Shtresa e re e sensorit IOT pa tel për sistemin e monitorimit të mjedisit në shtëpi: 5 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:20

Ky Instructable përshkruan një shtresë të sensorit pa tel me kosto më të ulët, të mundësuar nga bateria për Instructable tim të mëparshëm: LoRa IOT Home Environmental Monitoring System. Nëse nuk e keni parë tashmë këtë Instructable, ju rekomandoj të lexoni hyrjen për një përmbledhje të aftësive të sistemit të cilat tani janë shtrirë në këtë shtresë të re të sensorit.

Sistemi origjinal i monitorimit të mjedisit LoRa IOT Home arriti objektivat që i kisha vendosur kur u botua në prill 2017. Megjithatë, pasi përdor sistemin e monitorimit për disa muaj për të monitoruar temperaturën dhe lagështinë në çdo kat të shtëpisë, doja të shtoni 11 sensorë të tjerë në vende veçanërisht të cenueshme në shtëpi; duke përfshirë, gjashtë sensorë të vendosur strategjikisht në bodrum, sensorë në çdo banjo dhe një sensor në papafingo, lavanderi dhe kuzhinë.

Në vend që të shtoj më shumë sensorë të bazuar në LoRa nga Instructable të mëparshëm, të cilët janë disi të shtrenjtë dhe mundësohen përmes adaptuesve AC, vendosa të shtoj një shtresë me sensorë me kosto më të ulët, të funksionuar me bateri duke përdorur Transmetues të RF Link 434-MHz. Për të ruajtur përputhshmërinë me Sistemin ekzistues të Monitorimit të Mjedisit LoRa IOT Home, shtova një urë pa tel për të marrë paketat 434-MHz dhe për t'i ritransmetuar ato si pako LoRa në 915-MHz.

Shtresa e re e sensorit përbëhet nga nënsistemet e mëposhtëm:

1. Telekomandat pa tela 434 -MHz - sensorë të temperaturës dhe lagështisë të operuar me bateri
2. Wireless Bridge - Merr pako 434 -MHz dhe i ritransmeton ato si pako LoRa.

Telekomandat pa tela 434-MHz përdorin fuqi transmetimi më të ulët dhe protokolle më pak të fuqishëm në krahasim me radiot LoRa, kështu që vendndodhja e Urës Wireless në shtëpi është zgjedhur për të siguruar komunikim të besueshëm me të gjitha telekomandat pa tela 434-MHz. Përdorimi i Urës pa tela lejon që komunikimi me telekomandat pa tela 434-MHz të optimizohet pa vendosur ndonjë kufizim në vendin ku ndodhet LoRa IOT Gateway.

Telekomanda Wireless 434-MHz dhe Wireless Bridge janë ndërtuar duke përdorur module harduerike të disponueshme dhe disa përbërës individualë. Pjesët mund të merren nga Adafruit, Sparkfun dhe Digikey; në shumë raste, pjesët Adafruit dhe Sparkfun janë gjithashtu në dispozicion nga Digikey. Aftësitë kompetente të saldimit janë të nevojshme për të mbledhur harduerin, në veçanti, instalimet elektrike nga pika në pikë të telekomandave pa tela 434-MHz. Kodi Arduino është i komentuar mirë për të kuptuar dhe për të mundësuar zgjerimin e lehtë të funksionalitetit.

Objektivat e këtij projekti përfshinin sa vijon:

• Gjeni një teknologji wireless me kosto më të ulët të përshtatshme për mjediset shtëpiake.
• Zhvilloni një sensor pa tel të mundësuar nga bateria, i aftë të funksionojë për disa vite me një grup baterish.
• Nuk kërkohet asnjë modifikim i harduerit ose softuerit LoRa IOT Gateway nga udhëzuesi im i mëparshëm.

Kostoja totale e pjesëve për telekomandat pa tela 434-MHz, pa bateritë 3xAA, është 25 dollarë, nga të cilët sensori i temperaturës dhe lagështisë SHT31-D llogarit më shumë se gjysmën (14 dollarë).

Ashtu si me telekomandat LoRa nga Instructable im i mëparshëm, telekomandat pa tela 434-MHz marrin leximet e temperaturës dhe lagështisë dhe raportojnë në LoRa IOT Gateway, përmes Urës Wireless, çdo 10 minuta. Njëmbëdhjetë telekomandat pa tela 434-MHz u vunë në punë në dhjetor 2017 duke përdorur 3 bateri AA AA që siguronin nominalisht 4.5V. Leximet e baterisë nga njëmbëdhjetë sensorë në Dhjetor 2017 shkonin nga 4.57V në 4.71V, gjashtëmbëdhjetë muaj më vonë në maj 2019 leximet e baterisë shkonin nga 4.36V në 4.55V. Përdorimi i pjesëve me një gamë të gjerë të tensionit të funksionimit duhet të sigurojë funksionimin e sensorëve për një vit ose më shumë, duke iu nënshtruar ruajtjes së besueshmërisë së lidhjes RF pasi fuqia transmetuese zvogëlohet me tensione më të ulëta të baterisë.

Besueshmëria e shtresës së sensorit 434-MHz ka qenë e shkëlqyeshme në mjedisin tim shtëpiak. Shtresa e re e sensorit është e vendosur në 4, 200 SqFt të hapësirës së përfunduar dhe 1, 800 SqFt të hapësirës së papërfunduar të bodrumit. Sensorët ndahen nga Ura pa tela me një kombinim të 2 - 3 mureve të brendshme dhe dyshemesë/tavaneve. LoRa IOT Gateway nga Instructable im i mëparshëm dërgon një SMS Alert nëse komunikimi humbet me një sensor për më shumë se 60 minuta (6 raporte të humbura dhjetë minuta). Një sensor, në dyshemenë në një cep në skajin e bodrumit prapa kutive të grumbulluara, do të shkaktojë një alarm të humbur kontakti herë pas here, megjithatë, në të gjitha rastet komunikimi me sensorin rivendoset pa asnjë ndërhyrje.

Faleminderit që vizituat këtë udhëzues dhe ju lutemi shihni hapat e mëposhtëm për informacion të mëtejshëm.

1. Dizajni i sensorit pa tel të operuar me bateri
2. Pajisje në distancë me valë 434-MHz
3. Softuer në distancë me valë 434-MHz
4. Pajisje kompjuterike Wireless Bridge
5. Softuer i Urës pa tela

Hapi 1: Dizajni i sensorit pa tel të operuar me bateri

Dizajni për telekomandën pa tela 434-MHz përdor pjesët e mëposhtme:

• Mikrokontrolluesi AVtin 8-bitësh ATtiny85
• Sensirion SHT31 -D - Tabela e Ndarjes së Sensorit të Temperaturës dhe Lagështisë
• Transmetues lidhës RF Sparkfun 434-MHz
• Rezistencë 10K Ohm

Një nga vendimet e hershme të projektimit ishte shmangia e pajisjeve që kërkojnë rregullim 3.3V ose 5V, dhe përzgjedhja e pjesëve që funksionojnë në një gamë të gjerë të tensionit. Kjo eliminon nevojën për rregullatorë të tensionit të cilët janë tretës të energjisë në një dizajn të operuar me bateri dhe zgjat jetën e funksionimit të sensorëve pasi ato do të vazhdojnë të funksionojnë më gjatë pasi tensioni i baterisë të bjerë me kalimin e kohës. Gama e tensionit të funksionimit për pjesët e zgjedhura janë si më poshtë:

• ATtiny85: 2.7V në 5.5V
• SHT31-D: 2.4V deri 5.5V
• Lidhja RF Tx: 1.5V deri në 12V

Duke lejuar një diferencë, telekomandat pa tela 434-MHz duhet të funksionojnë në mënyrë funksionale deri në një tension të baterisë prej 3V. Siç është vërejtur tashmë, mbetet të shihet se sa mirë ruhet besueshmëria e lidhjes RF pasi fuqia transmetuese zvogëlohet me tensione më të ulëta të baterisë.

Vendimi u mor për të përdorur 3 bateri AA për të siguruar një tension fillestar nominal prej 4.5V. Pas 16 muajsh funksionimi, tensioni më i ulët i baterisë i matur është 4.36V.

Kohëmatësi i qenve të shikimit ATtiny85 (WDT) përdoret për të mbajtur telekomandën me valë 434-MHz në modalitetin e Fjetjes për shumicën e kohës. ATtiny85 zgjohet nga WDT çdo 8 sekonda për të shtuar një numërues prej 10 minutash; me arritjen e një intervali prej 10 minutash, merret një matje dhe një paketë e të dhënave transmetohet.

Për të minimizuar më tej konsumin e energjisë, Transmetuesi SHT31-D dhe RF Link mundësohen nga një pin dixhital i portës I/O në ATtiny85 të konfiguruar si dalje. Fuqia zbatohet kur kunja I/O drejtohet Lartë (1), dhe hiqet kur kunja I/O drejtohet e ulët (0). Përmes softuerit, fuqia aplikohet vetëm në këto pajisje periferike çdo 10 minuta për 1 - 2 sekonda ndërsa matjet po merren dhe transmetohen. Referojuni softuerit në distancë pa tel 434-MHz për përshkrimin e softuerit përkatës.

Komponenti i vetëm tjetër i përdorur në telekomandën me valë 434-MHz është një rezistencë 10K ohm e përdorur për të tërhequr kunjin Reset në ATtiny85.

Një dizajn i hershëm përdori një ndarës të tensionit rezistues në bateri për të mundësuar një kunj ADC në ATTINY85 për të matur tensionin e baterisë. Edhe pse i vogël, ky ndarës i tensionit vendosi një ngarkesë konstante në bateri. Disa kërkime zbuluan një truk që përdor tensionin e referencës së hendekut të brezit ATtiny85 të brendshëm 1.1V për të matur Vcc (tensionin e baterisë). Duke vendosur tensionin e referencës ADC në Vcc dhe duke marrë një matje të tensionit të brendshëm të referencës 1.1V, është e mundur të zgjidhet për Vcc. Tensioni i referencës i brendshëm 1.1V ATtiny85 është konstant për aq kohë sa Vcc> 3V. Referojuni softuerit në distancë pa tel 434-MHz për përshkrimin e softuerit përkatës.

Komunikimi midis ATtiny85 dhe SHT31-D bëhet përmes autobusit I2C. Bordi i shpërthimit Adafruit SHT31-D përfshin rezistorë tërheqës për autobusin I2C.

Komunikimi midis ATtiny85 dhe RF Link Transmitter bëhet nëpërmjet një kodi dixhital I/O të konfiguruar si dalje. RadioHead Packet Radio biblioteka RH_ASK përdoret për çelësin On-Off (OOK / ASK) transmetuesin e lidhjes RF përmes këtij kunji dixhital I / O.

Hapi 2: Pajisje pa tela në distancë 434-MHz

Lista e Pjesëve:

1 x Adboard me madhësi 1/4 Breadboard, Digikey PN 1528-1101-ND

1 x Mbajtës i baterisë 3 x qeliza AA, Digikey PN BC3AAW-ND

1 x Adafruit Sensiron SHT31-D Breakout Board, Digikey PN 1528-1540-ND

1 x Transmetues Sparkfun RF Link (434-MHz), Digikey PN 1568-1175-ND

1 x Mikrokontrollues ATtiny85, Digikey PN ATTINY85-20PU-ND

1 fole DIP me 8 kunja, Digikey PN AE10011-ND

1 x 10K ohm, Rezistencë 1/8W, Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6.75 / 17cm Gjatësi prej 18AWG Tela bakri të emaluar

1 x Copë kasetë me shkumë të dyanshme

18 / 45cm Teli i mbështjelljes së telit

Një prizë përdoret për ATtiny85 pasi programimi në qark nuk mbështetet.

Bordi i shpërthimit SHT31-D, transmetuesi i lidhjeve RF, foleja DIP me 8 kunja dhe tela antenash janë ngjitur në dërrasën e bukës siç tregohet në foton e mësipërme. Hiqeni smaltin nga 1/4 e telit të antenës 18AWG para se të bashkoni në dërrasën e bukës.

Rezistenca 10 ohm bashkohet në tabelën e bukës midis kunjave 1 dhe 8 të prizës DIP me 8 kunja.

Teli i mbështjelljes së telit ngjitet në pjesën e pasme të dërrasës së bukës për të bërë lidhjet midis përbërësve në përputhje me diagramin skematik të Telekomandës Wireless të treguar në hapin e mëparshëm.

Përfitimet pozitive dhe negative nga mbajtësi i baterisë ngjiten në një grup autobusësh "+" dhe "-", përkatësisht, në tabelën e bukës.

Telekomanda Wireless 434-MHz është testuar me Urën pa tela dhe Portën LoRa IOT. Telekomanda Wireless 434-MHz do të dërgojë menjëherë një pako sa herë që futen bateritë, dhe çdo 10 ~ minuta më pas. Me marrjen e një pakete pa tela nga shtresa e sensorit 434-MHz, LED jeshil në Uren pa tela pulson për 0.5 ~. Emri i stacionit, temperatura dhe lagështia duhet të shfaqen nga LoRa IOT Gateway nëse numri i stacionit Wireless Remote 434-MHz është dhënë në portë.

Pasi telekomanda të testohet në rregull me një ATtiny85 të programuar, një pjesë e shiritit të shkumëzuar të dyanshëm, të prerë në të njëjtën madhësi si dërrasa e bukës, përdoret për të bashkuar pllakën e gatshme të bukës në mbajtësen e baterisë.

Hapi 3: Softuer i telekomandës 434-MHz

Softueri 434-MHz Wireless Remote është i bashkangjitur me këtë hap dhe është i komentuar mirë.

Kam programuar mikrokontrolluesit ATtiny85 duke përdorur një Programues Sparkfun Tiny AVR dhe Arduino IDE. Sparkfun ka një mësim të gjerë se si të vendosni drejtues etj. Dhe si ta bëni programuesin të punojë me Arduino IDE.

Shtova një prizë ZIF (Zero Insertion Force) te Programuesi Tiny AVR për ta bërë më të lehtë shtimin dhe heqjen e patate të skuqura nga programuesi.

Hapi 4: Pajisjet kompjuterike Ura pa tela

Lista e Pjesëve:

1 x Arduino Uno R3, Digikey PN 1050-1024-ND

1 x Adafruit Proto Shield Arduino Stack V. R3, Digikey PN 1528-1207-ND

1 x Adafruit RFM9W LoRa Radio Transceiver Board (915-MHz), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Marrës i lidhjes Sparkfun RF (434-MHz), Digikey PN 1568-1173-ND

1 fole DIP me 8 kunja, Digikey PN AE10011-ND

6.75 / 17cm Gjatësi prej 18AWG Tela bakri të emaluar

3.25 / 8.5cm Gjatësia e telave të bakrit të emaluar 18AWG

Teli i mbështjelljes me tela 24 / 61cm

1 x kabllo USB A / MicroB, 3 ft, Adafruit PID 592

Furnizimi me energji 1 port 5 x 1A USB, Adafruit PID 501

Mblidhni mburojën e prototipit sipas udhëzimeve në Adafruit.com.

Montoni bordin e marrësit RFM95W LoRa sipas udhëzimeve në Adafruit.com. Gjatësia 3.25 " / 8.5cm e telit 18AWG përdoret për antenën dhe ngjitet drejtpërdrejt në tabelën e transmetuesit pasi të keni hequr 1/4" smalt nga tela.

Pritini me kujdes prizën DIP me 8 kunja në gjysmë gjatësi për të krijuar dy grupe prizash SIP me 4 kunja.

Ngjitini dy bazat SIP me 4 kunja në mburojën e prototipit siç tregohet. Këto do të përdoren për të futur Marrësin e RF Link, prandaj sigurohuni që ato janë në vrimat e duhura për t'u përputhur me Transmetuesin e RF Link para lidhjes.

Ngjitni bordin e marrësit RFM9W LoRa në mburojën e prototipimit siç tregohet.

Lidhjet e mëposhtme bëhen midis Arduino Uno dhe bordit të marrësit RFM9W duke përdorur tela mbështjellës me tela në anën e sipërme të bordit prototipues:

RFM9W G0 Arduino Digital I/O Pin 2, Biblioteka RadioHead përdor Interrupt 0 në këtë pin

Koka e RFM9W SCK Arduino ICSP, kunja 3

Titulli RFM9W MISO Arduino ICSP, kunja 1

Koka e RFM9W MOSI Arduino ICSP, pin 4

RFM9W CS Arduino Digital I/O Pin 8

RFM9W RST Arduino Digital I/O Pin 9

Lidhjet e mëposhtme bëhen në anën e poshtme të tabelës së prototipit:

RFM9W VIN Autobus 5V i prototipimit të bordit

RFM9W GND Autobusi i prototipimit të bordit tokësor (GND)

RF Link Rx Pin 1 (GND) Autobus prototipizimi i bordit tokësor (GND)

RF Link Rx Pin 2 (Të dhënat jashtë) Arduino Digital I/O Pin 6

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) Prototipizimi i bordit 5V autobus

Proto Board Green LED Arduino Digital I/O Pin 7

Informacioni i pin për marrësin e lidhjes RF është i disponueshëm në www.sparkfun.com.

Hiqeni smaltin nga 1/4 'e telit 6,75 të telit 18AWG dhe futeni në vrimën e bordit të prototipit menjëherë ngjitur me RF Link Rx Pin 8 (Antena). Pasi të futeni në vrimë, përkulni skajin e zhveshur mbi kontaktoni me RF Link Rx Pin 8 dhe lidheni atë në vend.

Programoni Arduino Uno me skicën e dhënë në hapin tjetër. Me rivendosjen ose ndezjen, LED jeshil do të ndizet dy herë për 0.5 sekonda. Me marrjen e një pakete pa tel nga shtresa e sensorit 434-MHz, LED jeshil ndizet për ~ 0.5s.

Hapi 5: Softueri i Urës Wireless

Softueri Wireless Bridge është i bashkangjitur me këtë hap dhe është i komentuar mirë.