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IoT/Hardware.md

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+title: IoT: Hardware
+description: 
+published: 1
+date: 2023-06-07T06:10:10.415Z
+tags: 
+editor: markdown
+dateCreated: 2023-06-05T20:28:41.689Z
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+
+*Entwurf*
+
+Knoten (= Sensoren oder Aktoren)
+
+## Brainstroming
+
+<!-- [{{attachment:IoD_V0.3.jpg|attachment:IoD_V0.3.jpg|width="600"}}](attachment:IoD_V0.3.jpg) -->
+
+- ESP8266-01 (billigster Typ), ggf. [Whitty
+  Cloud](http://www.schatenseite.de/2016/04/22/esp8266-witty-cloud-modul/)
+  Modul (schick)
+- Batterieversorgung Alkaline / Eneloop (ggf. ergänzt durch PV)
+- Jumper für Dauerstrom (Platz für Low Drop Regler vorsehen?)
+- Stromsparen durch
+  - Deepsleep (~ 200 µA)
+  - *oder* separater Attiny zum Aufwecken (Interrupt on Port change) (~ 0,2 µA)
+  - *oder* Taster in der Vcc Leitung, der von MOSFET durch ESP
+    überbrückt wird (vermutlich \<\< 0,1 µA)
+- ESP Module möglichst ohne Modifikation verwenden (Ausser LED für
+  Betriebsspannungsanzeige auslöten)
+- Einfache Gehäusemontage (Tropfenlöcher zum Einhängen o.Ä.)
+- Vorhandene Gehäuse? Diese zweiteiligen Schraubdosen von DMB?
+- Einfacher Batterietausch
+
+## Schaltung
+
+<!-- {{attachment:knoten-sch0.4.png}} -->
+
+## Funktion
+
+<!-- [{{attachment:20170125_164320.jpg|attachment:20170125_164320.jpg|width="400"}}In](attachment:20170125_164320.jpg) -->
+In einem ersten Muster haben wir den ESP in Ruhe im Sleep Mode betrieben,
+und über seine Reset Leitung geweckt (In [Messungen](messungen/)
+Details zur Akkulaufzeit). An einer Tür ist dazu ein Schleifkontakt
+nötig, der sowohl bei geschlossener als auch bei offener Tür nicht
+aktiviert ist, und nur z.B. während der Öffnungsbewegung ein mal
+aktiviert wird, und den ESP damit weckt.
+
+Nachteil: Der ESP weiss nicht, ober die Tür nach dem schließen des
+Kontaktes offen oder geschlossen ist. Gut geeignet ist diese Methode
+jedoch zb. als Einbruchsalarm. Leider kann man den ESP nicht über Port
+Change Interrupts wecken. Deswegen haben wir den Attiny vorgesehen, der
+sowohl bei steigender als auch bei fallender Flanke geweckt wird, und
+dem ESP die aktuelle Schalterstellung melden kann. Als weiteren Vorteil
+bekommen wir so einen deutlich geringeren Ruhestromverbrauch, da der ESP
+komplett abgeschaltet werden kann - nur der Attiny bleibt im Deep Sleep
+an der Batterie.
+
+## Betriebszustände
+
+Ruhezustand:
+
+- Der Attiny befindet sich im Sleep-Mode
+- ESP ist abgeschaltet
+
+Aufwachen:
+
+- Attiny wird durch Interrupt on Port Change aufgeweckt
+- und schaltet über den Mosfet den ESP ein
+
+Daten übertragen:
+
+- Der ESP stellt mit einer festen IP-Adresse (Schneller als DNS) eine
+  Verbindung zum Access Point her
+- und überträgt die aktuelle Schalterstellung des Sensors, die er über
+  SWITCH_STATE vom Attiny gemeldet bekommt, zum Server
+- Am Ende der Übertragung prüft der Attiny, ob die Schalterstellung
+  noch mit jener zu Beginn des Aufwachzyklus identisch ist
+- Wenn ja: Schlafen. Wenn nein (d.h., die Tür wurde nur ganz kurz
+  geöffnet und sofort wieder geschlossen) wird 5 sec gewartet und die
+  dann herrschende Schalterstellung erneut übertragen. So wird
+  inkonsistente Information über Türzustand vermieden
+
+Abschalten / schlafen gehen
+
+- Nach erfolgreicher Übertragung bittet der ESP den Attiny über die
+  Leitung SHUTDOWN, ihn abzuschalten
+- Attiny schaltet den Mosfet und damit den ESP ab
+- und legt sich selber wieder schlafen
+
+## Bestückungs- und Funktionsvarianten
+
+- ESP in Ruhe abgeschaltet:
+  - Jumper 1 Pwr_Ctrl: 2-3 gesteckt
+  - Jumper 2: offen
+  - Jumper 5: RST via Attiny offen
+- ESP in Ruhe im Sleep Mode
+  - Jumper 1 Pwr_Ctrl: 1-2 gesteckt
+  - Jumper 2: gesteckt
+  - Jumper 5: RST via Attiny gesteckt
+
+ESP in Ruhe abgeschaltet: Geringer Ruhestromverbrauch (ca. 0,2 µA),
+jedoch längere Zeit beim Verbindungsaufbau. Geeignet bei selten
+betätigten Knoten.
+
+ESP in Ruhe im Sleep Mode: Höherer Ruhestromverbrauch (ca. 200 µA),
+deutlich kürzere Zeit beim Verbindungsaufbau. Geeignet bei häufig
+betätigten Knoten.
+
+## Stromverbrauch
+
+Der Verwendete Attiy 45V-10SU (Final 25V-10SU) ist
+[spezifiziert](http://www.atmel.com/Images/Atmel-2586-AVR-8-bit-Microcontroller-ATtiny25-ATtiny45-ATtiny85_Datasheet-Summary.pdf)
+mit Power-down Mode: 0,1 μA at 1.8V, Operating Voltage -- 1.8 - 5.5V und
+Speed Grade 0 -- 4 MHz @ 1.8 - 5.5V, 0 - 10 MHz @ 2.7 - 5.5V.
+
+## Stromversorgungsvarianten
+
+Die Schaltung ist für Betrieb mit drei AA Eneloop Zellen konzipiert.
+Eneloops haben eine sehr geringe Selbstentladung und versprechen nach
+einem Versuch über knapp 200 Tage einen Betrieb in Jahresfrist ohne
+Akkuwechsel. Dazu wird die Spannung der Eneloops am Pin BATT_HIGH
+eingespeist. Eine Schottkydiode in Serie verhindert, dass bei frisch
+geladenen Zellen Vcc max des ESP überschritten wird.
+
+Alternativ kann die Schaltung mit zwei AA Alkaline-Zellen betrieben
+werden. Da diese im neuen Zustand nur wenig mehr als 1,5 V je Zelle
+liefern, ist die Diode unnötig, und die Batteriespannung wird an
+BATT_LOW eingespeist
+
+## Bestückungsplan Hardwareversion 0.41
+
+<!-- {{attachment:Bestueckung-v0.41.png}} -->
+
+## Material
+
+\|\|\<tablewidth="100%"\>**Anzahl** \|\|**Bezeichnung** \|\|**Preis**
+\|\|**Bestell-Link** \|\| \|\|1 \|\|ESP8266-01 \|\|1,41
+\|\|[ESP-01](https://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-ESP8266-serial-WIFI-wireless-module-wireless-transceiver/32267651506.html)
+\|\| \|\|1 \|\|AO 3413, MOSFET P-CH, 20V, 3A, SOT-23 (Schaltet ESP ein)
+\|\|0,21 \|\|[AO
+3413](https://www.reichelt.de/AO-BTS-Transistoren/AO-3413/3/index.html?ACTION=3&LA=5&ARTICLE=166493&GROUPID=7161&artnr=AO+3413)
+\|\| \|\|1 \|\|ATTINY 25V-10 SU :: Atmel AVR-RISC-Controller, SOIC-8
+\|\|1,30 \|\|[ATTINY
+25V-10SU](https://www.reichelt.de/Atmel-Attiny-AVRs/ATTINY-25V-10-SU/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=2958&ARTICLE=69298&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|1 \|\|B 140 F, SMD-Schottky-Diode, DO214AC/SMA, 40V, 1A
+\|\|0,08 \|\|[B 140
+F](https://www.reichelt.de/BA-BAY-BB-Dioden/B-140-F/3/index.html?ACTION=3&LA=5&ARTICLE=95199&GROUPID=2988&artnr=B+140+F)
+\|\| \|\|4 \|\|12 kOhm, SMD Widerstand 0805, 100 mW, 1% \|\|0,01
+\|\|[RND 0805 1
+12K](https://www.reichelt.de/SMD-0805-von-1-bis-910-kOhm/RND-0805-1-12K/3/index.html?ACTION=3&LA=5&ARTICLE=183253&GROUPID=7971&artnr=RND+0805+1+12K)
+\|\| \|\|1 \|\|SMD-Kerko, 1210, 100µF, 6,3V, 20%, MLCC \|\|0,25 \|\|[X5R
+1210 DB
+100U](https://www.reichelt.de/Vielschicht-SMD-G1210/X5R-1210-DB-100U/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3167&ARTICLE=194475&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|3 \|\|Vielschicht-Kerko, 100nF, 50V (Alternativ in
+[0603](https://www.reichelt.de/Vielschicht-SMD-G0603/KEM-Y5V0603-100N/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3166&ARTICLE=207005&OFFSET=75&))
+\|\|0,02 \|\|[KEM X7R0805
+100N](https://www.reichelt.de/Vielschicht-SMD-G0805/KEM-X7R0805-100N/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=8048&ARTICLE=207073&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|0,5 \|\|2x10pol. Buchsenleiste, gerade, RM 2,54 (Halbiert für
+ESP Anschluß) \|\|0,56 \|\|[BL 2X10G
+2,54](https://www.reichelt.de/Buchsenleisten/BL-2X10G-2-54/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7435&ARTICLE=6074&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|3 \|\|Batteriehalter, 1x Mignon "AA" \|\|0,24 \|\|[HALTER
+1XAAK](https://www.reichelt.de/Batteriehalter-fuer-Mignon/HALTER-1XAAK/3/index.html?ACTION=3&LA=5&ARTICLE=113154&GROUPID=4255&artnr=HALTER+1XAAK)
+\|\| \|\|0,1 \|\|Jumper 40pol. Stiftleiste, gewinkelt, RM 2,54 (Jumper
+für Aktivierung des Wifi Manager im Betrieb) \|\|0,22 \|\|[SL 1X40W
+2,54](https://www.reichelt.de/Stiftleisten/SL-1X40W-2-54/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7434&ARTICLE=19507&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|1 \|\|Kurzschlussbrücke, rot, mit Grifflasche (Jumper für
+Aktivierung des Wifi Manager im Betrieb) \|\|0,04 \|\|[JUMPER 2,54GL
+RT](https://www.reichelt.de/Stiftleisten/JUMPER-2-54GL-RT/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7434&ARTICLE=9018&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|1 \|\|Stiftleiste 2,54 mm, 2X03, gerade (Für ISP Anschluß)
+\|\|0,14 \|\|[MPE
+087-2-006](https://www.reichelt.de/Stiftleisten/MPE-087-2-006/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7434&ARTICLE=119893&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|1 \|\|Stiftleiste 2,54 mm, 1X06, gerade (für Batterie und
+Schalter Anschluß, die drei Pins für Schalter werden nachträgl. um 90°
+gebogen) \|\|0,14 \|\|[MPE
+087-1-006](https://www.reichelt.de/Stiftleisten/MPE-087-1-006/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7434&ARTICLE=119883&OFFSET=75&)
+\|\| \|\|1 \|\|MPE 094-1-003 :: Buchsenleisten 2,54 mm, 1X03, gerade
+(Schalter Anschluß, kommt am die Leitung zum Schalter) \|\|0,13 \|\|[MPE
+094-1-003](https://www.reichelt.de/Buchsenleisten/MPE-094-1-003/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=7435&ARTICLE=119912&OFFSET=75&)
+\|\| \|\| \|\|1 \|\|Platine (0,20 Basismaterial, 0,10 Chemie geschätzt)
+\|\|0,30 \|\| \|\| \|\| \|\| \|\|**Summe ca.** \|\|**5,00** \|\| \|\|
+\|\|
+
+## Änderungen für kommende Hardware Revision 0.5
+
+- Elko 330 µF ersetzt durch Kerko 100 µF
+- Zusätzlicher Kerko 100 nF am Reset Pin Attiny (Fix für
+  Startprobleme)
+- Kerko 100 nF an Vcc Attiny ersetzt durch Kerko 10 µF (Fix für
+  Startprobleme)