Tab. 2. Parametry techniczne czujników

W celu łatwego dołączenia czujników do mikrokontrolera znajdującego się na płytce FRDM-KL25Z zaprojektowano dedykowaną płytkę. Jej schemat elektryczny przedstawiono na rysunku 4. Do czujników na płytce doprowadzone jest wspólne napięcie zasilania oraz masa. Dodatkowo między linią zasilania i linią masy każdego czujnika umieszczony jest filtrujący napięcie zasilające kondensator o pojemności 100 nF. Linia zasilania, masy oraz trzy linie połączone z wyjściem czujników doprowadzone są do gniazda sygnałowego. Layout płytki pokazano na rysunku 5. Zdjęcie płytki zaprezentowano na fotografii 6.

Rys. 4. Schemat elektryczny płytki z czujnikami

Rys. 5. Layout płytki z czujnikami

Fot. 6. Zdjęcie płytki z czujnikami

Trzecim blokiem funkcjonalnym systemu jest blok włączający/wyłączający dołączone urządzenia. Tworzy go klucz tranzystorowy. Schemat elektryczny pokazano na rysunku 7. W centralnym miejscu znajduje się tranzystor bipolarny typu NPN – model BC547. Obciążenie (w tym przypadku jest to wentylator) dołączane jest do zacisków znajdujących się między kolektorem tranzystora i napięciem zasilania. Sterowanie z kolei odbywa się przez zacisk złącza połączonego przez rezystor z bazą tranzystora. Podanie logicznego stanu wysokiego aktywuje tranzystor, co oznacza włączenie napięcia zasilania dołączonego urządzenia. Z kolei  logiczny stan niski wywoła efekty odwrotny – wyłączy napięcie zasilania dołączonego urządzenia. Jako, że zaprezentowany klucz tranzystorowy pozwala na włączenia i wyłączanie zasilania dla obciążenia małej mocy, w przypadku urządzeń większej mocy można zastosować układ sterowania oparty na triaku lub przekaźniku.

Rys. 7. Schemat elektryczny bloku włączającego/wyłączającego dołączone do systemu urządzenia

Za bezprzewodową wymianę informacji między użytkownikiem i systemem odpowiada blok komunikacji. Jest to przede wszystkim moduł GSM/GPRS – model M95 firmy Quectel. Jest to jeden z najmniejszych czterozakresowych (850/900/1800/1900 MHz)modułów GSM/GPRS – jego wymiary to zaledwie 19.9 × 23.6 × 2.65 mm. To co jeszcze wyróżnia ten produkt, to z pewnością możliwość obsługi dwóch kart SIM. Aby w łatwy sposób użyć modułu M95 wykorzystano dedykowaną płytkę ewaluacyjną M95EB z oferty firmy Soyter. Płytka ta to kompletna platforma uruchomieniowa, wyposażona (oprócz samego modułu) w blok zasilania z gniazdem, złącze na dwie karty SIM, gniazdo antenowe, przyciski, diody sygnalizacyjne LED oraz interfejs (UART i USB w formie wirtualnego portu COM).  Zdjęcie płytki M95EB pokazano na fotografii 8.

Fot. 8. Wygląd płytki M95EB

Kolejnym elementem systemu jest blok wizualizacji danych. W celu wizualizowania użytkownikowi danych z czujników wykorzystano wyświetlacz LCD. Zastosowany w opisywanym projekcie wyświetlacz to  model, który stosowany jest w telefonach Nokia 6100/6610. Jest to kolorowy, graficzny wyświetlacz typu LCD TFT z matrycą o rozdzielczości 132 x 132 pikseli, wyświetlający obraz z 12-bitową głębią (4096 kolorów). Komunikacja z wyświetlaczem odbywa się przy wykorzystaniu interfejsu szeregowego kompatybilnego z SPI. Interfejs składa się z trzech linii: danych (SDIN), zegarowej (SCLK) oraz aktywacji transmisji (SCE). Pozostałe wyprowadzenia wyświetlacza to linie zasilania (VCC, GND, VLED+, VLED-) oraz linia resetu (RESET). Pojedyncze słowo przesyłane do wyświetlacza składa się z dziewięciu bitów: ośmiu bitów danych i jednego bitu informującego czy dane mają być interpretowane jako komenda konfiguracyjna, czy dane do wyświetlenia. Aby w łatwy sposób podłączyć wyświetlacz do mikrokontrolera znajdującego się na płytce FRDM-KL25Z, wykorzystano moduł o nazwie KAmodTFT2 z oferty sklepu Kamami.pl. Moduł ten jest płytką, na której zintegrowano wyświetlacz telefonu Nokia 6100/6610, gniazdo szpilkowe połączone z wyprowadzeniami wyświetlacza, bufory linii sterujących, zworkę pozwalającą na wybór napięcia zasilania (3 lub 5 V) oraz obwód zasilania składający się z regulatora napięcia (do zasilania wyświetlacza) i przetwornicy podwyższającej napięcie (do zasilania diod podświetlenia wyświetlacza). Wygląd modułu KAmodTFT2 pokazano na fotografii 9.

Fot. 9. Zdjęcie modułu KAmodTFT2

Ostatnim z bloków funkcjonalnych systemu jest moduł zasilania. Źródłem napięcia zasilania jest akumulator litowo-jonowy o nominalnej wartości napięcia 3.7 V i pojemności 1200 mAh. Napięcie akumulatora służy do bezpośredniego zasilania płytki z modułem GSM oraz dołączonych do systemu urządzeń. Pozostałe bloki funkcjonalne wymagają napięcie o niższym potencjale. Aby je wytworzyć, użyto regulatora napięcia MCP1825S firmy Microchip. Jego najważniejsze parametry to: zakres napięcia wejściowego do 6  V, wydajność prądowa do 500 mA, siedem opcji napięcia wyjściowego (0.8/1.2/1.8/2.5/3.0/3.3/5.0 V), trzy opcje obudowy (DDPAK, TO-220, SOT-223). Zastosowany model regulatora to MCP1825S-30, który charakteryzuje się napięciem wejściowym na poziomie 3.0 V. Schemat elektryczny bloku zasilania przedstawiono na rysunku 10.

Rys. 10. Schemat elektryczny bloku zasilania systemu

Zdjęcie wykonanego systemu M2M pokazano na fotografii 11.