Αισθητήρας πόρτας & κλειδώματος με μπαταρία, Solar, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Σε αυτό το Instructable σας δείχνω πώς έφτιαξα έναν αισθητήρα με μπαταρία για να παρακολουθεί την κατάσταση της πόρτας και του κλειδώματος του απομακρυσμένου υπόστεγου ποδηλάτου μου. Έχω τροφοδοσία ρεύματος, οπότε το τροφοδοτώ με μπαταρία. Η μπαταρία φορτίζεται από ένα μικρό ηλιακό πάνελ.

Η μονάδα έχει σχεδιαστεί για λειτουργία χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και λειτουργεί με ESP-07S σε βαθύ ύπνο που ξυπνά και ελέγχει τη θέση της πόρτας και της κλειδαριάς κάθε λεπτό. Ωστόσο, όταν ανοίξει η πόρτα, η μονάδα ξυπνάει από ένα απλό κύκλωμα υλικού για να στείλει αμέσως τις πληροφορίες «ανοιχτής πόρτας». Η μονάδα επικοινωνεί μέσω ESP-Now, στην οποία ο χρόνος μετάδοσης είναι πολύ μικρός, απαιτώντας μόνο μια μικρή ποσότητα ενέργειας.

Ο αυτοματισμός του σπιτιού μου που τρέχει στο Openhab και το Mosquitto χειρίζεται τα μηνύματα και μου στέλνει ένα ανησυχητικό μήνυμα μέσω Telegram εάν ο συναγερμός είναι ενεργοποιημένος.

Προμήθειες

Όλα τα εξαρτήματα αγοράζονται από το Aliexpress.

• Η μονάδα ESP-07S έχει επιλεγεί για την εύκολη σύνδεση εξωτερικής κεραίας για αύξηση της εμβέλειας ESP-Now.
• Πίνακας φορτιστή TP4056 με προστασία μπαταρίας
• Μπαταρία 18650 LiPo
• Διακόπτης καλαμιού (ΟΧΙ στη θέση της πόρτας παρακολούθησης)
• Διακόπτης επαφής (θέση κλειδώματος οθόνης)
• Ηλιακός πίνακας (6V, 0.6W)
• Τρανζίστορ, αντιστάσεις, δίοδος, συνδετήρες (δείτε σχηματικά)

Βήμα 1: Υλικό

Το ενσωματωμένο σχηματικό περιλαμβάνεται ως εικόνα. Πρώτα πρότυπα το κύκλωμα σε μια σανίδα ψωμιού. Στη συνέχεια, κόλλησα όλα τα εξαρτήματα σε έναν πίνακα perf.

Χρησιμοποιώ μονάδα ESP-07S ESP8266 αφού έχει σύνδεση για εξωτερική κεραία. Δεδομένου ότι το υπόστεγο ποδηλάτων μου είναι έξω, το σήμα WiFi πρέπει να περάσει από έναν τσιμεντένιο τοίχο. Διαπίστωσα ότι μια εξωτερική κεραία αυξάνει σημαντικά το εύρος του ESP-Now. Πολύ λογικό, αφού είναι σήμα WiFi.

Για τον αισθητήρα πόρτας χρησιμοποίησα έναν διακόπτη καλαμιών με συνδέσεις NO και NC. Όταν η πόρτα είναι κλειστή, ένας μαγνήτης προσαρτημένος στο άνοιγμα ανοίγει το διακόπτη. Η μονάδα ελέγχει την πόρτα και την κατάσταση κλειδώματος κάθε 60 δευτερόλεπτα, ωστόσο, όταν ανοίξει η πόρτα, θέλω να ενημερωθώ αμέσως, γι 'αυτό έκανα ένα κύκλωμα επαναφοράς, δείτε παρακάτω.

Για τον αισθητήρα κλειδώματος χρησιμοποίησα ένα διακόπτη επαφής με botn NO και συνδέσεις NC. Όταν το κλείδωμα είναι κλειστό, ο πείρος κλειδώματος ανοίγει το διακόπτη. Έτσι, τόσο ο αισθητήρας πόρτας όσο και ο αισθητήρας κλειδώματος ανοίγουν κανονικά (ΟΧΙ).

Η μπαταρία φορτίζεται μέσω μιας πλακέτας φορτιστή TP4056 με προστασία μπαταρίας προσαρτημένη σε ένα μικρό ηλιακό πάνελ 6V.

Θα εξηγήσω μερικά μέρη του κυκλώματος παρακάτω.

Επαναφορά κυκλώματος

Το κύκλωμα επαναφοράς με το 2N7000 Mosfet είναι συνδεδεμένο με τον ακροδέκτη επαναφοράς του ESP8266. Εάν η πόρτα είναι κλειστή, η επαφή είναι ανοιχτή, τόσο η πύλη όσο και η πηγή του τρανζίστορ είναι ψηλά και το μοσχάτο είναι απενεργοποιημένο. Ο πυκνωτής που συνδέεται με την πύλη έχει θετικό φορτίο. Το ESP8266 καλάμια GPIO12 ως HIGH = κλειστό.

Όταν ανοίξει η πόρτα, η πηγή του μωσαϊκού συνδέεται με τη γείωση. Δεδομένου ότι η πύλη είναι ψηλά, το mosfet ενεργοποιείται και τραβάει τον πείρο επαναφοράς στη γείωση, με αποτέλεσμα την επαναφορά του ESP8266. Ο πυκνωτής αποφορτίζεται μέσω R7 και στη συνέχεια απενεργοποιεί το mosfet. Δείτε το στιγμιότυπο οθόνης του παλμογράφου μου για τον χαμηλό παλμό των 50 ms. Μετά τον παλμό, το ESP8266 ξεκινά. Το ESP8266 καλάμια GPIO12 ως LOW = ανοιχτό.

Όταν η πόρτα κλείσει ξανά, η αντίσταση R6 τραβά την πηγή και το GPIO12 προς τα πάνω.

Παρακολούθηση μπαταρίας

Η τάση της μπαταρίας διαβάζεται μέσω ενός διαχωριστή τάσης μεταξύ VBat και GND. Ωστόσο, δεν θέλω μια μόνιμη σύνδεση μεταξύ VBat και GND, επειδή εξαντλεί την μπαταρία. Ως εκ τούτου, έβαλα ένα mosfet καναλιού Ρ στην υψηλή πλευρά του διαχωριστή τάσης και η πύλη του mosfet τραβιέται προς τα πάνω, οπότε το mosfet είναι απενεργοποιημένο. Μόνο όταν το GPIO14 είναι χαμηλό, το mosfet είναι ενεργοποιημένο και το ESP8266 μπορεί να απομακρύνει την τάση με το ADC.

Βήμα 2: Λογισμικό

Η μονάδα ESP8266 είναι κυρίως σε κατάσταση βαθιάς αναστολής λειτουργίας για εξοικονόμηση ενέργειας.

Κάθε 60 δευτερόλεπτα, η μονάδα εκκινείται με απενεργοποιημένο το WiFi και μετρά τη θέση κλειδώματος και πόρτας και ελέγχει εάν αυτές οι θέσεις έχουν αλλάξει σε σύγκριση με τις τιμές που είναι αποθηκευμένες στη μνήμη RTC. Εάν μια θέση έχει αλλάξει, η μονάδα κοιμάται για ελάχιστο χρόνο και ξυπνά με ενεργοποιημένο το WiFi για να στείλει τη νέα θέση μέσω ESP-Now. Και φυσικά οι νέες θέσεις αποθηκεύονται στη μνήμη RTC. Εάν δεν έχει αλλάξει τίποτα, η μονάδα κοιμάται ξανά και ξυπνάει με το WiFi απενεργοποιημένο.

Δείτε το άλλο μου Instructable στο οποίο εξηγώ πώς χρησιμοποιώ το ESP-Now για τη μετάδοση μηνυμάτων και τη μετατροπή τους σε μηνύματα MQTT.

Εάν το "κύκλωμα OTA" κλείσει χειροκίνητα μέσω jumper, η μονάδα ξυπνά και συνδέεται στο δίκτυο WiFi μου για να περιμένει μια ενημέρωση OTA μέσω του ESP8266HTTPUpdateServer.

Κάθε 30 λεπτά μετράται και δημοσιεύεται η τάση της μπαταρίας.

Λειτουργεί ως κρατική μηχανή. Οι καταστάσεις ορίζονται στο πρόγραμμα που δημοσιεύεται στο Github μου.

STATE_CHECK: ξυπνήστε με απενεργοποιημένο το ραδιόφωνο (απενεργοποιημένο WiFi), απλώς ελέγξτε αν έχει αλλάξει κάτι

STATE_INIT: ξυπνήστε με το Ραδιόφωνο ενεργοποιημένο (WiFi ενεργοποιημένο) και μεταδώστε καταστάσεις πόρτας και κλειδώματος

STATE_DOOR: ξυπνήστε με το Ραδιόφωνο ενεργοποιημένο, δημοσιεύστε την πόρτα της πόρτας την επόμενη φορά που θα ξεκινήσει

STATE_LOCK: ξυπνήστε με το Radio ενεργοποιημένο, δημοσιεύστε το lockstate την επόμενη φορά που θα ξεκινήσει

STATE_VOLTAGE: ξυπνήστε με το Ραδιόφωνο ενεργοποιημένο, δημοσιεύστε τάση την επόμενη φορά που θα ξεκινήσει

STATE_OTA 5: Ξυπνήστε με το Ραδιόφωνο ενεργοποιημένο, μεταβείτε στη λειτουργία OTA

Βήμα 3: Συναρμολόγηση

Χρησιμοποιώ βιδωτούς ακροδέκτες και συνδετήρες DC αρσενικού/θηλυκού για να μπορώ να συναρμολογήσω και να αποσυναρμολογήσω το έργο μου. Έβαλα όλα τα μέρη σε ένα μικρό κουτί ABS, δείτε τις εικόνες. Έβαλα τα μέρη σε ταινία Kapton για ηλεκτρική απομόνωση

Συνδέω τον ηλιακό πίνακα μέσω ενός αρσενικού βύσματος DC (5,5 x 2,1) με μια δίοδο 1N5817 που έχει χαμηλή τάση προς τα εμπρός.

Ο διακόπτης καλαμιών είναι κολλημένος στο κουτί και ένας μαγνήτης είναι κολλημένος στην πόρτα στη σωστή θέση.

Η επαφή κλειδώματος εισάγεται από το πλάι, δείτε την εικόνα.

Βήμα 4: Ενότητα εργασίας

Τα ληφθέντα δεδομένα διαβάζονται από τον αυτοματισμό στο σπίτι μου Openhab. Μου αρέσει, μπορώ να δημοσιεύσω τα αρχεία Openhab.

Παρακολουθώ:

• Η τάση της μπαταρίας (με επιμονή έτσι βλέπω την τάση με την πάροδο του χρόνου σε ένα γράφημα).
• Θέσεις πόρτας και κλειδαριάς.
• Οι φορές που άλλαξε η θέση.

Με αυτόν τον τρόπο, όταν πάω για ύπνο, μπορώ εύκολα να δω αν όλα τα υπόστεγα είναι κλειδωμένα.

Στην αρχή της χρήσης, η μπαταρία φορτίστηκε σε μια φωτεινή μέρα και μετά από περίπου μια εβδομάδα η μπαταρία φορτίστηκε πλήρως. Τώρα το φθινόπωρο, η μπαταρία παραμένει φορτισμένη. Προφανώς η μονάδα είναι πολύ οικονομική και χρησιμοποιεί πολύ λιγότερη ενέργεια από ό, τι παράγει ένα μικρό ηλιακό πάνελ. Η σκληρή μπαταρία πιθανότατα έχει ισχύ για μερικούς μήνες σκοταδιού. Ας δούμε πώς λειτουργεί η μονάδα αυτό το χειμώνα, όταν η θερμοκρασία στο υπόστεγο είναι πολύ χαμηλότερη.