Гэрийн байгаль орчны хяналтын системд зориулсан утасгүй IOT мэдрэгчийн давхарга: 5 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:03

Энэхүү зааварчилгаа нь миний өмнөх зааварчилгаа: LoRa IOT гэрийн орчны хяналтын системийн хувьд бага өртөгтэй, батерейгаар ажилладаг утасгүй IOT мэдрэгчийн давхаргыг тайлбарласан болно. Хэрэв та өмнө нь энэ зааварчилгааг үзэж амжаагүй байгаа бол энэхүү мэдрэгчийн шинэ давхаргад өргөжсөн системийн боломжуудын тоймыг уншихыг зөвлөж байна.

Анхны LoRa IOT Гэрийн байгаль орчны хяналтын систем нь 2017 оны 4 -р сард хэвлэгдэх үед тавьсан зорилгоо биелүүлсэн. Гэсэн хэдий ч хяналтын системийг хэдэн сарын турш байшингийн давхарт температур, чийгшлийг хянах зорилгоор ашигласны дараа би хүсч байна. байшингийн эмзэг хэсэгт 11 мэдрэгч нэмж оруулах; хонгилд стратегийн дагуу байрлуулсан зургаан мэдрэгч, угаалгын өрөө тус бүрийн мэдрэгч, мансарда, угаалга, гал тогооны өрөөнд мэдрэгч орно.

Өмнөх Instructable-ээс арай илүү үнэтэй, хувьсах гүйдлийн адаптераар тэжээгддэг LoRa дээр суурилсан илүү олон мэдрэгч нэмэхийн оронд 434 МГц давтамжтай RF-ийн дамжуулагч ашиглан бага өртөгтэй, батерейгаар ажилладаг мэдрэгчийг нэмж оруулахаар шийдлээ. Одоо байгаа LoRa IOT гэрийн хүрээлэн буй орчны хяналтын системтэй нийцтэй байдлыг хадгалахын тулд би утасгүй гүүрийг нэмж 434-MHz пакетуудыг хүлээн авч 915-MHz давтамжтай LoRa пакет болгон дахин дамжуулав.

Шинэ мэдрэгчийн давхарга нь дараах дэд системүүдээс бүрдэнэ.

1. 434 -MHz утасгүй алсын удирдлага - зайгаар ажилладаг температур, чийгшлийн мэдрэгч
2. Утасгүй гүүр - 434 МГц -ийн пакетуудыг хүлээн авч LoRa пакет болгон дахин дамжуулдаг.

434 МГц-ийн утасгүй алсын удирдлага нь LoRa радиостанцтай харьцуулахад дамжуулах хүч багатай, бат бөх протокол ашигладаг тул 434 МГц-ийн бүх утасгүй алсын удирдлагатай найдвартай холбоо тогтоохын тулд байшингийн Утасгүй гүүрний байршлыг сонгосон болно. Утасгүй гүүрийг ашиглах нь 434 МГц давтамжтай утасгүй алсын удирдлагатай холболтыг оновчтой болгох боломжийг олгодог бөгөөд LoRa IOT гарц хаана байрладаг талаар ямар ч хязгаарлалт тавьдаггүй.

434 МГц давтамжтай утасгүй алсын удирдлага, утасгүй гүүрийг бэлэн байгаа техник хангамжийн модуль болон хэд хэдэн бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашиглан бүтээсэн болно. Эд ангиудыг Adafruit, Sparkfun, Digikey -ээс авах боломжтой; олон тохиолдолд Adafruit болон Sparkfun -ийн хэсгүүдийг Digikey -ээс авах боломжтой. Тоног төхөөрөмжийг угсрах, тухайлбал 434 МГц-ийн утасгүй алсын удирдлагаас нэг цэг рүү холбоход гагнуурын ур чадвар шаардагдана. Arduino кодыг ойлгох, функцийг хялбархан өргөтгөх зорилгоор маш сайн тайлбарласан болно.

Энэхүү төслийн зорилго нь дараахь зүйлийг багтаасан болно.

• Өрхийн орчинд тохирсон хямд өртөгтэй утасгүй технологийг хайж олоорой.
• Нэг багц батерейгаар хэдэн жилийн турш ажиллах боломжтой батерейгаар ажилладаг утасгүй мэдрэгчийг бий болгох.
• Миний өмнөх зааварчилгаанаас LoRa IOT Gateway -ийн техник хангамж, програм хангамжийг өөрчлөх шаардлагагүй.

3xAA батерейг эс тооцвол 434 МГц-ийн утасгүй алсын удирдлагын нийт эд анги нь 25 доллар бөгөөд үүнээс SHT31-D температур, чийгшлийн мэдрэгч нь талаас илүү хувийг (14 доллар) эзэлдэг.

Миний өмнөх зааварчилгааны LoRa алсын удирдлагын нэгэн адил 434 МГц-ийн утасгүй алсын удирдлага нь температур, чийгшлийн заалтыг авч, утасгүй гүүрээр дамжуулан LoRa IOT гарц руу 10 минут тутамд мэдээлдэг. 434-МГц давтамжтай арван нэгэн утасгүй алсын удирдлага нь 2017 оны 12-р сард 4.5 В хүчдэл бүхий 3 x АА батерей ашиглан ашиглалтанд орсон. 2017 оны 12 -р сард арван нэгэн мэдрэгчийн батерейны уншилт 4.57V -ээс 4.71V хооронд хэлбэлзэж, арван зургаан сарын дараа 2019 оны 5 -р сард батерейны уншилт 4.36V -аас 4.55V хүртэл хэлбэлзэж байна. Ашиглалтын хүчдэлийн өргөн хүрээтэй эд ангиудыг ашиглах нь батерейны бага хүчдэлээр дамжуулагчийн хүчийг бууруулдаг тул RF холболтын найдвартай байдлыг хадгалахын тулд мэдрэгчийн ажиллагааг нэг жил ба түүнээс дээш хугацаанд хангах ёстой.

434-МГц-ийн мэдрэгч давхаргын найдвартай байдал нь миний гэр бүлийн орчинд маш сайн байсан. Шинэ мэдрэгчийн давхаргыг 4 200 квадрат талбай, 1, 800 квадрат дуусаагүй подвалд байрлуулсан болно. Мэдрэгчийг утасгүй гүүрнээс 2-3 дотоод хана, шал/таазны хослолоор тусгаарладаг. Миний өмнөх зааварчилгааны LoRa IOT гарц нь мэдрэгчтэй 60 минутаас дээш хугацаанд холбоо тасарсан тохиолдолд SMS дохио өгдөг. Давхар хайрцагны ард байрлах хонгилын захын булан дахь шалан дээр байрлах нэг мэдрэгч нь холбоо тасрах дохиог хааяа хааяа өгдөг боловч бүх тохиолдолд мэдрэгчтэй ямар ч хөндлөнгийн оролцоогүйгээр харилцаагаа сэргээдэг.

Энэхүү зааварчилгаанд зочилсон танд баярлалаа, нэмэлт мэдээлэл авахыг хүсвэл дараах алхмуудыг үзнэ үү.

1. Батерейгаар ажилладаг утасгүй мэдрэгчийн загвар
2. 434-MHz утасгүй алсын төхөөрөмж
3. 434-MHz утасгүй алсын програм хангамж
4. Утасгүй гүүрний техник хангамж
5. Утасгүй гүүрний програм хангамж

Алхам 1: Батерейгаар ажилладаг утасгүй мэдрэгчийн загвар

434-МГц-ийн утасгүй алсын удирдлагад дараах хэсгүүдийг ашигладаг.

• ATtiny85 8 битийн AVR микроконтроллер
• Sensirion SHT31 -D - Температур ба чийгшил мэдрэгчийн хагарах самбар
• Sparkfun 434-MHz RF-ийн холбогч дамжуулагч
• 10K Ом эсэргүүцэл

Загвар зохион бүтээх анхны шийдвэрүүдийн нэг бол зохицуулалттай 3.3V эсвэл 5V шаардлагатай төхөөрөмжүүдээс зайлсхийх, мөн хүчдэлийн өргөн хүрээнд ажилладаг эд ангиудыг сонгох явдал байв. Энэ нь батерейгаар ажилладаг дизайны цахилгаан зарцуулагч болох хүчдэлийн зохицуулагчийн хэрэгцээг арилгаж, батерейны хүчдэл буурах тусам мэдрэгчийн ажиллах хугацааг уртасгадаг. Сонгосон хэсгүүдийн ажиллах хүчдэлийн хязгаарыг дараахь байдлаар тодорхойлно.

• ATtiny85: 2.7V -аас 5.5V хүртэл
• SHT31-D: 2.4V-аас 5.5V хүртэл
• RF Link Tx: 1.5V -аас 12V хүртэл

Бага зэрэг боломж олгохын тулд 434 МГц-ийн утасгүй алсын удирдлага нь 3V-ийн батерейны хүчдэл хүртэл ажиллах ёстой. Өмнө дурьдсанчлан, зайны бага хүчдэлээр дамжуулагчийн хүч буурч байгаа тул RF холболтын найдвартай байдал хэр сайн хадгалагдаж байгааг харах л үлдлээ.

3х АА батерей ашиглан 4.5В -ийн нэрлэсэн эхлэх хүчдэлийг өгөх шийдвэр гаргасан. 16 сарын турш ажилласны дараа батерейны хамгийн бага хүчдэлийг 4.36В хэмждэг.

ATtiny85 Watch Dog Timer (WDT) нь 434 МГц давтамжтай утасгүй алсын удирдлагыг ихэнх тохиолдолд унтах горимд байлгахад ашигладаг. ATtiny85 -ийг WDT 8 секунд тутамд 10 минутын тоолуурыг нэмэгдүүлэхийн тулд сэрээдэг; 10 минутын интервалд хүрсний дараа хэмжилт хийж өгөгдлийн пакетийг дамжуулна.

Цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээг багасгахын тулд SHT31-D ба RF-ийн холбогч дамжуулагчийг ATtiny85 дээрх дижитал I/O порт зүүгээр тэжээгддэг. Оролтын/оролтын зүүг өндөр (1) жолоодох үед хүчийг ашигладаг ба оролтын зүүг бага (0) жолоодох үед салгадаг. Програм хангамжийн тусламжтайгаар хэмжилт хийж, дамжуулж байх үед хүчийг зөвхөн 10 минут тутамд 1-2 секунд тутамд эдгээр дагалдах төхөөрөмжүүдэд ашигладаг. Холбогдох програм хангамжийн тайлбарыг 434 МГц-ийн утасгүй алсын програм хангамжаас үзнэ үү.

434 МГц-ийн утасгүй алсын удирдлагад ашигладаг цорын ганц бүрэлдэхүүн хэсэг бол ATtiny85 дээрх Reset pin-ийг татаж авахад ашигладаг 10K ом эсэргүүцэл юм.

Анхны загвар нь батерейны хүчдэлийг хэмжих ATTINY85 дээрх ADC зүүг идэвхжүүлэхийн тулд батерейны эсэргүүцэл хүчдэл хуваагчийг ашигласан. Хэдийгээр жижиг боловч хүчдэл хуваагч нь батерейнд тогтмол ачаалал өгдөг. Зарим судалгаагаар Vtc (батерейны хүчдэл) -ийг хэмжихийн тулд ATtiny85 дотоод 1.1V зурвасын зайны хүчдэлийг ашигладаг заль мэх гарчээ. ADC лавлах хүчдэлийг Vcc болгож, 1.1V дотоод хүчдэлийн хэмжилтийг хийснээр Vcc -ийг шийдвэрлэх боломжтой болно. ATtiny85 дотоод 1.1V лавлах хүчдэл нь Vcc> 3V байхад л тогтмол байдаг. Холбогдох програм хангамжийн тайлбарыг 434 МГц-ийн утасгүй алсын програм хангамжаас үзнэ үү.

ATtiny85 ба SHT31-D хоорондох холбоо нь I2C автобусаар дамждаг. Adafruit SHT31-D таслах самбар нь I2C автобусны татах эсэргүүцлийг агуулдаг.

ATtiny85 ба RF Link дамжуулагчийн хоорондох холбоо нь гаралт хэлбэрээр тохируулагдсан дижитал I/O зүүгээр дамждаг. RadioHead Пакет радио номын сан RH_ASK нь энэхүү дижитал оролт / гаралтын зүүгээр RF-ийн дамжуулагчийг унтраах түлхүүр (OOK / ASK) -д ашиглагддаг.

Алхам 2: 434-МГц-ийн утасгүй алсын төхөөрөмж

Сэлбэгийн жагсаалт:

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

1 х Батерей эзэмшигч 3 x АА эс, Digikey PN BC3AAW-ND

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

1 x Sparkfun RF-ийн холбогч дамжуулагч (434-MHz), Digikey PN 1568-1175-ND

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

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

1 x 10K ом, 1/8W эсэргүүцэл, Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6.75 / 17см урт 18AWG пааландсан зэс утас

1 x ширхэг хоёр талт хөөс соронзон хальс

18 / 45см утас ороох утас

ATtiny85-д сокет ашигладаг бөгөөд хэлхээний доторх програмчлалыг дэмждэггүй.

SHT31-D таслах самбар, RF-ийн холбогч дамжуулагч, 8 зүү DIP залгуур, антенны утсыг дээрх зурган дээр үзүүлсэн шиг талхны самбар дээр гагнаж байна. 18AWG антенны 1/4 инч хэмжээтэй талхны хавтан дээр гагнахаас өмнө паалангаа ав.

10K ом эсэргүүцэл нь 8-зүү DIP залгуурын 1 ба 8-р зүү хооронд талхны хавтан дээр гагнаж байна.

Утасны боодлын утсыг талхны хавтангийн ар талд гагнаж, бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хоорондох холбоосыг өмнөх алхамд үзүүлсэн Утасгүй алсын схемийн дагуу гүйцэтгэнэ.

Зай эзэмшигчийн эерэг ба сөрөг залгуурыг талхны самбар дээр тус бүр нэг "+" ба "-" автобусанд гагнаж байна.

434-MHz утасгүй алсын удирдлага нь утасгүй гүүр ба LoRa IOT гарцаар туршигддаг. 434 МГц давтамжтай утасгүй алсын удирдлага нь батерейг оруулах бүрт, дараа нь ~ 10 минут тутамд пакет илгээдэг. 434 МГц-ийн мэдрэгчийн давхаргаас утасгүй пакет хүлээн авахад утасгүй гүүрэн дээрх ногоон LED ~ 0.5 секундын турш анивчдаг. 434 МГц давтамжтай утасгүй алсын станцын дугаарыг гарц дээр оруулсан бол станцын нэр, температур, чийгшлийг LoRa IOT гарцаар харуулах ёстой.

Утасгүй алсын удирдлагыг програмчлагдсан ATtiny85-аар шалгасны дараа талхны хавтангийн хэмжээтэй ижил хэмжээтэй хайчилж авсан хоёр талт хөөс соронзон хальсны хэсгийг дууссан талхны хавтанг батерейны бэхэлгээнд холбоход ашигладаг.

Алхам 3: 434-MHz утасгүй алсын програм хангамж

434 MHz Wireless Remote програмыг энэ алхамд хавсаргасан бөгөөд маш сайн тайлбарласан болно.

Би ATtiny85 микроконтроллерыг Sparkfun Tiny AVR програмист болон Arduino IDE ашиглан програмчилсан. Sparkfun нь драйверуудыг хэрхэн тохируулах, програмистыг Arduino IDE дээр хэрхэн ажиллуулах талаар өргөн хүрээний заавартай байдаг.

Би ZIF (Zero Insertion Force) сокетийг програмистаас чип нэмэх, устгахад хялбар болгох үүднээс Tiny AVR програмист дээр нэмсэн.

Алхам 4: Утасгүй гүүрний техник хангамж

Сэлбэгийн жагсаалт:

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 радио дамжуулагч самбар (915-МГц), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Sparkfun RF-ийн холбогч хүлээн авагч (434-MHz), Digikey PN 1568-1173-ND

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

6.75 / 17см урт 18AWG пааландсан зэс утас

3.25 / 8.5cm урт 18AWG пааландсан зэс утас

24 инч / 61см утас ороох утас

1 x USB кабель A / MicroB, 3 фут, Adafruit PID 592

1 x 5V 1А USB порт тэжээлийн хангамж, Adafruit PID 501

Adafruit.com дээрх зааврын дагуу загварчлалын бамбайг угсарна уу.

Adafruit.com дээрх зааврын дагуу RFM95W LoRa дамжуулагч хавтанг угсарна уу. 3.25 " / 8.5см урттай 18AWG утсыг антенд ашигладаг бөгөөд утсан дээрх паалангаас 1/4" хуулж авсны дараа шууд дамжуулагчийн хавтан дээр гагнадаг.

8 зүү DIP залгуурыг хагас урттай болгоомжтой хайчилж, 4 зүү SIP залгуурыг хоёр багц болгоно.

Зурагт үзүүлсэн шиг 4 зүү бүхий хоёр SIP залгуурыг загварчлах бамбай руу гагнана. Эдгээр нь RF -ийн холбоос хүлээн авагчийг залгахад ашиглагддаг тул гагнахаас өмнө RF -ийн холбогч дамжуулагчтай тохирох зөв нүхэнд байгаа эсэхийг шалгаарай.

RFM9W LoRa дамжуулагчийн хавтанг загварчилсан бамбай руу зурагт үзүүлсэн шиг гагнана.

Прототип хийх самбарын дээд талд байрлах утас боох утсыг ашиглан Arduino Uno болон RFM9W дамжуулагчийн хооронд дараахь холболтыг хийдэг.

RFM9W G0 Arduino Digital I/O Pin 2, RadioHead номын сан нь энэ зүү дээр Interrupt 0 -ийг ашигладаг

RFM9W SCK Arduino ICSP толгой, зүү 3

RFM9W MISO Arduino ICSP толгой, зүү 1

RFM9W MOSI Arduino ICSP толгой, зүү 4

RFM9W CS Arduino Digital I/O Pin 8

RFM9W RST Arduino Digital I/O Pin 9

Прототип хийх самбарын доод талд дараах холболтыг хийсэн болно.

RFM9W VIN прототип хийх самбар 5V автобус

RFM9W GND Prototyping board ground (GND) bus

RF Link Rx Pin 1 (GND) Prototyping board ground (GND) bus

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

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) 5V автобусны загварчлах самбар

Proto Board Ногоон LED Arduino Digital I/O Pin 7

RF холбоос хүлээн авагчийн пин мэдээллийг www.sparkfun.com дээрээс авах боломжтой.

Паалангаа 6.75 урттай 18AWG утаснаас 1/4 '-аас хуулж, RF Link Rx Pin 8 (Антен) -тай шууд зэргэлдээх загварчлалын самбарын нүхэнд оруулна. Нүхэнд оруулсны дараа туузны үзүүрийг нугална RF Link Rx Pin 8 -тэй холбоо барьж, гагнах.

Дараагийн алхамд өгсөн ноорогоор Arduino Uno програмчлаарай. Дахин тохируулах эсвэл асаахад ногоон LED нь 0.5 секундын турш хоёр удаа анивчих болно. 434 МГц-ийн мэдрэгчийн давхаргаас утасгүй пакет хүлээн авахад ногоон LED ~ 0.5 секундын турш анивчдаг.

Алхам 5: Утасгүй гүүрний програм хангамж

Утасгүй гүүрний програм хангамжийг энэ алхамтай хавсаргасан бөгөөд сайн тайлбарласан болно.