Комментарии 88
все эти странные размышления о батарейном питании при использовании аккумулятора - разбиваются вхлам маленькой солнечной батарейкой...зачем экономить микроамперы когданебольшой панельки хватит улучшить живучесть вплоть до 100% онлайна на прослушивание и ответе каждые 30 секунд? А если прям вот ну ваще подвал модвал тьма и надо 5 лет - ну купите 20 ач литиевую батарею и хватит лет на 10
Дело в том, что не всегда есть возможность использования солнечной батареи...
ну купите 20 ач литиевую батарею и хватит лет на 10
не хватит.. не проживёт ни одна батарея 10 лет даже если от неё вообще ничего не будет запитано
Мне приходилось видеть ультразвуковые счетчики воды, жившие лет по 12 на батарее. Вообще у них 20 лет заявлено, и, говорят, живет. Но своими руками щупал только возрастом в дюжину лет. И жрут они немало. Но и стоят не пять баксов.
Проживают и дольше. В древних материнках или в игровых картриджах раритетных с энергозависимой памятью, бывает, и 20-ти летней давности читаются данные :).
У меня на руке прямо сейчас часы, которые от одной батареи уже то ли тринадцать, то ли четырнадцать лет тикают - не менял с момента покупки. Так что есть, есть такие батареи.
Да есть конечно, все счетчики электронные от них работают по 10+ лет
Некоторые электронные счетчики газа лет через 6-7 тухнут при заявленных 12. Это в бытовых условиях, внутри квартиры, где вообще никто не жил.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Анекдотическое_свидетельство
Анекдотическое свидетельство (англ. anecdotal evidence) — это утверждение или доказательство, основанное на случаях или эпизодах из личной жизни или неповторимых опытных данных
Потребление еще и от собственно сенсора будет некисло зависеть. И все оптимистичные подсчеты могут пойти в никуда.
оказалось, что нормальных батарейных долгоживущих модулей, которые могли бы обеспечить автономную работу LoRa сенсоров в течение нескольких лет, просто нет в продаже.
Не совсем вяжется со следующим абзацем, где Вы этот модуль и купили. Или я что-то неверно интерпретировал?
Этот модуль весьма странный. У него достаточно много обвязки и в режиме простого прослушивания он кушает 120mAh батарейку за сутки. Оказалось дело в стабилизаторе питания. По итогу сделал для себя аналогичный, но чуток другой разводки, т.к. с этими наигрался. Слишком большой разброс по параметрам в пределах одной партии, да и входов маловато.
Да, питание там не очень - я как раз об этом написал в статье.
Спасибо за статью! По вашему опыту, на каком расстоянии удается установить надёжную связь? Есть ли опыт использования LoRa в городе?
Я специально не тестировал, но обычно говлрят о 1-3 км, в зависимости от застройки. Могу только заметить, что дальность зависит от LoRa настроек.
Сильно зависит от того, чем Вы собираетесь принимать. Таким же модулем? Или базовой станцией на SX130X? Ну и вообще много, от чего. Если с железом все ОК и оба устройства на улице, то в целом на километры можно рассчитывать.
Сразу совет - если Вы вдруг видите, что у Вас LoRa даже в пределах одной комнаты как-то неудачно работает, на на открытом воздухе в прямой видимости получаете сто метров, подвигайте частоту на одном из устройств килогерц на сорок с шагом килогерц в пять. На недорогих модулях с этим часто проблемы.
Edited: и да, если у Вас не LoRaWAN, а свой протокол поверх LoRa, используйте лучше BW 500 KHz, если каких-то серьезных противопоказаний нет по регуляторике или еще чему.
Частота может ещё плавать в зависимости от температуры, и для борьбы с этим явлением вместо обычного кварца устанавливают термокомпенсированный (TCXO).
Да, и это сразу все удорожает.
В любом случае, ставят далеко не везде, а за последние лет семь, как Lora появилась, видел достаточно сообщений на самых разных наших и не наших ресурсах на тему "фигня ваша лора, больше 100 метров у меня не вышло". Причины, конечно, разные были, но в достаточно приличном количестве случаев удалось вышеописанным методом сильно помочь.
Semtech в свое время про это отдельный документ в app notes выпускал. Тоже не со скуки. Там технари-то знают, что делают. Это маркетологи не всегда.
Просто тут нужно учитывать свойства самих аккумуляторов и, например, не выставлять подобные сенсоры на 20-градусный мороз.
Не очень понимаю, где тогда это вообще можно использовать в условиях климата средней полосы России.
Если в течение года девайс ни разу не окажется на морозе - значит, он стои́т в отапливаемом помещении. А раз там есть отопление - то, вероятно, и электричество там тоже есть, так что потребности в батарейном модуле не возникает.
Погреб - он же под домом, так? Ну или в непосредственной близости от него. А в доме электричество наверняка есть. Неужели протянуть кабель в погреб сложнее, чем заморачиваться с регулярной заменой батареек?
P.S. Да и освещение в самом погребе тоже наверняка не от лучины же...
Погреб — он же под домом, так?
Не обязательно.
Ваша правда есть. Но и есть задачи, где такое решение удобно.
На моей малой родине погреб, в отличие от подвала, - это именно что отдельная постройка. И порой на приличном удалении (спасибо планировке села из советских времён). Ох, сколько раз в него за картошкой было нахожено :)
Ну освещение-то, освещение в нём хотя бы есть? :) Не при свечах же Вы оттуда картошку вытаскивали :)
P.S. Я что к погребам-то прицепился. Просто повсеместное распространение беспроводных девайсов - это просто катастрофа какая-то. Сколько бы ни жили в них батарейки - при количестве оных хотя бы несколько десятков (берём какую-нибудь сигнализацию + датчики умного дома разных видов - и вот ужé) - замена их превращается в постоянную головную боль.
При этом реальные сложности протянуть нормальное питание возникают разве что в самых парадных частях дома, где без нарушения дорогостоящей отделки ничего не протянешь, и кабель-канал не прикрутишь из эстетических соображений. Ну или да, на другом конце поля, где вот вообще-вообще никакой потребности в электричестве больше нет (ни освещения, ни полива, ни видеонаблюдения в радиусе полкилометра...)
Ну освещение-то, освещение в нём хотя бы есть? :) Не при свечах же Вы оттуда картошку вытаскивали :)
Сейчас - да, есть. На погребице. В самой яме нет (не было, когда я там жил, по крайней мере). А фонарики давно так-то есть. Что до свечки - яма, увы, без вытяжки (опять же на тот момент, который я помню), со всеми вытекающими.
P. S. Простите, не удержался и прочитал пассаж про освещение голосом Матроскина из Простоквашино :)
Просто все завалено устройствами качества ниже среднего, мягко говоря. Головная боль не с заменой батареек, головная боль с устройствами, где их менять надо раз в месяц. Ну и да, есть случаи, когда без провода лучше не обходиться (сигнализация та же, если это сигнализация, а не фикция).
Кстати, беспроводные устройства могут быть и без батареек :-) Валялась у меня пара зигбишных выключателей... Но на клавишу там лучше кулаком нажимать было :-)
Очень часто клиент отказывается в принципе иметь дело с проводами.
Разводка питания вызывает вопросы — сколько это чудо жрет в режиме приема то?
Ну и сама LoRa — оно реально нужно? Есть ведь куда дешевле, меньше по габаритам и менее жрущие приемники/передатчики для небольших расстояний, а дальше на хабе все это собрать и работать уже по GSM-у. В условиях городской застройки LoRa будет дальше работать, но тоже далеко не пробьет.
Если же конечных устройств 1-2 штуки с несколькими датчиками — то куда проще сразу поставить GSM в них.
GSM это доп расходы на тарифы. Лично для себя я посчитал что поставить 25 лоравских модулей - выгодней. Ну и плюс зависимость от сети оператора и подписки внезапные - зло для IoT.
И, естественно, если у вас есть возможность по расстоянию обойтись без него — тогда и вопросов нет. Другое дело, что я плохо понимаю, где можно так просто обойтись… Ну, наверное, если рядом с домом гараж — то да, LoRa будет проще. Но, обычно, объекты находятся в гораздо бОльшей удаленности.
P.S. 25 модулей? У вас 25 объектов мониторинга? Или один огромный?
Я обслуживаю карьеры и делянки в лесах, там нету GSM. На трелевочниках, экскаваторах, самосвалах и лесовозах стоят коробки для передачи и приема их координат, с нормальной антенной, чтоб координировать свободные маршруты для транспорта, замена раций.
Дома у меня лора спокойно обслуживает расстояние в 9км через озеро, где находятся дачные кооперативы, аналог сигнализации. 9 домов. Далее уже GSM шлюз. Дешевле выходит.
В частном доме на тесте есть модули в подвале, теплице, чердаке… гараж (:
Очень круто
А как, кстати, в Вашем случае в лесу работает? Вообще, деревья с листиками на них это немножко ночной кошмар бывает для LoRa. Особенно прикольно, когда зимой что-то поставили. А весной трындец внезапный.
Опустил на 161 мегагерц, сделал свою плату под SX1276 по даташиту, под эту частоту, расположил SMA сразу на модуле. Далее уже с антенной - но ее делали под заказ. Вроде как диполь с запиткой с края. На текущий момент берет четко до горизонта - 4.8км, даже в смешанном лесу с ольховым подлеском. Высота установки мобильной антенны - около 2м. Иногда пробивает до 20км, но т.к. все в лесах и вне маршрутов самолетов/кораблей - никому не мешаем.
Проблема по сути только с рельефом возникает - любая складка гасит волны, но тут спасают геодезисты прокладывающие маршруты по хребтам. Для связи между разъездами - хватает.
Три года тестируем, хотели в этом году запустить в продажу (:
Внутри кстати ничего сложного - атмега 328р с расширением портов по i2c для показа инфы на символьном экране и обработки координат, sx1276, at24CM02 для регистрации событий, ublox neo 6m с активной антенной для координат, часы RTC. БП - копия китайского под свой формат, и пара ионисторов.
PS атмега вместо СТМ потому что я ленивая жопа.
Сомневаюсь, что 25 лора-модулей будут сильно дешевле при таком раскладе.
Правда, с питанием придется заморачиваться все равно…
В режиме приема LoRa модуль кушает столько, что использовать этот режим можно только в "окнах приёма".
вопрос автору:
в вашем случае почему именно аккумуляторные модули? подать 5 или 3.3 v по тонкому шнурочку который можно спрятать с глаз долой можно на довольно большие расстояния, и запитывать все шнурки не обязательно из одного места
а вот с акб всегда есть нюансы, например разные температурные условия зима/лето (ну или перегрев от того что корпус акб чёрный и попал в место где на него светят прямые солнечные лучи), плюс акб обычно помирают в самый неподходящий момент (когда нет возможности или тупо лень скататься и заменить батарейку).
Странно конечно, требования к модулю малое потребление, при этом стоит атмега древняя ни разу не малопотребляющая атмега. А потребление собственно Лоры тупо зависит от режима, т.е. софтово решается и требованиями ко времени реакции (сколько и когда работаем на приеме). В общем изначально от него сложно ожидать действительно малого потребления. Про SPX3819 уже написали, а еще диод на входе сожрет 0,5В от рабочего напряжения, т.е. ресурс аккумулятора в лучшем случае минус 20%. Да, и по хорошему там нужен не аккумулятор, а литионолхлорид. В общем так себе модуль
Да, в модуле много чего можно улучшить.
Не согласен только с критикой в адрес ATmega328 - сам микроконтроллер в режиме сна кушает 4 мкА - это более чем подходит для создания батарейеых датчиков.
Да, и по хорошему там нужен не аккумулятор, а литионолхлорид.
У него с пассивацией проблемы. Тут, эм, атмега стоит ради того, чтобы можно было в ардуине писать неспецам, поставить LiSOCl2 это значит обречь их на стенания «а чо у меня все перестало работать через месяц»
минимальным током потребления по даташиту 90 мкА
Хах, когда я делал всякие такие модемы и счетчики, потребление всего устройства было 10 - 20 мкА.
Вообще, стабилизатор после батарейки/аккумулятора — типичная ошибка новичка. Не нужен он там совсем.
Если надо год+ автономии, то лучше батарейки, у них саморазряд меньше.
Делаем что-то аналогичное в рамках студенческого проекта
arduino 168/328
lora ra-01
датчик(и) температуры, влажности, освещенности
питание от 2-АА батареек
светодиод - индикатор работы
никаких преобразователей напряжения, все напрямую
Изображения
Как это "напрямую от 2х батареек АА"? А когда напряжение будет падать из-за разряда батареек?
А когда напряжение будет падать из-за разряда батареек?
Будет падать. И что такого?
Пусть падает, никаких проблем с этим нет. Серия picopower, стартует на 1.8 вольт, стабильно работает от 2 вольт. Atmega на 8мгц от внутреннего генератора. По тем данным, которые мы получаем батарейки просаживаются на 0.01 вольт за 7 дней. Даже если проработают 1.5 года этого будет достаточно.
Это долгое обсуждение, здесь вдаваться в подробности не очень удобно. Например, не всегда подходит работа от встроенного генератра, да и датчик может быть рассчитан не на 1,5 года, а на 10 лет... и т. д....
Падение нелинейное. 80% своей жизни напряжение на хорошей батарейке условно стабильно.
Настоящие проблемы создает пассивация, а все остальное мелочи.
Вот к примеру, 18650. Можно бесплатно найти в батареях от старых ноутбуков, с оставшейся ёмкостью более 900мАч.
Или ещё пример, батарее от почивших телефонов/планшетов. Есть у многих, два провода, разъём и ещё и место экономит за счёт плоского форм фактора.
Но вот зачем маломощный, редки и дорогой 14500. Имею в арсенале устройство на 14500, всё в нём прекрасно, но если с этой 14500, что то случится, то заменить её быстро не получится.
Разумеется, быть богатым и здоровым лучше, чем бедным и больным. STM ещё лучше, чем ATmega.
В статье я специально указал, что ATmega328 - это ОДИН ИЗ ПРАВИЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ.
А правильный он в данном случае потому, что ATmega в спящем режиме потребляет 4 мкА и на ней с полпинка делаются любые Ардуино-датчики (а я как раз "ардуинщик").
ATmega в спящем режиме потребляет 4 мкА
Дело не в том, сколько он кушает, дело в том, что там, например, нельзя отключить половину периферии на время опроса датчика, нельзя менять частоту тактирования, нельзя оставить работать RTC и так далее. В итоге, это все просто игрушка, не более чем «посмотреть как передает взаправдашния лора».
С одной стороны вы правы - там ничего этого нет, с другой стороны - у меня прекрасно работают на этой базе долгоживущие батарейные сенсоры контакта, температуры, расхода воды и т.д. и т.п. Фактически на ATmega можно сделать практически любой датчик, кроме особо специализированных.
Нормальное шифрование тоже не сделать — ни криптоядра нет, ни производительность не потянет.
Выглядят ли эти датчики узкоспециализированными? Да нет, обычные задачи.
У меня для вас две хорошие новости:
Примерно то, что вы описали прекрасно делает, например, мой датчик расхода воды.
На ATmega328 прекрасно работает связка софтовых AES + SHA256, можно еще до кучи прикрутить ATSHA204A.
Как грамотно шифровать пакеты при помощи AES+SHA, не мне вам объяснять - вы это лучше меня знаете.
Примерно то, что вы описали прекрасно делает, например, мой датчик расхода воды.
Вопрос в точности временных меток. Любой, кто делал часы на атмеге, это может подтвердить. А с учетом того, что тут еще и сон, все становится грустнее.
А у меня другой не решённый вопрос с защитой канала. Хорошо, мы всё наглухо пошифровали, но, как правило, проблема не в доступе к данным как таковым, а со спуфингом. Шифрование никак не решит проблему с подменой данных, достаточно просто перехватить пакет и начать им же "гадить" в эфир, чтобы, как минимум, напакостить.
Установка закрытого доверенного канала представляется мне возможной только с двухсторонней связью и обменом "приветствиями". А это уже совсем другой расклад по энергетике. Не хочется такого размена.
Пока в голову пришло только шифрование пакета, включая его инкрементный серийный номер и начальная синхронизация номеров на центральном узле. Возможно есть более красивые методы?
Вы думаете в правильном направлении. Связка AES и SHA плюс грамотная крипто-архитектура позволяет создать надёжно защищённые IoT соединения, тем более защиту от перехвата и повторной посылки пакетов.
Вообще, это интересная, но очень объёмная и интеллектуально насыщенная тема — как минимум требуется несколько статей (лекций).
В lorawan все это есть из коробки, да и руками реализуется без проблем.
Вообще, если хорошо разобраться с атмегами, то можно сделать очень даже энергоэффективное решение. Во-первых, перейти от 8МГц кварца к встроенному 8МГц генератору + кварц 32768Гц для таймера/RTC. Это позволит провалиться в глубокий сон, и просыпаться по часовому таймеру, например 16 раз в секунду для опроса датчиков/кнопок итп. Средний ток устройства у меня был около 15мкА. Во-вторых, отказаться от стабилизаторов - меги имеют достаточный диапазон питания, а тот же трансивер можно запитывать только на время работы.Хорошие были время 8-биток....
Всё верно. Несколько замечаний:
Я бы оставил внешний кварц и не переходил к встроенному генератору — иногда это важно.
«Просыпаться 16 раз в секунду» можно и без внешнего RTC.
Хороший DC-DC преобразователь лучше прямого питания от батареек.
Сейчас тоже отличные времена для 8-биток (если голова работает и руки растут из правильного места).
P.S. И снова обращение к администрации Хабра: верните старый редактор комментов! Новым пользоваться ****** как неудобно!
Почему нельзя периферию отключить? PRR = _BV(...) | ... RTC скорее всего нафиг не нужен, хотя и так можно. А лучше сделать цикл из SLEEP_MODE_PWR_DOWN и пробуждения из него по собачьему таймеру.
Не очень понятен минус про светодиод на плате. Он же не по питанию стоит: экономишь энергию = не зажигай его. А для отладки очень удобно. Не?
Делал примерно такую же плату под датчики T/RH. По питанию очень хорошо показал себя TPS61291 - DC/DC boost от TI. Использую 2 батарейки типа ААА. Удаётся высосать их примерно до 2.1-2.2 В суммарно. Собрал несколько таких датчиков с элементом CR2450. Преимуществ не выявлено (размер мне не важен), а с учётом цены выигрывают "пальцы". Аккумуляторы тут вообще лишние. Раз в два года технологичнее придти и заменить элементы питания, чем придти, снять аккумулятор, зарядить аккумулятор, поставить аккумулятор.
Осталось только немного поработать над дизайном корпуса (платы), возможно расположить батарейки не сбоку, а снизу — и прототип универсального народного датчика (линейки датчиков) готов.
Ждём-с...
Ещё несколько соображений "по теме" про мой опыт.
Корпус тут серийный покупной. Плата под него сделана. По эксплуатации выводы такие. Дизайн тут избыточный, можно сделать заметно меньше и компактнее. Но не нужно, т.к. см. п.1 :) По BOM. Кварц - первый кандидат на выкидывание: дорогой компонент, точность не требуется, датчики с мегой на встроенном RC показали отличную работу на практике, минус площадь 3-х компонентов на плате. Кнопка на сброс полезна, кнопка "Mode" - не пригодилось. Гребёнка под расширение/диагностику нужна только в прототипе, но вот в нём прям очень нужна. "Боевой" датчик обвешанный соплями - это нереальное днище, не делайте так, пожалуйста, в работе должны стоять только кастомные платы с конкретным функционалом. Это касается вообще любых проектов. Светодиоды - тоже самое, нет в них пользы в работе, но выручали при отладке.
С развитием идеи вопрос вот в чём. Этих датчиков я наклепал десятка полтора. Свою задачу они выполняют. Они - часть системы большого проекта бытовой автоматики. Я не вижу самостоятельной ценности проекта отдельного датчика даже для open source. Эта тема наглядно показывает, что подобных штук: 1) полным-полно уже наклепали, 2) кому требуется "с перламутровыми пуговицами", делают себе сами.
Я влез только чтобы обратить внимание на моменты разработки добытые через свой опыт (организация питания, режимы работы MCU). Возможно кому-то полезно будет.
Коротко:
- Я бы кварц оставил — иногда это нужно.
- Я вижу «народную» линейку сенсоров так: там должны быть и специализированные датчики и универсальная плата для подключения любых датчиков. А также должны быть варианты для LoRa, nRF24 и т. д.
- Возможно и «наклипали полным-полно», но наклипали всякую фигню кто во что горазд, а нормальной концептуально выверенной народной универсальной линейки DIY сенсоров нет.
А вы КПД антенны замеряли? КСВ хотя бы?
Визуально кажется, что она просто рандомно расположена и в таком положении вряд ли нормально работает. 10-40% от силы.
Лора на батарейках (мечта каждого мужчины)