Batériový senzor dverí a zámku, solárny, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

V tomto návode vám ukážem, ako som vyrobil senzor napájaný z batérie, ktorý monitoruje stav dverí a zámku v mojej vzdialenej kolíske. Mám sieťové napájanie, takže ho mám napájaný z batérie. Batéria sa nabíja malým solárnym panelom.

Modul je navrhnutý pre prevádzku s nízkym výkonom a beží na ESP-07S v hlbokom spánku, ktorý sa každú minútu prebudí a skontroluje polohu dverí a zámku. Keď sa však otvoria dvere, modul sa prebudí jednoduchým hardvérovým obvodom, aby sa okamžite odoslali informácie o otvorených dverách. Modul komunikuje prostredníctvom systému ESP-Now, v ktorom je prenosový čas veľmi krátky a vyžaduje iba malé množstvo energie.

Moja domáca automatizácia fungujúca na serveroch Openhab a Mosquitto spracováva správy a pošle mi alarmujúcu správu prostredníctvom telegramu, ak je alarm zapnutý.

Zásoby

Všetky komponenty sú zakúpené z Aliexpress.

• Modul ESP-07S je vybraný pre jednoduché pripojenie externej antény na zvýšenie dosahu ESP-Now.
• Doska nabíjačky TP4056 s ochranou batérie
• 18650 LiPo batéria
• Jazýčkový spínač (NIE na monitorovanie polohy dverí)
• Kontaktný spínač (poloha uzamknutia monitora)
• Solárny panel (6V, 0,6W)
• Tranzistory, odpory, diódy, konektory (pozri schému)

Krok 1: Hardvér

Zostavená schéma je zahrnutá ako obrázok. Najprv som prototypoval obvod na nepájivom poli. Potom som všetky komponenty spájkoval na doske perf.

Používam modul ESP-07S ESP8266, pretože má pripojenie pre externú anténu. Keďže je moja koláreň vonku, signál WiFi musí prechádzať betónovou stenou. Zistil som, že externá anténa výrazne zvyšuje dosah ESP-Now. Je to celkom logické, pretože ide o signál WiFi.

Na dverový senzor som použil jazýčkový spínač s Botn NO a NC prípojkami. Keď sú dvere zatvorené, magnet pripevnený k otváraniu otvára spínač. Modul kontroluje stav dverí a zámku každých 60 sekúnd, ale keď sa dvere otvoria, chcem byť okamžite informovaný, preto som implementoval resetovací obvod, pozri nižšie.

Pre senzor zámku som použil kontaktný spínač s Botn NO a NC prípojkami. Keď je zámok zatvorený, poistný kolík otvorí spínač. Senzor dverí a snímač zámku sú teda normálne otvorené (NIE).

Batéria sa nabíja pomocou nabíjacej dosky TP4056 s ochranou batérie pripevnenou k malému 6V solárnemu panelu.

Niektoré časti obvodu vysvetlím nižšie.

Resetovací obvod

Resetovací obvod s 2N7000 Mosfet je pripojený k resetovaciemu kolíku ESP8266. Ak sú dvere zatvorené, kontakt je otvorený, brána aj zdroj tranzistora sú vysoké a mosfet je vypnutý. Kondenzátor pripojený k bráne má kladný náboj. ESP8266 obsahuje GPIO12 ako VYSOKÝ = zatvorený.

Keď sa dvere otvoria, zdroj mosfetu je spojený so zemou. Pretože je brána vysoko, mosfet je zapnutý a potiahne resetovací kolík k zemi, čo má za následok resetovanie ESP8266. Kondenzátor sa vybije cez R7 a potom vypne mosfet. Nízky impulz 50 ms nájdete na obrázku môjho osciloskopu. Po pulze sa ESP8266 spustí. ESP8266 obsahuje GPIO12 ako LOW = otvorený.

Keď sú dvere opäť zatvorené, odpor R6 vytiahne zdroj a GPIO12 nahor.

Monitorovanie batérie

Napätie batérie sa číta pomocou napäťového deliča medzi VBat a GND. Nechcem však trvalé spojenie medzi VBat a GND, pretože to vybíja batériu. Preto som umiestnil mosfet P-kanála na vysokú stranu deliča napätia a brána mosfetu je vytiahnutá, takže mosfet je vypnutý. Iba vtedy, keď je hodnota GPIO14 nízka, je mosfet zapnutý a ESP8266 dokáže odpojiť napätie pomocou ADC.

Krok 2: Softvér

Modul ESP8266 je väčšinou v režime hlbokého spánku, aby šetril energiu.

Každých 60 sekúnd sa modul spustí s deaktivovaným WiFi a zmeria polohu zámku a dverí a skontroluje, či sa tieto polohy zmenili v porovnaní s hodnotami uloženými v pamäti RTC. Ak sa pozícia zmenila, modul minimálny čas spí a prebúdza sa s povolenou sieťou WiFi na odoslanie novej polohy prostredníctvom systému ESP-Now. A nové polohy sú samozrejme uložené v pamäti RTC. Ak sa nič nezmenilo, modul iba opäť spí a prebúdza sa s vypnutým WiFi.

Pozrite si môj ďalší návod, v ktorom vysvetlím, ako používam ESP-Now na prenos správ a ich transformáciu na správy MQTT.

Ak sa „obvod OTA“ručne uzavrie prepojkou, modul sa prebudí a pripojí sa k mojej sieti WiFi, aby počkal na aktualizáciu OTA prostredníctvom servera ESP8266HTTPUpdateServer.

Každých 30 minút sa zmeria a zverejní napätie batérie.

Funguje ako stavový stroj. Štáty sú definované v programe, ktorý je zverejnený na mojom Githube.

STATE_CHECK: prebuďte sa s vypnutým rádiom (WiFi vypnuté), skontrolujte, či sa niečo nezmenilo

STATE_INIT: prebuďte sa so zapnutým rádiom (zapnuté WiFi) a prenášajte stavy dverí a zámkov

STATE_DOOR: prebuďte sa so zapnutým rádiom a pri najbližšom spustení zverejnite stav dverí

STATE_LOCK: zobudte sa so zapnutým rádiom, pri najbližšom spustení zverejnite lockstate

STATE_VOLTAGE: prebuďte sa so zapnutým rádiom a pri najbližšom spustení zverejnite napätie

STATE_OTA 5: Prebudte sa so zapnutým rádiom, prejdite na režim OTA

Krok 3: Zostavte

Na zostavenie a demontáž svojho projektu používam skrutkové svorky a konektory DC samec/samica. Všetky diely som vložil do malého boxu ABS, viď obrázky. Diely som zapuzdril do Kaptonovej pásky na elektrickú izoláciu

Solárny panel pripájam pomocou vidlice DC (5,5 x 2,1) s diódou 1N5817, ktorá má nízke napätie vpred.

Jazýčkový spínač je prilepený v krabici a na dverách je v správnej polohe prilepený magnet.

Kontakt zámku sa zadáva zboku, viď obrázok.

Krok 4: Pracovný modul

Prijaté údaje číta moja domáca automatizácia Openhab. Páči sa mi to, môžem zverejniť súbory Openhab.

Sledujem:

• Napätie batérie (s vytrvalosťou, takže napätie v čase vidím v grafe).
• Polohy dverí a zámku.
• Časy, kedy sa pozícia zmenila.

Takýmto spôsobom, keď idem spať, ľahko vidím, či sú všetky kôlne zamknuté.

Na začiatku používania bola batéria nabitá za jasného dňa a približne po týždni bola batéria úplne nabitá. Teraz na jeseň je batéria nabitá. Modul je zrejme veľmi ekonomický a spotrebuje oveľa menej energie, ako generuje malý solárny panel. Silná batéria má pravdepodobne energiu na niekoľko mesiacov tmy. Pozrime sa, ako si modul počína túto zimu, keď je teplota v kôlni oveľa nižšia.