Sensor de pany i porta de cobert amb bateria, Solar, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:10

En aquest instructiu us mostro com he fabricat un sensor alimentat per bateria per controlar l’estat de la porta i el bloqueig de la nau remota. Tinc alimentació de corrent principal, per tant, la tinc alimentada per bateria. La bateria es carrega mitjançant un petit panell solar.

El mòdul està dissenyat per a un funcionament de baixa potència i funciona amb un ESP-07S en son profund que es desperta i comprova la posició de la porta i del pany cada minut. No obstant això, quan s'obre la porta, el mòdul es desperta mitjançant un senzill circuit de maquinari per enviar immediatament la informació de "porta oberta". El mòdul es comunica mitjançant ESP-Now, en el qual el temps de transmissió és molt curt i requereix només una petita quantitat d’energia.

La meva domòtica que s’executa a Openhab i Mosquitto gestiona els missatges i m’envia un missatge alarmant a través de Telegram si l’alarma està activada.

Subministraments

Tots els components es compren a Aliexpress.

• El mòdul ESP-07S s’escull per facilitar la connexió d’una antena externa per augmentar el rang ESP-Now.
• Tauler de carregador TP4056 amb protecció de la bateria
• 18650 bateria LiPo
• Interruptor Reed (NO per controlar la posició de la porta)
• Interruptor de contacte (posició de bloqueig del monitor)
• Panell solar (6V, 0,6W)
• Transistors, resistències, díodes, connectors (veure esquema)

Pas 1: maquinari

L'esquema tal com s'inclou s'inclou com a imatge. Primer vaig prototipar el circuit en una taula de treball. Després vaig soldar tots els components en un tauler de perf.

Faig servir un mòdul ESP-07S ESP8266 ja que té una connexió per a una antena externa. Com que el meu cobert per a bicicletes és fora, el senyal WiFi ha de passar per una paret de formigó. Vaig descobrir que una antena externa augmenta fortament l’abast de l’ESP-Now. Molt lògic, ja que és un senyal WiFi.

Per al sensor de la porta, he utilitzat un interruptor reed amb connexions de botn NO i NC. Quan la porta està tancada, un imant fixat a l'interruptor obre l'interruptor. El mòdul comprova l'estat de la porta i del bloqueig cada 60 segons, però, quan s'obre la porta, vull que se m'informi immediatament, per la qual cosa he implementat un circuit de reinici, vegeu més avall.

Per al sensor de bloqueig he utilitzat un commutador de contacte amb connexions de botn NO i NC. Quan es tanca el pany, el passador de pany obre l’interruptor. Per tant, tant el sensor de la porta com el sensor de pany s’obren normalment (NO).

La bateria es carrega mitjançant una placa de carregador TP4056 amb protecció de la bateria connectada a un petit panell solar de 6V.

A continuació explicaré algunes parts del circuit.

Restableix el circuit

El circuit de reinici amb el Mosfet 2N7000 està connectat al pin de reinici de l’ESP8266. Si la porta està tancada, el contacte està obert, tant la porta com la font del transistor són alts i el mosfet està apagat. El condensador connectat a la porta té una càrrega positiva. L'ESP8266 canvia GPIO12 com HIGH = tancat.

Quan s’obre la porta, la font del mosfet es connecta a terra. Com que la porta és alta, el mosfet està engegat i estira el pin de reinici a terra, amb la qual cosa es restableix l'ESP8266. El condensador es descarrega mitjançant R7 i després apaga el mosfet. Vegeu la captura de pantalla del meu oscil·loscopi per obtenir un pols baix de 50 ms. Després del pols, l'ESP8266 arrenca. L'ESP8266 canvia GPIO12 com LOW = obert.

Quan la porta es tanca de nou, la resistència R6 treu la font i el GPIO12 cap amunt.

Supervisió de la bateria

La tensió de la bateria es llegeix mitjançant un divisor de tensió entre VBat i GND. Tanmateix, no vull una connexió permanent entre VBat i GND, perquè descarrega la bateria. Per tant, he posat un mosfet de canal P a la part alta del divisor de tensió i la porta del mosfet es desplega, de manera que el mosfet està apagat. Només quan el GPIO14 és baix, el mosfet està engegat i l’ESP8266 pot canviar la tensió amb l’ADC.

Pas 2: programari

El mòdul ESP8266 es troba principalment en mode de repòs profund per estalviar energia.

Cada 60 segons, el mòdul arrenca amb WiFi desactivat i mesura la posició del pany i la porta i comprova si aquestes posicions han canviat en comparació amb els valors emmagatzemats a la memòria RTC. Si una posició ha canviat, el mòdul dorm durant un temps mínim i es desperta amb el WiFi habilitat per enviar la nova posició mitjançant ESP-Now. I, per descomptat, les noves posicions s’emmagatzemen a la memòria RTC. Si no s'ha canviat res, el mòdul torna a dormir i es desperta amb el WiFi desactivat.

Vegeu el meu altre instructable en què explico com faig servir ESP-Now per transmetre missatges i transformar-los en missatges MQTT.

Si el "circuit OTA" es tanca manualment mitjançant un pont, el mòdul es desperta i es connecta a la meva xarxa WiFi per esperar una actualització OTA mitjançant ESP8266HTTPUpdateServer.

Cada 30 minuts es mesura i publica el voltatge de la bateria.

Funciona com una màquina d’estat. Els estats es defineixen al programa que es publica al meu Github.

STATE_CHECK: desperta't amb Radio off (WiFi apagat), només has de comprovar si alguna cosa ha canviat

STATE_INIT: despertar amb la ràdio activada (WiFi activada) i transmetre els estats de la porta i del pany

STATE_DOOR: desperta't amb Radio activada, publica l'estat de la porta la propera vegada que arrenci

STATE_LOCK: desperta't amb Radio activada, publica l'estat de bloqueig la propera vegada que arrenci

STATE_VOLTAGE: desperta't amb Ràdio activada, publica la tensió la propera vegada que arrenci

STATE_OTA 5: desperta't amb Ràdio activada, vés al mode OTA

Pas 3: Muntatge

Faig servir terminals de cargol i connectors femella / femella de CC per poder muntar i desmuntar el meu projecte. Vaig posar totes les parts en una petita caixa ABS, vegeu les imatges. Vaig encapsular les peces en cinta Kapton per a l'aïllament elèctric

Connecto el panell solar mitjançant un endoll de corrent continu mascle (5,5 x 2,1) amb un díode 1N5817 que té un voltatge directe baix.

L'interruptor de canya està enganxat a la caixa i s'enganxa un imant a la porta en la posició correcta.

El contacte de bloqueig s’introdueix des del costat; vegeu la imatge.

Pas 4: mòdul de treball

La meva domòtica Openhab llegeix les dades rebudes. M'agrada, puc publicar els fitxers Openhab.

Superviso:

• La tensió de la bateria (amb persistència, de manera que veig la tensió al llarg del temps en un gràfic).
• Les posicions de la porta i del pany.
• Les vegades que la posició ha canviat.

D’aquesta manera, quan me’n vaig al llit, puc veure fàcilment si tots els coberts estan tancats.

Al principi de l'ús, la bateria es carregava en un dia brillant i, al cap d'una setmana aproximadament, la bateria estava completament carregada. Ara a la tardor, la bateria continua carregada. Pel que sembla, el mòdul és molt econòmic i consumeix molta menys energia que la que genera un petit panell solar. La bateria resistent probablement tingui energia durant uns mesos de foscor. Vegem com funciona el mòdul aquest hivern, quan la temperatura al cobert és molt més baixa.