ESP8266-01 Inteligentný časovač IoT pre domácu automatizáciu: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

AKTUALIZÁCIE

2018-09-30: Firmvér aktualizovaný na Ver 1.09. Teraz so základnou podporou Sonoffa

1. 10. 2018: Na testovanie na ESP8266-01 s problémami je k dispozícii skúšobná verzia firmvéru 1.10

Keďže novými módnymi heslami sú internet vecí (IoT) a domáca automatizácia, rozhodol som sa pozrieť na aktuálne položky v mojom dome a okolo nich, ktoré sa ovládajú pomocou nejakého zariadenia. Položky, ktoré vynikli, sú tieto:

• Pumpa do bazéna
• Plnička vody v bazéne
• Bazén a okolité svetlá
• Osvetlenie skrinky televízneho/zábavného systému

Bežnou položkou používanou na ovládanie týchto zariadení sú štandardné časovače do zásuvky. Každé zariadenie je vybavené vlastným časovačom a všetky sú umiestnené na rôznych miestach. Pýtate sa, prečo som si teda vybral tieto položky na začiatku projektov internetu vecí alebo domácej automatizácie?

Žiť v Južnej Afrike znamená, že výpadky prúdu sú pravidelným javom. So štatistikami môjho domu som mal za posledný rok 35 výpadkov napájania, čo je spolu 40 hodín. Spravidla to nie je problém, pretože všetky aktuálne nainštalované časovače sú vybavené záložnou batériou na zaistenie času počas výpadku napájania. Existujú však niektoré problémy:

• Tieto záložné batérie vydržia iba rok alebo dva, potom je potrebné vymeniť časovač. Časovače sú konštruované tak, že časovač je potrebné zničiť, aby sa získal prístup k internej batérii Ni-Cad.
• Pri každom výpadku napájania je potrebné preprogramovať časovače s chybnými batériami a nastaviť čas.
• Fyzické umiestnenie časovača po zapojení do sieťovej zásuvky takmer znemožňuje čítanie LCD displejov a sledovanie časovača zhora. To znamená, že je potrebné odpojiť časovač, alebo si musím ľahnúť na podlahu, aby som mohol nastaviť alebo nastaviť časovače po výpadku napájania.

Z vyššie uvedených dôvodov som sa rozhodol otestovať možnosť nahradiť časovače inteligentným časovačom IoT, pripojeným k mojej miestnej domácej sieti.

Cieľom bolo navrhnúť samostatný časovač, ktorý by mohol:

• Automaticky upravovať aktuálny čas pomocou internetu (IoT)
• Funguje bez akýchkoľvek akcií používateľa (inteligentné)
• Zapnutie/vypnutie výstupu podľa nastavených časov (časovač)
• Programovateľné a ovládateľné prostredníctvom siete (domáca automatizácia)

Krok 1: Návrh ESP8266-01

Návrh bol vykonaný pomocou WiFi modulu ESP8266-01, pretože to som mal k dispozícii. V najjednoduchšej forme má ESP8266-01 štyri I/O piny:

• GPIO0
• GPIO2
• TX
• RX

Režimy zapnutia ESP8266-01

Logický stav I/O pinov sa používa na určenie, v akom režime sa ESP8266-01 spustí. Prvým krokom bolo určenie, ktoré z I/O pinov je možné použiť na pohon výstupného relé.

• Na normálne zapnutie musia byť GPIO0 a GPIO2 nastavené na logické VYSOKÉ. Je teda zrejmé, že tieto dva piny nie je možné použiť ako digitálny výstup.
• Kolík Tx je nastavený ako výstup pri zapnutí a výstup je nastavený na vysokú hodnotu. Tento pin Tx tiež prenáša niekoľko sériových dát počas napájania. Tento pin teda nemožno použiť ani ako výstup.

Jediným zostávajúcim kolíkom je kolík Rx. Tento kolík je nastavený ako vstup pri zapnutí a nemusí byť pri zapnutí vytiahnutý vysoko. Tento kolík je teda najvhodnejší na použitie ako výstupný kolík.

Spustiť

Aby sa zaistil správny režim spustenia ESP8266-01 počas napájania, pomocou 10K odporov sú vysoké kolíky vytiahnuté vysoko:

• GPIO0
• GPIO2
• RST
• CH_PD

To zaisťuje, že sa jednotka zakaždým správne spustí.

Výstupné relé

RX je jediný pin vhodný na použitie ako výstup. Tento kolík sa teda používa na pohon výstupného relé prostredníctvom tranzistora NPN. Boli pridané štandardné odpory zotrvačníka a tranzistorové základne.

Tlačidlo MODE/SET

Tlačidlo je pripojené k GPIO2 a keď je tlačidlo uvoľnené, 10K odpor vytiahne GPIO2 vysoko. Po stlačení tlačidla sa GPIO2 vytiahne na 0V.

Toto tlačidlo sa používa pre dve funkcie:

• Počiatočné nastavenie na pripojenie jednotky k miestnej sieti WiFi
• Ručné ovládanie výstupu počas bežných operácií

Indikačná LED dióda

LED dióda je pripojená k GPIO0 a indikuje nasledujúce:

• Pri prvom zapnutí bliká FAST na označenie režimu nastavenia WiFi
• Keď nie je nastavený čas jednotky, bliká pomaly
• indikuje stav zapnutia/vypnutia výstupného relé

Krok 2: Napájanie

Inteligentný časovač IoT budem používať na rôznych úrovniach napätia, preto sú k dispozícii dve možnosti napájania:

12 - 24V DC

Použitý menič DC-DC je vhodný pre napájanie až do 28V DC. Výstup prevodníka je nastaviteľný a je nastavený na 5V. To je potrebné urobiť pred pripojením modulu ESP8266.

Na ochranu pred prepólovaním na napájacom vstupe bola pridaná dióda.

220 V AC K tejto možnosti sa mi na eBay podarilo získať malý spínaný zdroj 220 V/5 V.

Bez ohľadu na vstupné napätie potrebuje inteligentný časovač IoT dva napájacie zdroje:

Lišta 5V

Pri oboch možnostiach je 5 V DC získavané zo spínaného napájacieho zdroja, a nie z lineárneho regulátora. To znamená, že zdrojom energie je minimálne teplo. 5 V slúži na pohon výstupného relé

Lišta 3.3V

3,3 V pre ESP8266-01 sa získava z regulátora ASM1117 3.3. ASM1117 3.3 je lineárny regulátor a môže pracovať až do 500mA. Vytvorené teplo však bude určené vstupným napätím do ASM1117. Aby sa znížilo teplo, je ASM1117 napájaný z 5V koľajnice.

Filtrovanie hluku

Na zníženie zvlnenia napätia na ESP8266-01 je lišta 3,3 V vybavená kondenzátorom 100 - 1 000uf. 5V aj 3,3V koľajnice sú tiež chránené pred vysokofrekvenčným rušením kondenzátormi 0,1 uF.

Krok 3: Zostavenie dosky PC

Doska PC bola navrhnutá pomocou bezplatnej verzie softvéru Eagle. Jedná sa o jednostrannú dosku, ktorú je možné ľahko vyrobiť doma pomocou metódy prenosu tonera.

Akonáhle je doska PC vyrobená, zostavte dosku PC v nasledujúcom poradí:

• Spájkujte regulátor ASM1117 a tri 0,1uf súčiastky SMD na spájkovaciu stranu dosky
• Pridajte jeden prepojovací mostík na komponentnú stranu dosky
• Spájkujte odpory a diódy na mieste
• Pridajte hlavičky pre modul ESP8266-01
• Pridajte kolíky záhlavia pre LED a tlačidlo
• Pridajte skrutkové svorky
• Pomocou kolíkových konektorov pripojte prevodník DC/DC k doske.
• Spájkujte relé na miesto
• Dosku dokončite spájkovaním tranzistora a kondenzátora 100uf.

Akonáhle sú všetky súčiastky spájkované na dosku, skontrolujte všetky spájkovacie body a zaistite, aby medzi skratkami neboli skraty.

! ! ! DÔLEŽITÁ POZNÁMKA ! ! ! Aby ste zaistili, že doska PC zvládne veľké prúdy na výstupných kontaktoch, naneste na koľaje medzi kontakty relé a skrutkové svorky slušné množstvo spájky

Krok 4: Testovanie dosky PC

! ! ! Pred použitím napájania! ! !

Vyberte modul ESP8266-01 z jednotky. Toto má zabrániť prehriatiu regulátora ASM1117 pred nastavením napájania 5V.

Po montáži nie je možné vykonať veľa testov. Najdôležitejším krokom je zaistenie správnych úrovní napätia.

• Na jednotku aplikujte 12 - 24V DC.
• Zmerajte výstupné napätie prevodníka DC/DC
• Nastavte výstup meniča na 5,0 až 5,5 V.
• Ďalej zmerajte napájanie 3,3 V.
• Ak je spotrebný materiál v poriadku, odpojte napájanie jednotky

Teraz môžete modul ESP8266-01 vložiť do poskytnutých hlavičiek.

! ! ! Poznámka ! !

Keď ste otestovali časovač IoT a fungoval, použite na pokrytie spájkovacej strany dosky PC číry lak. To zabráni oxidácii koľají a poskytne dodatočnú izoláciu medzi kontaktmi relé a zvyškom obvodu

Krok 5: Príloha

Kryt nie je taký dôležitý, pokiaľ do neho doska PC a všetky káble úhľadne a bezpečne zapadnú.

Aby bola konštrukcia jednoduchšia, vymyslel som kábel, ku ktorému je pripojené LED a tlačidlo MODE/SETUP. To mi poskytlo väčšiu flexibilitu pri montáži LED a tlačidla do krytu. Tento kábel je potom zapojený do konektora na doske PC.

Na fotografiách je zobrazená jedna z 12 V jednotiek používaných pre LED svetlá.

Krok 6: Programovanie ESP8266-01/NodeMCU

Na naprogramovanie ESP8266-01 musíte najskôr nastaviť Arduino IDE. Nebudem zachádzať do týchto podrobností, pretože na túto tému je k dispozícii veľa skvelých návodov. Vybral som nasledujúce odkazy na Instructables ako referenciu, bez konkrétneho poradia pre autorov. Ďakujem za ich individuálne pokyny.

Podľa tohto ESP8266 a Arduino IDE nastavte Arduino IDE pre modul ESP8266..

Ďalej budete potrebovať programátor na naprogramovanie ESP8266. Tu sú dva odkazy:

Použitie Arduino Uno

Programovacia rada pre domácich majstrov

Knižnice

Na zostavenie kódu budete musieť nainštalovať ďalšie knižnice. Opäť si pozrite tento návod:

Nainštalujte a používajte knižnice Arduino

Nemôžem si spomenúť, ktoré knižnice som musel nainštalovať, ale viem, že WiFiManager je potrebné stiahnuť osobitne.. Zahrnul som ich do súboru Libraries.zip.

Krok 7: Prvé nastavenie

Pri prvom použití musí byť inteligentný časovač IoT pripojený k sieti WiFi. Táto úloha sa vykonáva pomocou knižnice WiFiManager, takže do kódu nie je potrebné zadávať SSID ani heslá.

Postupujte podľa týchto niekoľkých krokov:

• Zapnite jednotku
• LED dióda začne rýchlo blikať
• Stlačte tlačidlo MODE/SETUP
• Keď LED dióda zhasne, tlačidlo uvoľnite
• Počkajte niekoľko sekúnd a potom otvorte pripojenie WiFi svojho smartfónu alebo zariadenia
• Bude viditeľné nové WiFi sieťové slovo s názvom IoT Timer
• Vyberte tento prístupový bod
• Prihláste sa do časovača IoT (nevyžaduje sa žiadne heslo)
• Počkajte, kým sa vaše zariadenie pripojí k sieti IoT Timer
• Otvorte ľubovoľný internetový prehliadač
• Do panela s adresou zadajte nasledujúcu adresu IP - 192.168.4.1
• Otvorí sa konzola WiFiManager
• Vyberte položku Konfigurovať WiFi
• Zobrazí sa zoznam dostupných bodov siete WiFi
• Vyberte požadovanú sieť WiFi a zadajte heslo
• Ďalej zadajte IP adresu, ktorú chcete použiť na pripojenie k časovaču IoT
• Zadajte IP adresu predvolenej brány a za ňou masku
• Po dokončení všetkých nastavení kliknite na tlačidlo Uložiť
• Otvorí sa nové okno na potvrdenie uloženia nových poverení
• Zatvorte prehliadač

Po uložení sa sieť IoT Timer vypne a jednotka sa pokúsi pripojiť k vašej sieti WiFi.

• Pripojte svoj smartphone alebo zariadenie k rovnakej sieti Wi -Fi, akú používa časovač IoT.
• Otvorte prehliadač
• Do panela s adresou zadajte IP adresu časovača IoT
• Otvorí sa konfiguračná stránka časovača IoT

Váš časovač IoT je teraz pripravený na použitie

Krok 8: Nastavenie časovača IoT

Vstavaná webová stránka časovača IoT pozostáva z piatich sekcií:

Postavenie

Toto zobrazuje názov zariadenia, ako aj aktuálny čas a stav výstupu časovača

V tejto časti je navyše nastavený prevádzkový režim časovača. Existujú tri režimy:

• Automatický výstup bude ovládaný rôznymi programami časovača
• Zapnuté - výstup je zapnutý a zostane zapnutý, kým sa režim nezmení
• Vypnuté - výstup je vynútený VYPNUTÝ a zostane vypnutý, kým sa režim nezmení.

Programy

Táto časť obsahuje časy zapnutia a vypnutia časovača. K dispozícii je sedem programov a každý program je možné nastaviť individuálne.

Pred zmenou nasledujúceho programu uložte všetky zmeny vykonané v aktuálnom programe stlačením tlačidla ULOŽIŤ.

Funkcia tlačidla

Tlačidlo MODE/SETUP je možné použiť na ovládanie výstupného relé počas normálnej prevádzky. Tu vyberte, čo má tlačidlo pri stlačení robiť.

Pred stlačením tlačidla Uložiť uložte nové nastavenia začiarknutím políčka „Funkcia tlačidla Aktualizovať“.

Konfigurácia

Tu môžete zmeniť názov časovača IoT. To uľahčuje identifikáciu medzi viacerými časovačmi.

Čas na jednotke sa získava z internetu prostredníctvom časového servera NTP. Ak chcete zobraziť správny čas, aktualizujte časové pásmo vo svojom regióne.

Ak chcete použiť iný časový server NTP, zadajte novú adresu IP na určené miesto.

Pred stlačením tlačidla Uložiť uložte nové nastavenia začiarknutím políčka „Aktualizovať konfiguráciu“.

POZNÁMKA

Pri zmene časového pásma bude nový čas nastavený iba správne počas nasledujúceho časového dotazu. Jednotka je nastavená na aktualizáciu času každých 5 minút.

Úprava času

Niekedy sa stane, že časový server NTP neodpovie na každý dotaz. Ak nastavovanie času prostredníctvom servera NTP trvá príliš dlho, môžete čas a dátum zadať ručne.

Pred stlačením tlačidla Uložiť začiarknite políčko „Aktualizovať čas“a uložte nový čas a dátum.

Synchronizácia času

Posledná časť stránky zobrazuje čas a dátum, kedy bol naposledy synchronizovaný čas prostredníctvom časového servera NTP.