Uus traadita IOT andurikiht kodu keskkonnaseiresüsteemi jaoks: 5 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Selles juhendis kirjeldatakse odavamat patareitoitega traadita IOT-anduri kihti minu varasema Instructable: LoRa IOT koduse keskkonnaseiresüsteemi jaoks. Kui te pole seda varasemat Instructable'i juba vaadanud, soovitan lugeda sissejuhatust, et saada ülevaade süsteemi võimalustest, mis on nüüd laiendatud sellele uuele andurikihile.

Algne LoRa IOT kodu keskkonnaseire süsteem saavutas eesmärgid, mille olin seadnud välja 2017. aasta aprillis avaldamisel. Kuid pärast seda, kui kasutasin seiresüsteemi mitu kuud, et jälgida temperatuuri ja niiskust maja igal korrusel, lisage veel 11 andurit maja eriti haavatavatesse kohtadesse; sealhulgas kuus andurit, mis on strateegiliselt paigutatud keldrisse, andureid igas vannitoas ja andurit pööningul, pesumajas ja köögis.

Selle asemel, et lisada varasemast Instructable'ist rohkem LoRa-põhiseid andureid, mis on mõnevõrra kallid ja töötavad vahelduvvooluadapterite kaudu, otsustasin lisada madalama hinnaga patareidega töötavate andurite kihi, kasutades 434-MHz RF-saatjaid. Olemasoleva LoRa IOT koduse keskkonnaseiresüsteemiga ühilduvuse säilitamiseks lisasin 434 MHz pakettide vastuvõtmiseks traadita silla ja edastasin need uuesti LoRa pakettidena sagedusel 915 MHz.

Uus andurikiht koosneb järgmistest alamsüsteemidest:

1. 434 MHz traadita kaugjuhtimispuldid - patareidega töötavad temperatuuri ja niiskuse andurid
2. Wireless Bridge - võtab vastu 434 MHz pakette ja edastab need uuesti LoRa pakettidena.

434 MHz traadita kaugjuhtimispuldid kasutavad LoRa raadioga võrreldes väiksemat edastusvõimsust ja vähem jõulisi protokolle, seega valitakse traadita silla asukoht majas, et tagada usaldusväärne side kõigi 434-MHz traadita kaugjuhtimispultidega. Traadita silla kasutamine võimaldab optimeerida suhtlust 434-MHz traadita kaugjuhtimispultidega, piiramata LoRa IOT-lüüsi asukohta.

434-MHz traadita kaugjuhtimispuldid ja traadita sild on ehitatud kergesti kättesaadavate riistvaramoodulite ja mõne üksiku komponendi abil. Osasid saab osta firmadest Adafruit, Sparkfun ja Digikey; paljudel juhtudel on Digikeyst saadaval ka Adafruit ja Sparkfun osad. Riistvara kokkupanemiseks on vaja pädevaid jootmisoskusi, eriti 434 MHz juhtmevaba kaugjuhtimispuldi juhtmestikku. Arduino kood on hästi kommenteeritud arusaamiseks ja funktsionaalsuse hõlpsaks laiendamiseks.

Selle projekti eesmärgid olid järgmised:

• Leidke majapidamiskeskkonda sobiv odavam traadita tehnoloogia.
• Arendage välja patareitoitega traadita andur, mis töötab ühe patareide komplektiga mitu aastat.
• Ei nõua minu varasema Instructable'i LoRa IOT Gateway riistvara ega tarkvara muutmist.

434 MHz juhtmevaba kaugjuhtimispuldi osade kogumaksumus, välja arvatud 3xAA patareid, on 25 dollarit, millest SHT31-D temperatuuri- ja niiskusandur moodustab üle poole (14 dollarit).

Nagu ka minu varasema Instructable'i LoRa kaugjuhtimispuldid, võtavad 434 MHz traadita kaugjuhtimispuldid temperatuuri ja niiskuse näidu ning annavad iga 10 minuti järel aru LoRa IOT-lüüsile traadita silla kaudu. Üksteist 434-MHz traadita kaugjuhtimispulti pandi tööle 2017. aasta detsembris, kasutades 3 x AA-patareid, mille nimivõimsus oli 4,5 V. Aku näidud üheteistkümnest andurist 2017. aasta detsembris olid vahemikus 4,57 V kuni 4,71 V, kuusteist kuud hiljem 2019. aasta mais on aku näidud vahemikus 4,36 V kuni 4,55 V. Laia tööpingevahemikuga osade kasutamine peaks tagama andurite töö veel ühe aasta või kauem, tingimusel et RF -lingi töökindlus säilib, kuna edastusvõimsus väheneb aku madalama pinge korral.

434 MHz andurikihi töökindlus on minu majapidamiskeskkonnas olnud suurepärane. Uus andurikiht on paigutatud 4 200 ruutmeetri suurusele valmisruumile ja 1 800 ruutmeetrile lõpetamata keldripinnale. Andurid on traadita sillast eraldatud 2–3 siseseina ja põranda/lae kombinatsiooniga. Minu varasema Instructable'i LoRa IOT -lüüs saadab SMS -teate, kui anduriga side katkeb kauemaks kui 60 minutiks (6 vastamata kümneminutilist aruannet). Üks andur, põrandal keldri kaugemas otsas nurgas, virnastatud kastide taga, põhjustab aeg-ajalt kontakti kadumise märguande, kuid kõigil juhtudel taastatakse side anduriga ilma sekkumiseta.

Täname, et külastasite seda juhendit ja lisateabe saamiseks lugege palun järgmisi samme.

1. Patareitoitega juhtmevaba anduri disain
2. 434 MHz traadita kaugriistvara
3. 434 MHz traadita kaugjuhtimistarkvara
4. Traadita silla riistvara
5. Wireless Bridge tarkvara

Samm: patareitoitega traadita anduri disain

434-MHz traadita kaugjuhtimispuldi disain kasutab järgmisi osi:

• ATtiny85 8-bitine AVR mikrokontroller
• Sensirion SHT31 -D - Temperatuuri ja niiskuse andur
• Sparkfun 434-MHz RF-saatja
• 10K oomi takisti

Üks varasemaid projekteerimisotsuseid oli vältida seadmeid, mis nõuavad reguleeritud 3,3 V või 5 V, ja valida osad, mis töötavad laias pingevahemikus. See välistab vajaduse pingeregulaatorite järele, mis on patareitoitega konstruktsioonis elektritarbijad, ning pikendab andurite tööiga, kuna need toimivad kauem, kuna aku pinge aja jooksul väheneb. Valitud osade tööpingevahemikud on järgmised:

• ATtiny85: 2,7V kuni 5,5V
• SHT31-D: 2,4–5,5 V.
• RF link Tx: 1,5V kuni 12V

Teatud varu lubades peaksid 434-MHz traadita kaugjuhtimispuldid funktsionaalselt töötama kuni 3 V aku pingeni. Nagu juba märgitud, jääb üle vaid näha, kui hästi säilib raadiosideühenduse töökindlus, kuna edastusvõimsus väheneb aku madalama pinge korral.

Otsustati kasutada 3 x AA patareid, et tagada nimipinge 4,5 V. Pärast 16 -kuulist töötamist on madalaim mõõdetud aku pinge 4,36 V.

ATtiny85 valvekoera taimerit (WDT) kasutatakse 434-MHz traadita kaugjuhtimispuldi hoidmiseks suurema osa ajast unerežiimis. WDT äratab ATtiny85 iga 8 sekundi järel, et suurendada 10 -minutilist loendurit; 10 -minutilise intervalli saavutamisel tehakse mõõtmine ja edastatakse andmepakett.

Energiatarbimise minimeerimiseks on SHT31-D ja RF-lingi saatja toiteallikaks väljundiks konfigureeritud ATtiny85 digitaalsest I/O-pessa. Toide lülitatakse sisse, kui I/O -tihvti liigutatakse kõrgele (1), ja see eemaldatakse, kui I/O -tihvti liigutatakse madalale (0). Tarkvara kaudu antakse nendele välisseadmetele voolu ainult iga 10 minuti järel 1-2 sekundi jooksul mõõtmiste tegemise ja edastamise ajal. Seotud tarkvara kirjelduse leiate 434-MHz traadita kaugjuhtimistarkvarast.

Ainus teine komponent, mida kasutatakse 434-MHz traadita kaugjuhtimispuldis, on 10K oomi takisti, mida kasutatakse ATtiny85 nullimispoldi üles tõmbamiseks.

Varajane disain kasutas aku vastu takistavat pingejaoturit, et võimaldada ATTINY85 ADC tihvti aku pinge mõõtmiseks. Kuigi see pingejagur on väike, pani see akule pideva koormuse. Mõned uuringud näitasid trikki, mis kasutab Vtc (aku pinge) mõõtmiseks ATtiny85 sisemist 1,1 V ribalaiuse võrdluspinget. Seades ADC võrdluspingeks Vcc ja mõõtes sisemise 1,1 V võrdluspinge, on võimalik lahendada Vcc. ATtiny85 sisemine 1,1 V võrdluspinge on konstantne seni, kuni Vcc> 3V. Seotud tarkvara kirjelduse leiate 434-MHz traadita kaugjuhtimistarkvarast.

Side ATtiny85 ja SHT31-D vahel toimub I2C siini kaudu. Adafruit SHT31-D katkestusplaat sisaldab tõmbetakistusi I2C siinile.

Side ATtiny85 ja RF -lingi saatja vahel toimub väljundina konfigureeritud digitaalse I/O -pistiku kaudu. RadioHead pakettraadio raamatukogu RH_ASK kasutatakse selle digitaalse sisend- / väljundpistiku kaudu RF-lingi saatja sisse-välja lülitamiseks (OOK / ASK).

2. samm: 434-MHz traadita kaugriistvara

Osade nimekiri:

1 x Adafruit 1/4 suurune leivalaud, Digikey PN 1528-1101-ND

1 x patareipesa 3 x AA elementi, Digikey PN BC3AAW-ND

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

1 x Sparkfuni RF-saatja (434 MHz), Digikey PN 1568-1175-ND

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

1 x 8-kontaktiline DIP-pistikupesa, Digikey PN AE10011-ND

1 x 10K oomi, 1/8 W takisti, Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6,75 / 17 cm 18AWG emailitud vasktraadi pikkus

1 x kahepoolne vahtlint

18 / 45cm traadi mähkimistraat

ATtiny85 jaoks kasutatakse pistikupesa, kuna ahelasisest programmeerimist ei toetata.

SHT31-D katkestusplaat, RF-lingi saatja, 8-kontaktiline DIP-pesa ja antennijuhe on joodetud leivaplaadile, nagu on näidatud ülaltoodud fotol. Enne leivaplaadile jootmist eemaldage email 1/4 tolli 18AWG antennijuhtmest.

10K oomi takisti on joodetud leivaplaadil 8-kontaktilise DIP-pistiku tihvtide 1 ja 8 vahel.

Traadi mähkimistraat on joodetud leivaplaadi tagaküljele, et luua osad komponentide vahel vastavalt eelmises etapis näidatud traadita kaugjuhtimise skeemile.

Akuhoidja positiivsed ja negatiivsed juhtmed on joodetud leivaplaadile vastavalt ühte "+" ja "-" bussi komplekti.

434-MHz traadita kaugjuhtimispulti testitakse Wireless Bridge ja LoRa IOT Gateway abil. 434-MHz traadita kaugjuhtimispult saadab kohe paketi iga kord, kui patareid sisestatakse, ja seejärel iga ~ 10 minuti järel. Juhtmeta paketi vastuvõtmisel 434 MHz andurikihilt vilgub roheline LED Wireless Bridge'il ~ 0,5 sekundit. LoRa IOT Gateway peaks kuvama jaama nime, temperatuuri ja niiskust, kui lüüsis on ette nähtud 434 MHz traadita kaugjaama number.

Kui juhtmevaba kaugjuhtimispulti on programmeeritud ATtiny85 abil testitud, kasutatakse kahepoolse vahtteibi tükki, mis on lõigatud leivalauaga sama suuruseks, et kinnitada valmis leivaplaat akuhoidiku külge.

Samm: 434-MHz traadita kaugjuhtimistarkvara

Selle sammuga on kaasas 434-MHz traadita kaugjuhtimistarkvara ja see on hästi kommenteeritud.

Programmeerisin ATtiny85 mikrokontrollereid Sparkfun Tiny AVR programmeerija ja Arduino IDE abil. Sparkfunil on ulatuslik õpetus draiverite jms seadistamise kohta ning kuidas programmeerija Arduino IDE -ga tööle panna.

Lisasin Tiny AVR programmeerijale ZIF (Zero Insertion Force) pesa, et lihtsustada kiipide lisamist ja eemaldamist programmeerijast.

Samm: traadita silla riistvara

Osade nimekiri:

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 raadiosaatja (915 MHz), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Sparkfuni RF-vastuvõtja (434 MHz), Digikey PN 1568-1173-ND

1 x 8-kontaktiline DIP-pistikupesa, Digikey PN AE10011-ND

6,75 / 17 cm 18AWG emailitud vasktraadi pikkus

3,25 tolli / 8,5 cm 18AWG emailitud vasktraadi pikkus

24 / 61cm traadi mähkimistraat

1 x USB -kaabel A / MicroB, 3 jalga, Adafruit PID 592

1 x 5V 1A USB -pordi toiteallikas, Adafruit PID 501

Pange prototüüpimise kilp kokku vastavalt Adafruit.com juhistele.

Pange RFM95W LoRa transiiverplaat kokku vastavalt Adafruit.com juhistele. Antenni jaoks kasutatakse 3,25 tolli / 8,5 cm pikkust 18AWG traati ja see joodetakse otse transiiverplaadile pärast 1/4 tolli emaili eemaldamist juhtmest.

Lõigake 8-kontaktiline DIP-pesa ettevaatlikult pooleks, et luua kaks 4-kontaktilist SIP-pistikupesa.

Jootke kaks 4-kontaktilist SIP-pistikut prototüüpimise kilbi külge, nagu näidatud. Neid kasutatakse RF -lingi vastuvõtja ühendamiseks, nii et enne jootmist veenduge, et need oleksid RF -lingi saatjaga sobivates aukudes.

Jootke RFM9W LoRa transiiveriplaat prototüüpimise kilbi külge, nagu näidatud.

Arduino Uno ja raadiosaatja RFM9W vahel tehakse järgmised ühendused, kasutades prototüüpimisplaadi ülemisel küljel olevat traatpakenditraati:

RFM9W G0 Arduino digitaalne I/O tihvt 2, RadioHead raamatukogu kasutab sellel tihvtil katkestust 0

RFM9W SCK Arduino ICSP päis, tihvt 3

RFM9W MISO Arduino ICSP päis, tihvt 1

RFM9W MOSI Arduino ICSP päis, tihvt 4

RFM9W CS Arduino digitaalne I/O tihvt 8

RFM9W RST Arduino digitaalne I/O tihvt 9

Prototüüpimisplaadi alumisel küljel on tehtud järgmised ühendused:

RFM9W VIN prototüüpplaadi 5V buss

RFM9W GND Prototüüpimisplaadi (GND) buss

RF Link Rx Pin 1 (GND) Prototüüpplaadi maa (GND) siin

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

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) Prototüüpplaadi 5V siin

Proto Board roheline LED Arduino digitaalne I/O Pin 7

RF -lingi vastuvõtja pin -andmed on saadaval aadressil www.sparkfun.com.

Eemaldage email alates 1/4 tolli 18AWG traadi pikkusest 6,75 tolli ja sisestage see prototüüpimisplaadi auku, mis asub vahetult RF Link Rx Pin 8 (antenn) kõrval. Kui auk on sisestatud, painutage eemaldatud ots nii, et see kontakt RF Link Rx Pin 8 -ga ja jootke see oma kohale.

Programmeerige Arduino Uno järgmises etapis esitatud visandiga. Lähtestamisel või sisselülitamisel vilgub roheline LED kaks korda 0,5 sekundit. Juhtmeta paketi vastuvõtmisel 434 MHz andurikihilt vilgub roheline LED ~ 0,5 sekundit.

Samm: traadita silla tarkvara

Selle sammuga on lisatud tarkvara Wireless Bridge ja see on hästi kommenteeritud.