testsketche arbeiten ohne Modifikation des Arduino ProMini. Die volle Funktion der Platine kann vor dem Einsatz am Bienenvolk mit einem MULTI-Sketch geprüft werden.

Der Arduino des Pro Mini ist für den finalen Einsatz für den stromsparenden Einsatz zu modifizieren.
Mit dem Power On/Off-Sketch oder dem SystemCheck-Sketch kann der modifizierte Pro Mini im Low-Power-Mode die Stromaufnahme gemessen werden.
Die Stromaufnahme sollte 20uA nicht überschreiten.

Zu Testzwecken ist für die Versorgung die Verwendung eines geladenen Akkus erforderlich.
Eine Versorgung mit Netzteil ist im Aufbau für Solar nicht möglich.

 

HX711-Modul und Anschluss Wägezelle:

Universal 2.0, Platinenunterseite bestückt mit zwei HX711, MT3608 und SolarCharger

Universal 2.0.1, Platinenunterseite bestückt mit zwei HX711, MT3608 und SolarCharger

Die Erläuterung dazu finden sich auf dieser Seite:Universal-HX711
Weitere Informationen unter Sensoren HX711.

 

Kommunikationsmodule:

WLAN / ESP8266:

Universal 2.0.1 bestückt für WLAN

Universal 2.0.1 mit ESP8266

Hinweis: Bauteile für LTE/GSM (orange markiert) werden für den Betrieb mit ESP8266 nicht benötigt.

LTE / SIM7600E:

Universal 2.01 Platine bestückt mit SIM7600E, ProMini und DS3231-Modul

Universal 2.01 Platine für LTE

GSM / SIM800L:

Die Zenerdiode 5,1V wird in den Lötaugen des SIM7600E bestückt.
Das SIM800L-Modul wird mit der SIM-Kartenseite nach oben bestückt.

Achtung: Bei Platinenversion 2.1x wird der SIM800L mit dem SIM-Karten-Halter
zur Universal-Platine montiert.

Bestückung ZD 5.1 für SIM800L

Einbau ZD5.1

Bestückung SIM800L Modul, SIM-Karte 'oben'

Platinen-Version 2.0.x: Bestückung SIM800L Modul, SIM-Karte ‘oben’

 

 

Vor der Inbetriebnahme die Leiterplatte von Lötzinnresten und dem Flussmittel befreien.
Hierzu kann ein grober Borstenpinsel und Waschbenzin verwendet werden.