Arduino und GSM-Modul laufen seit Jahren mit Li-Primärbatterien

Um es klar zu sagen, ich denke, was Sie vorschlagen, ist durchaus machbar, aber nicht trivial. Es wird viele Bereiche geben, die Sie optimieren müssen, um die gewünschte Leistung zu erzielen.

Ich würde dies angehen, indem ich den Arduino direkt von der LiSOCl-Zelle (so etwas wie ein ER34615) mit einem 1F-Supercap (mit einer Nennspannung von 5,5 V) parallel zur Zelle betreibe, um die Anforderungen an die Spitzenstromaufnahme zu erfüllen. Der genaue erforderliche Kondensatorwert hängt von der genauen Größe und Wellenform der Stromaufnahme des GSM-Moduls ab.

Ich würde den Strom für das GSM-Modul mit einem Boost-SPMS erzeugen , dessen Ausgangsspannung so eingestellt wurde, dass es die minimale Leistungsaufnahme des Moduls selbst verursacht. Eventuell können Sie diese aus dem Datenblatt ablesen oder besser noch selbst die Leistungsaufnahme über den Betriebsspannungsbereich messen. Sie können möglicherweise ein Modul kaufen, um dies zu tun, aber Sie müssen wahrscheinlich seine Ausgangsspannung anpassen - die meisten in diesem Bereich sind für die Ausgabe von 5 V ausgelegt. Sie möchten, dass diese Boost-Schaltung einen Aktivierungsstift hat, damit Sie sie ausschalten können, wenn der Arduino schläft.

Hier ist ein Diagramm auf Blockebene von dem, was ich vorschlage:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Beim Arduino selbst müssen alle zusätzlichen Schaltkreise zur Stromaufnahme entfernt werden - jeder Linearregler hat einen Leckstrom, den Sie sich nicht leisten können, und Sie möchten dort auch keine ständig eingeschaltete Power-LED oder Puffer-Opamps. Der Arduino Pro Mini ist möglicherweise ein guter Kandidat, da er Vorkehrungen zum Aufheben der Verknüpfung einiger dieser Dinge (Linearregler) und andere überhaupt nicht hat (Puffer-Operationsverstärker).

Sie werden auch den internen RC-Oszillator im Gegensatz zum Kristall auf der Platine verwenden wollen. Hier finden Sie einige Ideen zur Reduzierung der Leistungsaufnahme eines Arduino, die einige Details dazu enthalten (Sie müssen die richtigen Sicherungseinstellungen mit einem geeigneten ICSP-Programmierer festlegen). Sie sollten Ihren Code auch über ICSP laden, da die Genauigkeit des Onboard-Oszillators möglicherweise nicht gut genug für den UART-Bootloader ist.

Re: Pegelverschiebung, Sie können möglicherweise mit einer Mischung aus Nichtstun (für Signale vom Arduino zum GSM-Modul) und einem relativ hochohmigen Potentialteiler (für Signale in die andere Richtung) davonkommen. Dies hängt von der genauen Art der Verbindung, der Bitrate/Frequenz und den akzeptablen Logikpegeln des GSM-Moduls ab. Es wird auch davon ausgegangen, dass Sie kein bidirektionales Protokoll wie I2C verwenden - dafür benötigen Sie einen MOSFET-basierten Pegelumsetzer wie diesen - sie funktionieren bei den von Ihnen erwähnten Spannungen einwandfrei.

Was die Akkulaufzeit betrifft, ist es schwer, genau zu sagen, da wir keine genauen Zahlen von Ihnen haben. Eine ungefähre Berechnung würde jedoch so aussehen:

Nehmen wir an, 5 uA Ruhestrom (1 uA sollte erreichbar sein, aber seien wir pessimistisch). Das sind 120 uAh pro Tag aus der Zelle. Wenn wir davon ausgehen, dass das GSM-Modul 1 Minute lang durchschnittlich 500 mA zieht, sind das zusätzliche 8 333 uAh pro Tag. Aber wir haben den Aufwärtswandler nicht berücksichtigt. Unter der Annahme, dass die Zellenspannung 3,6 V beträgt (sie nimmt ab, wenn die Zelle leer wird) und der Aufwärtswandler 4 V ausgibt, ist die Stromaufnahme an der Zelle 4/3,6 = 1,11x höher als am GSM-Modul. Fügen Sie einen angenommenen Wirkungsgrad von 80 % hinzu (Sie sollten es viel besser machen) und der Energieverbrauch beträgt etwa 8 333 x 1,11 / 0,80 = 11 574 uAh pro Tag für das GSM-Modul.

Fügen Sie die ursprünglichen 120 uAh Ruhestrom hinzu und das sind 11,7 mAh pro Tag. Allerdings pjc50macht einen hervorragenden Punkt über den Leckstrom von Supercaps. Für einen 1F 5,5 V Supercap, den ich nachgeschlagen habe, wurde der Leckstrom mit 300 uA angegeben! Und das nach 30 Minuten - davor ist es deutlich schlimmer. Unter der Annahme einer konstanten Leckage von 300 uA über 24 Stunden sind das zusätzliche 7.200 uAh - eine 60%ige Erhöhung des Verbrauchs ohne Nutzen. Vor diesem Hintergrund lohnt es sich, die Kappe zum Aufladen für eine bestimmte Zeit einzuschalten, bevor Sie das SMPS aktivieren und eine Verbindung zum GSM-Netzwerk herstellen – und die Verbindung trennen, wenn Sie fertig sind. Dies lässt sich leicht mit einem MOSFET erreichen - wie im vorgeschlagenen Schema gezeigt. Auf diese Weise verlieren Sie im Laufe eines Tages immer noch einige zusätzliche uAh, aber sie werden auf (absolutes Maximum) die im Kondensator gespeicherte Ladung bei voller Ladung (3,6 V x 1F = 3,6 C -> 1 000 uAh bei 3,6 V) und begrenzt wahrscheinlich viel weniger. Aber lass'

Ein ER34615 hat eine Kapazität von 19 Ah bei 3,6 V, was auf dem Papier etwa (19/0,0127)/365,25 = 4,1 Jahre Batterielebensdauer entspricht. Natürlich kann Ihre Laufleistung variieren, und Sie sollten während der Entwicklung sowohl Ihren stationären Zustand als auch die Übertragungsströme (mit einem Oszilloskop, vorzugsweise einem, das sich unter die Kurve integrieren kann) sorgfältig überwachen, um zu überprüfen, ob Sie auf dem richtigen Weg sind.

Sie haben jedoch einen langen Weg vor sich, wenn viele der Konzepte in dieser Antwort neu für Sie sind. Wenn dies ein Universitätsprojekt ist, schlage ich vor, Ihrem Vorgesetzten ein paar Bier (oder was auch immer für ihn angemessen ist) zu kaufen und ihn zur Seite zu holen. Wenn dies ein persönliches Projekt ist, müssen Sie sich mit einem durstigen Elektronikingenieur anfreunden, der Zeit übrig hat!

Viel Glück.