Cảm biến cửa và khóa được cung cấp năng lượng bằng pin, năng lượng mặt trời, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi chỉ cho bạn cách tôi tạo một cảm biến chạy bằng pin để theo dõi tình trạng cửa và khóa của kho xe đạp từ xa của tôi. Tôi không có nguồn điện chính, vì vậy tôi có nguồn điện bằng pin. Pin được sạc bằng một tấm pin mặt trời nhỏ.

Mô-đun được thiết kế để hoạt động với công suất thấp và chạy trên ESP-07S ở chế độ ngủ sâu, nó sẽ thức dậy và kiểm tra vị trí cửa và khóa mỗi phút. Tuy nhiên, khi cửa được mở, mô-đun được đánh thức bởi một mạch phần cứng đơn giản để gửi ngay thông tin 'cửa mở'. Mô-đun giao tiếp thông qua ESP-Now, trong đó thời gian truyền rất ngắn, chỉ cần một lượng nhỏ năng lượng.

Tính năng tự động hóa trong nhà của tôi chạy trên Openhab và Mosquitto xử lý các tin nhắn và gửi tin nhắn báo động của tôi qua Telegram nếu báo thức được bật.

Quân nhu

Tất cả các thành phần được mua từ Aliexpress.

• Mô-đun ESP-07S được chọn để kết nối dễ dàng với ăng-ten bên ngoài nhằm tăng phạm vi ESP-Now.
• Bo mạch sạc TP4056 có bảo vệ pin
• Pin 18650 LiPo
• Công tắc cây lau (KHÔNG để giám sát vị trí cửa)
• Công tắc tiếp điểm (vị trí khóa màn hình)
• Bảng điều khiển năng lượng mặt trời (6V, 0,6W)
• Bóng bán dẫn, điện trở, diode, đầu nối (xem sơ đồ)

Bước 1: Phần cứng

Sơ đồ nguyên bản được bao gồm dưới dạng hình ảnh. Đầu tiên tôi đã tạo nguyên mẫu mạch trên một breadboard. Sau đó, tôi hàn tất cả các thành phần trên một bo mạch hoàn hảo.

Tôi sử dụng mô-đun ESP-07S ESP8266 vì nó có kết nối với ăng-ten bên ngoài. Vì nhà để xe đạp của tôi ở bên ngoài, nên tín hiệu WiFi cần phải đi qua một bức tường bê tông. Tôi phát hiện ra rằng một ăng-ten bên ngoài làm tăng mạnh phạm vi của ESP-Now. Khá hợp lý, vì nó là tín hiệu WiFi.

Đối với cảm biến cửa, tôi đã sử dụng một công tắc sậy với các kết nối botn NO và NC. Khi cánh cửa đóng lại, một nam châm gắn vào công tắc sẽ mở ra. Mô-đun kiểm tra trạng thái cửa và khóa sau mỗi 60 giây, tuy nhiên, khi cửa được mở, tôi muốn được thông báo ngay lập tức, vì vậy tôi đã thực hiện một mạch đặt lại, xem bên dưới.

Đối với cảm biến khóa, tôi đã sử dụng một công tắc tiếp xúc với các kết nối botn NO và NC. Khi khóa được đóng, chốt khóa sẽ mở công tắc. Vì vậy, cả cảm biến cửa và cảm biến khóa đều mở bình thường (KHÔNG).

Pin được sạc qua bảng sạc TP4056 với bộ bảo vệ pin được gắn vào bảng năng lượng mặt trời 6V nhỏ.

Tôi sẽ giải thích một số phần của mạch bên dưới.

Đặt lại mạch

Mạch đặt lại với 2N7000 Mosfet được kết nối với chân đặt lại của ESP8266. Nếu đóng cửa, tiếp điểm mở thì cả cổng và nguồn của transistor đều ở mức cao và mosfet tắt. Tụ điện nối với cổng mang điện tích dương. ESP8266 reeds GPIO12 là HIGH = đã đóng.

Khi mở cửa, nguồn của mosfet được nối đất. Vì cổng cao, mosfet được bật và kéo chốt đặt lại xuống đất, dẫn đến việc thiết lập lại ESP8266. Tụ điện được xả qua R7 và sau đó tắt mosfet. Xem ảnh chụp màn hình máy hiện sóng của tôi để biết xung thấp 50 ms. Sau khi xung, ESP8266 khởi động. ESP8266 reeds GPIO12 là LOW = mở.

Khi cửa đóng lại, điện trở R6 kéo nguồn và GPIO12 lên.

Theo dõi pin

Điện áp của pin được đọc qua bộ chia điện áp giữa VBat và GND. Tuy nhiên, tôi không muốn kết nối vĩnh viễn giữa VBat và GND, vì nó làm hao pin. Do đó, tôi đặt một MOSFET kênh P ở phía cao của bộ phân áp và cổng của MOSFET được kéo lên, vì vậy MOSFET bị tắt. Chỉ khi GPIO14 ở mức thấp, mosfet được bật và ESP8266 mới có thể đo điện áp bằng ADC.

Bước 2: Phần mềm

Mô-đun ESP8266 chủ yếu ở chế độ ngủ sâu để tiết kiệm điện năng.

Cứ sau 60 giây, mô-đun khởi động với WiFi bị vô hiệu hóa, đồng thời đo vị trí khóa và cửa, đồng thời kiểm tra xem các vị trí này có thay đổi so với giá trị được lưu trong bộ nhớ RTC hay không. Nếu một vị trí đã thay đổi, mô-đun sẽ ngủ trong thời gian tối thiểu và thức dậy với WiFi được bật để gửi vị trí mới qua ESP-Now. Và tất nhiên các vị trí mới được lưu trữ trong bộ nhớ RTC. Nếu không có gì thay đổi, mô-đun chỉ ngủ lại và thức dậy khi tắt Wi-Fi.

Xem Hướng dẫn khác của tôi, trong đó tôi giải thích cách tôi sử dụng ESP-Now để truyền thông điệp và chuyển đổi chúng thành thông báo MQTT.

Nếu 'mạch OTA' được đóng theo cách thủ công qua jumper, mô-đun sẽ thức dậy và kết nối với mạng WiFi của tôi để chờ cập nhật OTA qua ESP8266HTTPUpdateServer.

Cứ sau 30 phút, điện áp của pin được đo và công bố.

Nó hoạt động như một cỗ máy trạng thái. Các trạng thái được xác định trong chương trình được xuất bản trên Github của tôi.

STATE_CHECK: thức dậy với Radio off (WiFi off), chỉ cần kiểm tra xem điều gì đó đã thay đổi

STATE_INIT: đánh thức bằng Radio (bật WiFi) và truyền trạng thái cửa và khóa

STATE_DOOR: thức dậy với Radio bật, xuất bản thời điểm mở cửa vào lần khởi động tiếp theo

STATE_LOCK: thức dậy khi Radio bật, xuất bản lockstate vào lần khởi động tiếp theo

STATE_VOLTAGE: đánh thức bằng Radio, xuất bản điện áp vào lần khởi động tiếp theo

STATE_OTA 5: thức dậy khi bật Radio, chuyển đến chế độ OTA

Bước 3: Lắp ráp

Tôi sử dụng thiết bị đầu cuối vít và đầu nối DC nam / nữ để có thể lắp ráp và tháo rời dự án của mình. Tôi để tất cả các bộ phận trong một hộp ABS nhỏ, xem hình ảnh. Tôi gói các bộ phận trong băng Kapton để cách ly điện

Tôi kết nối bảng điều khiển năng lượng mặt trời thông qua phích cắm DC nam (5,5 x 2,1) với một diode 1N5817 có điện áp chuyển tiếp thấp.

Công tắc cây lau được dán trong hộp và một nam châm được dán trên cánh cửa đúng vị trí.

Tiếp điểm khóa được nhập từ bên cạnh, xem hình ảnh.

Bước 4: Mô-đun làm việc

Dữ liệu nhận được sẽ được đọc bởi tính năng tự động hóa tại nhà Openhab của tôi. Tôi thích, tôi có thể đăng các tệp Openhab.

Tôi theo dõi:

• Điện áp pin (với sự bền bỉ nên tôi thấy điện áp theo thời gian trong biểu đồ).
• Các vị trí cửa và khóa.
• Thời gian vị trí đã thay đổi.

Bằng cách này, khi tôi đi ngủ, tôi có thể dễ dàng xem tất cả các chuồng đã được khóa hay chưa.

Tôi bắt đầu sử dụng, pin được sạc vào một ngày sáng và sau một tuần hoặc lâu hơn pin tge đã được sạc đầy. Bây giờ là vào mùa thu, pin vẫn được sạc. Rõ ràng mô-đun rất kinh tế và sử dụng ít năng lượng hơn nhiều so với một tấm pin mặt trời nhỏ tạo ra. Pin mạnh mẽ có thể có năng lượng trong một vài tháng bóng tối. Hãy xem mô-đun hoạt động như thế nào trong mùa đông này, khi nhiệt độ trong nhà kho thấp hơn nhiều.