{"id":3721,"date":"2023-09-13T07:28:23","date_gmt":"2023-09-13T05:28:23","guid":{"rendered":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/?p=3721"},"modified":"2024-03-20T08:53:13","modified_gmt":"2024-03-20T07:53:13","slug":"spannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/spannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls\/","title":{"rendered":"Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls"},"content":{"rendered":"<p><em>Das Mobilfunkmodul SIM800L ist preiswert, in gro\u00dfer St\u00fcckzahl am Markt verf\u00fcgbar und wird in vielen <a href=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/was-ist-iot-internet-of-things\/\">IoT<\/a>-DIY-Projekten eingesetzt. Das Modul wurde konzipiert f\u00fcr den Einsatz in Mobiltelefonen mit einer Li-Ion-Spannungsversorgung von 3,7 Volt. Es ist anspruchsvoll hinsichtlich der Spannungsversorgung (3,6-4,4 Volt, bis zu 2A) Stromspitzen. Dieser Beitrag beschreibt zwei Ans\u00e4tze f\u00fcr die Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls in Szenarien, in denen keine ad\u00e4quate stromstarke Spannungsquelle zur Verf\u00fcgung steht.<\/em><\/p>\n<p>Stand: Ersterstellung 2023, Update 20.03.2024<\/p>\n<p><span style=\"color: #0000ff;\"><strong>Zitierung: Brell, Claus (2023) Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls. Online Ressource, abrufbar unter https:\/\/cbrell.de\/blog\/spannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls\/<\/strong><\/span><\/p>\n<h2>Ausgangslage<\/h2>\n<p>Im Projekt <a href=\"http:\/\/bieneviernull.de\">Biene40<\/a> sollen vernetzte intelligente Sensoren im Bienenstock zum Einsatz kommen. Neben WLAN und LoRaWAN ist Mobilfunk (GPRS, NB-IoT) eine M\u00f6glichkeit, Daten aus dem Bienenstock auf einen Internet-Server zu \u00fcbertragen. Das Projekt setzt auf Spannungsversorgung \u00fcber<\/p>\n<ul>\n<li>automobile Camping-Technik (12 Volt Bleiakku mit preiswerter Regelungstechnik und solarer Versorgung).<\/li>\n<li>6 Volt Technik (mit Bleivlies-Akkus und einfacher solarere Versorgung)<\/li>\n<li>5 Volt Technik \u00fcber handels\u00fcbliche Powerbanks, insbesondere f\u00fcr die Entwicklungs-Test-Szenarien<\/li>\n<\/ul>\n<p>Die Spanungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls erfordert eine stabile Spanungsquelle von 3,6-4,4 Volt, beim Verbindungsaufbau zum Mobilfunknetz sind kurzfristig Str\u00f6me bis 2 A erforderlich. Der Stromverbrauch des Moduls im Einzelnen wird abgesch\u00e4tzt mit<\/p>\n<pre>Power down.             60\u00b5A\r\nSleep mode               1mA\r\nStandBy                 18mA\r\nAnruf                   130 bis 250mA\r\nGPRS                bis 500 mA\r\n\u00dcbertragungsspitzen bis   2A<\/pre>\n<h2>L\u00f6sungsans\u00e4tze<\/h2>\n<h3>Das gesamte Entwicklungs- und Test-Szenario<\/h3>\n<p>F\u00fcr die Steuerung des SIM800L kommt ein Raspberry Pi Zero W Version 1.1 zum Einsatz. Die serielle Verbindung zum SIM800L erfolgt \u00fcber die entsprechenden GPIO. Das SIM800L-Modul bekommt eine O2\/Telefonica IoT Karte, getestet wurde ebenfalls eine einfache Prepaid-SIM-Karte Aldi Talk.<\/p>\n<p>Update: Eine gute und zuverl\u00e4ssige IoT-L\u00f6sung ist die SIM-Karte von 1nce, einer Telekom-Tochter. Die gibt es nur im B2B f\u00fcr Unternehmen, nicht f\u00fcr private Kunden.<\/p>\n<p>Das SIM800L Modul ist ein einem Steckbrett verbaut. Dem Datasheet folgend erh\u00e4lt dasSIM800L Modul einen St\u00fctzkondensator (Elko) von 470 MikroFarad sowie einen weiteren Tantal-Kondensator von 33pF. Die seriellen Ein- und Ausg\u00e4nge sind f\u00fcr (ungew\u00f6hnliche) 2,8 Vol ausgelegt. Ein Betrieb mit 3,3 Volt f\u00fchrte zuweilen (sehr selten) zur unzuverl\u00e4ssigen \u00dcbertragung, dem Datenblatt folgend erhielten die seriellen Anschl\u00fcsse Spannungsteiler mit 1kOhm, und 5,6kOhm.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Prototyp-Mobilfunk-Raspberry.jpg\"><img decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-3731\" src=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Prototyp-Mobilfunk-Raspberry.jpg\" alt=\"Bild des Testaufbaus f\u00fcr die \u00dcbertragung von Temperaturdaten aus dem Bienenstock \u00fcber Mobilfunk im Projekt Biene40\" width=\"1024\" height=\"671\" srcset=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Prototyp-Mobilfunk-Raspberry.jpg 1024w, https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Prototyp-Mobilfunk-Raspberry-300x197.jpg 300w, https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Prototyp-Mobilfunk-Raspberry-768x503.jpg 768w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Abb. 1: Das gesamte Testszenario, hier noch zus\u00e4tzlich mit einer Energiesteuerung, um auch bei wenig Solareintrag Energie zu sparen.<\/p>\n<h3>Schaltung des Spannungsreglers f\u00fcr Ausgangsspannung 5 Volt<\/h3>\n<h4>Aufbau<\/h4>\n<p>Die Schaltung ist simpel und basiert darauf, dass an Dioden in Durchlassrichtung eine Spannung abf\u00e4llt. Mit drei Leistungsdioden wird so im Betrieb mit dem SIM800L eine Spannung von\u00a0 4,2 bis 4,3 Volt erreicht. Die LED mit dem Vorwiderstand hat nicht nur dekorativen Charakter. Ohne LED betr\u00e4gt die Leerlaufspannung 4,93 Volt. Mit der LED wird die Diodenkette mit einem kleinen Strom belastet, das dass der dann unbelastete Ausgang der Schaltung 4,35 Volt aufweist. Damit wird die maximale Spannung des SIM800L nicht \u00fcberschritten.<\/p>\n<p><em>Schaltung folgt<\/em><\/p>\n<p><em>Abb. 2: Schaltung der Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls f\u00fcr 5 Volt<\/em><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230913-B40-Schaltung-Spannungsreduzierung-5auf4Volt.jpg\"><img decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-3727\" src=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230913-B40-Schaltung-Spannungsreduzierung-5auf4Volt.jpg\" alt=\"Bild des Testaufbaus f\u00fcr die Spannungsversorgung eines SIM800L Moduls\" width=\"1024\" height=\"843\" srcset=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230913-B40-Schaltung-Spannungsreduzierung-5auf4Volt.jpg 1024w, https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230913-B40-Schaltung-Spannungsreduzierung-5auf4Volt-300x247.jpg 300w, https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230913-B40-Schaltung-Spannungsreduzierung-5auf4Volt-768x632.jpg 768w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><\/p>\n<p><em>Abb. 3: Testimplementierung der Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls f\u00fcr 5 Volt Prim\u00e4rspannung auf einem Steckbrett. Ben\u00f6tigt werden: Drei Leitungsdioden, eine rote LED, ein Vorwiderstand 330 Ohm<\/em><\/p>\n<p>Die Schaltung wie f\u00fcr 6 Volt funktioniert nicht\u00a0 f\u00fcr 5 Volt.<\/p>\n<h4>Test<\/h4>\n<p>In Tests zeigte sich, dass der Ausgang der Schaltung f\u00fcr 6 Volt bis zu 3,58 Volt liefert. Die Spannung bricht etwas ein, sobald der SIM800L versucht, eine Verbindung zum Mobilfunknetz aufzubauen. Die Schaltung f\u00fcr 6 Volt ist also f\u00fcr einen Betrieb mit USB-Powerbanks nicht geeignet.<\/p>\n<p>Die Schaltung mit den drei Dioden wurde lediglich im Labor mit mehrmals wenigen betriebsstunden getestet, erwies sich dort als zuverl\u00e4ssig. Die Spannung sank auch beim Senden \u00fcber GPRS nicht unter 3,9 Volt.<\/p>\n<h3>Schaltung des Spannungsreglers f\u00fcr Ausgangsspannung 12 Volt<\/h3>\n<p>Wird die 12 Volt Spannung auf der Eingangsseite durch einen DC-DC_Wandler auf 5 Volt reduziert, ist eine Schaltung des Spannungsreglers wie f\u00fcr 5 Volt erforderlich. Wird 12 Volt direkt f\u00fcr die Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls genutzt, kommt die Schaltung wie f\u00fcr 6 Volt zum Einsatz.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h3>Schaltung des Spannungsreglers f\u00fcr Ausgangsspannung 6 Volt<\/h3>\n<p>Die Spannungsversorgung \u00fcber einen 6 Volt Bleiakku liefert Spannungen von knapp unter 6 Volt (hierbei wird der Akku langfristig gesch\u00e4digt) bis zu 7,2 Volt (Ladeschlussspannung). Bei einfachen Regelungen des Ladeger\u00e4tes (inkl Solarpanel) und vorgesch\u00e4digtem Akku k\u00f6nnen auch h\u00f6here Spannungen auftreten. Es ist daher eine Spannungsregelung erforderlich. Zum Einsatz kommt ein einstellbarer Spannungsregler, die Ausgangsspannung wird durch einen Spannungsteiler festgelegt. Die Kondensatoren nahe des Spannungsreglers unterdr\u00fccken die Schwingneigung.<\/p>\n<h4>Aufbau<\/h4>\n<p><em>Schaltung folgt<\/em><\/p>\n<p><em>Abb. 4: Schaltung der Spannungsversorgung f\u00fcr 5 Volt<\/em><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Spannungsversorgung-fuer-SIM800L-6auf4Volt.jpg\"><img decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-3730\" src=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Spannungsversorgung-fuer-SIM800L-6auf4Volt.jpg\" alt=\"Bild der Spannungsversorgung SIM800L f\u00fcr 6 Volt Akkus\" width=\"1024\" height=\"845\" srcset=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Spannungsversorgung-fuer-SIM800L-6auf4Volt.jpg 1024w, https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Spannungsversorgung-fuer-SIM800L-6auf4Volt-300x248.jpg 300w, https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/09\/230911-B40-Spannungsversorgung-fuer-SIM800L-6auf4Volt-768x634.jpg 768w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><\/p>\n<p><em>Abb. 5: Testimplementierung der Spannungsversorgung des SIM800L Mobilfunkmoduls f\u00fcr 6 Volt Prim\u00e4rspannung auf einem Steckbrett. Ben\u00f6tigt werden: Einstellbarer Spannungsregler, hier mit max. 3A, Widerst\u00e4nde 120 Ohm, 220 Ohm und 47 Ohm, zwei Elkos mit 4,7 MikroFarad<\/em><\/p>\n<h4>Test<\/h4>\n<p>Der Test erfolgte im Au\u00dfeneinsatz \u00fcber mehrere Monate und erwies sich als zuverl\u00e4ssig. Die Spannung am SIM800L betr\u00e4gt immer zwischen 3,98 und 4,0 Volt.<\/p>\n<h3>Fazit<\/h3>\n<h2>Anhang<\/h2>\n<h3>Quellen<\/h3>\n<p>Was ist IoT:\u00a0<a href=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/was-ist-iot-internet-of-things\/\">Was ist IoT (Internet of Things)?<\/a><\/p>\n<p>Alternative LoRa: <a href=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/topologie-iot-mit-lora-the-things-network\/\">Topologie IoT mit LoRa \u2013 The Things Network<\/a><\/p>\n<p>Beschreibung des SIM-Moduls und der AT-Befehle: <a href=\"https:\/\/elektro.turanis.de\/html\/prj237\/index.html\">https:\/\/elektro.turanis.de\/html\/prj237\/index.html<\/a><\/p>\n<p>Ein Beispielprojekt mit einem Arduino und Versenden von SMS: <a href=\"https:\/\/g-heinrichs.de\/attiny\/module\/SIM800L.pdf\">https:\/\/g-heinrichs.de\/attiny\/module\/SIM800L.pdf<\/a><\/p>\n<h3>Glossar<\/h3>\n<h4>Mobilfunk<\/h4>\n<p>Mobilfunk, auch bekannt als mobile Kommunikation oder drahtlose Telekommunikation, ist ein Kommunikationssystem, das die drahtlose \u00dcbertragung von Sprache und Daten \u00fcber elektromagnetische Wellen erm\u00f6glicht.\u00a0Das Mobilfunksystem basiert auf einer Netzwerkinfrastruktur, die aus Mobilfunkmasten, Basisstationen und Vermittlungsstellen besteht. Diese Infrastruktur erm\u00f6glicht es den Mobilfunkbetreibern, drahtlose Dienste bereitzustellen, indem sie Funkwellen verwenden, um Signale zwischen Mobiltelefonen (oder IoT-Devices) und dem Netzwerk zu \u00fcbertragen.<\/p>\n<p>Sprachkommunikation: Mobiltelefone erm\u00f6glichen es Benutzern, in Echtzeit miteinander zu sprechen, unabh\u00e4ngig von ihrer physischen Position.<\/p>\n<p>Textnachrichten (SMS): Kurznachrichtendienste (Short Message Service) erm\u00f6glichen es Benutzern, Textnachrichten an andere Mobiltelefone zu senden. SMS kann auch in IoT-Szenarien eingesetzt werden.<\/p>\n<p>Mobile Daten: Mobilfunknetze unterst\u00fctzen die \u00dcbertragung von Daten von und in das Internet von mobilen Ger\u00e4ten aus.<\/p>\n<p>Mobilfunktechnologie hat sich kontinuierlich weiterentwickelt, von 2G (2. Generation) \u00fcber 3G bis hin zu 4G und 5G, wobei jede Generation schnellere Daten\u00fcbertragungsraten und verbesserte Netzwerkleistung verspricht. 3G soll zuk\u00fcnftig eingestellt werden, 2G wird noch l\u00e4nger Bestand haben, da hierauf SMS basiert.<\/p>\n<h3>Autor und Lizenz<\/h3>\n<p><strong>Autor:<\/strong>\u00a0Prof. Dr. rer. nat. Claus Brell, aktuelle Projekte:\u00a0<a href=\"http:\/\/bieneviernull.de\/\">Biene40<\/a>,\u00a0<a href=\"https:\/\/ai4bee.de\/\">AI4Bee<\/a><br \/>\n<strong>Lizenz:<\/strong>\u00a0CC BY\u00a0<img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/licensebuttons.net\/l\/by\/3.0\/88x31.png\" \/><br \/>\nInhalte des Beitrages k\u00f6nnen Sie entsprechen der Lizenz verwenden. Unter dieser Lizenz ver\u00f6ffentlichte Werke darf jedermann f\u00fcr private, gewerbliche und sonstige Zwecke nutzen ver\u00e4ndern und auch neu ohne CC-Lizenz vermarkten. Als Urheber mache ich keine Rechte geltend.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/cbrell.de\/zaehler?x=8237\" \/><\/p>\n<div class=\"shariff shariff-align-flex-start shariff-widget-align-flex-start\" data-services=\"facebook\" data-url=\"https%3A%2F%2Fcbrell.de%2Fblog%2Fspannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls%2F\" data-timestamp=\"1710924793\" data-backendurl=\"https:\/\/cbrell.de\/blog\/wp-json\/shariff\/v1\/share_counts?\"><div class=\"ShariffHeadline\">Teile diesen Beitrag.<\/div><ul class=\"shariff-buttons theme-round orientation-horizontal buttonsize-medium\"><li class=\"shariff-button twitter shariff-nocustomcolor\" style=\"background-color:#32bbf5\"><a href=\"https:\/\/twitter.com\/share?url=https%3A%2F%2Fcbrell.de%2Fblog%2Fspannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls%2F&text=Spannungsversorgung%20des%20SIM800L%20Mobilfunkmoduls\" title=\"Bei Twitter teilen\" aria-label=\"Bei Twitter teilen\" role=\"button\" rel=\"noopener nofollow\" class=\"shariff-link\" style=\"; background-color:#55acee; color:#fff\" target=\"_blank\"><span class=\"shariff-icon\" style=\"\"><svg width=\"32px\" height=\"20px\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 30 32\"><path fill=\"#55acee\" d=\"M29.7 6.8q-1.2 1.8-3 3.1 0 0.3 0 0.8 0 2.5-0.7 4.9t-2.2 4.7-3.5 4-4.9 2.8-6.1 1q-5.1 0-9.3-2.7 0.6 0.1 1.5 0.1 4.3 0 7.6-2.6-2-0.1-3.5-1.2t-2.2-3q0.6 0.1 1.1 0.1 0.8 0 1.6-0.2-2.1-0.4-3.5-2.1t-1.4-3.9v-0.1q1.3 0.7 2.8 0.8-1.2-0.8-2-2.2t-0.7-2.9q0-1.7 0.8-3.1 2.3 2.8 5.5 4.5t7 1.9q-0.2-0.7-0.2-1.4 0-2.5 1.8-4.3t4.3-1.8q2.7 0 4.5 1.9 2.1-0.4 3.9-1.5-0.7 2.2-2.7 3.4 1.8-0.2 3.5-0.9z\"\/><\/svg><\/span><\/a><\/li><li class=\"shariff-button facebook shariff-nocustomcolor\" style=\"background-color:#4273c8\"><a href=\"https:\/\/www.facebook.com\/sharer\/sharer.php?u=https%3A%2F%2Fcbrell.de%2Fblog%2Fspannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls%2F\" title=\"Bei Facebook teilen\" aria-label=\"Bei Facebook teilen\" role=\"button\" rel=\"nofollow\" class=\"shariff-link\" style=\"; background-color:#3b5998; color:#fff\" target=\"_blank\"><span class=\"shariff-icon\" style=\"\"><svg width=\"32px\" height=\"20px\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 18 32\"><path fill=\"#3b5998\" d=\"M17.1 0.2v4.7h-2.8q-1.5 0-2.1 0.6t-0.5 1.9v3.4h5.2l-0.7 5.3h-4.5v13.6h-5.5v-13.6h-4.5v-5.3h4.5v-3.9q0-3.3 1.9-5.2t5-1.8q2.6 0 4.1 0.2z\"\/><\/svg><\/span><\/a><\/li><li class=\"shariff-button linkedin shariff-nocustomcolor\" style=\"background-color:#1488bf\"><a href=\"https:\/\/www.linkedin.com\/sharing\/share-offsite\/?url=https%3A%2F%2Fcbrell.de%2Fblog%2Fspannungsversorgung-des-sim800l-mobilfunkmoduls%2F\" title=\"Bei LinkedIn teilen\" aria-label=\"Bei LinkedIn teilen\" role=\"button\" rel=\"noopener nofollow\" class=\"shariff-link\" style=\"; background-color:#0077b5; color:#fff\" target=\"_blank\"><span class=\"shariff-icon\" style=\"\"><svg width=\"32px\" height=\"20px\" xmlns=\"http:\/\/www.w3.org\/2000\/svg\" viewBox=\"0 0 27 32\"><path fill=\"#0077b5\" d=\"M6.2 11.2v17.7h-5.9v-17.7h5.9zM6.6 5.7q0 1.3-0.9 2.2t-2.4 0.9h0q-1.5 0-2.4-0.9t-0.9-2.2 0.9-2.2 2.4-0.9 2.4 0.9 0.9 2.2zM27.4 18.7v10.1h-5.9v-9.5q0-1.9-0.7-2.9t-2.3-1.1q-1.1 0-1.9 0.6t-1.2 1.5q-0.2 0.5-0.2 1.4v9.9h-5.9q0-7.1 0-11.6t0-5.3l0-0.9h5.9v2.6h0q0.4-0.6 0.7-1t1-0.9 1.6-0.8 2-0.3q3 0 4.9 2t1.9 6z\"\/><\/svg><\/span><\/a><\/li><\/ul><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Das Mobilfunkmodul SIM800L ist preiswert, in gro\u00dfer St\u00fcckzahl am Markt verf\u00fcgbar und wird in vielen IoT-DIY-Projekten eingesetzt. 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