Bateriově napájený kryt dveří a zámku, solární, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

V tomto Instructable vám ukážu, jak jsem vyrobil senzor napájený bateriemi, který monitoroval stav dveří a zámku v mé vzdálené kolárně. Mám síťové napájení, proto mám bateriové napájení. Baterie se nabíjí malým solárním panelem.

Modul je navržen pro provoz s nízkým výkonem a běží na ESP-07S v hlubokém spánku, který se každou minutu probouzí a kontroluje polohu dveří a zámku. Když jsou však dveře otevřeny, modul je probuzen jednoduchým hardwarovým obvodem, který okamžitě odešle informaci „otevřené dveře“. Modul komunikuje prostřednictvím ESP-Now, ve kterém je doba přenosu velmi krátká a vyžaduje pouze malé množství energie.

Moje domácí automatizace běžící na Openhab a Mosquitto zpracovává zprávy a odešle mi alarmující zprávu prostřednictvím Telegramu, pokud je alarm zapnutý.

Zásoby

Všechny komponenty jsou zakoupeny z Aliexpress.

• Modul ESP-07S je zvolen pro snadné připojení externí antény ke zvýšení dosahu ESP-Now.
• Deska nabíječky TP4056 s ochranou baterie
• 18650 LiPo baterie
• Jazýčkový spínač (NE pro sledování polohy dveří)
• Kontaktní spínač (poloha zámku monitoru)
• Solární panel (6V, 0,6W)
• Tranzistory, odpory, diody, konektory (viz schéma)

Krok 1: Hardware

Sestavené schéma je součástí obrázku. Nejprve jsem obvod prototypoval na prkénku. Poté jsem všechny součásti připájel na desku perf.

Používám modul ESP-07S ESP8266, protože má připojení pro externí anténu. Protože je moje kolárna venku, musí signál WiFi procházet betonovou zdí. Zjistil jsem, že externí anténa výrazně zvyšuje dosah ESP-Now. Docela logické, protože se jedná o signál WiFi.

Pro dveřní senzor jsem použil jazýčkový spínač s Botn NO a NC přípojkami. Když jsou dveře zavřené, spínač připojený k magnetu otevře spínač. Modul kontroluje stav dveří a zámku každých 60 sekund, ale když jsou dveře otevřeny, chci být okamžitě informován, proto jsem implementoval resetovací obvod, viz níže.

Pro senzor zámku jsem použil kontaktní spínač s Botn NO a NC přípojkami. Když je zámek zavřený, pojistný kolík otevře spínač. Senzor dveří i senzor zámku jsou tedy normálně otevřené (NE).

Baterie se nabíjí pomocí nabíjecí desky TP4056 s ochranou baterie připojenou k malému 6V solárnímu panelu.

Některé části obvodu vysvětlím níže.

Reset obvodu

Resetovací obvod s 2N7000 Mosfet je připojen k resetovacímu kolíku ESP8266. Pokud jsou dveře zavřené, kontakt je otevřený, brána i zdroj tranzistoru jsou vysoké a mosfet je vypnutý. Kondenzátor připojený k bráně má kladný náboj. ESP8266 obsahuje GPIO12 jako VYSOKÝ = uzavřený.

Když jsou dveře otevřeny, zdroj mosfetu je připojen k zemi. Protože je brána vysoko, mosfet je zapnutý a táhne resetovací kolík k zemi, což má za následek reset ESP8266. Kondenzátor se vybije přes R7 a poté vypne mosfet. Podívejte se na snímek obrazovky mého osciloskopu s nízkým pulsem 50 ms. Po pulsu se ESP8266 spustí. ESP8266 obsahuje GPIO12 jako LOW = otevřený.

Když jsou dveře znovu zavřené, odpor R6 táhne zdroj a GPIO12 nahoru.

Monitorování baterie

Napětí baterie se odečítá děličem napětí mezi VBat a GND. Nechci však trvalé spojení mezi VBat a GND, protože to vybíjí baterii. Proto jsem umístil mosfet P-kanálu na vysokou stranu děliče napětí a brána mosfetu je vytažena nahoru, takže mosfet je vypnutý. Pouze když je GPIO14 nízký, mosfet je zapnutý a ESP8266 může odpojit napětí pomocí ADC.

Krok 2: Software

Modul ESP8266 je většinou z důvodu úspory energie v režimu hlubokého spánku.

Každých 60 sekund se modul spustí s deaktivovaným WiFi a měří polohu zámku a dveří a kontroluje, zda se tyto polohy změnily ve srovnání s hodnotami uloženými v paměti RTC. Pokud se pozice změnila, modul po minimální dobu usne a probudí se s povoleným WiFi, aby mohl odeslat novou pozici přes ESP-Now. A nové pozice jsou samozřejmě uloženy v paměti RTC. Pokud se nic nezměnilo, modul jen znovu usne a probudí se s vypnutým WiFi.

Viz můj další Instructable, ve kterém vysvětlím, jak používám ESP-Now k přenosu zpráv a jejich transformaci na zprávy MQTT.

Pokud je 'obvod OTA' ručně uzavřen propojkou, modul se probudí a připojí se k mé WiFi síti a čeká na aktualizaci OTA prostřednictvím ESP8266HTTPUpdateServer.

Každých 30 minut se měří a zveřejňuje napětí baterie.

Funguje jako státní stroj. Stavy jsou definovány v programu, který je zveřejněn na mém Githubu.

STATE_CHECK: probuzení s vypnutým rádiem (WiFi vypnuto), jen zkontrolujte, zda se něco nezměnilo

STATE_INIT: probudit se zapnutým rádiem (WiFi zapnuto) a vyslat stav dveří a zámku

STATE_DOOR: probudit se zapnutým rádiem, publikovat doorstate při příštím spuštění

STATE_LOCK: probudit se zapnutým rádiem, publikovat lockstate při příštím spuštění

STATE_VOLTAGE: probuďte se zapnutým rádiem, příště uveďte napětí

STATE_OTA 5: probuďte se zapnutým rádiem, přejděte na režim OTA

Krok 3: Sestavte

Abych mohl svůj projekt sestavit a rozebrat, používám šroubové svorky a konektory DC samec/samice. Všechny díly jsem dal do malé krabičky ABS, viz obrázky. Zapouzdřil jsem součásti do Kaptonovy pásky pro elektrickou izolaci

Solární panel připojuji pomocí zástrčky DC (5,5 x 2,1) s diodou 1N5817, která má nízké dopředné napětí.

V krabici je nalepen jazýčkový spínač a na dveře je ve správné poloze nalepen magnet.

Kontakt zámku se zadává z boku, viz obrázek.

Krok 4: Pracovní modul

Přijatá data čte moje domácí automatizace Openhab. Líbí se mi, mohu zveřejňovat soubory Openhab.

Sleduji:

• Napětí baterie (s vytrvalostí, takže v průběhu času vidím napětí v grafu).
• Pozice dveří a zámku.
• Časy, kdy se pozice změnila.

Tímto způsobem, když jdu spát, snadno vidím, zda jsou všechny přístřešky zamčené.

Na začátku používání byla baterie nabitá za jasného dne a přibližně po týdnu byla baterie plně nabitá. Nyní na podzim zůstává baterie nabitá. Modul je podle všeho velmi ekonomický a využívá mnohem méně energie, než generuje malý solární panel. Silná baterie má pravděpodobně energii na několik měsíců tmy. Podívejme se, jak si modul vede tuto zimu, kdy je teplota v kůlně mnohem nižší.