Akülü Kulübe Kapı ve Kilit Sensörü, Solar, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Bu Eğitilebilir Kitapta, uzak bisiklet kulübemin kapı ve kilit durumunu izlemek için pille çalışan bir sensörü nasıl yaptığımı gösteriyorum. Şebeke gücüm yok, bu yüzden pille çalışıyorum. Pil, küçük bir güneş paneli tarafından şarj edilir.

Modül, düşük güçte çalışma için tasarlanmıştır ve her dakika uyanan ve kapıyı ve kilit konumunu kontrol eden derin uykuda bir ESP-07S üzerinde çalışır. Ancak kapı açıldığında modül basit bir donanım devresi ile uyandırılarak 'kapı açık' bilgisini anında gönderir. Modül, iletim süresinin çok kısa olduğu ve yalnızca az miktarda enerji gerektiren ESP-Now aracılığıyla iletişim kurar.

Openhab ve Mosquitto üzerinde çalışan ev otomasyonum mesajları yönetiyor ve alarm açıksa Telegram aracılığıyla bana bir alarm mesajı gönderiyor.

Gereçler

Tüm bileşenler Aliexpress'den satın alınmıştır.

• ESP-Now aralığını artırmak için harici bir antenin kolay bağlanması için ESP-07S modülü seçilmiştir.
• Pil korumalı TP4056 şarj panosu
• 18650 LiPo pil
• Manyetik anahtar (kapı konumunu izlemek için HAYIR)
• Kontak anahtarı (monitör kilidi konumu)
• Güneş paneli (6V, 0.6W)
• Transistörler, dirençler, diyot, konektörler (şemaya bakın)

Adım 1: Donanım

As-built şeması resim olarak eklenmiştir. İlk önce devreyi bir breadboard üzerinde prototipledim. Sonra tüm bileşenleri mükemmel bir tahtaya lehimledim.

Harici bir anten bağlantısı olduğundan ESP-07S ESP8266 modülünü kullanıyorum. Bisiklet kulübem dışarıda olduğu için WiFi sinyalinin beton bir duvardan geçmesi gerekiyor. Harici bir antenin ESP-Now'un menzilini güçlü bir şekilde artırdığını öğrendim. Bir WiFi sinyali olduğu için oldukça mantıklı.

Kapı sensörü için botn NO ve NC bağlantıları olan bir indükleme anahtarı kullandım. Kapı kapatıldığında, anahtara bağlı bir mıknatıs anahtarı açar. Modül her 60 saniyede bir kapıyı ve kilit durumunu kontrol ediyor, ancak kapı açıldığında hemen bilgilendirilmek istiyorum, bunun için bir reset devresi uyguladım, aşağıya bakınız.

Kilit sensörü için botn NO ve NC bağlantıları olan bir kontak anahtarı kullandım. Kilit kapatıldığında, kilit pimi anahtarı açar. Böylece hem kapı sensörü hem de kilit sensörü normal olarak açılır (HAYIR).

Pil, küçük bir 6V güneş paneline bağlı pil korumasına sahip bir TP4056 şarj panosu aracılığıyla şarj edilir.

Aşağıda devrenin bazı kısımlarını açıklayacağım.

Devreyi sıfırla

2N7000 Mosfet ile sıfırlama devresi, ESP8266'nın sıfırlama pimine bağlanır. Kapı kapalı ise kontak açıktır, transistörün hem kapısı hem de kaynağı yüksektir ve mosfet kapalıdır. Geçide bağlı kondansatör pozitif yüklüdür. ESP8266, GPIO12'yi YÜKSEK = kapalı olarak okur.

Kapı açıldığında mosfetin kaynağı toprağa bağlanır. Kapı yüksek olduğundan, mosfet açılır ve sıfırlama pimini toprağa çeker, bu da ESP8266'nın sıfırlanmasına neden olur. Kondansatör R7 üzerinden boşalır ve ardından mosfet'i kapatır. 50 ms'lik düşük darbe için osiloskopumun ekran görüntüsüne bakın. Darbeden sonra ESP8266 açılır. ESP8266, GPIO12'yi DÜŞÜK = açık olarak okur.

Kapı tekrar kapatıldığında, direnç R6 kaynağı ve GPIO12'yi yukarı çeker.

Pil izleme

Akü voltajı, VBat ve GND arasındaki bir voltaj bölücü aracılığıyla okunur. Ancak VBat ve GND arasında kalıcı bir bağlantı istemiyorum çünkü pili tüketiyor. Bunun için voltaj bölücünün yüksek tarafına bir P-kanal mosfet koydum ve mosfetin kapısı yukarı çekiliyor, bu yüzden mosfet kapalı. Yalnızca GPIO14 düşük olduğunda, mosfet açılır ve ESP8266, ADC ile voltajı okuyabilir.

2. Adım: Yazılım

ESP8266 modülü, güç tasarrufu için çoğunlukla derin uyku modundadır.

Modül her 60 saniyede bir WiFi devre dışı bırakılarak açılır ve kilit ve kapı konumunu ölçer ve bu konumların RTC belleğinde saklanan değerlere göre değişip değişmediğini kontrol eder. Bir pozisyon değiştiyse, modül minimum süre uyur ve yeni pozisyonu ESP-Now aracılığıyla göndermek için WiFi etkinleştirilmiş olarak uyanır. Ve tabii ki yeni pozisyonlar RTC hafızasında saklanır. Hiçbir şey değiştirilmediyse, modül tekrar uyur ve WiFi kapalıyken uyanır.

Mesaj iletmek ve bunları MQTT mesajlarına dönüştürmek için ESP-Now'u nasıl kullandığımı açıkladığım diğer Eğitilebilir Tabloma bakın.

'OTA devresi' bir jumper aracılığıyla manuel olarak kapatılırsa, modül uyanır ve ESP8266HTTPUpdateServer aracılığıyla bir OTA güncellemesini beklemek için WiFi ağıma bağlanır.

Her 30 dakikada bir pilin voltajı ölçülür ve yayınlanır.

Bir durum makinesi olarak çalışır. Durumlar Github'ımda yayınlanan programda tanımlanmıştır.

STATE_CHECK: Radyo kapalıyken (WiFi kapalı) uyanın, bir şeylerin değişip değişmediğini kontrol edin

STATE_INIT: Radyo açıkken (WiFi açık) uyanın ve kapı ve kilit durumlarını iletin

STATE_DOOR: Radyo açıkken uyanın, bir sonraki açılışında kapı durumunu yayınlayın

STATE_LOCK: Radyo açıkken uyanın, bir sonraki açılışında kilit durumunu yayınlayın

STATE_VOLTAGE: Radyo açıkken uyanın, bir sonraki açılışında voltaj yayınlayın

STATE_OTA 5: Radyo açıkken uyanın, OTA moduna gidin

Adım 3: Birleştirin

Projemi monte edip demonte edebilmek için vidalı terminaller ve DC erkek/dişi konektörler kullanıyorum. Tüm parçaları küçük bir ABS kutusuna koydum, resimlere bakın. Elektrik izolasyonu için parçaları Kapton bantla kapladım

Güneş panelini, düşük ileri gerilime sahip 1N5817 diyotlu bir erkek DC fişi (5.5 x 2.1) aracılığıyla bağlarım.

Kamış anahtarı kutuya yapıştırılır ve kapıya doğru pozisyonda bir mıknatıs yapıştırılır.

Kilit kontağı yandan girilir, resme bakın.

Adım 4: Çalışma Modülü

Alınan veriler Openhab ev otomasyonum tarafından okunur. Beğenirseniz Openhab dosyalarını gönderebilirim.

izliyorum:

• Akü voltajı (devamlı bir şekilde, böylece zaman içindeki voltajı bir grafikte görüyorum).
• Kapı ve kilit pozisyonları.
• Pozisyonun değiştiği zamanlar.

Bu sayede yattığımda tüm kulübelerin kilitli olup olmadığını rahatlıkla görebiliyorum.

Ben kullanımın başında, pil parlak bir günde şarj edildi ve bir hafta kadar sonra pil tamamen şarj oldu. Şimdi sonbaharda pil şarjlı kalır. Görünüşe göre modül çok ekonomik ve küçük bir güneş panelinin ürettiğinden çok daha az enerji kullanıyor. Etli pilin muhtemelen birkaç aylık karanlık için gücü vardır. Modülün bu kış, kulübedeki sıcaklık çok daha düşük olduğunda nasıl performans gösterdiğini görelim.