ESP8266-01 Ev Otomasyonu için IoT Akıllı Zamanlayıcı: 9 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

GÜNCELLEMELER

2018-09-30: Firmware Ver 1.09'a Güncellendi. Şimdi Sonoff Temel Destek ile

2018-10-01: Sorunlu ESP8266-01 üzerinde test etmek için Firmware Sürüm 1.10 deneme sürümü mevcut

Nesnelerin İnterneti (IoT) ve Ev Otomasyonu olan yeni terimlerle, evimin içinde ve çevresinde bir tür cihazla kontrol edilen mevcut öğelere bakmaya karar verdim. Öne çıkan maddeler ise şöyle:

• Yüzme havuzu pompası
• Yüzme havuzu su doldurma
• Yüzme havuzu ve çevresindeki ışıklar
• TV/Eğlence sistemi dolap ışıkları

Bu cihazları kontrol etmek için kullanılan ortak öğe, standart duvar prizi zamanlayıcılarıdır. Her cihazın kendi zamanlayıcısı vardır ve hepsi farklı konumlarda bulunur. Peki, Nesnelerin İnterneti veya Ev Otomasyonu projelerine başlamak için neden bu öğeleri seçtim diye sorabilirsiniz?

Güney Afrika'da yaşamak, elektrik kesintilerinin düzenli bir olay olduğu anlamına gelir. Evimin istatistiklerine göre, geçen yıl toplam 40 saat olmak üzere 35 elektrik kesintisi yaşadım. Halihazırda kurulu olan tüm zamanlayıcılar, elektrik kesintileri sırasında zaman tutmak için bir yedek pil ile donatıldığından, bu normalde bir sorun değildir. Ama bazı sorunlar var:

• Bu yedek piller yalnızca bir veya iki yıl dayanır, ardından zamanlayıcının değiştirilmesi gerekir. Zamanlayıcılar, dahili Ni-Cad pile erişmek için zamanlayıcının yok edilmesi gerekecek şekilde yapılmıştır.
• Güç her kesildiğinde, arızalı pillere sahip zamanlayıcıların yeniden programlanması ve zamanın ayarlanması gerekir.
• Zamanlayıcının fiziksel konumu, duvar prizine takıldığında, zamanlayıcıyı üstten görüntüleyen lcd ekranların okunmasını neredeyse imkansız hale getirir. Bu, zamanlayıcının fişinin çekilmesi gerektiği veya bir elektrik kesintisinden sonra zamanlayıcıları ayarlamak veya ayarlamak için yere uzanmam gerektiği anlamına gelir.

Yukarıdaki nedenlerden dolayı, zamanlayıcıları yerel ev ağıma bağlı bir IoT Akıllı Zamanlayıcı ile değiştirme olasılığını test etmeye karar verdim.

Fikir, aşağıdakileri yapabilen bağımsız bir zamanlayıcı tasarlamaktı:

• İnterneti (IoT) kullanarak geçerli saati otomatik olarak ayarlayın
• Herhangi bir kullanıcı eylemi olmadan çalıştırılır (Akıllı)
• Ayarlanan sürelere göre bir çıkışı Aç/Kapat (Zamanlayıcı)
• Ağ üzerinden programlanabilir ve kontrol edilebilir (Ev Otomasyonu)

Adım 1: ESP8266-01 Tasarımı

Tasarım bir ESP8266-01 WiFi modülü kullanılarak yapıldı, çünkü elimde bu vardı. En basit haliyle, ESP8266-01 dört I/O pinine sahiptir:

• GPIO0
• GPIO2
• TX
• RX

ESP8266-01 Güç Açma Modları

G/Ç pinlerinin mantık durumu, ESP8266-01'in hangi modda açılacağını belirlemek için kullanılır. İlk adım, bir çıkış rölesini sürmek için hangi I/O pinlerinin kullanılabileceğini belirlemekti.

• Normal açılış için GPIO0 ve GPIO2 lojik YÜKSEK olarak ayarlanmalıdır. Böylece bu iki pinin dijital çıkış olarak kullanılamayacağı açıktır.
• Güç verildiğinde Tx pini çıkış olarak ayarlanır ve çıkış yüksek olarak ayarlanır. Bu Tx pini aynı zamanda açılış sırasında bazı seri verileri de iletir. Dolayısıyla bu pin çıkış olarak da kullanılamaz.

Kalan tek pin Rx pinidir. Bu pin, açılışta bir giriş olarak ayarlanır ve açılış sırasında yukarı çekilmesi gerekmez. Bu pin çıkış pini olarak kullanılmaya en uygun pindir.

Önyükleme

Açılış sırasında ESP8266-01'in doğru önyükleme modunu sağlamak için, aşağıdaki pinler 10K dirençler kullanılarak yükseğe çekilir:

• GPIO0
• GPIO2
• RST
• CH_PD

Bu, ünitenin her seferinde doğru şekilde açılmasını sağlar.

Çıkış Rölesi

RX, çıkış olarak kullanılmaya uygun tek pindir. Bu pin böylece çıkış rölesini bir NPN transistörü aracılığıyla sürmek için kullanılır. Standart volan diyotu ve transistör tabanlı dirençler eklendi.

MOD/AYAR Düğmesi

Düğme GPIO2'ye bağlıdır ve düğme serbest bırakıldığında 10K'lık bir direnç GPIO2'yi yükseğe çeker. Düğmeye basıldığında GPIO2 0V'a çekilir.

Bu düğme iki işlev için kullanılır:

• Üniteyi yerel bir WiFi ağına bağlamak için ilk kurulum
• Normal işlemler sırasında çıkışı manuel olarak kontrol etmek için

Gösterge LED'i

LED, GPIO0'a bağlıdır ve aşağıdakileri gösterir:

• İlk açılışta, WiFi Kurulum modunu belirtmek için HIZLI yanıp söner
• Ünitenin zamanı ayarlanmadığında yavaş yanıp söner
• çıkış rölesinin Açık/Kapalı durumunu gösterir

Adım 2: Güç Kaynağı

IoT Smart Timer'ı farklı voltaj seviyelerinde kullanacağım, bu nedenle iki güç kaynağı seçeneği mevcut:

12 - 24V DC

Kullanılan DC-DC dönüştürücü, 28V DC'ye kadar olan beslemeler için uygundur. Dönüştürücünün çıkışı ayarlanabilir ve 5V olarak ayarlanmıştır. Bu, ESP8266 modülü bağlanmadan önce yapılmalıdır.

Besleme girişinde ters polariteye karşı korumak için bir diyot eklenmiştir.

220V ACBu seçenek için eBay'de küçük bir 220V/5V anahtarlamalı güç kaynağı elde edebildim.

Giriş voltajından bağımsız olarak, IoT Akıllı Zamanlayıcı iki güç kaynağına ihtiyaç duyar:

5V Ray

Her iki seçenekte de 5V DC, doğrusal bir regülatörden değil, anahtarlamalı bir güç kaynağından elde edilir. Bu, güç kaynağı tarafından üretilen minimum ısı olduğu anlamına gelir. 5V, çıkış rölesini sürmek için kullanılır

3.3V Ray

ESP8266-01 için 3.3V, bir ASM1117 3.3 regülatöründen elde edilir. ASM1117 3.3 doğrusal bir regülatördür ve 500mA'ya kadar çalışabilir. Ancak üretilen ısı, ASM1117'nin giriş voltajı tarafından belirlenecektir. Isıyı azaltmak için ASM1117, 5V raydan güç alır.

Gürültü Filtreleme

ESP8266-01'deki voltaj dalgalanmasını azaltmak için 3.3V rayına 100 - 1000uf kapasitör takılmıştır. Hem 5V hem de 3.3V raylar ayrıca 0.1uf kapasitörler tarafından yüksek frekanslı parazitlerden korunur.

Adım 3: PC Kartının Montajı

PC Board, Eagle'ın ücretsiz sürümü kullanılarak tasarlanmıştır. Toner aktarma yöntemi kullanılarak evde kolaylıkla yapılabilen tek taraflı bir tahtadır.

PC Kartı yapıldıktan sonra PC Kartını aşağıdaki sırayla monte edin:

• ASM1117 regülatörünü ve üç 0.1uf SMD bileşenini kartın lehim tarafına lehimleyin
• Tek jumper'ı kartın bileşen tarafına ekleyin
• Dirençleri ve diyotları yerinde lehimleyin
• ESP8266-01 modülünün başlıklarını ekleyin
• LED ve düğme için başlık pimlerini ekleyin
• Vidalı terminalleri ekleyin
• Başlık pinlerini kullanarak DC/DC dönüştürücüyü karta bağlayın.
• Röleyi yerine lehimleyin
• Transistörü ve 100uf kondansatörü lehimleyerek kartı tamamlayın.

Tüm bileşenler karta lehimlendiğinde, tüm lehim noktalarını doğrulayın ve pedler arasında kısa devre olmadığından emin olun.

! ! ! ÖNEMLİ NOT ! ! ! PC Kartının çıkış kontaklarındaki büyük akımları kaldırabilmesini sağlamak için röle kontakları ve vidalı terminaller arasındaki raylara yeterli miktarda lehim uygulayın

Adım 4: PC Kartının Test Edilmesi

! ! ! Güç uygulamadan önce! ! !

ESP8266-01 modülünü üniteden çıkarın. Bu, 5V beslemesi ayarlanmadan önce ASM1117 regülatörünün aşırı ısınmasını önlemek içindir.

Montajdan sonra yapılabilecek çok fazla test yoktur. En önemli adım, doğru voltaj seviyelerini sağlamaktır.

• Üniteye 12 - 24V DC uygulayın.
• DC/DC dönüştürücünün çıkış voltajını ölçün
• Dönüştürücünün çıkışını 5.0 ile 5.5V arasında ayarlayın.
• Ardından, 3.3V beslemesini ölçün.
• Sarf malzemeleri uygunsa, üniteden gücü kesin

Artık ESP8266-01 modülünü sağlanan başlıklara takabilirsiniz.

! ! ! Not ! !

IoT Zamanlayıcıyı test ettikten ve çalıştığında, PC Kartının lehim tarafını kaplamak için şeffaf cila kullanın. Bu, rayların oksitlenmesini önleyecek ve röle kontakları ile devrenin geri kalanı arasında ekstra yalıtım sağlayacaktır

Adım 5: Muhafaza

PC kartı ve tüm kablolar düzgün ve güvenli bir şekilde içine oturduğu sürece muhafaza o kadar önemli değildir.

Yapımını kolaylaştırmak için LED ve MODE/SETUP butonunun bağlı olduğu bir kablo yaptım. Bu bana LED'i ve düğmeyi muhafazaya monte etmede daha fazla esneklik sağladı. Bu kablo daha sonra PC Kartındaki başlığa takılır.

Fotoğraflar, LED ışıklar için kullanılan 12V ünitelerden birini göstermektedir.

Adım 6: ESP8266-01/NodeMCU'nun Programlanması

ESP8266-01'i programlamak için önce Arduino IDE'yi kurmanız gerekir. Bu konuyla ilgili birçok harika Instructables olduğu için bu ayrıntılara girmiyorum. Yazarlara herhangi bir özel sipariş vermeden, Instructables ile ilgili aşağıdaki bağlantıları referans olarak seçtim. Bireysel Eğitilebilirlikleri için teşekkürler.

ESP8266 modülü için Arduino IDE'yi kurmak için bu ESP8266 ve Arduino IDE'yi takip edin.

Ardından, ESP8266'yı programlamak için bir programcıya ihtiyacınız olacak. İşte iki bağlantı:

Arduino Uno'yu Kullanmak

DIY Programlama Kurulu

Kütüphaneler

Kodu derleyebilmek için ek kitaplıklar yüklemeniz gerekecek. Yine, bu Eğitilebilir Tabloya bakın:

Arduino Kitaplıklarını Kurun ve Kullanın

Hangi kütüphaneleri kurmam gerektiğini hatırlayamıyorum ama WiFiManager'ın ayrıca indirilmesi gerektiğini biliyorum. Bunları Libraries.zip dosyasına ekledim.

Adım 7: İlk Kurulum

İlk kez kullanıldığında, IoT Smart Timer'ın bir WiFi ağına bağlanması gerekir. Bu görev WiFiManager kitaplığı kullanılarak yapılır, bu nedenle koda SSID veya parola girilmesi gerekmez.

Şu birkaç adımı izleyin:

• Üniteye güç verin
• LED hızla yanıp sönmeye başlayacak
• MOD/AYAR düğmesine basın
• LED kapandığında düğmeyi bırakın
• Birkaç saniye bekleyin, ardından akıllı telefonunuzu veya cihazınızın WiFi bağlantılarını açın
• IoT Timer adlı yeni bir WiFi ağı görünecek
• Bu erişim noktasını seçin
• IoT Timer'da oturum açın (şifre gerekmez)
• Cihazınız IoT Zamanlayıcı ağına bağlanana kadar bekleyin
• Herhangi bir internet tarayıcısını açın
• Adres çubuğuna şu IP adresini yazın - 192.168.4.1
• WiFiManager konsolu açılacak
• WiFi Yapılandır'ı seçin
• Kullanılabilir WiFi ağ noktalarına sahip bir liste görüntülenecektir.
• Gerekli WiFi ağını seçin ve şifreyi yazın
• Ardından, IoT Zamanlayıcıya bağlanmak için kullanmak istediğiniz IP adresini girin
• Varsayılan Ağ Geçidi IP adresini ve ardından maskeyi girin
• Tüm ayarlar yapıldıktan sonra Kaydet düğmesine tıklayın.
• Yeni kimlik bilgilerinin kaydedildiğini onaylamak için yeni bir pencere açılacaktır.
• tarayıcını kapat

Kaydedildikten sonra IoT Zamanlayıcı ağı kapanacak ve ünite WiFi ağınıza bağlanmaya çalışacaktır.

• Akıllı Telefonunuzu veya cihazınızı IoT Zamanlayıcı için kullanılanla aynı WiFi ağına bağlayın.
• Tarayıcınızı açın
• Adres çubuğuna IoT Zamanlayıcınızın IP adresini yazın
• IoT Timer'ın yapılandırma sayfası açılacaktır

IoT Zamanlayıcınız artık kullanıma hazır

Adım 8: IoT Zamanlayıcı Kurulumu

IoT Timer'ın yerleşik web sayfası beş bölümden oluşur:

Durum

Bu, cihaz adının yanı sıra zamanlayıcının geçerli saati ve çıkış durumunu gösterir.

Ek olarak, zamanlayıcının çalışma modu bu bölümde ayarlanır. Üç mod vardır:

• Otomatik - Çıkış, farklı zamanlayıcı programları tarafından kontrol edilecektir.
• Açık - Çıkış, AÇIK olmaya zorlanır ve mod değiştirilene kadar açık kalır
• Kapalı - Çıkış KAPALI olmaya zorlanır ve mod değiştirilene kadar kapalı kalır.

programlar

Bu bölüm, zamanlayıcının Açık ve KAPALI zamanlarını içerir. Yedi program mevcuttur ve her program ayrı ayrı ayarlanabilir.

Bir sonraki programı değiştirmeden önce, mevcut programda yapılan değişiklikleri kaydetmek için KAYDET düğmesine basın.

Düğme İşlevi

MOD/AYAR düğmesi, normal çalışma sırasında çıkış rölesini kontrol etmek için kullanılabilir. Burada, düğmeye basıldığında ne yapması gerektiğini seçin.

Yeni ayarları kaydetmek için Kaydet düğmesine basmadan önce "Güncelleme Düğmesi İşlevi" kutusunu işaretleyin.

Yapılandırma

Burada IoT Timer'ın adını değiştirebilirsiniz. Bu, birden çok zamanlayıcı arasında tanımlamayı kolaylaştırır.

Ünitedeki zaman, bir NTP zaman sunucusu aracılığıyla internetten alınır. Doğru saati görüntülemek için lütfen Saat Dilimi'ni bölgenize göre güncelleyin.

Farklı bir NTP zaman sunucusundan yararlanmak istiyorsanız, sağlanan alana yeni IP adresini girin.

Yeni ayarları kaydetmek için Kaydet düğmesine basmadan önce "Yapılandırmayı Güncelle" kutusunu işaretleyin.

NOT

Saat Dilimi değiştirilirken, yeni saat yalnızca bir sonraki zaman sorgusu sırasında doğru olarak ayarlanacaktır. Ünite, zamanı her 5 dakikada bir güncelleyecek şekilde ayarlanmıştır.

Zaman ayarı

Bazen, NTP zaman sunucusu her zaman sorgusuna yanıt vermeyebilir. Saatin NTP sunucusu üzerinden ayarlanması çok uzun sürerse, saati ve tarihi manuel olarak girebilirsiniz.

Yeni saat ve tarihi kaydetmek için Kaydet düğmesine basmadan önce "Saati Güncelle" kutusunu işaretleyin.

Zaman Senkronizasyonu

Sayfanın son kısmı, saatin NTP zaman sunucusu aracılığıyla en son ne zaman senkronize edildiğini gösterir.