TiNo - batteriebetriebener Funksensor (Weiterentwicklung)

  • nochmal wegen dem MG307 Gehäuse:

    Es las sich erst so als wäre das Gehäuse nicht für aussen geeignet.

    Also ich würde es nicht aussen einsetzen wollen. Der Deckel schnappt nicht richtig ein und das Gehäuse ist definitiv nicht wasserdicht. Man koennte den Deckel allerdings mit etwas Sugru oder Heisskleber abdichten.


    Man müsste mal Kosten/Nutzen abwägen, ob es Sinn macht dem mit einem RC Filter entgegenzukommen. Dann könnte man eine CR2032 noch weiter "auslutschen".

    Da gab es schon mal einen Versuch bei den TinyTx4 Platinen. Da war ein Booster eingebaut, mit dem die Batteriespannung auf konstante 3.3V gebracht werden kann. Leider hat der Booster eine reihe von Nachteilen. Der Hauptnachteil ist dass er im Verhältnis mehr Ruhestrom verbraucht als mit dem "Auslutschen" einer fast leeren Batterie gewonnen werden kann. Ein weiterer grosser Nachteil war dass der Radio am effizientesten bei niedrigeren Spannungen funktioniert, 3.3V sind leider nicht optimal. Schau mal auf meinen Blog, ich habe da lange dran rumgemessen.


    Die Idee mit dem Kondensator parallel zur Batterie nehme ich mal auf, glaube aber da brauche ich einen ganz schoen dicken Brummer (1000µF oder groesser).

  • Da gab es schon mal einen Versuch bei den TinyTx4 Platinen. Da war ein Booster eingebaut, mit dem die Batteriespannung auf konstante 3.3V gebracht werden kann. Leider hat der Booster eine reihe von Nachteilen. Der Hauptnachteil ist dass er im Verhältnis mehr Ruhestrom verbraucht als mit dem "Auslutschen" einer fast leeren Batterie gewonnen werden kann. Ein weiterer grosser Nachteil war dass der Radio am effizientesten bei niedrigeren Spannungen funktioniert, 3.3V sind leider nicht optimal. Schau mal auf meinen Blog, ich habe da lange dran rumgemessen.

    Ja, deinen Blog kenne ich.

    Die Idee mit dem Kondensator parallel zur Batterie nehme ich mal auf, glaube aber da brauche ich einen ganz schoen dicken Brummer (1000µF oder groesser).

    Die Idee ist halt einen (low ESR) Kondensator parallel vor das RFM, welcher über einen Widerstand von der Batterie geladen wird. Damit filterst du die Stromimpulse für die CR2032 raus. Also praktisch den Nadelimpuls glätten. Du hast ja in deinem Blog schon geschrieben dass die Impulsbelastung der Grund dafür ist, dass du nicht die gesamte Kapazität der Zelle nutzen kannst. Ob das tatsächlich was bringt, keine Ahnung. Dazu müsste man die Strom- und Spannungsverhältnisse vor und nach dem RC-Filter messen. Klar ist auch, man entnimmt beim Senden immernoch genau so viel Energie wie vorher. Der Energieverbrauch verteilt sich nur auf einen größeren Zeitraum.

  • Die Idee ist halt einen (low ESR) Kondensator parallel vor das RFM, welcher über einen Widerstand von der Batterie geladen wird.

    Warum Widerstand? Die Batterie hat doch einen Innenwiderstand, auch wenn der klein ist. Aber ein externer Widerstand kostet in jedem Fall zusätzliche Energie. Der Kondensator muss so dimensioniert werden, dass 10ms lang ein Strom von 40mA fliesst und die Spannung nicht unter 1.8V fällt.

  • Warum Widerstand?

    Ja, du hast Recht. Ist völlig egal ob die nicht nutzbare Kapazität der CR2032 am Innenwiderstand oder an einem externen verbraten wird. Und bei genauerer Überlegung ist auch der Kondensator Quatsch. Denn der bringt, bedingt durch seinen Leckstrom, ebenfalls zusätzlichen Energieverlust mit in die Schaltung. Das wird den Vorteil unterm Strich wieder auskompensieren.


    EDIT: Ich habe gerade ein White Paper von TI gefunden. Darin wird genau dieses Thema behandelt. Der Author kam auch zu der Erkenntnis, dass ein Kondensator parallel zu CR2032 dessen nutzbare Kapazität um bis zu 40% steigern kann. Am Ende gibt es sogar Formeln zur Berechnung der Kapazität.


    Man sollte sich aber trotzdem mal den Leckstrom eines solchen Kondensators ansehen.

    Edited 2 times, last by marcus2208 ().

  • Man sollte sich aber trotzdem mal den Leckstrom eines solchen Kondensators ansehen.

    Ich habe jetzt mal ein paar Datenblätter von Panasonic Elko´s angesehen. Egal ob SMD low ESR oder normaler radial 85°C, zum Leckstrom steht immer folgendes:


    Code
    1. I <= 0.01 CV or 3 (μA) After 2 minutes (Whichever is greater)

    Wenn das jetzt heißt dass man mit einem Leckstrom von mindestens 3µA rechnen muss hat sich die Idee gerade ausgeleckt. :conf:

  • sorry, wegen eines Todesfalls in der Familie hatte ich in den letzten 2 Wochen wenig Zeit mich um TiNo zu kümmern.


    Man sollte sich aber trotzdem mal den Leckstrom eines solchen Kondensators ansehen.

    Habe ich gemacht - einen 100µF Elektrolyt Kondensator parallel zur Batterie eingeloetet (hatte gerade nichts anders parat), ist der Ruhestrom immer noch derselbe. Die Aufloesung meines Messgeräts beträgt 0.1 µA.


    Das White Paper von TI ist in jedem Fall interessant, ich muss es noch detailiert durcharbeiten, aber in unserem Fall wird der Kondensator nach meinen ersten Abschätzungen wohl mindestens 330µF haben müssen. Ich werde das in jedem Fall weiter verfolgen und in der nächsten Zeit Messungen vornehmen.

    In dem Papier von TI geht es ja hauptsächlich darum, dass die Kapazität einer Batterie durch die Belastung mit Impulsen empfindlich verringert wird, im Vergleich zu einem kontinuierlichen Strom, wie er für Kapazitätsmessungen üblicherweise angewandt wird. Leider fehlen in dem Papier entsprechende Diagramme, bzw. Quellen zu entsprechenden Untersuchungen.

    Zu diesem Thema hatte ich bei der Entwicklung des TiNo intensiv recherchiert, aber nicht wirklich etwas Fundiertes gefunden. Bis mir ein Freund ein Digramm geschickt hat, aus dem hervorging, dass eine CR2032 Zelle nicht sonderlich leidet solange der Strom der Impulse 40mA nicht überschreitet. Darum habe ich mir dann auch keine weiteren Gedanken mehr gemacht.


    Jetzt mache ich aber Beobachtungen die ich so nicht erwartet habe:

    Ich hatte einen Sensor in einem Stess-Szenario am Laufen. Bei dieser No-Name Zelle messe ich eine Leerlaufspannung von ca. 2.9V, aber nach 1 Jahr einen Innenwiderstand von 65 Ohm. Klar dass das nicht mehr funktioniert. Dabei ist ziemlich genau nur die Hälfte der spezifizierten Kapazität verbraucht. In dem Papier von TI ist ja auch so eine Zelle dabei. Ich bin gerade dabei diese Zelle weiter zu untersuchen, es scheint so als würde die Leerlaufspannung nahezu gleich bleiben, aber der innenwiderstand wird immer groesser. Die Frage ist dabei, inwieweit ein parallel geschalteter Kondensator helfen kann die Zelle zu schonen.


    Ich melde mich sobald ich diesbezüglich weitergekommen bin.

  • Habe ich gemacht - einen 100µF Elektrolyt Kondensator parallel zur Batterie eingeloetet (hatte gerade nichts anders parat), ist der Ruhestrom immer noch derselbe.

    Das bedeutet dann wohl, dass der Wert im Datenblatt ein eher theoretischer ist, mit der Absicht sich vor Reklamationen und Schadenersatzansprüchen zu schützen. Ähnlich dem Spruch auf Lebensmitteln "Kann Spuren von <Allergenen die hier eigentlich nichts drin zu suchen haben> enthalten".

    Die Frage ist dabei, inwieweit ein parallel geschalteter Kondensator helfen kann die Zelle zu schonen.

    Ich vermute hier sogar eine doppelte Hilfe.


    1. Schützt der Kondensator die 2032 vor hohen Stromimpulsen und hält damit deren Innenwiderstand geringer.


    2. Funktioniert die Schaltung Dank dem Kondensator auch noch mit höherem Innenwiderstand, da der vom Kondensator gleichbleibend gering ist und er in den Pausen zwischen den Bursts genügend Zeit zum Nachladen hat.


    Hier wären Strommessungen vom Sendeburst vor und nach dem Kondensator interessant.


    sorry, wegen eines Todesfalls in der Familie hatte ich in den letzten 2 Wochen wenig Zeit mich um TiNo zu kümmern.

    Mein herzliches Beileid. Hatte ich letztes Jahr auch. Ist nur verständlich wenn du eine Pause brauchst.

  • Hier wären Strommessungen vom Sendeburst vor und nach dem Kondensator interessant.

    was genau interessiert dich dabei?

    Hier mal zwei Messungen, beide mit dem Labornetzgerät (ein R&S NGM02). Beide Messungen mit simuliertem Ri von 10 Ohm (also eine relativ neue Batterie). Die erste Messung ohne Kondensator, die 2. Messung mit 100µF. Dargestellt ist der Strom welcher von der Batterie während des Bursts bereitgestellt wird.

    Der Spitzenstrom bleibt gleich, nur der Stromverlauf wird durch den Kondensator verschliffen. Bis ca. 300µF bleibt der Spitzenstrom in etwa gleich, erst dann setzt ein signifikanter Effekt ein.

    Laut TI Papier kommt es aber vor allem auch auf den Durchschnittsstrom an. Nach diesem Papier komme ich ebenfalls auf minimal 330µF, also stimmt die Groessenordnung auf jeden Fall, egal von welcher Seite ich mich dieser Problematik nähere.



  • Nun habe ich mir einen kleinen Vorat an Leiterplatten und Bauteilen zugelegt. Ab sofort kann ich Bestellungen zum TiNo

    annehmen. Solange Vorrat reicht, kann ich diese hoffentlich auch zügig bearbeiten.


    Folgende Varianten stehen zur Auswahl:

    1. TiNo-LC Leiterplatte alleine

    2. TiNo-HP Leiterplatte alleine

    3. TiNo-LC Leiterplatte, bestückt mit Prozessor und SMD Bauteilen (ohne: RFM Modul, Sensor, Stiftleisten, Gehäuse)

    4. TiNo-HP Leiterplatte, bestückt mit Prozessor und SMD Bauteilen (ohne: RFM Modul, Sensor, Stiftleisten, Gehäuse)

    5. TiNo-LC komplett mit Prozessor, inklusive Sensor, Stiftleisten, RFM Modul, Batteriehalter, Gehäuse

    6. TiNo-HP komplett mit Prozessor, inklusive Sensor, Stiftleisten, RFM Modul, Batteriehalter, Gehäuse


    wer sich nicht sicher ist wie sich TiNo-LC aund TiNo-HP unterscheiden, bitte >>hier<< nachsehen.

    Als Gateway würde ich den TiNo-HP empfehlen, weil der RFM69HCW die etwas bessere Empfangsempfindlichkeit hat.


    Preise, Verfügbarkeit, Lieferzeit und Bezahlmoeglichkeiten bitte per PN.

    Ich habe keine Gewinnerzielungsabsicht, Preise sollten also hoffentlich akzeptabel sein.

  • Hallo nurazur

    Sorry dass ich mich so lange nicht gemeldet habe. Habe erst noch ein paar andere Baustellen fertig machen müssen.

    Ab sofort kann ich Bestellungen zum TiNo annehmen

    Heißt das jetzt dass du das Thema Elko abgeschlossen hast? Zu welchem Ergebnis bist du gekommen?

    was genau interessiert dich dabei?

    So wie ich dich verstanden habe kannst du an deinem Labornetzgerät einen Ri programmieren (cooles Teil). Und die ausgefallene Zelle hatte einen Ri von 65 Ohm. Wenn du jetzt an deinem Netzgerät einen Ri von 65 Ohm programmierst simulierst du so die problematische Zelle.


    Und damit mal Strom und Spannung messen, einmal ohne Elko, einmal mit dem rechnerischen Minimum, also ~330µF und vielleicht noch einmal mit einem größeren Wert. 1000µF z.B.


    Grüße

    Marcus

  • Heißt das jetzt dass du das Thema Elko abgeschlossen hast? Zu welchem Ergebnis bist du gekommen?

    Nein, habe ich noch nicht abgeschlossen. Die ersten Messungen zeigen klar dass man den Spannungsabfall während des Pulses bei hohem Ri (>20 Ohm) nur mit einem sehr grossen Kondensator abfedern kann. Inwieweit das sinnvoll ist?

    Viel vielversprechender scheint es, nach dem TI Papier, den Strom des Pulses auf eine längere Zeit zu verteilen, damit die Batterie zu schonen und dadurch eine längere Batterielebensdauer zu erzielen. Dazu müssten nach der Formel in dem TI Papier 330µF locker ausreichen.

    Das werde ich ausprobieren. Da das aber ein Langzeitversuch ist, wird das etwa 3-4 Monate dauern. Dazu werde ich 4 identische Nodes aufbauen, zwei mit 330µF Kondensator und zwei ohne. Dazu verwende ich nagelneue Batterien aus der gleichen Packung. Dann schaun mer mal.

    Wenn das Ergebnis eindeutig sein sollte, kann man die 330µF als Tantal-SMD auf zukünftigen Leiterplattendesigns unterbringen. In der Zwischenzeit muss man sehen wo man den Kondensator unterbringen kann, aber Platz sollte genug da sein um etwas zu improvisieren.


    Das ganze macht übrigens nur Sinn wenn die Pulsfrequenz hoch ist, ich meine damit Pulse alle 5 Minuten oder so. Die Grenze dürfte so bei 10 Minuten liegen, sagen meine Berechnungen. Meine Sensoren senden eine Messung alle 30 Minuten, für die Temperaturüberwachung im Haus oder Kühlschrank oder die Beobachtung der Aussentemperaturen reicht das vollkommen aus. In diesem Fall überwiegt der Ruhestromverbrauch deutlich, und ich bin zuversichtlich dass die Batterien 3 Jahre (mit Quarz 5 Jahre) halten.