ESP-Now гэрийн цаг уурын станц: 9 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:04

Би гэрийнхээ цаг агаарын станцтай болохыг хүсч байсан бөгөөд гэр бүлийн бүх хүмүүс температур, чийгшлийг амархан шалгаж чаддаг байсан. Гаднах нөхцөл байдлыг хянахаас гадна би байшингийн тодорхой өрөөнүүд болон гаражийнхаа цехэд хяналт тавихыг хүссэн. Энэ нь байшингаа агааржуулах эсвэл чийгшүүлэгч ажиллуулахад тохиромжтой цаг болоход бидэнд мэдэгдэх болно (өвлийн улиралд энд маш их бороо ордог). Миний бүтээсэн зүйл бол ESP-Now дээр суурилсан мэдрэгчийн систем бөгөөд үүнийг орон нутгийн вэб серверт мэдээлдэг бөгөөд үүнийг хүн бүр компьютер эсвэл утаснаасаа шалгаж болно. Утасны хувьд би үүнийг хялбар болгохын тулд энгийн Андройд апп болгон бичсэн.

Алхам 1: Дизайн дэлгэрэнгүй

Би янз бүрийн мэдрэгч станцуудыг өөр өөр байршилд байрлуулж, мэдээллийг хадгалах нэг үндсэн станцад (эсвэл төвд) мэдээлэхийг хүсч байсан. Янз бүрийн санаануудыг туршиж үзсэний дараа би төхөөрөмжүүдийн хооронд шууд хурдан харилцах боломжийг олгодог байсан тул Espressif-ийн ESP-Now протоколыг ашиглахаар шийдсэн. Та ESP-Now-ийн талаар бага зэрэг уншиж болно, энэ GitHub репо нь миний урам зоригийн гайхалтай хэсэг байсан.

Эхний зураг нь системийн зохион байгуулалтыг харуулж байна. Мэдрэгч бүр өөрийн хэмжилтийг гарцын төхөөрөмжид мэдээлдэг бөгөөд өгөгдлийг хатуу утастай цуваа холболтоор үндсэн сервер рүү дамжуулдаг. Үүний шалтгаан нь ESP-Now протоколыг WIFI холболттой зэрэг идэвхжүүлэх боломжгүй юм. Хэрэглэгч вэб хуудсанд хандахын тулд WIFI нь үргэлж асаалттай байх ёстой бөгөөд ингэснээр ESP-Now холболтыг нэг төхөөрөмж дээр ашиглах боломжгүй болно. Гарцын төхөөрөмж нь Espressif дээр суурилсан төхөөрөмж байх ёстой (ESP-Now чадвартай) боловч үндсэн сервер нь вэб хуудас ажиллуулах чадвартай ямар ч төхөөрөмж байж болно.

Зарим мэдрэгч станцууд батерейг (эсвэл нарны зайгаар цэнэглэдэг батерей) цэнэглэдэг, зарим нь сүлжээний тэжээлтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч би бүгдийг аль болох бага эрчим хүч ашиглахыг хүсч байсан бөгөөд ESP8266 болон ESP32 төхөөрөмжүүдийн "гүн нойр" функц нь маш их тустай юм. Мэдрэгч станцууд үе үе сэрж, хэмжилт хийж, гарцын төхөөрөмж рүү илгээж, урьдчилан програмчлагдсан хугацаанд унтдаг. Тэдний сэрэх хугацаа 5 минут тутамд ердөө 300 мс байдаг нь (миний хувьд) тэдний эрчим хүчний хэрэглээг мэдэгдэхүйц бууруулдаг.

Алхам 2: Мэдрэгч

Байгаль орчны параметрүүдийг хэмжих янз бүрийн мэдрэгчийг сонгох боломжтой. Би зөвхөн I2C холбооны чадвартай мэдрэгчтэй байхаар шийдсэн, учир нь энэ нь хурдан хэмжих боломжийг олгодог бөгөөд өөрт байгаа төхөөрөмжүүд дээр ажиллах болно. IC-тэй шууд ажиллахын оронд би загвараа хялбарчлахын тулд ижил зүү бүхий модулиудыг ашиглахад бэлэн байхыг хайсан. Би зөвхөн температур, чийгшлийг хэмжихийг хүсч эхэлсэн тул SI7021 дээр суурилсан модулийг сонгосон. Хожим нь би даралтыг хэмжих боломжтой мэдрэгчийг хүсч, BME280 дээр суурилсан мэдрэгчийн модулийг туршиж үзэхээр шийдсэн. Зарим газарт би гэрлийн түвшинг хянахыг хүсч байсан бөгөөд BH1750 модуль нь тусдаа мэдрэгчийн модуль болоход тохиромжтой байв. Би мэдрэгчийн модулиудыг ebay дээрээс худалдаж авсан бөгөөд эдгээр нь миний хүлээн авсан модулиуд юм.

• BME280 (GY-BMP/E280) нь температур, чийгшил, даралтыг хэмждэг
• SI7021 (GY-21), температур, чийгшлийг хэмждэг
• BH1750 (GY-302), гэрлийг хэмждэг

GY-BMP/E280 ПХБ модулийн хоёр загвар байдаг. Аль аль нь 1 -ээс 4 -р зүүтэй ижил зүүг хуваалцдаг. Нэг модуль нь CSB ба SDO гэсэн хоёр нэмэлт зүүтэй байдаг. Эдгээр хоёр зүү нь модулийн 4 зүү хувилбар дээр урьдчилан холбогдсон байна. SDO зүүний түвшин нь I2C хаягийг тодорхойлдог (Ground = анхдагч нь 0x76, VCC = 0x77). I2C интерфэйсийг сонгохын тулд CSB зүүг VCC -тэй холбох ёстой. Миний зорилгод нийцүүлэн ашиглахад бэлэн болсон тул 4 зүү модулийг илүүд үздэг.

Ерөнхийдөө эдгээр модулиудыг ашиглахад маш тохиромжтой, учир нь холбооны шугамд татах эсэргүүцэл суурилуулсан бөгөөд бүгд 3.3V дээр ажилладаг тул ESP8266 дээр суурилсан самбартай нийцдэг. Эдгээр мэдрэгч IC -ийн тээглүүр нь ерөнхийдөө 5V -ийг тэсвэрлэдэггүй тул Arduino Uno гэх мэт зүйлтэй шууд холбогдох нь тэднийг бүрмөсөн гэмтээж болзошгүйг анхаарна уу.

Алхам 3: Мэдрэгч станцууд

Өмнө дурьдсанчлан, мэдрэгч станцууд нь ESP-Now холбооны протоколыг ашигладаг Espressif төхөөрөмжүүд байх болно. Өмнөх төслүүд болон туршилтуудаас би анхны туршилтаа хийж, эцсийн загварт оруулах хэд хэдэн өөр төхөөрөмжтэй байсан. Надад дараах төхөөрөмжүүд байсан:

• хоёр ESP-01 модуль
• Wemos D1 мини хөгжүүлэх хоёр самбар
• нэг Lolin ESP8266 хөгжлийн самбар
• нэг ESP12E цуврал WIFI иж бүрдэл самбар
• нэг GOOUUU ESP32 самбар (38 зүү хөгжүүлэх самбар)

Надад бас Wemos D1 R2 хөгжлийн самбар байсан боловч үүнтэй холбоотой асуудлууд байсан бөгөөд энэ нь гүн нойрноосоо сэрэхийг зөвшөөрөөгүй бөгөөд хаалганы төхөөрөмжийн хувьд эвдэрч, дахин асахгүй болно. Би үүнийг дараа нь зассан бөгөөд энэ нь Гаражийн хаалга нээх төслийн нэг хэсэг болсон юм. "Гүн нойр" ажиллахын тулд ESP8266 -ийн RST зүү нь GPIO16 зүүтэй холбогдсон байх ёстой бөгөөд ингэснээр унтах цаг хэмжигч төхөөрөмжийг сэрээх боломжтой болно. Хамгийн тохиромжтой нь энэ холболтыг Schottky диодоор хийх ёстой (катодоос GPIO16 хүртэл), ингэснээр програмчлалын явцад USB-TLL холболтоор гараар тохируулах боломжтой хэвээр байх болно. Гэсэн хэдий ч бага үнэ цэнэтэй (300-ийн Ом) эсэргүүцэл эсвэл шууд утсан холболт амжилттай хэвээр байна.

ESP-01 модулиуд нь GPIO16 зүү рүү хялбархан нэвтрэх боломжийг олгодоггүй бөгөөд шууд IC руу гагнах ёстой. Энэ бол энгийн ажил биш бөгөөд би үүнийг хүн бүрт зөвлөхгүй. ESP12E цуврал WIFI иж бүрдэл хавтан нь жаахан шинэлэг зүйл байсан бөгөөд миний зорилгод ашигтай байхын тулд нэлээд өөрчлөлт оруулах шаардлагатай болсон. Ашиглахад хамгийн хялбар самбар бол Wemos D1 мини хэлбэрийн самбар ба Лолин самбар байв. ESP32 төхөөрөмжүүд гүн нойртой ажиллахын тулд ямар нэгэн өөрчлөлт хийх шаардлагагүй. Андреас Спийсс энэ талаар маш сайн зааварчилгаа өгчээ.

Алхам 4: ESP-01 мэдрэгч станц

Бүх мэдрэгч станцууд дээр хуримтлагдах тоосны хэмжээг багасгахын тулд мэдрэгчийн модулийг босоо байдлаар суулгадаг. Бүгд хашаа дотор байдаггүй, би тэдгээрийг хашлага дотор суулгаж болохгүй. Үүний шалтгаан нь төхөөрөмжүүд дулаарч, агааржуулалт хангалтгүй байгаа үед температур, чийгшлийн үзүүлэлтэд нөлөөлж болзошгүй юм.

ESP-01 хавтангууд нь маш авсаархан бөгөөд ажиллахад цөөхөн дижитал IO зүү байдаг боловч энэ нь I2C интерфэйсэд хангалттай юм. Самбарууд нь "гүн нойр" -ыг ажиллуулахын тулд нарийн төвөгтэй өөрчлөлт шаарддаг. Зураг дээр утсыг булангийн зүү (GPIO16) -ээс толгой дээрх RST зүү хүртэл гагнасан байна. Миний ашигласан утас нь 0.1мм диаметртэй тусгаарлагдсан "засвар" утас юм. Тусгаарлагч бүрхүүл нь халах үед хайлдаг тул ПХБ -ийн ул мөр гэх мэтийг гагнах боломжтой бөгөөд утас нь бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй холбогдох газарт богино өмд бий болгох талаар санаа зовохгүй байна. Түүний хэмжээ нь ажиллахад хэцүү болгодог тул би энэ утсыг (хоббичин/тамга цуглуулагчийн хэв маяг) микроскопоор гагнасан. Баруун талын толгой нь 0.1 "(2.54мм) зүү зайтай гэдгийг санаарай. Энд Schottky диод суурилуулах нь тийм ч хялбар биш тул би утсыг ганцаараа туршиж үзэхээр шийдсэн бөгөөд хоёулаа хоёулаа ажиллаж байна. ямар ч асуудалгүй сар.

Модулиудыг миний бүтээсэн хоёр загварын самбар дээр суулгасан. Нэг (#1) нь I2C модулийг суулгаж турших боломжийг олгодог програмист самбар бөгөөд нөгөөх нь (#2) нь I2C төхөөрөмжүүдийн хөгжүүлэлт/туршилтын самбар юм. Анхны самбарын хувьд би хуучин USB эрэгтэй холбогч ба жижиг ПХБ -ийг нийлүүлж, төхөөрөмжийг USB хананы адаптераас шууд тэжээдэг. Нөгөө хэсэг нь шураг терминалын толгойд тааруулахаар өөрчлөгдсөн тогтмол DC үүртэй бөгөөд хананы адаптераар тэжээгддэг.

Схем нь тэдгээрийг хэрхэн холбож, програмист хэрхэн ажилладагийг харуулав. Надад өөр ESP-01 модуль байхгүй, тиймээс надад програмист яаралтай хэрэггүй байсан. Ирээдүйд би тэдэнд ПХБ хийх болно. Эдгээр самбаруудын аль алинд нь SI7021 мэдрэгч модулийг суулгасан бөгөөд эдгээр газруудын даралтыг хэмжих сонирхол надад байгаагүй.

Алхам 5: ESP 12E Цуваа WIFI иж бүрдэл мэдрэгч станц

ESP12E Serial WIFI Kit самбар нь энэ төхөөрөмжөөр юу хийж болохыг харуулахын тулд хөгжүүлэхэд зориулагдаагүй болно. Би үүнийг ESP8266 програмчлалын талаар бага зэрэг сурахын тулд аль эрт худалдаж авсан бөгөөд эцэст нь үүнийг шинэ хэрэглээнд ашиглахаар шийдсэн юм. Би жагсаалд зориулж суулгасан бүх LED -ийг устгаж, USB програмчлалын толгой, миний ашигладаг модульд тохирсон I2C толгойг нэмсэн. Энэ нь аналог оролтын зүүтэйгээ холбогдсон CdS гэрэл эсэргүүцэгчтэй байсан тул би үүнийг тэнд үлдээхээр шийдсэн. Энэ хэсэг нь миний гаражийн цехийг хянах гэж байсан бөгөөд гэрэл мэдрэгч нь санамсаргүйгээр ассан эсэхийг надад мэдэгдэхэд хангалттай байв. Гэрлийг хэмжихийн тулд би уншилтыг хэвийн болгож, гаралтын хувийг надад өгч, шөнийн цагаар "5" -аас дээш гарсан нь гэрэл асаалттай эсвэл байшингийн хаалга зохих ёсоор хаагдаагүй гэсэн үг юм. RST ба GPIO16 зүү нь ПХБ дээр тодорхой хаяглагдсан бөгөөд тэдгээрийг холбосон Schottky диодыг ПХБ -ийн доод талд суулгасан болно. Энэ нь USB ханын цэнэглэгч рүү шууд залгагддаг USB цуваа хавтангаар тэжээгддэг. Надад эдгээр USB серийн хавтангийн нэмэлт зүйл байгаа бөгөөд одоогоор энэ самбар хэрэггүй.

Би энэ самбарын схемийг хийгээгүй бөгөөд энэ зорилгоор ашиглахын тулд худалдаж авахыг зөвлөдөггүй. Wemos D1 Mini хавтан нь илүү тохиромжтой бөгөөд үүнийг дараа хэлэлцэх болно. Хэдийгээр танд эдгээрийн аль нэг нь байгаа бөгөөд танд зөвлөгөө өгөх шаардлагатай бол би туслахдаа баяртай байх болно.

Алхам 6: D1 мини мэдрэгчийн станцууд

Wemos D1 Mini төрлийн ESP8266 хөгжлийн самбарыг ашиглах нь надад илүү таалагддаг бөгөөд хэрэв би үүнийг хийх шаардлагатай бол би үүнийг ашиглах болно. Тэд олон тооны IO тээглүүртэй бөгөөд Arduino IDE -ээр шууд програмчлах боломжтой бөгөөд нэлээд авсаархан хэвээр байна. D0 зүү нь эдгээр самбар дээрх GPIO16 бөгөөд Schottky диодыг холбох нь хийхэд хялбар байдаг. Схем нь надад эдгээр самбарыг хэрхэн холбосон болохыг харуулсан бөгөөд хоёулаа BME2808 мэдрэгчийн модулийг ашигладаг.

Хоёр самбарын нэг нь гаднах цаг агаарыг хянах зориулалттай бөгөөд нарны эрчим хүчээр ажилладаг батерейгаар ажилладаг. 165mm x 135mm (6V, 3.5W) нарны хавтан нь TP4056 Li-ion батерейг цэнэглэх модульд холбогдсон (Нарны эрчим хүчээр ажилладаг батерейны мэдрэгч станцын тохиргооны диаграмыг үзнэ үү). Энэхүү тусгай цэнэглэх модуль (03962A) нь батерейг (багц) ороогүй тохиолдолд шаардлагатай зайны хамгаалалтын хэлхээг агуулдаг. Ли-ион батерейг зөөврийн компьютерын хуучин батерейны багцаас дахин боловсруулсан бөгөөд D1 Mini хавтанг ажиллуулахад хангалттай цэнэг барих боломжтой, ялангуяа гүн нойртой байх үед. Самбарыг гадны нөлөөнөөс арай аюулгүй байлгахын тулд хуванцар хашлага дотор байрлуулсан. Гэсэн хэдий ч дотоод засал чимэглэлийг гаднах температур, чийгшилд оруулахын тулд хоёр талдаа 25мм диаметртэй хоёр цооног өрөмдөж (дотор талаас нь) хар ландшафтын даавуугаар хучжээ. Даавуу нь чийг нэвчих боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр чийгийг хэмжих боломжтой. Хашааны нэг төгсгөлд жижиг нүх өрөмдөж, тунгалаг хуванцар цонх суурилуулсан байна. Энэ бол BH1750 гэрэл мэдрэгчийн модулийг байрлуулсан газар юм. Төхөөрөмжийг бүхэлд нь гадаа сүүдэрт (нарны шууд тусгалгүй) байрлуулж, гэрлийн мэдрэгчийг ил задгай харуулна. Манай энд бороотой/үүлэрхэг өвлийн цаг агаарт нарны эрчим хүчээр ажилладаг батерейгаас бараг 4 долоо хоног ажиллаж байна.

Алхам 7: Гарц ба вэб сервер

ESP-Now Gateway төхөөрөмжид Lolin NodeMCU V3 (ESP8266) хавтанг, вэб серверт ESP32 (GOOUUU самбар) ашигласан. Бараг бүх ESP8266 эсвэл бүр ESP32 самбар нь гарцын төхөөрөмж болж чаддаг байсан, энэ бол миний бусад бүх самбарыг ашигласны дараа миний үлдээсэн самбар байсан юм.

Өгөгдөл цуглуулах, эрэмбэлэх, хадгалах санд хадгалах, вэб сервер ажиллуулахад арай илүү тооцоолох чадвартай самбар хэрэгтэй тул би ESP32 самбарыг ашигласан. Ирээдүйд энэ нь өөрийн мэдрэгч, орон нутгийн (OLED) дэлгэцтэй болж магадгүй юм. Хадгалахад зориулагдсан адаптертай SD картыг ашигласан. Би ердийн microSD -ийг SD карт адаптер ашиглаж, 7 зүүтэй (0.1 давирхайтай) толгойг бүрсэн контактуудад гагнав. Би энэ GitHub -ийн зөвлөмжийг дагаж холболт хийсэн.

Прототипийн тохиргоо (Dupont утастай) нь мэдрэгчийн модулийг агуулаагүй боловч миний боловсруулсан ПХБ нь нэг болон жижиг OLED дэлгэцтэй байх боломжийг олгодог. ПХБ -ийг хэрхэн зохион бүтээсэн тухай дэлгэрэнгүй мэдээлэл нь өөр зааврын нэг хэсэг юм.

Алхам 8: Програм хангамж

ESP8266 (ESP-NOW) төхөөрөмжүүд

Бүх төхөөрөмжид зориулсан програм хангамжийг Arduino IDE (v1.87) ашиглан бичсэн болно. Мэдрэгч станц бүр үндсэндээ ижил код ажиллуулдаг. Тэд зөвхөн I2C холболтод ямар зүү ашигладаг, ямар мэдрэгчийн модульд холбогдсоноор л ялгаатай байдаг. Хамгийн гол нь тэд ижил мэдрэгчтэй эсэхээс үл хамааран ижил хэмжилтийн мэдээллийн багцыг ESP-Now Gateway станц руу илгээдэг. Энэ нь юу гэсэн үг вэ гэхээр, зарим мэдрэгч станцууд бодит утга өгөх мэдрэгчгүй бол даралт, гэрлийн түвшинг хэмжих утгыг бөглөх болно. Станц, гарц бүрийн кодыг энэхүү GitHub дээрх Энтони Элдерийн жишээнээс авсан болно.

Гарцын төхөөрөмжийн код нь ESP8266 нь зөвхөн нэг бүрэн ажиллагаатай UART техник хангамжтай тул вэб сервертэй холбогдохын тулд SoftwareSerial -ийг ашигласан болно. Хамгийн их дамжуулах хурд 9600 байх нь нэлээд найдвартай мэт санагдаж байгаа бөгөөд эдгээр харьцангуй жижиг өгөгдлийн пакетуудыг илгээхэд хангалттай юм. Гарц төхөөрөмжийг мөн хувийн MAC хаягаар програмчилсан болно. Үүний шалтгаан нь хэрэв үүнийг солих шаардлагатай бол мэдрэгч станцуудыг шинэ хүлээн авагчийн MAC хаягаар дахин програмчлах шаардлагагүй болно.

ESP32 (вэб сервер)

Мэдрэгч станц бүр өөрийн өгөгдлийн пакетийг гарцын төхөөрөмж рүү илгээдэг бөгөөд үүнийг вэб сервер рүү дамжуулдаг. Мэдээллийн пакетийн хамт мэдрэгч станцын MAC хаягийг мөн станц бүрийг тодорхойлох зорилгоор илгээдэг. Вэб сервер нь мэдрэгч бүрийн байршлыг тодорхойлох "хайх" хүснэгттэй бөгөөд үүний дагуу өгөгдлийг ангилдаг. Хаалга дамжуулах төхөөрөмж рүү илгээхдээ мэдрэгчүүд хоорондоо "мөргөлдөх "өөс зайлсхийхийн тулд хэмжилтийн хоорондох хугацааны интервалыг 5 минут болгож, санамсаргүй хүчин зүйл болгон тохируулсан.

Гэрийн WIFI чиглүүлэгчийг WIFI -д холбогдох үед вэб серверт тогтмол IP хаяг хуваарилахаар тохируулсан болно. Миний хувьд энэ нь 192.168.1.111 байсан. Энэ хаягийг дурын хөтөч дээр бичих нь хэрэглэгч гэрийн сүлжээнд WIFI сүлжээнд холбогдсон тохиолдолд цаг агаарын станцын вэб сервертэй холбогдох болно. Хэрэглэгч вэб хуудсанд холбогдоход вэб сервер нь хэмжилтийн хүснэгтээр хариулж, мэдрэгч бүрийн сүүлчийн хэмжилтийн хугацааг багтаасан болно. Ийм байдлаар мэдрэгч станц хариу өгөхгүй бол уншлага 5-6 минутаас дээш настай бол үүнийг хүснэгтээс харж болно.

Өгөгдлийг SD карт дээрх текст файлд хадгалдаг бөгөөд тэдгээрийг вэб хуудаснаас татаж авах боломжтой. Үүнийг Excel эсвэл өгөгдөл боловсруулах бусад програм руу импортлох боломжтой

Андройд апп

Ухаалаг гар утсан дээр орон нутгийн цаг агаарын мэдээллийг харахад хялбар болгох үүднээс би Android Studio ашиглан харьцангуй Андройд апп бүтээсэн. Үүнийг миний GitHub хуудсан дээрээс авах боломжтой. Энэ нь вэб хуудсыг серверээс ачаалах, хязгаарлагдмал функц гэх мэт вэб үзэх ангиллыг ашигладаг. Энэ нь өгөгдлийн файлыг татаж авах боломжгүй бөгөөд миний утсан дээрх файлууд надад огт хэрэггүй байсан.

Алхам 9: Үр дүн

Эцэст нь миний гэрийн цаг уурын станцын зарим үр дүнг энд оруулав. Өгөгдлийг зөөврийн компьютер дээр татаж аваад Matlab дээр зурсан болно. Би Matlab скриптүүдээ хавсаргасан бөгөөд та тэдгээрийг GNU Octave дээр ажиллуулж болно. Гадна талын мэдрэгч нарны зайгаар цэнэглэгддэг батерейгаар бараг 4 долоо хоног ажиллаж байгаа бөгөөд жилийн яг энэ үед нар бараг байдаггүй. Одоогийн байдлаар бүх зүйл сайн байгаа бөгөөд гэр бүлийн бүх хүмүүс надаас асуухаас илүүтэйгээр цаг агаарыг өөрсдөө харах боломжтой байна!