Տնային միջավայրի մոնիտորինգի համակարգի նոր անլար IOT սենսորային շերտ. 5 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Այս Instructable- ը նկարագրում է ավելի էժան, մարտկոցով աշխատող անլար IOT սենսորային շերտ իմ նախկին Instructable: LoRa IOT Home Environmental Monitoring System- ի համար: Եթե դուք դեռ չեք դիտել այս ավելի վաղ Instructable- ը, խորհուրդ եմ տալիս կարդալ ներածությունը համակարգի հնարավորությունների ընդհանուր պատկերացման համար, որոնք այժմ տարածված են այս նոր սենսորային շերտի վրա:

Բնապահպանական LoRa IOT Home Environmental Monitoring System- ը հասավ իմ առջև դրված նպատակներին, երբ այն հրապարակվեց 2017 թվականի ապրիլին: Այնուամենայնիվ, մոնիտորինգի համակարգը մի քանի ամիս օգտագործելուց հետո `տան յուրաքանչյուր հարկի ջերմաստիճանի և խոնավության վերահսկման համար, ես ուզում էի ավելացրեք ևս 11 սենսոր տան հատկապես խոցելի վայրերում. ներառյալ ՝ նկուղում ռազմավարականորեն տեղադրված վեց տվիչ, յուրաքանչյուր լոգարանում սենսորներ, իսկ ձեղնահարկի, լվացքի և խոհանոցի սենսորներ:

Նախկին Instructable- ից LoRa- ի վրա հիմնված տվիչներ ավելացնելու փոխարեն, որոնք որոշ չափով թանկ են և սնվում են AC ադապտերների միջոցով, ես որոշեցի ավելացնել ավելի էժան, մարտկոցով աշխատող տվիչներ `օգտագործելով 434 ՄՀց ՌԴ Հաղորդիչ հաղորդիչներ: Գործող LoRa IOT Home Environmental Monitoring System- ի հետ համատեղելիությունը պահպանելու համար ես ավելացրեցի անլար կամուրջ `434-ՄՀց փաթեթները ստանալու և դրանք 915-ՄՀց հաճախականությամբ LoRa փաթեթների փոխանցման համար:

Սենսորային նոր շերտը բաղկացած է հետևյալ ենթահամակարգերից.

1. 434 -ՄՀց անլար հեռակառավարիչ - մարտկոցով աշխատող ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչներ
2. Անլար կամուրջ - ստանում է 434 -ՄՀց փաթեթներ և դրանք փոխանցում է որպես LoRa փաթեթներ:

434-ՄՀց անլար հեռակառավարման սարքերը LoRa ռադիոկայանների համեմատ օգտագործում են ավելի ցածր հաղորդման հզորություն և ավելի քիչ հզոր արձանագրություններ, ուստի տան մեջ անլար կամուրջի տեղն ընտրված է `434-ՄՀց բոլոր անլար հեռակառավարիչների հետ հուսալի կապ ապահովելու համար: Անլար կամուրջի օգտագործումը թույլ է տալիս 434 ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակների հետ հաղորդակցումը օպտիմալացնել ՝ առանց որևէ սահմանափակման, որտեղ գտնվում է LoRa IOT Gateway- ը:

434 ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակը և անլար կամուրջը կառուցված են ՝ օգտագործելով մատչելի սարքավորումների մոդուլներ և մի քանի առանձին բաղադրիչներ: Մասերը կարելի է ձեռք բերել Adafruit- ից, Sparkfun- ից և Digikey- ից; շատ դեպքերում Adafruit- ի և Sparkfun- ի մասերը հասանելի են նաև Digikey- ից: Սարքավորումների հավաքման համար անհրաժեշտ են եռակցման իրավասու հմտություններ, մասնավորապես ՝ 434 ՄՀց անլար հեռակառավարման կետերի կետային էլեկտրագծեր: Arduino ծածկագիրը լավ մեկնաբանված է հասկանալու և ֆունկցիոնալության հեշտ ընդլայնման համար:

Այս ծրագրի նպատակները ներառում էին հետևյալը.

• Գտեք ավելի ցածր գնով անլար տեխնոլոգիա, որը հարմար է կենցաղային միջավայրի համար:
• Մշակել մարտկոցով աշխատող անլար տվիչ, որը կարող է մի քանի տարի աշխատել մեկ մարտկոցի վրա:
• Չպահանջել որևէ փոփոխություն LoRa IOT Gateway ապարատային կամ ծրագրային ապահովում իմ նախկին Instructable- ից:

434-ՄՀց անլար հեռակառավարիչների մասերի ընդհանուր արժեքը, առանց 3xAA մարտկոցների, կազմում է $ 25, որից SHT31-D ջերմաստիճանի և խոնավության տվիչը կազմում է ավելի քան կեսը ($ 14):

Ինչ վերաբերում է իմ նախկին Instructable- ի LoRa հեռակառավարիչներին, 434-ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակները վերցնում են ջերմաստիճանի և խոնավության ցուցանիշները և զեկուցում LoRa IOT Gateway- ին ՝ Անլար կամրջի միջոցով, յուրաքանչյուր 10 րոպեն մեկ: Տասնմեկ 434 ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակները շահագործման են հանձնվել 2017 թվականի դեկտեմբերին ՝ օգտագործելով 3 x AA մարտկոցներ, որոնք ապահովում էին անվանական 4.5 Վ լարում: Տասնմեկ սենսորների մարտկոցի ընթերցումները 2017 թվականի դեկտեմբերին տատանվում էին 4.57 Վ -ից մինչև 4.71 Վ, տասնվեց ամիս անց ՝ 2019 թվականի մայիսին, մարտկոցի ընթերցումները տատանվում էին 4.36 Վ -ից մինչև 4.55 Վ: Գործող լարման լայն շրջանակ ունեցող մասերի օգտագործումը պետք է ապահովի սենսորների աշխատանքը ևս մեկ տարի կամ ավելի, պայմանով, որ պահպանվի ՌԴ կապի հուսալիությունը, քանի որ հաղորդման հզորությունը նվազում է մարտկոցի ավելի ցածր լարման դեպքում:

434-ՄՀց սենսորային շերտի հուսալիությունը գերազանց է եղել իմ տնային միջավայրում: Նոր սենսորային շերտը տեղակայված է 4, 200 SqFt ավարտված տարածքի և 1, 800 SqFt չավարտված նկուղային տարածքի վրա: Անլար կամրջից սենսորները բաժանված են 2 - 3 ներքին պատերի և հատակի/առաստաղների համադրությամբ: Իմ նախկին Instructable- ի LoRa IOT Gateway- ը SMS ահազանգ է ուղարկում, եթե սենսորով հաղորդակցությունը կորչում է ավելի քան 60 րոպե (6 բաց թողնված տաս րոպե հաշվետվություն): Մեկ սենսորը ՝ հատակին ՝ նկուղի ծայրում ՝ կուտակված տուփերի հետևում, երբեմն-երբեմն կապի կորստի ահազանգ կհանգեցնի, սակայն բոլոր դեպքերում սենսորի հետ կապը վերականգնվում է առանց որևէ միջամտության:

Շնորհակալություն այս հրահանգավոր այցելելու համար, և լրացուցիչ տեղեկությունների համար տես հետևյալ քայլերը:

1. Մարտկոցով աշխատող անլար տվիչների ձևավորում
2. 434-ՄՀց անլար հեռավոր սարքավորում
3. 434-ՄՀց անլար հեռակառավարման ծրագիր
4. Անլար կամուրջի սարքավորում
5. Անլար կամուրջ ծրագրակազմ

Քայլ 1. Մարտկոցով աշխատող անլար տվիչների ձևավորում

434-ՄՀց անլար հեռակառավարման նախագծման համար օգտագործվում են հետևյալ մասերը.

• ATtiny85 8-բիթանոց AVR միկրոկոնտրոլեր
• Sensirion SHT31 -D - peratերմաստիճանի եւ խոնավության սենսորների ճեղքման տախտակ
• Sparkfun 434-ՄՀց ՌԴ կապի հաղորդիչ
• 10K Ohm դիմադրություն

Դիզայնի վաղ որոշումներից էր խուսափել սարքերից, որոնք պահանջում են կարգավորվող 3.3 Վ կամ 5 Վ, և ընտրել մասեր, որոնք գործում են լարման լայն տիրույթում: Սա բացառում է լարման կարգավորիչների անհրաժեշտությունը, որոնք մարտկոցով աշխատող էներգիայի սպառողներ են, և երկարացնում է սենսորների շահագործման ժամկետը, քանի որ դրանք կշարունակեն գործել ավելի երկար, քանի որ մարտկոցի լարումը ժամանակի ընթացքում նվազում է: Ընտրված մասերի աշխատանքային լարման միջակայքերը հետևյալն են.

• ATtiny85: 2.7V- ից 5.5V
• SHT31-D: 2.4V- ից 5.5V
• ՌԴ Հղում Tx: 1.5V - ից 12V

Թույլ տալով որոշակի լուսանցք ՝ 434 ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակները պետք է գործունակորեն աշխատեն մինչև 3 Վ մարտկոցի լարման: Ինչպես արդեն նշվեց, մնում է միայն պարզել, թե որքանով է պահպանվում ՌԴ կապի հուսալիությունը, քանի որ հաղորդման հզորությունը նվազում է մարտկոցի ավելի ցածր լարման դեպքում:

Որոշում է ընդունվել օգտագործել 3 x AA մարտկոցներ `ապահովելու անվանական մեկնարկային լարումը 4,5 Վ: 16 ամիս աշխատելուց հետո մարտկոցի ամենացածր լարման չափումը 4.36 Վ է:

ATtiny85 Watch Dog Timer- ը (WDT) օգտագործվում է 434-ՄՀց հաճախականությամբ անլար հեռակառավարման սարքը շատ ժամանակ քնելու ռեժիմում պահելու համար: ATtiny85- ը արթնանում է WDT- ի կողմից յուրաքանչյուր 8 վայրկյանում `10 րոպեանոց հաշվիչն ավելացնելու համար; 10 րոպեանոց ընդմիջումից հետո չափում է կատարվում և փոխանցվում տվյալների փաթեթը:

Էլեկտրաէներգիայի սպառումը նվազագույնի հասցնելու համար SHT31-D և RF Link հաղորդիչը սնուցվում են որպես ելք կազմաձևված ATtiny85- ի թվային մուտքի/ելքի պինից: Էլեկտրաէներգիան կիրառվում է, երբ մուտքի/ելքի պինն անցնում է բարձր (1), և հեռացվում է, երբ մուտքի/ելքի պինն անցնում է ցածր (0): Softwareրագրային ապահովման միջոցով էներգիան կիրառվում է միայն այս ծայրամասային սարքերի վրա յուրաքանչյուր 10 րոպեն մեկ 1-2 վայրկյան տևողությամբ, երբ չափումներ են կատարվում և փոխանցվում: Կապված ծրագրաշարի նկարագրության համար դիմեք 434-ՄՀց անլար հեռավոր ծրագրակազմ:

Միակ այլ բաղադրիչը, որն օգտագործվում է 434-ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակում, 10K ohm ռեզիստոր է, որն օգտագործվում է ATtiny85- ում Reset pin- ը բարձրացնելու համար:

Վաղ դիզայնը մարտկոցի վրա օգտագործում էր դիմադրողական լարման բաժանարար ՝ ATTINY85- ի ADC կապին հնարավորություն տալու համար չափել մարտկոցի լարումը: Չնայած փոքր, այս լարման բաժանարարը մշտական բեռ էր դնում մարտկոցի վրա: Որոշ հետազոտություններ գտել են մի հնարք, որն օգտագործում է ATtiny85 ներքին 1.1 Վ միջակայքի բաց թողնման լարումը `Vcc (մարտկոցի լարման) չափման համար: ADC- ի հղման լարումը Vcc- ով սահմանելով և ներքին 1.1V հղման լարման չափում կատարելով ՝ հնարավոր է լուծել Vcc- ի համար: ATtiny85 ներքին 1.1 Վ հղման լարումը հաստատուն է այնքան ժամանակ, որքան Vcc> 3V: Կապված ծրագրաշարի նկարագրության համար դիմեք 434-ՄՀց անլար հեռավոր ծրագրակազմ:

ATtiny85- ի և SHT31-D- ի միջև հաղորդակցությունը կատարվում է I2C ավտոբուսով: Adafruit SHT31-D ճեղքման տախտակը ներառում է I2C ավտոբուսի համար ձգվող դիմադրիչներ:

ATtiny85- ի և RF Link հաղորդիչի միջև հաղորդակցումը կատարվում է թվային I/O կապի միջոցով, որը կազմաձևված է որպես ելք: RadioHead Packet Ռադիո գրադարանը RH_ASK- ն օգտագործվում է այս թվային I / O կապի միջոցով միացնելու-անջատելու բանալին (OOK / ASK) ՌԴ կապի հաղորդիչին:

Քայլ 2: 434-ՄՀց անլար հեռակա սարքավորում

Մասերի ցուցակ.

1 x Adafruit 1/4 չափի Breadboard, Digikey PN 1528-1101-ND

1 x Մարտկոցի սեփականատեր 3 x AA բջիջ, Digikey PN BC3AAW-ND

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

1 x Sparkfun ՌԴ Հաղորդիչ (434-ՄՀց), Digikey PN 1568-1175-ND

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

1 x 8-Pin DIP վարդակից, Digikey PN AE10011-ND

1 x 10K օմ, 1/8W դիմադրություն, Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6,75 / 17 սմ երկարություն 18AWG էմալապատ պղնձե մետաղալար

1 x Կտոր երկկողմանի փրփուր ժապավեն

18 / 45 սմ Wire Wrapping Wire

ATtiny85- ի համար օգտագործվում է վարդակից, քանի որ միացված ծրագրավորումը չի ապահովվում:

SHT31-D ճեղքման տախտակը, RF Link հաղորդիչը, 8-պտուտակավոր DIP վարդակից և ալեհավաքի մետաղալարերը կպցված են սեղանի վրա, ինչպես ցույց է տրված վերևի լուսանկարում: Հեռացրեք էմալը 18AWG ալեհավաքի մետաղալարից 1/4 դյույմից, նախքան հացահատակին կպցնելը:

10K օմ դիմադրիչը զոդվում է տախտակի վրա 8-Pin DIP վարդակից 1-ին և 8-րդ կապերի միջև:

Հաղորդալարերի փաթաթման մետաղալարը կպցվում է տախտակի հետևի մասում `բաղադրիչների միջև կապերը կազմելու համար` նախորդ քայլում ցուցադրված Անլար հեռավորության սխեմատիկ սխեմայի համաձայն:

Մարտկոցի պահողից ստացվող դրական և բացասական հաղորդումները կպցվում են համապատասխանաբար «+» և «-» ավտոբուսների մեկ տախտակին ՝ սեղանի վրա:

434 ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակը փորձարկվում է անլար կամրջով և LoRa IOT Gateway- ով: 434 ՄՀց անլար հեռակառավարման վահանակն անմիջապես փաթեթ կուղարկի ամեն անգամ, երբ մարտկոցները տեղադրվում են, և դրանից հետո յուրաքանչյուր 10 րոպե: 434-ՄՀց սենսորային շերտից անլար փաթեթ ստանալուն պես, անլար կամրջի վրա կանաչ LED լուսարձակը shes 0.5 վրկ է: Կայանի անվանումը, ջերմաստիճանը և խոնավությունը պետք է ցուցադրվեն LoRa IOT Gateway- ով, եթե 434-ՄՀց անլար հեռակառավարման կայանի համարը նշված է դարպասում:

Անլար հեռակառավարման վահանակի ստուգումը նորմալ է ծրագրավորված ATtiny85- ի միջոցով, երկկողմանի փրփուր ժապավենի մի կտոր, որը կտրված է նույն չափսին, ինչ հացահատիկի սեղանը, օգտագործվում է ավարտված հացահատիկը մարտկոցի պահարանին ամրացնելու համար:

Քայլ 3: 434-ՄՀց անլար հեռակառավարման ծրագիր

434 ՄՀց անլար հեռավոր ծրագրակազմը կցված է այս քայլին և լավ մեկնաբանված է:

Ես ծրագրավորեցի ATtiny85 միկրոկոնտրոլերները ՝ օգտագործելով Sparkfun Tiny AVR ծրագրավորող և Arduino IDE: Sparkfun- ն ունի ընդարձակ ձեռնարկ, թե ինչպես կարգավորել վարորդներ և այլն, և ինչպես ծրագրավորողին աշխատել Arduino IDE- ի հետ:

Փոքր AVR ծրագրավորողին ավելացրի ZIF (Zero Insertion Force) վարդակից, որպեսզի հեշտ լինի ծրագրավորողից չիպսեր ավելացնելը և հեռացնելը:

Քայլ 4: Անլար կամուրջի սարքավորում

Մասերի ցուցակ.

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 ռադիոհաղորդիչ տախտակ (915-ՄՀց), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Sparkfun ՌԴ կապի ընդունիչ (434-ՄՀց), Digikey PN 1568-1173-ND

1 x 8-Pin DIP վարդակից, Digikey PN AE10011-ND

6,75 / 17 սմ երկարություն 18AWG էմալապատ պղնձե մետաղալար

3.25 / 8.5 սմ 18AWG էմալապատ պղնձե մետաղալարի երկարություն

24 / 61 սմ Wire Wrapping Wire

1 x USB մալուխ A / MicroB, 3 ֆտ, Adafruit PID 592

1 x 5V 1A USB պորտի սնուցման աղբյուր, Adafruit PID 501

Հավաքեք նախատիպի վահանը ՝ Adafruit.com- ի հրահանգների համաձայն:

Հավաքեք RFM95W LoRa հաղորդիչ տախտակը ՝ Adafruit.com- ի հրահանգների համաձայն: 3,25 " / 8.5 սմ երկարությամբ 18AWG մետաղալարն օգտագործվում է ալեհավաքի համար և ուղղակիորեն զոդվում է հաղորդիչ տախտակին` 1/4 "էմալը մետաղալարից պոկելուց հետո:

Fullyգուշորեն կտրեք 8-պինանոց DIP վարդակը կիսով չափ ՝ 4-պինյա SIP վարդակների երկու հավաքածու ստեղծելու համար:

Երկու 4-փին SIP վարդակները միացրեք նախատիպի վահանին, ինչպես ցույց է տրված: Սրանք կօգտագործվեն ՌԴ Հաղորդիչ ընդունիչին միացնելու համար, այնպես որ համոզվեք, որ դրանք ճիշտ անցքերում են, որպեսզի զոդումից առաջ համապատասխանեն ՌԴ Հաղորդիչին:

Fոդեք RFM9W LoRa ստացողի տախտակը նախատիպային վահանին, ինչպես ցույց է տրված:

Հետևյալ կապերը կատարվում են Arduino Uno- ի և RFM9W հաղորդիչ տախտակի միջև `օգտագործելով նախատիպի տախտակի վերին մասում մետաղալարեր փաթաթելու մետաղալարեր:

RFM9W G0 Arduino Digital I/O Pin 2, RadioHead գրադարանը օգտագործում է ընդհատում 0 -ը այս կապում

RFM9W SCK Arduino ICSP վերնագիր, կապ 3

RFM9W MISO Arduino ICSP վերնագիր, կապ 1

RFM9W MOSI Arduino ICSP վերնագիր, կապ 4

RFM9W CS Arduino թվային մուտք/ելք 8

RFM9W RST Arduino թվային մուտք/ելք 9

Նախատիպային տախտակի ներքևի մասում կատարվում են հետևյալ միացումները.

RFM9W VIN 5V ավտոբուսի նախատիպավորման տախտակ

RFM9W GND Ավտոբուսի նախատիպավորման տախտակի գրունտ (GND)

RF Link Rx Pin 1 (GND) Նախատիպավորման տախտակի գրունտի (GND) ավտոբուս

RF Link Rx Pin 2 (Data Out) Arduino Digital I/O Pin 6

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) 5V ավտոբուսի նախատիպավորման տախտակ

Proto Board Green LED Arduino Digital I/O Pin 7

ՌԴ կապի ստացողի մասին տեղեկությունները հասանելի են www.sparkfun.com կայքում:

Հեռացրեք էմալը 6,75 դյույմանոց 18AWG մետաղալարերի 1/4 '-ից և տեղադրեք այն նախատիպի տախտակի անցքի մեջ ՝ անմիջապես ՌԴ կապի Rx Pin 8 (Անտենա) հարևանությամբ: Երբ փոսի մեջ մտնելուց հետո թեքված ծայրը թեքեք այնպես, որ այն կապվեք ՌԴ Link Rx Pin 8 -ի հետ և ամրացրեք այն տեղում:

Programրագրեք Arduino Uno- ն հաջորդ քայլին տրված ուրվագծով: Վերականգնելուց կամ միանալուց հետո կանաչ LED- ը երկու անգամ կթարթվի 0.5 վայրկյանում: 434-ՄՀց սենսորային շերտից անլար փաթեթ ստանալուց հետո կանաչ LED լուսարձակը ~ 0.5 վրկ է:

Քայլ 5: Անլար կամուրջի ծրագրակազմ

Wireless Bridge ծրագրաշարը կցված է այս քայլին և լավ մեկնաբանված է: