Uy atrof -muhit monitoringi tizimi uchun yangi simsiz IOT sensori qatlami: 5 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Bu yo'riqnomada men ilgari ko'rsatiladigan: LoRa IOT uy atrof-muhit monitoringi tizimi uchun arzonroq, batareyali simsiz IOT sensori qatlami tasvirlangan. Agar siz ilgari "Instructable" ni ko'rmagan bo'lsangiz, men tizimning imkoniyatlarini ko'rib chiqish uchun kirish qismini o'qishni maslahat beraman, u endi bu yangi sensor qatlamiga kengaytirilgan.

Asl LoRa IOT uy atrof -muhit monitoringi tizimi 2017 yil aprelda nashr etilganida oldimga qo'ygan maqsadlarimga erishdi. Biroq, uyning har bir qavatidagi harorat va namlikni kuzatish uchun bir necha oy davomida monitoring tizimini qo'llaganimdan so'ng, men xohladim. uyning ayniqsa zaif joylariga yana 11 ta datchik qo'shing; shu jumladan, podvalda strategik joylashtirilgan oltita datchik, har bir hammomdagi datchiklar va chodir, kir yuvish va oshxonadagi sensorlar.

Avvalgi Instructable-dan biroz qimmatroq va AC adapterlari orqali ishlaydigan LoRa-ga ko'proq sensorlarni qo'shish o'rniga, men 434 MGts chastotali RF-uzatgichlar yordamida arzonroq, batareyali datchiklarni qo'shishga qaror qildim. Mavjud LoRa IOT Home Environmental Monitoring System bilan moslikni saqlab qolish uchun men 434 MGtsli paketlarni qabul qilish va ularni 915 MGts chastotali LoRa paketlari sifatida qayta uzatish uchun simsiz ko'prik qo'shdim.

Yangi sensorli qatlam quyidagi quyi tizimlardan iborat:

1. 434 MGts simsiz masofadan boshqarish pultlari - batareyada ishlaydigan harorat va namlik sensori
2. Simsiz ko'prik - 434 MGtsli paketlarni qabul qiladi va ularni LoRa paketlari sifatida qayta uzatadi.

434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlari LoRa radiolariga qaraganda pastroq uzatuvchi quvvat va kamroq mustahkam protokollardan foydalanadi, shuning uchun uydagi simsiz ko'prik 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlari bilan ishonchli aloqani ta'minlash uchun tanlanadi. Simsiz ko'prikdan foydalanish 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlari bilan aloqani LoRa IOT shlyuzi joylashgan joyga hech qanday cheklovlarsiz optimallashtirish imkonini beradi.

434 MGts simsiz masofadan boshqarish pultlari va simsiz ko'prik tayyor apparat modullari va bir nechta alohida komponentlar yordamida qurilgan. Qismlarni Adafruit, Sparkfun va Digikey dan olish mumkin; ko'p hollarda, Digikey -dan Adafruit va Sparkfun qismlari ham mavjud. Uskunani, xususan, 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlarining simlarini yig'ish uchun malakali lehimlash ko'nikmalari zarur. Arduino kodi tushunish va funksionallikni osonlikcha kengaytirish uchun yaxshi izohlangan.

Ushbu loyihaning maqsadlari quyidagilardan iborat edi:

• Uy sharoitiga mos keladigan arzonroq simsiz texnologiyani toping.
• Bir necha yillar davomida bitta akkumulyator batareyasida ishlaydigan batareyali simsiz sensorni ishlab chiqish.
• LoRa IOT Gateway apparati yoki dasturiy ta'minotiga oldingi ko'rsatmalarni o'zgartirish talab qilinmaydi.

3xAA batareyalaridan tashqari 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlarining umumiy qismlari 25 dollarni tashkil etadi, shundan SHT31-D harorat va namlik sensori yarmidan ko'pini (14 dollar) tashkil qiladi.

Oldingi ko'rsatmali LoRa pultlari singari, 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlari harorat va namlik ko'rsatkichlarini oladi va har 10 daqiqada Simsiz ko'prik orqali LoRa IOT shlyuziga hisobot beradi. 434 MGts chastotali 11 ta simsiz masofadan boshqarish pultlari 2017 yil dekabr oyida 4,5 V kuchlanishli 3 ta AA batareyalar yordamida ishga tushirildi. 2017 yil dekabr oyida o'n bitta sensordan olingan batareya ko'rsatkichlari 4,57 V dan 4,71 V gacha, o'n olti oy o'tgach, 2019 yil may oyida batareyaning ko'rsatkichlari 4,36 V dan 4,55 V gacha. Ishlash voltajining keng diapazoniga ega bo'lgan qismlardan foydalanish sensorlar yana bir yil yoki undan ko'proq vaqt davomida ishlashini ta'minlashi kerak, bunda chastotali aloqa ishonchliligi saqlanib qoladi, chunki batareya quvvati past bo'lganda uzatish quvvati kamayadi.

434 MGts chastotali sensor qatlamining ishonchliligi mening uy sharoitimda juda yaxshi bo'ldi. Sensorning yangi qatlami 4,200 SQFt tugagan maydonda va 1,800 SQFt podvalda qurilmagan. Sensorlar simsiz ko'prikdan 2-3 ta ichki devor va pol/shiftlarning kombinatsiyasi bilan ajratilgan. LoRa IOT shlyuzi, avvalgi yo'riqnomamdan, sensor bilan aloqa 60 daqiqadan ko'proq vaqt davomida uzilib qolsa, SMS -ogohlantirish yuboradi (6 ta o'n daqiqali hisobot). Er osti qavatining chekkasidagi burchakdagi polda yig'ilgan qutilar orqasida joylashgan bitta sensor, vaqti-vaqti bilan yo'qolgan aloqa signalini keltirib chiqaradi, lekin har holda, sensor bilan aloqa hech qanday aralashuvsiz qayta tiklanadi.

Bu ko'rsatmaga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur va qo'shimcha ma'lumot olish uchun quyidagi bosqichlarni ko'ring.

1. Batareya bilan ishlaydigan simsiz sensor dizayni
2. 434 MGtsli simsiz masofaviy apparat
3. 434 MGtsli simsiz masofaviy dasturiy ta'minot
4. Simsiz ko'prik uskunalari
5. Simsiz ko'prik uchun dasturiy ta'minot

1 -qadam: Batareya bilan ishlaydigan simsiz sensorlar dizayni

434 MGts simsiz masofadan boshqarish pultining dizayni quyidagi qismlardan foydalanadi:

• ATtiny85 8-bitli AVR mikrokontroller
• Sensirion SHT31 -D - harorat va namlik sensori uzilish taxtasi
• Sparkfun 434-MGts chastotali RF uzatish uzatgichi
• 10K Ohm qarshilik

Dastlabki dizayn qarorlaridan biri, regulyatsiya qilingan 3.3V yoki 5V talab qiladigan qurilmalardan qochish va keng voltaj diapazonida ishlaydigan qismlarni tanlash edi. Bu batareya bilan ishlaydigan dizayndagi quvvat sarflagichlari bo'lgan kuchlanish regulyatorlariga bo'lgan ehtiyojni yo'q qiladi va sensorlarning ishlash muddatini uzaytiradi, chunki ular vaqt o'tishi bilan batareya zo'riqishining pasayishi bilan ishlashni davom ettiradi. Tanlangan qismlar uchun ish kuchlanish diapazoni quyidagicha:

• ATtiny85: 2,7V dan 5,5V gacha
• SHT31-D: 2,4 V dan 5,5 V gacha
• RF havolasi Tx: 1,5 V dan 12 V gacha

Biroz chegaraga ruxsat berilsa, 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultlari 3V batareya zo'riqishida ishlashi kerak. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, chastotali aloqa ishonchliligi qanchalik yaxshi saqlanib qolganini ko'rish kerak, chunki batareya quvvati past bo'lganda uzatish quvvati kamayadi.

4,5 V nominal boshlang'ich kuchlanishni ta'minlash uchun 3 x AA batareyalardan foydalanishga qaror qilindi. 16 oylik ishdan so'ng, batareyaning eng past kuchlanishi 4,36 V ni tashkil qiladi.

ATtiny85 Watch Dog Timer (WDT) 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultini ko'pincha uyqu rejimida ushlab turish uchun ishlatiladi. ATtiny85 har 8 soniyada WDT tomonidan uyg'otiladi va 10 daqiqali hisoblagichni oshiradi; 10 daqiqali intervalga yetganda, o'lchov olinadi va ma'lumotlar to'plami uzatiladi.

Quvvat sarfini minimallashtirish uchun SHT31-D va RF aloqa uzatgichi ATtiny85-dagi chiqish sifatida sozlangan raqamli kirish-chiqish port pinidan quvvatlanadi. Quvvat kiritish -chiqarish pimi yuqori (1) bilan boshqarilganda, kirish -chiqish pinini past (0) boshqarilganda chiqariladi. O'lchovlar olinayotganda va uzatilayotganda, dasturiy ta'minot yordamida har 10 daqiqada 1-2 soniya davomida quvvat faqat ushbu tashqi qurilmalarga qo'llaniladi. Tegishli dasturiy ta'minotni tavsiflash uchun 434 MGtsli simsiz masofaviy dasturiy ta'minotga qarang.

434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pultida ishlatiladigan boshqa komponent ATTiny85-dagi Reset pinini tortish uchun ishlatiladigan 10K ohmli rezistor.

Dastlabki dizaynda batareya zo'riqishida o'lchash uchun ATTINY85 -dagi ADC pinini yoqish uchun batareyadagi qarshilik kuchlanish taqsimlagichi ishlatilgan. Kichkina bo'lsa -da, bu kuchlanish bo'luvchi batareyaga doimiy yuk qo'ydi. Ba'zi tadqiqotlar, Vtc (batareya zo'riqishi) ni o'lchash uchun ATtiny85 ichki 1.1V diapazonli bo'shliq mos yozuvlar kuchlanishidan foydalanadigan hiyla topdi. ADC mos yozuvlar kuchlanishini Vcc ga o'rnatib, ichki 1.1V mos yozuvlar kuchlanishini o'lchab, Vccni hal qilish mumkin. ATtiny85 ichki 1.1V mos yozuvlar zo'riqishida Vcc> 3V bo'lsa, doimiy bo'ladi. Tegishli dasturiy ta'minotni tavsiflash uchun 434 MGtsli simsiz masofaviy dasturlarga qarang.

ATtiny85 va SHT31-D o'rtasidagi aloqa I2C avtobusi orqali amalga oshiriladi. Adafruit SHT31-D uzilish taxtasida I2C avtobusi uchun tortishish rezistorlari mavjud.

ATtiny85 va RF aloqa uzatgichi o'rtasidagi aloqa chiqish sifatida tuzilgan raqamli kirish -chiqish pin orqali amalga oshiriladi. RadioHead paketli radio kutubxonasi RH_ASK, bu raqamli kirish-chiqish pimi orqali RF havolasi uzatgichini yoqish-o'chirish tugmasi (OOK / ASK) uchun ishlatiladi.

2-qadam: 434-MGtsli simsiz masofaviy apparat

Qismlar ro'yxati:

1 x Adafruit 1/4 o'lchamli non paneli, Digikey PN 1528-1101-ND

1 x batareya ushlagichi 3 x AA xujayralari, Digikey PN BC3AAW-ND

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

1 x Sparkfun RF aloqa uzatgichi (434-MGts), Digikey PN 1568-1175-SH

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

1 x 8-pinli DIP soket, Digikey PN AE10011-ND

1 x 10K ohm, 1/8 Vt qarshilik, Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6,75 dyuym / 17 sm uzunlikdagi 18AWG sirlangan mis sim

1 x bo'lak ikki tomonlama ko'pikli lenta

18 dyuym / 45 sm uzunlikdagi simni o'rash uchun sim

ATtiny85 uchun rozetka ishlatiladi, chunki elektron dasturlash qo'llab-quvvatlanmaydi.

SHT31-D uzilish taxtasi, RF Link uzatgichi, 8-pinli DIP rozetkasi va antenna simlari yuqoridagi rasmda ko'rsatilgandek non panelida lehimlangan. Non paneliga lehimlashdan oldin, 18AWG antennaning 1/4 dyuymli emalini olib tashlang.

10K ohmli qarshilik 8-pinli DIP rozetkasining 1 va 8-pinlari orasidagi taxtada lehimli.

Oldingi bosqichda ko'rsatilgan Simsiz masofadan boshqarish pultining sxemasiga muvofiq komponentlar orasidagi bog'lanish uchun simni o'rash paychalarining orqa tomonida lehimlangan.

Batareya ushlagichining ijobiy va salbiy simlari mos ravishda non panelida bitta "+" va "-" avtobuslariga lehimlanadi.

434 MGts simsiz masofadan boshqarish pulti Simsiz ko'prik va LoRa IOT Gateway bilan sinovdan o'tkazildi. 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish pulti har safar batareyalar joylashtirilganda va undan keyin har 10 daqiqada paket yuboradi. 434 MGts chastotali sensor qatlamidan simsiz paketni olgandan so'ng, Simsiz ko'prikdagi yashil LED ~ 0,5 soniya yonadi. Agar shlyuzda 434 MGtsli simsiz masofali stansiya raqami ko'rsatilgan bo'lsa, stansiya nomi, harorati va namligi LoRa IOT Gateway orqali ko'rsatilishi kerak.

Simsiz masofadan boshqarish pulti dasturlashtirilgan ATtiny85 bilan yaxshi sinovdan o'tkazilgandan so'ng, to'ldirilgan non panelini batareya ushlagichiga ulash uchun non paneli bilan bir xil o'lchamda kesilgan ikki tomonlama ko'pikli lentaning bir qismi ishlatiladi.

3-qadam: 434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish dasturi

434 MGtsli simsiz masofadan boshqarish dasturi bu qadam bilan biriktirilgan va yaxshi izohlangan.

Men ATtiny85 mikrokontrollerlarini Sparkfun Tiny AVR Programmer va Arduino IDE yordamida dasturlashtirdim. Sparkfun -da haydovchilarni sozlash va hokazolarni va dasturchini Arduino IDE bilan ishlashga o'rgatish bo'yicha keng qo'llanma mavjud.

Men dasturchidan chiplarni qo'shish va olib tashlashni osonlashtirish uchun Tiny AVR Programmer -ga ZIF (Zero Insertion Force) soketini qo'shdim.

4 -qadam: Simsiz ko'prik uskunalari

Qismlar ro'yxati:

1 x Arduino Uno R3, Digikey PN 1050-1024-SH

1 x Adafruit Proto Shield Arduino Stack V. R3, Digikey PN 1528-1207-ND

1 x Adafruit RFM9W LoRa radio qabul qiluvchi platasi (915-MGts), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Sparkfun RF aloqa qabul qiluvchisi (434-MGts), Digikey PN 1568-1173-SH

1 x 8-pinli DIP soket, Digikey PN AE10011-ND

6,75 dyuym / 17 sm uzunlikdagi 18AWG sirlangan mis sim

3,25 / 8,5 sm uzunlikdagi 18AWG sirlangan mis sim

24 dyuymli / 61 sm uzunlikdagi simni o'rash

1 x USB kabel A / MicroB, 3 fut, Adafruit PID 592

1 x 5V 1A USB portli quvvat manbai, Adafruit PID 501

Adafruit.com saytidagi ko'rsatmalarga muvofiq prototip qalqonini yig'ing.

Adafruit.com saytidagi ko'rsatmalarga muvofiq RFM95W LoRa qabul qilgich platasini yig'ing. 3,25 " / 8,5 sm uzunlikdagi 18AWG simli antenna uchun ishlatiladi va simdan 1/4" emalni olib tashlagach, to'g'ridan -to'g'ri qabul qiluvchi plataga lehimlanadi.

Ikkita 4-pinli SIP rozetkasini yaratish uchun 8-pinli DIP soketini ehtiyotkorlik bilan yarmiga bo'ling.

Ko'rsatilganidek, ikkita 4-pinli SIP rozetkasini prototiplash qalqoniga lehimlang. Bular RF aloqasi qabul qilgichini ulash uchun ishlatiladi, shuning uchun ular lehimlashdan oldin RF havolasi uzatgichiga mos keladigan teshiklarda ekanligiga ishonch hosil qiling.

RFM9W LoRa qabul qilgich kartasini prototiplash ekraniga lehimlang.

Arduino Uno va RFM9W qabul qilgich platasi o'rtasida prototip taxtasining yuqori qismidagi simli o'rash simlari yordamida quyidagi ulanishlar o'rnatiladi:

RFM9W G0 Arduino Digital I/U Pin 2, RadioHead kutubxonasi bu pimdagi 0 uzilishidan foydalanadi

RFM9W SCK Arduino ICSP sarlavhasi, 3 -pin

RFM9W MISO Arduino ICSP sarlavhasi, 1 -pin

RFM9W MOSI Arduino ICSP sarlavhasi, 4 -pin

RFM9W CS Arduino Raqamli kirish -chiqish pin 8

RFM9W RST Arduino Raqamli I/U pin 9

Prototip taxtasining pastki tomonida quyidagi ulanishlar amalga oshiriladi:

RFM9W VIN prototiplash taxtasi 5V avtobus

RFM9W GND prototiplash taxtasi (GND) avtobusi

RF Link Rx Pin 1 (GND) prototiplash taxtasi (GND) avtobusi

RF Link Rx Pin 2 (Ma'lumotlar chiqishi) Arduino Digital I/U Pin 6

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) prototiplash kartasi 5V avtobus

Proto Board Yashil LED Arduino Digital I/U Pin 7

RF aloqasi qabul qilgichining pin ma'lumotlari www.sparkfun.com saytida mavjud.

6,75 dyuym uzunlikdagi 18AWG simining 1/4 qismidan emalni olib tashlang va uni RF Link Rx Pin 8 (antenna) ga yaqin joylashgan prototiplash teshigiga joylashtiring. Teshikka qo'yilgandan so'ng, uning uchini egib oling. RF Link Rx Pin 8 bilan bog'laning va uni joyiga lehimlang.

Arduino Uno dasturini keyingi bosqichda berilgan eskiz bilan dasturlash. Qayta tiklash yoki yoqish paytida yashil LED 0,5 soniya davomida ikki marta yonadi. Sensor qatlami 434 MGts dan simsiz paketni olgandan so'ng, yashil LED ~ 0,5 soniya yonadi.

5 -qadam: Simsiz ko'prik uchun dasturiy ta'minot

Simsiz ko'prik dasturi bu qadam bilan biriktirilgan va yaxshi izohlangan.