Evdə Ətraf Mühit İzləmə Sistemi üçün Yeni Simsiz IOT Sensor Layer: 5 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Bu Təlimat, daha əvvəl göstərdiyim: LoRa IOT Ev Ətraf Mühitinə Nəzarət Sistemi üçün daha aşağı qiymətə, batareya ilə işləyən simsiz IOT sensor qatını təsvir edir. Əgər əvvəllər bu Təlimatlandırmanı əvvəlcədən görməmisinizsə, indi bu yeni sensor qatına qədər uzanan sistemin imkanlarına ümumi baxmaq üçün girişi oxumağı məsləhət görürəm.

Orijinal LoRa IOT Ev Ətraf Mühit Monitorinqi Sistemi, 2017 -ci ilin aprel ayında nəşr olunduqda qarşıya qoyduğum məqsədlərə çatdı. Ancaq evin hər mərtəbəsindəki temperatur və rütubəti izləmək üçün bir neçə aylıq monitorinq sistemindən istifadə etdikdən sonra istədim. evin xüsusilə həssas yerlərində daha 11 sensor əlavə edin; zirzəmiyə strateji olaraq yerləşdirilmiş altı sensor, hər vanna otağında sensorlar və çardaqda, camaşırxanada və mətbəxdə bir sensor.

Bir qədər bahalı və AC adapterləri ilə işləyən əvvəlki Instructable-dan daha çox LoRa əsaslı sensorlar əlavə etmək əvəzinə, 434 MHz RF Link Vericilərindən istifadə edərək daha aşağı qiymətli, batareyalı sensorlar əlavə etmək qərarına gəldim. Mövcud LoRa IOT Ev Ətraf Mühit İzləmə Sistemi ilə uyğunluğu qorumaq üçün 434 MHz paketləri almaq və 915 MHz tezliyində LoRa paketləri olaraq yenidən ötürmək üçün simsiz körpü əlavə etdim.

Yeni sensor təbəqəsi aşağıdakı alt sistemlərdən ibarətdir:

1. 434 -MHz Simsiz Uzaqdan - batareyadan işləyən temperatur və rütubət sensorlar
2. Simsiz Körpü - 434 MHz paketləri alır və onları LoRa paketləri kimi yenidən ötürür.

434 MHz Simsiz Uzaqdan idarəetmə vasitələri LoRa radiolarına nisbətən daha aşağı ötürmə gücü və daha az möhkəm protokollardan istifadə edir, buna görə də evdəki Kabelsiz Körpünün yeri 434 MHz tezlikli bütün Simsiz Uzaqdan idarəetmə vasitələri ilə etibarlı əlaqəni təmin etmək üçün seçilir. Simsiz Körpüdən istifadə, LoRa IOT Gateway-in yerləşdiyi yerə heç bir məhdudiyyət qoymadan 434 MHz tezlikli Uzaqdan idarəetmə ilə əlaqəni optimallaşdırmağa imkan verir.

434 MHz-lik Simsiz Uzaqdan və Simsiz Körpü, hazır aparat modullarından və bir neçə fərdi komponentdən istifadə etməklə yaradılmışdır. Parçalar Adafruit, Sparkfun və Digikey -dən əldə edilə bilər; bir çox hallarda Adafruit və Sparkfun hissələri Digikey -dən də əldə edilə bilər. Avadanlıqları, xüsusən də 434 MHz Simsiz Uzaqdan idarəetmə nöqtələrini birləşdirmək üçün səlahiyyətli lehimləmə bacarıqlarına ehtiyac var. Arduino kodu başa düşmək və funksionallığın asan genişləndirilməsi üçün yaxşı şərh edilmişdir.

Bu layihənin məqsədlərinə aşağıdakılar daxildir:

• Məişət mühitinə uyğun daha ucuz bir simsiz texnologiya tapın.
• Bir batareya dəsti ilə bir neçə il işləyə bilən batareyalı simsiz sensor hazırlayın.
• Əvvəlki Təlimatlarımdan LoRa IOT Gateway aparatında və ya proqramında heç bir dəyişiklik tələb olunmur.

3xAA batareyaları istisna olmaqla 434 MHz Simsiz Uzaqdan idarəetmə üçün ümumi hissələrin dəyəri 25 dollardır, bunun da SHT31-D temperatur və rütubət sensoru yarıdan çoxunu (14 dollar) təşkil edir.

Əvvəlki Təlimatımdan LoRa pultlarında olduğu kimi, 434 MHz Simsiz Uzaqdan idarəetmə cihazları temperatur və rütubət oxunuşlarını götürür və hər 10 dəqiqədə Simsiz Körpü vasitəsilə LoRa IOT Gateway-ə hesabat verir. On bir 434-MHz Simsiz Uzaqdan, nominal olaraq 4.5V təmin edən 3 x AA batareya ilə 2017-ci ilin dekabrında istifadəyə verildi. 2017 -ci ilin dekabr ayında on bir sensordan alınan batareya oxunuşları 4.57V ilə 4.71V arasında, on altı ay sonra isə 2019 -cu ilin may ayında batareya oxunuşları 4.36V ilə 4.55V arasında dəyişir. Geniş bir işləmə gərginliyi aralığına malik olan hissələrin istifadəsi, daha aşağı batareya gərginliyi ilə ötürmə gücünün azalması səbəbindən RF bağlantısının etibarlılığını qorumaq şərti ilə sensorların bir il və ya daha çox müddətə işləməsini təmin etməlidir.

434-MHz sensor qatının etibarlılığı ev şəraitində əla idi. Yeni sensor təbəqəsi 4, 200 SqFt bitmiş və 1, 800 SqFt bitməmiş zirzəmi sahəsinə yerləşdirilmişdir. Sensorlar Simsiz Körpüdən 2-3 daxili divar və döşəmə/tavan birləşməsi ilə ayrılır. Əvvəlki Təlimatçımdan olan LoRa IOT Gateway, bir sensorla əlaqə 60 dəqiqədən çox kəsildikdə SMS xəbərdarlığı göndərir (6 buraxılmış on dəqiqəlik hesabat). Yığılmış qutuların arxasındakı zirzəminin ən ucundakı bir küncdəki mərtəbədəki bir sensor, hərdən bir əlaqə itkisi siqnalı verər, lakin bütün hallarda heç bir müdaxilə olmadan sensorla əlaqə yenidən qurulur.

Bu təlimatı ziyarət etdiyiniz üçün təşəkkür edirik və əlavə məlumat üçün aşağıdakı addımlara baxın.

1. Batareya ilə işləyən Simsiz Sensor Dizaynı
2. 434-MHz Simsiz Uzaqdan Təchizat
3. 434-MHz Simsiz Uzaqdan Proqram
4. Simsiz Körpü Avadanlığı
5. Simsiz Körpü Proqramı

Addım 1: Batareya ilə işləyən Simsiz Sensor Dizaynı

434-MHz Simsiz Uzaqdan idarəetmə dizaynı aşağıdakı hissələrdən istifadə edir:

• ATtiny85 8 bitlik AVR Mikro nəzarətçi
• Sensirion SHT31 -D - Temperatur və Rütubət Sensorunun qırılma lövhəsi
• Sparkfun 434-MHz RF Link Vericisi
• 10K Ohm müqavimət

İlk dizayn qərarlarından biri, tənzimlənmiş 3.3V və ya 5V tələb edən cihazların qarşısını almaq və geniş bir gərginlik aralığında işləyən hissələri seçmək idi. Bu, batareya ilə işləyən bir dizaynda güc itkisi olan gərginlik tənzimləyicilərinə olan ehtiyacı aradan qaldırır və zaman keçdikcə batareya gərginliyi azaldıqca daha uzun müddət işləməyə davam edəcəyi üçün sensorların ömrünü uzadır. Seçilən hissələr üçün işləmə gərginliyi aşağıdakılardır:

• ATtiny85: 2.7V - 5.5V
• SHT31-D: 2.4V-dən 5.5V-a qədər
• RF Link Tx: 1.5V -dən 12V -a qədər

Bir qədər marjaya icazə verilərkən, 434 MHz Simsiz Uzaqdan idarəetmə 3V batareya gərginliyinə qədər işləməlidir. Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, ötürmə gücü aşağı batareya gərginliyi ilə azaldıqca RF bağlantısının etibarlılığının nə qədər yaxşı saxlanıldığını görmək qalır.

4.5 V nominal başlanğıc gərginliyi təmin etmək üçün 3 x AA batareyadan istifadə etmək qərarı verildi. 16 ay işlədikdən sonra ölçülmüş ən aşağı batareya gərginliyi 4.36V -dir.

ATtiny85 Watch Dog Timer (WDT), 434 MHz tezlikli Uzaqdan idarəetmə cihazını çox vaxt yuxu rejimində saxlamaq üçün istifadə olunur. ATtiny85, WDT tərəfindən hər 8 saniyədə bir 10 dəqiqəlik sayğacı artırmaq üçün oyanır; 10 dəqiqəlik bir aralığa çatdıqda bir ölçü alınır və bir məlumat paketi ötürülür.

Enerji istehlakını daha da azaltmaq üçün SHT31-D və RF Bağlantı Vericisi ATtiny85-də çıxış olaraq konfiqurasiya edilmiş rəqəmsal I/O port pinindən qidalanır. G/Ç pimi Yüksək (1) idarə edildikdə güc tətbiq edilir və G/Ç pimi Aşağı (0) idarə edildikdə çıxarılır. Proqram vasitəsi ilə ölçülər alındıqda və ötürüldükdə güc yalnız bu ətraf qurğulara hər 10 dəqiqədə 1-2 saniyə ərzində tətbiq olunur. Əlaqəli proqramın təsviri üçün 434-MHz Simsiz Uzaqdan Proqram proqramına baxın.

434 MHz Simsiz Uzaqdan istifadə edilən yeganə digər komponent, ATtiny85 üzərindəki Sıfırlama pinini çəkmək üçün istifadə olunan 10K ohm rezistordur.

Erkən bir dizayn, batareyanın gərginliyini ölçmək üçün ATTINY85 -də bir ADC pinini işə salmaq üçün batareyada müqavimətli bir gərginlik bölücü istifadə etdi. Kiçik olmasına baxmayaraq, bu gərginlik bölücü batareyaya sabit bir yük yüklədi. Bəzi araşdırmalar, Vcc (batareya gərginliyi) ölçmək üçün ATtiny85 daxili 1.1V bant boşluq istinad gərginliyini istifadə edən bir hiylə ortaya çıxardı. ADC istinad gərginliyini Vcc olaraq təyin edərək və daxili 1.1V istinad gərginliyinin ölçülməsi ilə Vcc üçün həll etmək mümkündür. ATtiny85 daxili 1.1V istinad gərginliyi Vcc> 3V olduğu müddətdə sabitdir. Əlaqəli proqramın təsviri üçün 434-MHz Simsiz Uzaqdan Proqram proqramına baxın.

ATtiny85 ilə SHT31-D arasındakı əlaqə I2C avtobusu vasitəsilə həyata keçirilir. Adafruit SHT31-D qırılma lövhəsində I2C avtobusu üçün çəkmə rezistorları var.

ATtiny85 ilə RF Bağlantı Vericisi arasındakı əlaqə, çıxış olaraq konfiqurasiya edilmiş rəqəmsal I/O pin vasitəsilə həyata keçirilir. RadioHead Paket Radio kitabxanası RH_ASK, bu rəqəmsal I / O pin vasitəsilə RF Bağlantı Vericisini Açmaq-Açmaq (OOK / ASK) üçün istifadə olunur.

Addım 2: 434-MHz simsiz uzaqdan aparat

Parça siyahısı:

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

1 x Batareya Tutacağı 3 x AA Hüceyrəsi, Digikey PN BC3AAW-ND

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

1 x Sparkfun RF Bağlantı Vericisi (434-MHz), Digikey PN 1568-1175-ND

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

1 x 8-Pin DIP Soket, Digikey PN AE10011-ND

1 x 10K ohm, 1/8W Rezistor, Digikey PN CF18JT10K0CT-ND

6.75 / 17cm Uzunluq 18AWG Emaye Mis Tel

1 x Parça İki tərəfli Köpük Bant

18 / 45 sm Tel Sarma Teli

ATtiny85 üçün, bir dövrəli proqramlaşdırma dəstəklənmədiyindən istifadə olunur.

SHT31-D qırılma lövhəsi, RF Bağlantı Vericisi, 8 Pinli DIP yuvası və anten teli yuxarıdakı fotoşəkildə göstərildiyi kimi çörək taxtasında lehimlənir. Çörək taxtasına lehimləməzdən əvvəl, 18AWG anten telinin 1/4 düymlüyündəki emaye çıxarın.

10K ohm müqavimət çörək lövhəsində 8 Pinli DIP yuvasının 1 və 8 pinləri arasında lehimlənir.

Tel sarma teli, əvvəlki addımda göstərilən Simsiz Uzaqdan sxematik sxemə uyğun olaraq komponentlər arasında əlaqələr qurmaq üçün çörək taxtasının arxa tərəfində lehimlənir.

Batareya tutucusundan gələn müsbət və mənfi qurğular çörək lövhəsində müvafiq olaraq bir "+" və "-" avtobuslarına lehimlənir.

434-MHz Simsiz Uzaqdan Simsiz Körpü və LoRa IOT Gateway ilə sınaqdan keçirilir. 434 MHz Simsiz Uzaqdan, batareyalar hər dəfə daxil edildikdə və bundan sonra hər 10 dəqiqədə bir paket göndərir. 434 MHz sensor qatından simsiz paket aldıqda, Kabelsiz Körpüdəki yaşıl LED ~ 0,5 saniyə ərzində yanıb-sönür. Şlüzdə 434 MHz Simsiz Uzaqdan stansiya nömrəsi verilmişsə, stansiyanın adı, temperaturu və rütubəti LoRa IOT Gateway tərəfindən göstərilməlidir.

Simsiz Uzaqdan proqramlaşdırılmış ATtiny85 ilə yaxşı sınaqdan keçirildikdən sonra, çörək taxtası ilə eyni ölçüdə kəsilmiş iki tərəfli köpük lentin bir hissəsi, tamamlanmış çörək taxtasını batareya tutucusuna bağlamaq üçün istifadə olunur.

Addım 3: 434-MHz Simsiz Uzaqdan Proqram

434-MHz Simsiz Uzaqdan proqram bu addıma əlavə olunur və yaxşı şərh olunur.

Bir Sparkfun Tiny AVR Programmer və Arduino IDE istifadə edərək ATtiny85 mikrokontrolörlərini proqramlaşdırdım. Sparkfun, sürücülərin necə qurulacağına və proqramçının Arduino IDE ilə işləməsinə dair geniş bir dərsliyə malikdir.

Çipləri proqramçıdan əlavə etməyi və çıxarmağı asanlaşdırmaq üçün Tiny AVR Programmer -ə ZIF (Zero Insertion Force) yuvası əlavə etdim.

Addım 4: Simsiz Körpü Donanması

Parça siyahısı:

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 Verici Kartı (915-MHz), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Sparkfun RF Bağlantı Alıcısı (434-MHz), Digikey PN 1568-1173-ND

1 x 8-Pin DIP Soket, Digikey PN AE10011-ND

6.75 / 17cm Uzunluq 18AWG Emaye Mis Tel

3.25 / 8.5cm Uzunluğu 18AWG Emaye Mis Tel

24 / 61 sm Tel Sarma Teli

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

1 x 5V 1A USB portlu enerji təchizatı, Adafruit PID 501

Adafruit.com saytındakı təlimatlara uyğun olaraq prototip qalxanını yığın.

Adafruit.com saytındakı təlimatlara uyğun olaraq RFM95W LoRa alıcı -verici lövhəsini yığın. 3.25 " / 8.5cm uzunluğunda 18AWG tel anten üçün istifadə olunur və teldən 1/4" emaye çıxarıldıqdan sonra birbaşa ötürücü lövhəyə lehimlənir.

İki pinli 4 pinli SIP yuva yaratmaq üçün 8 pinli DIP yuvasını yarım uzunluqda diqqətlə kəsin.

Göstərildiyi kimi iki 4 pinli SIP yuvasını prototipləşdirmə qalxanına lehimləyin. Bunlar RF Bağlantı Alıcısını bağlamaq üçün istifadə ediləcək, buna görə də lehimdən əvvəl RF Link Vericisi ilə uyğunlaşmaq üçün doğru deliklərdə olduqlarından əmin olun.

RFM9W LoRa alıcı -verici lövhəsini göstərildiyi kimi prototipləşdirmə qalxanına lehimləyin.

Arduino Uno ilə RFM9W ötürücü lövhəsi arasında prototip lövhəsinin yuxarı tərəfindəki tel sarma teli istifadə edərək aşağıdakı əlaqələr qurulur:

RFM9W G0 Arduino Digital I/O Pin 2, RadioHead kitabxanası bu pində Interrupt 0 istifadə edir

RFM9W SCK Arduino ICSP başlığı, pin 3

RFM9W MISO Arduino ICSP başlığı, pin 1

RFM9W MOSI Arduino ICSP başlığı, pin 4

RFM9W CS Arduino Digital I/O Pin 8

RFM9W RST Arduino Digital I/O Pin 9

Aşağıdakı bağlantılar prototip lövhəsinin alt tərəfində aparılır:

RFM9W VIN Prototipləşdirmə lövhəsi 5V avtobus

RFM9W GND Prototipləşdirmə lövhəsi (GND) avtobusu

RF Link Rx Pin 1 (GND) Prototipləşdirmə lövhəsi (GND) avtobusu

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

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) Prototipləşdirmə lövhəsi 5V avtobus

Proto Board Yaşıl LED Arduino Digital I/O Pin 7

RF bağlantısı alıcısı üçün pin məlumatları www.sparkfun.com saytında mövcuddur.

6.75 düym uzunluğundakı 18AWG telin 1/4 hissəsindən emaye soyun və RF Link Rx Pin 8 (Anten) ilə dərhal bitişik olan prototipləşdirmə çuxuruna daxil edin. Çuxura daxil edildikdən sonra soyulmuş ucunu bükün. RF Link Rx Pin 8 ilə əlaqə saxlayın və yerində lehimləyin.

Növbəti addımda təqdim olunan eskizlə Arduino Uno proqramlaşdırın. Yenidən qurulduqda və ya açıldıqda, yaşıl LED 0,5 saniyə ərzində iki dəfə yanıb -sönəcək. 434 MHz sensör qatından bir simsiz paket aldıqda, yaşıl LED ~ 0,5 saniyə ərzində yanıb-sönür.

Addım 5: Simsiz Körpü Proqramı

Simsiz Körpü proqramı bu addımla əlavə olunur və yaxşı şərh olunur.