Vorbereitungen

Beim Kauf des BK-SIM7000E Breakoutboards müssen vor dem Einsatz verschiedene Modifikationen gemacht werden.
Entfernen der Power LED aus Stromspargründen
Entfernen der R104 PullDown beim PWRKEY damit man das Modul mit dem PWRKEY Ein und Auschalten kann.
Das Breakout Board arbeitet mit 5V – 10 V. Das SIM7000 Modul arbeitet mit 3.0 – 4.3 Volt. Da ich mit Lithium Batterien arbeite, speise ich nach dem Spannungsregler am Kondensator auf dem Breakoutboard ein.

Da der Stromverbrauch sehr gering ist, wird der Ladestrom auf 0.5 A begrenzt. Das schont die Lithium Battery und erhöht deren Lebensdauer. Der angeschlossene NTC Wiederstand verhindert dass die Batterie bei tiefen Temperaturen geladen wird, und zerstört werden kann.

Sensoren

Da ich die Aussentemperatur und die Lautstärke und die Temperatur in den Bienenkästen messen möchte verwende ich folgende Sensoren wie in untenstehendem Bild. Unter dem Mikrofon sieht man den DS18B20 Temperatursensor. Der Sensor wird in ein kleines Plastiksäcklein Luftdicht verpackt und im Bienenvolk auf die Brutwaben gelegt. Zwischen den Brutwaben und dem Dach der Dadant Blatt Beute sind lediglich 5 mm Platz.

Schema

Obwohl das SIM7000E Modul den Powersave Mode PSM Unterstützt ( 9uA ) und ich auch das Module in den Powersave Mode setzen und wieder aufwecken konnte, verbrauchte mein Modul immer noch 17mA. Darum schalte ich das SIM7000 mit einem P- MOSFET aus. Um die Bienen so wenig wie möglich mit Funkstrahlen zu belästigen wird nur jede Stunde eine Messung gemacht und die Sendezeit des Moduls beschränkt sich auf ein paar Sekunden.

Der Transistor beim PWRKEY ist gemäss Angaben des SIM7000 Herstellers und damit kann das Module ein und ausgeschaltet werden oder aus dem PSM Mode geholt werden. Der andere Transistor (rechts) schaltet die Stromversorgung der Messensoren Aus und Ein. Das heisst die Sensoren werden nur ganz kurz während der Messung in Betrieb genommen.

Das Mikrofon Signal gelangt über einen Tiefpassfilter Fo= 280 Hz auf ein Analogports des Prozessors. Diese unteren Frequenzen interessieren mich im Bienenvolk. Schema.pdf

Hardware Box

Wie das Ganze nun in der Box 18cm * 12cm aussieht sieht man hier.

Stromverbrauch

70uA : Mikroprozessor Arduino Mini 3.3V am Schlafen in 8 sec. Intervallen
4 mA : Mikroprozessor Arduino Mini 3.3V alleine in Betrieb
15 mA : Mikroprozessor Arduino Mini 3.3V beim Messen der Sensoren (Dauer 25 Sec)
160 mA : SIM7000 Senden der Daten über LTE Cat-M (Kurzzeitig)

Die Laufzeit des Gerätes inkl. Messung und Transfer der Messdaten jede Stunde ohne Solareinspeisung und Start bei vollem Accu (Nitecore NL1835 3500mAh) beträgt >23 Tage.

Erkenntnis : Das Solarpanel ist mit 10W viel zu gross dimensioniert und würde ich beim nächsten Mal kleiner dimensionieren.

Materialliste

Auf untenstehender Liste sieht man die Komponenten die man benötigt, die Preise und die Links wo man sie bestellen kann. Materialliste.pdf

Swisscom

Swisscom hat GSM abgeschaltet per 1.1.2021

GSM  Bänder    900 (E-GSM)  1800 (DCS)
UMTS Bänder    B12 (2100) B8 (900 GSM)
LTE  und NB Bänder        Band 20/ 800 MHz (Abdeckung 99.9%)

NB-IOT

  • Braucht spezielle IOT SIM Karte.  (Swisscom gibt sie nur an Geschäftskunden)
  • SMS Versand nicht möglich
  • Datenraten 60 KBit/s
  • eDRX und Powersave möglich

LTE CAT-M

  • Hier kann eine gewöhnliche SIM Karte oder Prepaid Karte verwendet werden.
  • SMS Versand / Empfang möglich
  • Datenraten 1 MBit/s
  • eDRX und Powersave möglich
  • Sprachtelefonie möglich

Kosten

Die Materialkosten der Elektronik betragen 122.- Franken
Die Materialkosten der 3 Waagen betragen 84.- Franken

Die Betriebskosten sind vernachlässigbar und sehr gering da nur jede Stunde gemessen wird und ca. 200 Byte via HTTP Post übertragen werden.
Das ergibt 148 KByte pro Monat oder 1.8 MByte Pro Jahr.
Bei Verwendung einer Prepaid Karte (0.28 Franken / MByte) sind das geschätzte Kosten von 60 Rappen / Jahr.
Dazu kommen natürlich dann noch die versendeten Alarmierung SMS von 10 Rappen pro SMS.
Für solche Anwendungen lohnt sich eine Prepaid SIM Karte zu kaufen.
Im System ist sicherzustellen dass SMS nicht dauernd versendet werden und diese SMS Versandkosten ins Unermessliche steigen. Dazu wurde bei jedem Messparameter (Sensor) in der Datenbank ein Feld LastSMS vorgesehen das das Datum des letzten SMS Versandes speichert und nur pro Tag ein SMS versendet wird.