Sıcaklık ve Nem Monitörü: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

Bu talimatta size oturma odanız için kendi sıcaklık ve nem monitörünüzü nasıl yapacağınızı göstereceğim. Cihaz ayrıca, uzak bir sunucudaki (örneğin bir Raspberry Pi) verileri günlüğe kaydetmek ve daha sonra basit bir web arayüzü aracılığıyla erişmek amacıyla WiFi özelliklerine sahiptir.

Cihazın ana parçaları ESP8266 mikrodenetleyici, DHT11 sıcaklık ve nem sensörü ve 16x4 karakter LCD'dir. Proje tamamen açık kaynaklıdır, bu nedenle muhafaza için şematik, pano düzeni ve tasarım dosyalarını indirmekten ve istediğiniz değişiklikleri yapmaktan çekinmeyin.

Adım 1: Araçlar ve Parçalar

Monitörü oluşturmak için aşağıdaki parçalara ihtiyacınız olacak:

1 x ESP-12F [2€] - Bildiğim kadarıyla ESP-12E ve ESP-12F temelde aynıdır, tek fark ESP-12F'nin daha iyi bir antene sahip olmasıdır.

1 x DHT11 Sıcaklık ve Nem Sensörü [0.80€] - DHT22 de çalışacak ancak muhafazanın 3D modelinde bazı değişiklikler yapılması gerekecek, DHT22 de biraz daha pahalı.

1 x 16x4 Karakter LCD 5V [3.30€] - Evet, PCB tasarlandığından 5V'a ihtiyacınız olacak, böylece LCD voltaj regülatörü yerine doğrudan 5V'dan güç alacak. Bu, voltaj regülatöründeki yükü azaltmak için ama aynı zamanda 5V ekranların daha ucuz olma eğiliminde olduğu için yapıldı. Ancak endişelenmeyin, ESP8266 3.3V'de çalışsa bile yine de gayet iyi çalışacaktır.

1 x LD1117V33 SMD Voltaj Regülatörü, LD33 olarak da bilinir (SOT223 paketi) [0,80€]

1 x 100nF Seramik SMD Kondansatör (0603 paket)

1 x 10uF Tantal SMD Kondansatör (3528 paket)

1 x 10K SMD Direnç (0805 paket)

1 x 10K Düzeltici Pot (Delikten)

1 x 47Ω SMD Direnci (0805 paket) - Bu sadece LCD'nin arka ışığına giden akımı sınırlamak içindir. Farklı direnç değerleriyle deneme yapmaktan çekinmeyin ve tercih ettiğiniz yoğunluğu seçin.

1 x SMD Anlık Anahtar [0.80€] - Benim kullandığım özellikle şudur, ancak aynı ayak izi ile istediğiniz herhangi bir anlık anahtarı kullanabilirsiniz. Aynı anahtarları eBay'de birden fazla alarak daha ucuza bulabildim.

1 x 5.5x2.1mm DC Jakı (Panel montajı) [0.50€] - Kullandığım 8mm panel kesme çapına ve 9mm uzunluğa sahip. "Panel Mount DC Jakı" aranarak eBay'de kolayca bulunabilir (ekli resme bakın).

1 x 2.54mm (100mil) 40-pin Erkek Pin Başlığı (Delikten)

1 x 2.54mm (100mil) 40-pin İşlenmiş Dişi Pin Başlığı (Delikten)

1 x 2.54mm (100mil) Jumper - Bilgisayar anakartlarında kullanılanlarla aynı.

4 x M3 8mm Cıvata

4 x M3 4x4mm Dişli Uçlar - eBay'de "M3 Presli Pirinç Bakır Uçlar" aranarak kolayca bulunabilirler (ekli resme bakın).

4 x M2 12mm Cıvata

4 x M2 Somun

1 x USB Tip A - 5.5x2.1mm DC Fiş Kablosu [1.5€] - Bu, cihazınızı standart bir telefon şarj cihazından veya USB bağlantı noktasına sahip hemen hemen her bilgisayardan çalıştırmanıza olanak tanır. Cihaz yalnızca 300mA en kötü durum ve ortalama 250mA çekiyor, bu nedenle bir USB 2.0 bağlantı noktası bile yeterli.

1 x PCB - Kart kalınlığı kritik değildir, bu nedenle çoğu PCB üreticisinde genellikle en ucuz seçenek olan 1,6 mm'yi seçin.

3 x Örgülü Tel Parçası (her biri yaklaşık 60 mm)

3 x Isıyla Daralan Makaron Parçası (her biri yaklaşık 10 mm)

Ve aşağıdaki araçlar:

Havya

USB'den Seri Dönüştürücüye - Kartta ESP8266'yı programlamak için buna ihtiyacınız olacak.

Yıldız Tornavida ve/veya Altıgen Anahtar - Kullanacağınız vidaların türüne bağlı olarak.

3D Yazıcı - Bir 3D yazıcıya erişiminiz yoksa, her zaman genel bir plastik proje kutusu kullanabilir ve bir Dremel ile kesikleri kendiniz yapabilirsiniz. Böyle bir kutu için minimum iç boyutların 24 mm yükseklik, 94 mm uzunluk ve 66 mm genişlik olması gerekir. Ayrıca LCD'yi monte etmek için 8 mm M2 ayırıcılar kullanmanız gerekecektir.

Dremel - Yalnızca 3D baskılı muhafazayı tercih etmiyorsanız gereklidir.

Adım 2: PCB'yi Yapmak

İlk adım PCB'yi yapmaktır. Bunu, kendiniz kazıyarak veya en sevdiğiniz PCB üreticisinin web sitesine giderek sipariş vererek yapabilirsiniz. Pano düzeninde herhangi bir değişiklik yapmayı düşünmüyorsanız, bu adımda ekli gerber dosyalarını içeren ZIP dosyasını alıp doğrudan üreticiye gönderebilirsiniz. Yine de değişiklik yapmak isterseniz KiCAD şematik ve pano yerleşim dosyalarına buradan ulaşabilirsiniz.

Ellerinizi panoların üzerine getirdikten sonra, bileşenleri lehimlemenin zamanı geldi. Bu oldukça basit olmalı, ancak dikkat edilmesi gereken birkaç şey var. İlk olarak, henüz LCD başlığındaki PCB'yi lehimlemeye devam etmeyin, muhafazanın tasarlanma şeklinden dolayı bunun son montaj sırasında yapılması gerekecektir. Kendi kasanızı yapıyorsanız, bu tavsiyeyi görmezden gelmekten çekinmeyin.

U3 konektörü, DHT11 sensörünün bağlanacağı yerdir. İdeal olarak, bu amaç için 90° açılı işlenmiş dişi pin başlığı kullanmalısınız. Ama eğer benden hoşlanmıyorsan, düz bir tane al ve kendin bük. Daha sonra yaparsanız, DHT11'in uçları da biraz kısa olacak, bu nedenle bazı uzantıları lehimlemeniz gerekecek. Bağlandıktan sonra pim başlığı ile sensör arasındaki mesafenin kabaca 5 mm olması gerekir.

İşlenmiş bir pim başlığı kullanmak istemenizin nedeni, deliklerin normal dişi pim başlıklarına kıyasla daha küçük olmasıdır. Böylece, sensörün uçları oraya sıkıca oturarak sağlam bir bağlantı oluşturabilir. Ancak DHT11'i bir parça erkek pin başlığına lehimlemeyi deneyebilir ve bu şekilde normal açılı dişi pin başlığına bağlayabilirsiniz, bu da aynı şekilde çalışması gerekir.

Adım 3: Muhafazanın Yapılması

Artık PCB lehimlendiğine göre, muhafazayı yapma zamanı. Baskı yapılması gereken iki farklı parça vardır, kasanın ana gövdesi ve kapak. Kapak ayrıca duvarınıza takmak için montaj deliklerine sahiptir.

Her iki parça da 0,2 mm katman yüksekliğinde standart 0,4 mm nozülle basılabilir, benim durumumda baskı süresi her iki parçanın birleşimi için yaklaşık 4 saatti. Kapak, muhafazanın ana parçası için herhangi bir desteğe ihtiyaç duymaz, ancak esas olarak vida yuvalarının altındaki kısım için yapar. Baskıdan sonra destekleri çıkarırken çok dikkatli olun, bunu yaparken LCD'nin boşluklarından birini kırmayı başardım ve tekrar süper yapıştırıcı ile yapıştırmak zorunda kaldım.

Muhafaza FreeCAD'de tasarlanmıştır, bu nedenle herhangi bir değişiklik yapmak istiyorsanız, oldukça basit olmalıdır. Muhafazayı yazdırmak için STL dosyaları ve FreeCAD tasarım dosyaları Thingiverse'de bulunabilir.

Adım 4: Monitörü Birleştirme

Muhafaza yazdırıldığında, her şeyi bir araya getirme zamanı. İlk olarak, LCD'yi kasanın içine yerleştirin ve sola kaydırın, böylece sensör deliği ile ekran arasında bir boşluk olacaktır.

Ardından, PCB'yi, sensör zaten pin başlığına takılıyken üstüne yerleştirin.

Bundan sonra, sensörü deliğe itin, LCD'yi yerine kaydırın ve PCB'yi pin başlığına yerleştirin. Şimdi M2 somun ve cıvatalarını kullanarak LCD'yi yerine sabitleyin ve PCB'yi pim başlığına lehimleyin.

Ardından, güç girişini yerine yerleştirin, bazı kabloları ona takın ve diğer uçlarını PCB'ye lehimleyin. Burada bir miktar ısıyla daralan makaron kullanılması da iyi bir fikir olacaktır.

Son adım, kapağın M3 cıvatalarla vidalanabilmesi için metal dişli ekleri takmaktır. Bu amaçla, deliklere itilebilmeleri için havyanızı ısıtmak için kullanmanız gerekir. 3D baskılarınıza metal iplikler ekleme hakkında daha fazla bilgiye ihtiyacınız varsa bu talimata göz atabilirsiniz.

Adım 5: Sunucuyu Kurma

Firmware'i ESP8266'ya yüklemeden önce yapılması gereken bir şey daha var, cihaz tarafından alınan verileri günlüğe kaydetmek için bir sunucu kurmak. Bu amaçla, özel ağınızdaki bir Raspberry Pi'den bir DigitalOcean damlacığına kadar hemen hemen istediğiniz herhangi bir Linux makinesini kullanabilirsiniz. Daha sonra gittim, ancak ne seçerseniz seçin süreç hemen hemen aynı.

Apache, MySQL (MariaDB) ve PHP Kurulumu

İlk olarak LAMP kurulumunu yapmamız, yani sunucuya Apache, MySQL (MariaDB) ve PHP kurmamız gerekiyor. Bunun için dağıtımınızın paket yöneticisini kullanmanız gerekecek, örnek uğruna Raspbian da dahil olmak üzere hemen hemen tüm Debian tabanlı dağıtımlar tarafından kullanılan paket yöneticisi olan apt kullanacağım.

sudo uygun güncelleme

sudo apt apache2 yüklemek mysql-sunucu mysql-client php libapache2-mod-php php-mysql

Bu yapıldıktan sonra, sunucunuzun IP adresini tarayıcınızın adres çubuğuna koyarsanız, Apache'nin varsayılan sayfasını görebilmeniz gerekir.

Veritabanını ayarlama

Şimdi verileri kaydetmek için bir veritabanına ihtiyacımız var. İlk önce çalıştırarak MySQL'e root olarak bağlanın, sudo mysql

Veritabanını ve ona erişimi olan bir kullanıcıyı aşağıdaki gibi oluşturun, CREATE DATABASE `sensörleri`

'sensörleri' KULLANIN; CREATE TABLE `sıcaklık' (`id` bigint(20) NULL DEĞİL AUTO_INCREMENT, `client_id` smallint(6) DEĞİL NULL, `value` smallint(6) NULL DEĞİL, `created_at' zaman damgası NULL DEĞİL VARSAYILAN AKIM_ZAMAN DAYANIMI, BİRİNCİL ANAHTAR (` id`)) MOTOR=InnoDB; CREATE TABLE `nem` (`id` bigint(20) NULL DEĞİL AUTO_INCREMENT, `client_id` smallint(6) DEĞİL NULL, `value` smallint(6) NULL DEĞİL, `created_at' zaman damgası NULL DEĞİL VARSAYILAN CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY ANAHTAR (` id`)) MOTOR=InnoDB; '[parola]' TARAFINDAN TANIMLANAN '[kullanıcı adı]'@'localhost' KULLANICI OLUŞTURUN; 'Sensörler' ÜZERİNE TÜM AYRICALIKLARI VERİN.* 'sensörlere'@'localhost'; ÇIKIŞ

[kullanıcı adı] ve [parola] öğelerini, beğendiğiniz MySQL kullanıcısı için gerçek kullanıcı adı ve parolayla değiştirdiğinizden emin olun. Ayrıca, bir sonraki adım için onlara ihtiyacınız olacağından bunları not edin.

Günlüğe kaydetme ve web arabirimi komut dosyalarını yapılandırma

Apache'nin varsayılan sanal ana bilgisayarının belge kökü olan /var/www/html dizinine geçin, varsayılan web sayfasını içeren HTML dosyasını silin ve içindeki günlük ve web arayüzü komut dosyalarını indirin.

cd /var/www/html

sudo rm index.html sudo wget https://raw.githubusercontent.com/magkopian/esp-arduino-temp-monitor/master/server/log.php sudo wget https://raw.githubusercontent.com/magkopian/esp- arduino-temp-monitor/master/server/index.php

Şimdi günlük komut dosyasını nano kullanarak düzenleyin, sudo nano log.php

[kullanıcı adı] ve [parola]'yı, önceki adımda oluşturduğunuz MySQL kullanıcısının kullanıcı adı ve şifresiyle değiştirmeniz gerekecektir. Ayrıca, [istemci anahtarı]'nı benzersiz bir dizeyle değiştirin ve not alın. Bu, monitörün kendisini sunucuda doğrulayabilmesi için bir parola olarak kullanılacaktır.

Son olarak, index.php dosyasını nano ile düzenleyin, sudo nano index.php

ve [kullanıcı adı] ve [parola]'yı, günlük kaydı komut dosyasında yaptığınız gibi MySQL kullanıcısının kullanıcı adı ve parolasıyla değiştirin.

HTTPS'yi kurma (İsteğe bağlı)

Bu isteğe bağlı olabilir, ancak ESP8266 ile sunucu arasındaki bağlantı İnternet üzerinden ise biraz şifreleme kullanılması şiddetle tavsiye edilir.

Ne yazık ki, sertifika almak için Let's Encrypt gibi bir şey kullanamazsınız. Bunun nedeni, en azından yazının yazıldığı sırada, ESP8266 için HTTP istemci kitaplığının, http.begin() çağrılırken ikinci bir argüman olarak sertifika parmak izinin sağlanmasını gerektirmesidir. Bu, Let's Encrypt gibi bir şey kullanırsanız, her yenilemeden sonra sertifika parmak izini güncellemek için üretici yazılımını her 3 ayda bir çipe yeniden yüklemeniz gerektiği anlamına gelir.

Bunu aşmanın bir yolu, çok uzun bir süre sonra (örneğin 10 yıl) sona erecek kendinden imzalı bir sertifika oluşturmak ve günlük komut dosyasını kendi alt etki alanıyla kendi sanal ana bilgisayarında tutmak olacaktır. Bu şekilde, güvenilir bir yetkiliden uygun bir sertifika kullanacak olan ayrı bir alt etki alanındaki verilere erişmek için web arayüzüne sahip olabilirsiniz. Bu durumda kendinden imzalı bir sertifikanın kullanımı bir güvenlik sorunu değildir, çünkü sertifikanın onu benzersiz şekilde tanımlayan parmak izi donanım yazılımına sabit kodlanmış olacaktır ve sertifika yalnızca ESP8266 tarafından kullanılacaktır.

Başlamadan önce, zaten bir alan adına sahip olduğunuzu ve bunun üzerinde alt alan adları oluşturabileceğinizi varsayacağım. Yani 10 yıl sonra süresi dolan bir sertifika oluşturmak için aşağıdaki komutu çalıştırın ve soruları cevaplayın.

sudo openssl req -x509 -nodes -days 3650 -newkey rsa:2048 -keyout /etc/ssl/private/sensors.key -out /etc/ssl/certs/sensors.crt

Bu kendinden imzalı bir sertifika olduğundan, Ortak Ad isteyen soru dışında çoğu soruda yanıtladığınız şey çok fazla önemli değildir. Bu sanal ana bilgisayar için kullanılacak tam alt etki alanını sağlamanız gereken yer burasıdır. Burada vereceğiniz alt etki alanı, daha sonra sanal ana bilgisayar yapılandırmanızda belirleyeceğiniz SunucuAdı ile aynı olmalıdır.

Ardından yeni bir sanal ana bilgisayar yapılandırması oluşturun, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-ssl.conf

aşağıdaki içeriklerle, SunucuAdı [alt etki alanı] DocumentRoot /var/www/sensors SSLEngine ON SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/sensors.key SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/sensors.crt Seçenekler +FollowSymlinks -Indexs AllowOverride $APLORG_AP-ACor error-ssl.log CustomLog ${APACHE_LOG_DIR}/sensors-access-ssl.log birleştirildi

Yine, [alt etki alanını] sertifikayla kullandığınız aynı alt etki alanıyla değiştirdiğinizden emin olun. Bu noktada Apache'nin varsayılan sanal ana bilgisayarını devre dışı bırakmanız gerekecek, sudo a2dissite 000-varsayılan

belge kök dizininin adını değiştirin, sudo mv /var/www/html /var/www/sensörler

ve son olarak yeni sanal ana bilgisayarı etkinleştirin ve Apache'yi yeniden başlatın, sudo a2ensite sensörleri-ssl

sudo systemctl apache2'yi yeniden başlat

Yapılması gereken son şey, sertifikanın parmak izini almaktır, çünkü bunu üretici yazılımı kodunda kullanmanız gerekecektir.

openssl x509 -noout -parmak izi -sha1 -pem'i bilgilendirin -in /etc/ssl/certs/sensors.crt

http.begin(), parmak izinin baytları arasındaki sınırlayıcıların boşluk olmasını bekler, bu nedenle, kodunuzda kullanmadan önce iki nokta üst üste işaretlerini boşluklarla değiştirmeniz gerekir.

Şimdi, web arayüzü için kendinden imzalı bir sertifika kullanmak istemiyorsanız, yeni bir alt etki alanı kurun ve yeni bir sanal ana bilgisayar yapılandırması oluşturun, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-web-ssl.conf

aşağıdaki içeriklerle, SunucuAdı [alt etki alanı] DocumentRoot /var/www/sensors #SSLEngine ON #SSLCertificateFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain]/cert.pem #SSLCertificateKeyFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain]/privkey.pem #SSLCertificate /letsencrypt/live/[subdomain]/chain.pem Seçenekler +FollowSymlinks -Indexs AllowOverride All ErrorLog ${APACHE_LOG_DIR}/sensors-web-error-ssl.log CustomLog ${APACHE_LOG_DIR}/sensors-web-access-ssl.log

[Alt etki alanını] web arayüzü için kurduğunuz alt etki alanı ile değiştirdiğinizden emin olun. Ardından yeni sanal ana bilgisayarı etkinleştirin, Apache'yi yeniden başlatın, certbot'u kurun ve Let's Encrypt'ten yeni alt etki alanı için bir sertifika alın, sudo a2ensite sensörleri-web-ssl

sudo systemctl apache2'yi yeniden başlat sudo apt güncellemesi sudo apt kurulum sertifikası sudo sertifika sertifikası --apache -d [alt etki alanı]

Sertifikayı aldıktan sonra, SSLEngine, SSLCertificateFile, SSLCertificateKeyFile ve SSLCertificateChainFile satırlarının yorumunu kaldırmak için sanal ana bilgisayar yapılandırmasını yeniden düzenleyin ve Apache'yi yeniden başlatın.

Ve şimdi, ESP8266'dan sunucuya veri göndermek için kendinden imzalı sertifikayı kullanan ilk alt etki alanını, ikincisini ise tarayıcınızdan web arayüzüne erişmek için kullanabilirsiniz. Certbot ayrıca, varsayılan olarak etkinleştirilmesi gereken bir systemd zamanlayıcı kullanarak Let's Encrypt sertifikanızı her 3 ayda bir otomatik olarak yenilemekle ilgilenecektir.

Adım 6: ESP8266'nın Programlanması

Son olarak, geriye kalan tek şey, bellenimi mikrodenetleyiciye yüklemektir. Bunu yapmak için, bellenimin kaynak kodunu buradan indirin ve Arduino IDE kullanarak açın. [SSID] ve [Parola]'yı WiFi ağınızın gerçek SSID'si ve parolasıyla değiştirmeniz gerekecektir. Ayrıca sprintf işlev çağrısındaki [İstemci Kimliği] ve [İstemci Anahtarı]'nı sunucudaki PHP betiğinde kullandıklarınızla değiştirmeniz gerekir. Son olarak, [Ana Bilgisayar]'ı sunucunun etki alanı adı veya IP adresi ile değiştirmeniz gerekecektir. HTTPS kullanıyorsanız, http.begin() işlev çağrısında ikinci bir argüman olarak sertifikanızın parmak izini de sağlamanız gerekir. Sertifikanın parmak izinin nasıl alınacağını bir önceki adımda "HTTPS Kurulumu" bölümünde anlatmıştım.

Ardından, henüz yapmadıysanız, Arduino IDE'nin Yönetim Kurulu Yöneticisini kullanarak ESP8266 Topluluk çekirdek paketini yüklemeniz gerekecek. Bu yapıldıktan sonra, panolar menüsünden NodeMCU 1.0'ı (ESP-12E Modülü) seçin. Ardından, Kütüphane Yöneticisini kullanarak SimpleDHT kitaplığını kurmanız gerekecek. Son olarak, kodun hatasız derlendiğinden emin olmak için IDE pencerenizin sol üst köşesindeki Doğrula düğmesine basın.

Ve şimdi nihayet bellenimi mikrodenetleyiciye yakmanın zamanı geldi. Bunu yapmak için JP1 atlama telini sağa hareket ettirin, böylece ESP8266'nın GPIO0'ı toprağa bağlanacak ve bu da programlama modunu etkinleştirecektir. Ardından, atlama kablolarını kullanarak USB'nizi seri dönüştürücüye P1 olarak etiketlenmiş programlama başlığına bağlayın. Programlama başlığının pin 1'i topraklıdır, pin 2 ESP8266'nın alma pinidir ve pin 3 iletir. USB'nizi seri dönüştürücüye iletmek için ESP8266'nın alımına, alıcıya iletime ve tabii ki topraktan toprağa ihtiyacınız var.

Son olarak, USB - DC jak kablonuzu kullanarak cihazı 5V ile çalıştırın ve USB - seri dönüştürücüyü bilgisayarınıza bağlayın. Artık IDE'nizdeki araçlar menüsünü açar açmaz ESP8266'nın bağlı olduğu sanal seri bağlantı noktasını görebilmeniz gerekir. Şimdi, sadece Yükle düğmesine basın ve hepsi bu! Her şey beklendiği gibi gittiyse, cihazın LCD ekranında sıcaklık ve nem değerlerini görebilmeniz gerekir. ESP8266 ağınıza bağlandıktan ve sunucu ile iletişim kurmaya başladıktan sonra, ekranda güncel tarih ve saat de görünmelidir.

Birkaç saat sonra, sunucu iyi miktarda veri topladıktan sonra, http(s)://[host]/index.php?client_id=[client id] adresini ziyaret ederek sıcaklık ve nem çizelgelerini görebilmelisiniz. Burada [host], sunucunuzun IP adresi veya web arayüzü için kullandığınız alt etki alanıdır ve [client id], varsayılan değerine bırakırsanız 1 olması gereken cihazın istemci kimliğidir.