Жаңы Зымсыз IOT сенсорунун катмары Үйдөгү экологиялык мониторинг системасы: 5 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Бул Instructable менин мурунку Instructable үчүн арзаныраак, батарейка менен иштеген зымсыз IOT сенсорунун катмарын сүрөттөйт: LoRa IOT Home Environmental Monitoring System. Эгерде сиз буга чейин көрсөтмөлөрдү көрө элек болсоңуз, анда мен бул жаңы сенсор катмарына жайылган тутумдун мүмкүнчүлүктөрүн карап чыгуу үчүн киришүүнү окууну сунуштайм.

Түпнуска LoRa IOT Home Environmental Monitoring System, ал 2017 -жылы апрелде жарыяланганда койгон максаттарыма жетти. Бирок, үйдүн ар бир кабатында температураны жана нымдуулукту көзөмөлдөө үчүн бир нече ай бою мониторинг системасын колдонгондон кийин, мен үйдүн өзгөчө аялуу жерлерине дагы 11 сенсор кошуу; анын ичинде, алты сенсор стратегиялык түрдө подвалга жайгаштырылган, сенсорлор ар бир ваннада жана сенсор чердакта, кир жуучу жайда жана ашканада.

Мурунку Instructableдан бир аз кымбатыраак жана AC адаптерлери аркылуу иштеген LoRa негизиндеги сенсорлорду кошуунун ордуна, мен 434-МГц RF Link өткөргүчтөрүн колдонуп, арзаныраак катмары бар батарея менен иштеген сенсорлорду кошууну чечтим. Учурдагы LoRa IOT Үйдүн айлана-чөйрөнү көзөмөлдөө тутуму менен шайкештигин сактоо үчүн, мен 434-МГц пакеттерин алуу жана 915-МГцте LoRa пакеттери катары кайра берүү үчүн зымсыз көпүрө коштум.

Жаңы сенсор катмары төмөнкү подсистемалардан турат:

1. 434 -МГц зымсыз алыстан башкаруу - батареянын температурасы жана нымдуулугу боюнча сенсорлор
2. Зымсыз көпүрө - 434 -МГц пакеттерин алат жана аларды LoRa пакеттери катары кайра өткөрөт.

434-МГц зымсыз алыстан башкаруу каражаттары LoRa радиолоруна салыштырмалуу азыраак өткөргүчтү жана анча күчтүү протоколдорду колдонушат, андыктан үйдөгү Зымсыз көпүрөнүн жайгашкан жери бардык 434-МГц зымсыз алыстан башкаруу пульту менен ишенимдүү байланышты камсыз кылуу үчүн тандалып алынган. Зымсыз көпүрөнү колдонуу LoRa IOT Gateway жайгашкан жерге эч кандай чектөө койбостон, 434-МГц зымсыз алыстан башкаруу менен байланышты оптималдаштырууга мүмкүндүк берет.

434-MHz зымсыз алыстан башкаруу жана зымсыз көпүрө жеткиликтүү аппараттык модулдарды жана бир нече жеке компоненттерди колдонуу менен курулган. Бөлүктөрдү Adafruit, Sparkfun жана Digikeyден алууга болот; көп учурларда, Adafruit жана Sparkfun бөлүктөрү Digikeyден да жеткиликтүү. Аппаратты, тактап айтканда, 434-МГц зымсыз алыстан башкаруунун чекиттүү зымдарын чогултуу үчүн компетенттүү ширетүү жөндөмү керек. Arduino коду түшүнүктүү жана функционалды оңой кеңейтүү үчүн жакшы комментарийленген.

Бул долбоордун максаттары төмөнкүлөрдү камтыйт:

• Үй шартына ылайыктуу зымсыз арзан технологияны табыңыз.
• Батареялардын бир комплексинде бир нече жылдар бою иштей ала турган батарея менен иштеген зымсыз сенсорду иштеп чыгуу.
• Мурунку Instructable'ден LoRa IOT Gateway жабдуулугуна же программасына эч кандай өзгөртүүлөрдү талап кылбаңыз.

3xAA батареяларын кошпогондо, 434-МГц зымсыз алыстан башкаруунун жалпы бөлүктөрү 25 долларды түзөт, анын ичинен SHT31-D температура жана нымдуулук сенсорунун жарымынан көбү ($ 14).

Менин мурунку көрсөтмөмдөгү LoRa пульттары сыяктуу эле, 434-МГц зымсыз алыстан башкаруу пульту температура менен нымдуулуктун көрсөткүчтөрүн алып, ар бир 10 мүнөт сайын LoRa IOT Gatewayге кабарлап турат. Он бир 434-МГц зымсыз алыстан башкаруу пульту 3 х АА батарейкаларын колдонуп, 2017-жылдын декабрь айында 4.5В менен камсыздалган. 2017 -жылдын декабрь айында он бир сенсордон алынган батарейканын көрсөткүчтөрү 4.57Vдан 4.71Vга чейин, он алты айдан кийин 2019 -жылдын майында батарейканын көрсөткүчтөрү 4.36Vдан 4.55Vга чейин өзгөрөт. Чоң чыңалуу диапазонуна ээ болгон бөлүктөрдү колдонуу сенсорлордун иштешин дагы бир жыл же андан көп убакытка камсыз кылышы керек, мында RF линиясынын ишенимдүүлүгүн сактоо керек, анткени өткөргүчтүн кубаттуулугу батареянын төмөнкү чыңалуусу менен азаят.

434-МГц сенсор катмарынын ишенимдүүлүгү менин үй шартымда эң сонун болду. Жаңы сенсор катмары 4, 200 SqFt даяр мейкиндикте жана 1, 800 SqFt бүтө элек жер төлөдөгү мейкиндикте жайгаштырылган. Сенсорлор Зымсыз көпүрөдөн 2 - 3 ички дубалдын жана полдун/шыптын айкалышы менен бөлүнөт. LoRa IOT Gateway менин мурунку Instructable'имен байланыш сенсор менен 60 мүнөттөн ашык үзүлүп калса, SMS эскертүүсүн жөнөтөт (6 он мүнөттүк отчет). Подвалдын эң четиндеги бурчтагы кабатта жайгашкан бир сенсор, анда-санда жоголгон байланыш эскертүүсүнө алып келет, бирок бардык учурларда сенсор менен байланыш эч кандай кийлигишүүсүз кайра калыбына келет.

Бул нускаманы көргөнүңүз үчүн рахмат, жана кошумча маалымат алуу үчүн төмөнкү кадамдарды караңыз.

1. Батарея менен иштеген зымсыз сенсордун дизайны
2. 434-MHz Wireless Remote Hardware
3. 434-MHz Wireless Remote Software
4. Wireless Bridge Hardware
5. Зымсыз көпүрө программасы

1 -кадам: Батарея менен иштеген зымсыз сенсордун дизайны

434-MHz Wireless Remote үчүн дизайн төмөнкү бөлүктөрдү колдонот:

• ATtiny85 8-бит AVR микроконтроллери
• Sensirion SHT31 -D - Температура жана нымдуулук сенсорунун сынуу тактасы
• Sparkfun 434-MHz RF шилтеме өткөргүч
• 10K Ohm каршылыгы

Эрте дизайн чечимдеринин бири жөнгө салынуучу 3.3V же 5V талап кылган түзмөктөрдөн качуу жана кеңири чыңалуу диапазонунда иштеген бөлүктөрдү тандоо болчу. Бул батареянын конструкциясындагы кубаттуулукту ысырап кылуучу чыңалуу жөндөгүчтөрүнө болгон муктаждыкты жок кылат жана сенсорлордун иштөө мөөнөтүн узартат, анткени алар убакыттын өтүшү менен батареянын чыңалуусу азайган сайын иштей беришет. Тандалган бөлүктөр үчүн иштөө чыңалуусу төмөнкүдөй:

• ATtiny85: 2.7V - 5.5V
• SHT31-D: 2.4V-5.5V
• RF Link Tx: 1.5Vдан 12Vга чейин

Кээ бир маржаларга жол берип, 434-МГц зымсыз алыстан башкаруу пульту 3В батарея чыңалуусуна чейин иштеши керек. Жогоруда айтылгандай, RF шилтемесинин ишенимдүүлүгү канчалык жакшы сакталып калганын көрүү керек, анткени өткөргүчтүн кубаттуулугу батареянын төмөнкү чыңалуусу менен азаят.

4.5V номиналдуу баштапкы чыңалуусун камсыз кылуу үчүн 3 х АА батареясын колдонуу чечими кабыл алынды. 16 ай иштегенден кийин, эң төмөнкү батареянын чыңалуусу 4.36В.

ATtiny85 Watch Dog Timer (WDT) 434-МГц зымсыз алыстан башкарууну көпчүлүк учурда уйку режиминде кармоо үчүн колдонулат. ATtiny85 10 мүнөттүк эсептегичти көбөйтүү үчүн WDT тарабынан 8 секунд сайын ойгонот; 10 мүнөттүк интервалга жеткенде, өлчөө жүргүзүлөт жана маалымат пакети жөнөтүлөт.

Электр энергиясын керектөөнү мындан ары азайтуу үчүн, SHT31-D жана RF Link өткөргүчтөрү ATtiny85теги санариптик I/O порт пининен чыгарылат. Күч I/O пин жогору (1) айдалганда колдонулат, ал эми I/O пин төмөн (0) айдалганда алынып салынат. Программалык камсыздоо аркылуу, кубаттуулук бул перифериялык түзүлүштөргө ар 10 мүнөттө 1-2 секундда гана колдонулат, ал эми өлчөөлөр кабыл алынып, өткөрүлүп берилет. Тиешелүү программалык камсыздоону сүрөттөө үчүн 434-MHz Wireless Remote Software программасына кайрылыңыз.

434-МГц зымсыз алыстан башкарууда колдонулган башка компонент ATtiny85теги баштапкы абалга келтирүү үчүн колдонулган 10K ом каршылыгы.

Эрте дизайн батарейканын чыңалуусун өлчөө үчүн ATTINY85теги ADC пинин иштетүү үчүн батарейкадагы каршылаш чыңалуу бөлүштүргүчүн колдонгон. Кичине болсо да, бул чыңалуу бөлүштүргүч батарейкага туруктуу жүк жүктөдү. Кээ бир изилдөөлөр Vcc (батареянын чыңалуусун) өлчөө үчүн ATtiny85 ички 1.1V диапазону боштук чыңалуусун колдонгон трюк пайда болду. ADC маалымдама чыңалуусун Vccке коюу менен жана ички 1.1V чыңалуу чыңалуусун өлчөө менен Vccти чечүүгө болот. ATtiny85 ички 1.1V маалымдама чыңалуу Vcc> 3V эле туруктуу. Тиешелүү программалык камсыздоону сүрөттөө үчүн 434-MHz Wireless Remote Software программасына кайрылыңыз.

ATtiny85 менен SHT31-D ортосундагы байланыш I2C автобусу аркылуу ишке ашат. Adafruit SHT31-D сынык тактасы I2C автобусу үчүн тартылуучу резисторлорду камтыйт.

ATtiny85 менен RF шилтемесинин өткөргүчүнүн ортосундагы байланыш чыгаруу катары конфигурацияланган санариптик I/O пини аркылуу болот. RadioHead пакеттик радио китепканасы RH_ASK бул санариптик I / O пин аркылуу RF шилтемесин On-Off Key (OOK / ASK) үчүн колдонулат.

2-кадам: 434-MHz Wireless Remote Hardware

Бөлүктөр тизмеси:

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

1 х Батарея кармагыч 3 х AA клеткалары, Digikey PN BC3AAW-ND

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

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

1 ATtiny85 микроконтроллери, Digikey PN ATTINY85-20PU-ND

1 х 8-пин DIP розеткасы, Digikey PN AE10011-ND

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

6.75 / 17см Узундугу 18AWG Эмалданган Жез Сым

1 x Piece эки тараптуу көбүк тасмасы

18 / 45см зым ороочу зым

ATtiny85 үчүн розетка колдонулат, анткени схемада программалоо колдоого алынбайт.

SHT31-D үзүлүш тактасы, RF Link өткөргүч, 8-пин DIP розеткасы жана антенна зымы жогорудагы сүрөттө көрсөтүлгөндөй нан тактасында ширетилген. 18AWG антенна зымынын 1/4 дюймунан эмалды алып салыңыз.

10K ohm резистору 8-Pin DIP розеткасынын 1 жана 8-пиндеринин ортосундагы бышырылган тактага ширетилет.

Зымдын оролуучу зымы мурунку кадамда көрсөтүлгөн Wireless Remote схемалык схемасына ылайык компоненттердин ортосундагы байланышты түзүү үчүн нандын арткы бетине ширетилген.

Батарея кармагычтан оң жана терс коргошундар "+" жана "-" автобустарынын бир тобуна ширетилген.

434-MHz Wireless Remote Wireless Bridge жана LoRa IOT Gateway менен сыналган. 434-МГц зымсыз алыстан башкаруу батареялары киргизилген сайын жана андан кийин ар бир ~ 10 мүнөттө дароо пакет жөнөтөт. 434-МГц сенсор катмарынан зымсыз пакетти алгандан кийин, Зымсыз көпүрөдөгү жашыл LED ~ 0,5 сек. Станциянын аты, температурасы жана нымдуулугу LoRa IOT Gateway тарабынан көрсөтүлүшү керек, эгерде 434-MHz Wireless Remote станциянын номери шлюзда берилген болсо.

Зымсыз алыстан башкаруу программасы ATtiny85 менен жакшы текшерилгенден кийин, толтурулган нан тактасын батарейка кармагычка бекитүү үчүн нан менен бирдей өлчөмдө кесилген эки тараптуу көбүк тасманын бир бөлүгү колдонулат.

3-кадам: 434-MHz Wireless Remote Software

434-MHz Wireless Remote программасы бул кадам менен тиркелет жана жакшы комментарийленген.

Мен ATtiny85 микроконтроллерлерин Sparkfun Tiny AVR программисти жана Arduino IDE аркылуу программаладым. Sparkfun драйверлерди кантип орнотуу жана программистти Arduino IDE менен кантип иштөө боюнча кеңири үйрөткүчкө ээ.

Мен кичинекей AVR Программистине программисттен чиптерди кошуу жана алып салууну жеңилдетүү үчүн ZIF (Zero Insertion Force) сокетин коштум.

4 -кадам: Wireless Bridge Hardware

Бөлүктөр тизмеси:

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 Sparkfun RF Link Receiver (434-MHz), Digikey PN 1568-1173-ND

1 х 8-пин DIP розеткасы, Digikey PN AE10011-ND

6.75 / 17см Узундугу 18AWG Эмалданган Жез Сым

3.25 / 8.5см Узундугу 18AWG Эмалданган Жез Сым

24 / 61см Зым ороочу зым

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

1 x 5V 1A USB порту менен камсыздоо, Adafruit PID 501

Adafruit.com сайтындагы нускамаларга ылайык прототипдөөчү калканды чогултуп алыңыз.

Adafruit.com сайтындагы көрсөтмөлөргө ылайык RFM95W LoRa кабыл алуучу тактасын чогултуп алыңыз. 3.25 " / 8.5cm узундугу 18AWG зым антенна үчүн колдонулат жана зымдын 1/4" эмалын сыйрып алгандан кийин түздөн -түз transceiver тактасына кошулат.

Этияттык менен 8-пин DIP розеткасын 4-пин SIP розеткасынын эки топтомун түзүү үчүн жарым узундугу менен кесип алыңыз.

Көрсөтүлгөндөй прототипдөөчү калканга эки 4-пин SIP розеткасын туташтырыңыз. Булар RF шилтемесин алуучуну туташтыруу үчүн колдонулат, андыктан алар ширетүүдөн мурун RF Link берүүчүсү менен дал келүүчү тешиктерде экенине көзүңүз жетет.

RFM9W LoRa transceiver тактасын көрсөтүлгөндөй прототипдөөчү калканга туташтырыңыз.

Төмөнкү байланыштар Arduino Uno менен RFM9W transceiver тактасынын ортосунда прототипдөө тактасынын үстү жагындагы зым оролуучу зымды колдонуп жасалат:

RFM9W G0 Arduino Digital I/O Pin 2, RadioHead китепканасы бул пинге Interrupt 0 колдонот

RFM9W SCK Arduino ICSP аталышы, пин 3

RFM9W MISO Arduino ICSP аталышы, пин 1

RFM9W MOSI Arduino ICSP аталышы, пин 4

RFM9W CS Arduino Digital I/O Pin 8

RFM9W RST Arduino Digital I/O Pin 9

Төмөнкү байланыштар прототипдөө тактасынын ылдый жагында жүргүзүлөт:

RFM9W VIN прототипдөө тактасы 5V автобус

RFM9W GND Прототипдөө тактасынын жери (GND) шинасы

RF Link Rx Pin 1 (GND) Прототипдөө тактасынын жери (GND) шинасы

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

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) Prototyping board 5V bus

Proto Board Green LED Arduino Digital I/O Pin 7

RF шилтемесин алуучунун пин маалыматы www.sparkfun.com жеткиликтүү.

6,75 дюймдук 18AWG зымынын 1/4 бөлүгүнөн эмальды сыйрып алып, аны RF Link Rx Pin 8 (Антенна) менен жанаша жайгашкан прототиптештирүү тешигине салыңыз. Тешикке салынгандан кийин, сыйрылган учу ийилип калат. RF Link Rx Pin 8 менен байланышып, аны ордуна коюңуз.

Arduino Uno программасын кийинки кадамда берилген эскиз менен программалаңыз. Баштапкы абалга келтирилгенде же күйгүзүлгөндө, жашыл LED эки ирет 0,5 сек. 434-МГц сенсор катмарынан зымсыз пакетти алгандан кийин, жашыл LED ~ 0.5с жарк этет.

5 -кадам: Зымсыз көпүрө программасы

Wireless Bridge программалык камсыздоосу бул кадам менен коштолгон жана жакшы комментарийленген.