GSM модуль на din рейку

[d.v.ermakov]

Воспользуюсь-ка я опять форумом как записной книжкой, составлю ТЗ на разработку GSM модуля на din рейку на будущее. Или, если кто сделает раньше, чем у нас руки дойдут, тоже будет хорошо.

- корпус Gainta D2MG, с фрезеровкой и кастомной крышечкой с одной стороны;
- модуль SIM800C-DS с двумя SIM-картами;
- SMA разъём для внешней антенны под пластроном;
- внутренняя антенна-спираль;
- автоматическое переключение между внутренней и внешней антеннами при подключении внешней;
- холдер на два аккумулятора 18650 с защитой, зарядка одной TP4056;
- переход с внешнего питания на аккумуляторы при помощи полевика и диода;
- преобразователь входного питания 5-24 вольта в 4,5 вольта, около 20 ватт;
- boost-конвертер после диода с 3,3-4,2 вольта аккумулятора на 12 вольт для внешних устройств около 10 ватт;
- один разъёмный вертикальный клеммник с шагом 3,5 на 8 контактов;
- на клеммнике: плюс и минус входного питания 5-24 вольта; TX и RX UART; выход плюс и минус 12 вольт от аккумулятора; выход, замыкаемый на минус при пропадании внешнего питания; выход через диод для измерения напряжения аккумулятора внешним АЦП;
- на передней панели: два слота push-push nanoSIM; индикатор внешнего питания; индикаторы "зарядка" и "заряжено" от TP4056; индикаторы модема Network и Status.

Если что-то ещё вспомню, допишу. Ну и пожелания приветствуются.

[Bonefolder]

Дмитрий, а зачем 2 сим карты?
2. Я бы слоты сим карт убрал под панельку. Не каждый же день Вы планируете их менять. А пылезащищенность повысится.
3. Если не ошибаюсь, при наличии 2 симок потребуется два разъёма под СМА?
4. Все ещё ждём настенный датчик. Он приоритетнее))

[d.v.ermakov]

1) две симки нужны для отказоустойчивости, во многих охранных системах так же
2) возможно, вы правы
3) нет, антенна общая
4) он и для нас в приоритете, ждём со дня на день очередную версию плат

[d.v.ermakov]

Собираем заявки на бета-тестирование нашего модуля GSM-UPS. Этот модуль позволяет сделать автономную (даже без сервера) охранную сигнализацию на базе MegaD-2561, которая в течение нескольких дней после пропадания электроэнергии будет посылать вам SMS о срабатывании охранных датчиков. Сообщение о пропадании электроэнергии также будет автономно. И предупреждение о том, что аккумулятор сейчас отключится, можно получить без сервера, настроив "термостат" на АЦП-порту.
Кстати, я его использую, чтобы знать, кто пришёл домой (и кто поставил на охрану). Для этого сервер расшифровывает полученный от Меги по wiegand код ключа и пишет мне СМС "Лиза поставила на охрану." или "Василиса пришла домой.".

Кто может/хочет получить бесплатно модуль в обмен на тестирование и отзыв, прошу обращаться в личку. Тестовая партия будет готова в течение одной-двух недель.

Краткое описание.
- корпус шириной два модуля на DIN-рейку,
- модуль SIM800C, SIM-карта под верхней крышкой модуля,
- pcb-антенна на крышке изнутри,
- возможно подключение внешней антенны в IPEX-коннектор вместо встроенной,
- два аккумулятора 18650 (питание одной Меги до нескольких дней),
- защита аккумуляторов от перегрева, перезаряда, переразряда, неправильной установки,
- внешнее питание 12 вольт, самовосстанавливающийся предохранитель 2А, защита от неправильного подключения,
- выход ИБП 12 вольт 1А,
- индикаторы на крышке: статус модема, сеть модема, зарядка аккумуляторов, работа от внешнего источника, работа от аккумуляторов,
- кнопка сброса модема на крышке,
- съёмный клеммник:
вход +12В,
общий -12В,
выход +12В,
выход индикации перехода на аккумулятор (подключается к стандартному входу Меги),
аналоговый выход измерения напряжения аккумулятора (4,2В понижено через делитель до 3,16В; коэффициент делителя 1,33; то есть, при 4,2В на аккумуляторе АЦП будет показывать около 980, при 3В будет 700),
вход сброса модема (для сброса замкнуть на землю на 2 секунды),
выход TX модема (с согласованием на 3,3В),
вход RX модема (с согласованием на 3,3В).

GSM-UPS.jpg (23.66 КБ) 4138 просмотров

[d.v.ermakov]

Этот пост для ожидающих тестовые образцы модема. Я, к сожалению, уезжал на неделю. Только сегодня приступил к сборке. Не всё так хорошо, как хотелось бы (это всегда так). Но скоро будет
Уже понятно, что с током дросселя повышающего преобразователя промахнулся (плохо посчитал), что на каждый аккумулятор нужна отдельная микросхема защиты (а не общая, как сейчас), и ещё пара мелочей.
Несмотря на стадию макетирования, (у меня) никак не получается менее трёх итераций.

GSM-UPS_DUT

IMG_5396.jpg (141.91 КБ) 3954 просмотра

[poraboloid]

Получил данный модуль на бета-тест.
Внешний вид вполне привлекательный, для установки сим карты стандарта "микро" достаточно снять верхнюю крышку модуля.

IMG_20191206_132948_small.jpg (425.11 КБ) 3606 просмотров

IMG_20191206_132953_small.jpg (329.16 КБ) 3606 просмотров

IMG_20191206_133000_small.jpg (322.53 КБ) 3606 просмотров

IMG_20191206_133744_small.jpg (389.12 КБ) 3606 просмотров

IMG_20191206_133122_small.jpg (530.46 КБ) 3606 просмотров

[poraboloid]

Из визуально замеченных огрехов - наползание на шелкографии у элементов С2 и U1, нет контактных площадок под резистор базы транзистора Q1, отверстия заглушки сделаны не по центрам светодиодов платы.

шелкография_small.jpg (359.89 КБ) 3606 просмотров

Резистор.jpg (782.47 КБ) 3606 просмотров

IMG_20191206_200518_small.jpg (378.29 КБ) 3606 просмотров

[poraboloid]

Нарисовал и распечатал на 3д принтере заглушку отсека акб, модель в солиде и stl файл для слайсера прилагаю.

https://yadi.sk/d/U6-30VU8tGKv_A
https://yadi.sk/d/3D6VmFnUITGibg

IMG_20191206_220958_small.jpg (408.15 КБ) 3606 просмотров

При наличии входного питания 12.1 вольт, на выходе 11.8, т.е. падение напряжения 0.3 Вольта, что хорошо для критичных к напряжению устройств.
При отключении внешнего питания на выходе незначительно выше, 12.68 вольт.
При отключении акб при наличии внешнего питания (имитация выхода из строя элементов), устройство остаётся работоспособно, авария индицируется частым морганием индикатора BAT CHRG.

Новую симку от мегафона принял без вопросов. А М590е на ней не работал ни в какую.
С мегой 2561 ver2.0 заработал сразу, поставил на тестовую прогонку.

[d.v.ermakov]

Список недостатков данной версии модема:
- верхняя скоба нижнего аккумулятора соприкасается с нижней платой, поэтому её приходится дополнительно подгибать,
- дроссель повышающего преобразователя имеет недостаточный допустимый ток, поэтому достаточно сильно греется,
- неудачно расположен термистор защиты от перегрева аккумулятора (прямо под перегревающимся дросселем), что вызывает срабатывание защиты зарядки (мигает красный светодиод),
- недостаточная точность цепи обратной связи повышающего преобразователя (на выходе напряжение значительно больше 12 вольт),
- завышенный порог перехода на аккумулятор, что приводит к невозможности работы без внешнего блока питания, от PoE (сейчас 11,7, будет исправлено на 11 вольт),
- невозможно обеспечить соосность светодиодов индикации и окон под них (будет сделан выступ на плате и углубление для него на крышке изнутри),
- отсутствует резистор в цепи базы транзистора индикации перехода на аккумулятор (на фото видно исполнение навесным монтажом),
- требуется отдельная микросхема защиты для каждого аккумулятора (сейчас одна общая).

IMG_5486.jpg (324.04 КБ) 3588 просмотров

IMG_5484.jpg (222.38 КБ) 3588 просмотров

Это подключение, как задумывалось. Но текущая версия не может работать без внешнего блока питания (от PoE).
Кстати, кнопка "RST" (и внешний вход при замыкании на землю) отключает питание модема. То есть можно отключить модем в целях экономии энергии, например.

[Ghost]

Дмитрий, позвольте нубу вставить свои гнутые 5 копеек...
Не возникало мысли вынести аккумуляторный блок в отдельный опциональный девайс?
Исхожу из того, что для резервного питания Меги и иже с ней уже существует решение - DRC-40A, на который можно повесить 12В-аккумулятор.
Я, к примеру, именно на таком БП себе делаю... Но и ваше устройство очень по душе пришлось. А вот аккумуляторы в нем и резервное питание от него в таком конкретном случае - видятся излишними.

PS. С отдельным аккумуляторным модулем (UPS) будет гибче. IMHO.

[poraboloid]

Ночь устройство проработало на аккумуляторах, питая попутно мегу по выходу.
Работа стабильная, смс приходят.
Снял акб, осмотрел плату с второй стороны.

IMG_20191207_101321_small.jpg (562.7 КБ) 3562 просмотра

Еще в копилку:
1) Дорожки из под кнопки и креплений акб лучше сдвинуть, и сделать либо пустое место, либо полигон подключаемого контакта.
Тогда не придётся ставить изолирующие лавсановые прокладки. А то не технологичная сборка.

термоскотч.jpg (502.05 КБ) 3562 просмотра

2) Термодатчик второго литиевого элемента отсутствует на плате, хотя место под него разведено (R5, BT2).

Термодатчик.jpg (284.91 КБ) 3562 просмотра

3) U2 и С17 наплыв обозначений на шелкографии. U3 без подписи.

шелкография 2.jpg (443.26 КБ) 3562 просмотра

U3.jpg (190.76 КБ) 3562 просмотра

[poraboloid]

- требуется отдельная микросхема защиты для каждого аккумулятора (сейчас одна общая).

Не очень понимаю смысла такого разделения.
Элементы параллельны, если они из одной партии то внутреннее сопротивление и ёмкость у них одинаковые.
Можно представить себе их одним элементом двойной ёмкости и пониженным вдвое внутренним сопротивлением.

В электротранспорте ионки набираются параллельно от 2 штук и до сотен, а бмс контролирует эту сборку как одну банку.
На случай кз в конструкции 18650 есть клапан, который отстреливается при превышении внутреннего давления, разрывая цепь по плюсу.
А как защита от перегрева у вас термодатчики есть.

[d.v.ermakov]

На шелкографию я, если честно, пока внимания не обращаю.
Каптоновый скотч - это костыль, исправляющий проблемы трассировки. Уже учтено.
Второй термистор поставим, конечно.
Вторая микросхема защиты позволяет исправить разбаланс и более полно использовать аккумуляторы. Я это выяснил, поставив две разные банки. Кстати, аккумуляторы мы поставили так себе качеством и старые.
Про ненужность UPS. Будет версия без него. Просто без распайки всего, что к нему относится. И дешевле, естественно. Другой вопрос, что много денег его отсутствие не экономит.

[Ghost]

Про ненужность UPS. Будет версия без него. Просто без распайки всего, что к нему относится. И дешевле, естественно. Другой вопрос, что много денег его отсутствие не экономит.

Не совсем так. Не про ненужность, а скорее про опциональность - про отдельный UPS-модуль на 18650.
Не всегда и не везде есть вариант поставить тот же DRC-40A с широкораспространенным кислотным аккумулятором от УПС. И в этом случае отдельный УПС с 18650 на DIN-рейку - то, что доктор прописал!

[d.v.ermakov]

Ещё были следующие соображения.
Одномодульный корпус неудобен по подключению и убог по внешнему виду. Двухмодульный (как сейчас) слишком просторен для одного модема. Кроме того, модем без аккумуляторов нужен редко.
И, кстати, кислотный аккумулятор хуже по многим параметрам и его не всегда есть куда деть. В квартире, например, я бы его использовать не стал.

[Ghost]

И, кстати, кислотный аккумулятор хуже по многим параметрам и его не всегда есть куда деть.

О том и речь. Лучше - по емкости и по отдаваемому току, это так. А вот остальное...
По сути-то, 18650 уже стали стандартом де-факто, как в свое время AA и AAA.

В квартире, например, я бы его использовать не стал.

Т.е компы у Вас дома без УПСов? Шучу.
Ведь УПСовые (свинцово-кислотные) аккумуляторы 12V/7.2Ah используют в жилых и офисных помещениях сплошь и рядом... Те же самые охранки, пожарки и СКУДы УПСятся свинцово-кислотными 12V/7.2Ah (или им подобными).
Да и для котлов отопления в квартирах, AFAIK, используют УПСы с кислотными. (Кстати, не могу понять, для чего делают такие замудренные УПСы на котлы. Не думаю, что внутри управление работает прямо-таки от ~220. Явно же понижается и выпрямляется.)

Ну, речь не об этом, а про ваше устройство. На мой СУБЪЕКТИВНЫЙ взгляд было бы удобнее и гибче, чтобы был еще и отдельный УПС на 18650 для DIN-рейки. (Да, конечно, можно взять что-то вот примерно такое https://ru.aliexpress.com/item/32793055 ... d0911c23-2 или такое https://ru.aliexpress.com/item/32816412 ... 4c1526e2e9 и использовать)
А решать делать его или не делать - исключительно Ваша прерогатива, как создателя.

[Andrey_B]

Кстати, не могу понять, для чего делают такие замудренные УПСы на котлы. Не думаю, что внутри управление работает прямо-таки от ~220. Явно же понижается и выпрямляется.

Как-то уже писал. Мой котел Vaillant при напряжении в сети менее 190В-200В не может зажечь газ и выпадает в ошибку. Если мне не изменяет память, просто не хватает напряжения для открытия газового клапана. Не очень то приятная ситуация для системы отопления. Если системы бесперебойного питания или стабилизации ставят на котлы, значит не просто так.

[poraboloid]

Второй термистор поставим, конечно.

По схеме они параллельны, одиночный поставили вдвое большего сопротивления в данном экземпляре ?
Или просто второго не нашлось в наличии, поэтому стоит один и защиты от превышения температуры по сути нет ?
Хочу впаять недостающий, чтобы защита была на двух ячейках.

[poraboloid]

Вторая микросхема защиты позволяет исправить разбаланс и более полно использовать аккумуляторы. Я это выяснил, поставив две разные банки. Кстати, аккумуляторы мы поставили так себе качеством и старые.

Имхо это лечение симптомов, а не причины.
Две банки придётся разделять разными схемами зарядки и разрядки.
Усложнение этих цепей вдвое только из желания ставить изначально плохие аккумуляторы - сомнительно.
При использовании разных банок та что слабее сядет быстрее и вся нагрузка ляжет на вторую, что будет способствовать ускоренной её деградации.

Комплектные ионки прогоню на ICharger-е, проверю.

Про ненужность UPS. Будет версия без него. Просто без распайки всего, что к нему относится. И дешевле, естественно. Другой вопрос, что много денег его отсутствие не экономит.

Меня UPS порадовал, удачное решение.
Хоть на объекте куда собираюсь ставить модуль и стоит ББП-60 с кислотником 12Вх7.0 А\ч, но ваше решение мне импонирует больше.
Да и срок службы гелевого акб по нормативам - 1 год, потом замена на новый.
В дежурном режиме всё время под напряжением же.
У ионок жизнь 3-5 лет, и 500-800 циклов, против 300-400 у свинины.

[poraboloid]

- неудачно расположен термистор защиты от перегрева аккумулятора (прямо под перегревающимся дросселем), что вызывает срабатывание защиты зарядки (мигает красный светодиод)

Как вариант для отвязки от температуры платы предложу сделать как на ноутбучных акб - вынос термодатчика на шлейфе и наклейка его тем-же каптоном на корпус ячейки.
Но опять-же снижает технологичность сборки...