Safu mpya ya Sensorer ya Wireless IOT kwa Mfumo wa Ufuatiliaji wa Mazingira ya Nyumbani: Hatua 5 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:52

Hii inaelekezwa inaelezea safu ya sensorer ya IOT isiyo na waya isiyo na waya yenye gharama ya chini, kwa Mfumo wangu wa mapema unaoweza kufundishwa: Mfumo wa Ufuatiliaji wa Mazingira ya Nyumbani wa LoRa IOT. Ikiwa haujawahi kutazama Maagizo haya ya mapema, ninapendekeza kusoma utangulizi kwa muhtasari wa uwezo wa mfumo ambao sasa umepanuliwa kwa safu mpya ya sensa.

Mfumo wa awali wa Ufuatiliaji wa Mazingira wa LoRa IOT ulifanikisha malengo ambayo nilikuwa nimeweka wakati ilichapishwa mnamo Aprili 2017. Walakini, baada ya kutumia mfumo wa ufuatiliaji kwa miezi kadhaa kufuatilia joto na unyevu kwenye kila sakafu ya nyumba, nilitaka ongeza sensorer 11 zaidi katika maeneo yaliyo hatarini zaidi ndani ya nyumba; pamoja na, sensorer sita zilizowekwa kimkakati kwenye basement, sensorer katika kila bafuni, na sensa katika dari, kufulia, na jikoni.

Badala ya kuongeza sensorer zaidi za LoRa kutoka kwa inayoweza kufundishwa mapema ambayo ni ghali na inaendeshwa kupitia adapta za AC, niliamua kuongeza safu ya gharama ya chini, sensorer zinazoendeshwa na betri kwa kutumia 434-MHz RF Link Transmitters. Ili kudumisha utangamano na Mfumo wa Ufuatiliaji wa Mazingira ya Nyumbani wa LoRa IOT, niliongeza daraja isiyo na waya kupokea pakiti za 434-MHz na kuzipeleka tena kama pakiti za LoRa saa 915-MHz.

Safu mpya ya sensa inajumuisha mifumo ifuatayo:

1. Remote zisizo na waya za 434-MHz - hali ya joto na unyevu wa sensorer zinazoendeshwa na betri
2. Daraja lisilo na waya - Hupokea pakiti 434-MHz na kuzirudisha kama pakiti za LoRa.

Remote zisizo na waya za 434-MHz hutumia nguvu ya chini ya kupitisha na itifaki ndogo dhaifu ikilinganishwa na redio za LoRa, kwa hivyo eneo la Daraja la Wireless ndani ya nyumba huchaguliwa ili kuhakikisha mawasiliano ya kuaminika na Walio Wote wasio na waya wa 434-MHz. Kutumia Bridge isiyo na waya inaruhusu mawasiliano na Remote zisizo na waya za 434-MHz kuboreshwa bila kuweka kizuizi chochote mahali ambapo Lango la LoRa IOT liko.

Remote zisizo na waya za 434-MHz na Daraja isiyo na waya zimejengwa kwa kutumia moduli za vifaa zinazopatikana kwa urahisi na vifaa kadhaa vya kibinafsi. Sehemu hizo zinaweza kupatikana kutoka kwa Adafruit, Sparkfun, na Digikey; mara nyingi, sehemu za Adafruit na Sparkfun zinapatikana pia kutoka Digikey. Ujuzi wenye uwezo wa kuuza zinahitajika kukusanyika vifaa, haswa, wiring ya uhakika kwa uhakika wa Remote zisizo na waya za 434-MHz. Nambari ya Arduino imesemwa vizuri kwa kuelewa na kuwezesha ugani rahisi wa utendaji.

Malengo ya mradi huu ni pamoja na yafuatayo:

• Pata teknolojia ya wireless ya gharama nafuu inayofaa kwa mazingira ya kaya.
• Tengeneza sensorer isiyo na waya inayotumia betri inayoweza kufanya kazi kwa miaka kadhaa kwenye seti moja ya betri.
• Haihitaji marekebisho kwa vifaa vya LoRa IOT Gateway au programu kutoka kwa Agizo langu la mapema.

Gharama za sehemu zote kwa Remote zisizo na waya za 434-MHz, ukiondoa betri za 3xAA, ni $ 25, ambayo joto la SHT31-D na sensorer ya unyevu huchukua zaidi ya nusu ($ 14).

Kama ilivyo kwa vidokezo vya LoRa kutoka kwa Maagizo yangu ya awali yanayoweza kufundishwa, Remote zisizo na waya za 434-MHz huchukua usomaji wa joto na unyevu, na kuripoti kwa LoRa IOT Gateway, kupitia Bridge isiyo na waya, kila dakika 10. Remote zisizo na waya 434-MHz kumi na moja zilianza kutumika mnamo Desemba 2017 kwa kutumia betri 3 x AA kwa jina inayopeana 4.5V. Usomaji wa betri kutoka kwa sensorer kumi na moja mnamo Desemba 2017 ilianzia 4.57V hadi 4.71V, miezi kumi na sita baadaye mnamo Mei 2019 usomaji wa betri unatoka 4.36V hadi 4.55V. Matumizi ya sehemu zilizo na anuwai ya upeo wa uendeshaji inapaswa kuhakikisha utendaji wa sensorer kwa mwaka mwingine au zaidi, chini ya kudumisha uaminifu wa kiunga cha RF kwani nguvu ya kusambaza imepunguzwa na voltages za chini za betri.

Kuegemea kwa safu ya sensorer ya 434-MHz imekuwa bora katika mazingira ya kaya yangu. Safu mpya ya sensa imewekwa kwa 4, 200 SqFt ya nafasi iliyomalizika na 1, 800 SqFt ya nafasi ya basement isiyomalizika. Sensorer zinatenganishwa na Daraja isiyo na waya na mchanganyiko wa 2 - 3 kuta za ndani na sakafu / dari. LoRa IOT Gateway kutoka kwa Agizo langu la mapema hutuma Arifa ya SMS ikiwa mawasiliano yanapotea na sensa kwa zaidi ya dakika 60 (6 zimekosa ripoti za dakika kumi). Sensor moja, sakafuni kona kwenye mwisho wa mbali wa basement nyuma ya sanduku zilizowekwa, itasababisha tahadhari ya mawasiliano iliyopotea kila wakati, hata hivyo, katika hali zote mawasiliano na sensor huanzisha tena bila kuingilia kati.

Asante kwa kutembelea mafunzo haya, na tafadhali angalia hatua zifuatazo kwa habari zaidi.

1. Ubunifu wa Uendeshaji wa sensorer isiyo na waya
2. Vifaa vya mbali vya 434-MHz visivyo na waya
3. Programu ya Kijijini isiyo na waya ya 434-MHz
4. Vifaa vya Daraja isiyo na waya
5. Programu isiyo na waya ya Daraja

Hatua ya 1: Ubunifu wa Sensor isiyo na waya ya Batri

Ubunifu wa Kijijini kisicho na waya cha 434-MHz hutumia sehemu zifuatazo:

• ATtiny85 8-bit AVR Mdhibiti mdogo
• Sensirion SHT31-D - Joto na Bodi ya Kuzuka kwa Sensorer
• Sparkfun 434-MHz RF Kiunga cha Kusambaza
• Kinzani ya 10K Ohm

Moja ya maamuzi ya muundo wa mapema ilikuwa kuzuia vifaa ambavyo vinahitaji kudhibitiwa 3.3V au 5V, na uchague sehemu zinazofanya kazi kwa upana wa voltage. Hii inaondoa hitaji la wasanidi wa voltage ambao ni waharibifu wa umeme katika muundo unaotumiwa na betri, na huongeza maisha ya utendakazi wa sensorer kwani zitaendelea kufanya kazi kwa muda mrefu wakati voltage ya betri inapungua kwa muda. Viwango vya voltage ya uendeshaji wa sehemu zilizochaguliwa ni kama ifuatavyo:

• ATtiny85: 2.7V hadi 5.5V
• SHT31-D: 2.4V hadi 5.5V
• Kiungo cha RF Tx: 1.5V hadi 12V

Kuruhusu margin fulani, Remote zisizo na waya za 434-MHz zinapaswa kufanya kazi chini ya voltage ya betri ya 3V. Kama ilivyoonyeshwa tayari, inabaki tu kuona jinsi uaminifu wa kiungo cha RF unavyotunzwa kwani nguvu ya kusambaza imepunguzwa na voltages za chini za betri.

Uamuzi ulifanywa kutumia betri 3 x AA ili kutoa voltage ya kuanzia ya 4.5V. Baada ya miezi 16 ya operesheni, voltage ya chini kabisa ya betri iliyopimwa ni 4.36V.

Wakati wa Mbwa wa Kuangalia wa ATtiny85 (WDT) hutumiwa kuweka Remote isiyo na waya ya 434-MHz katika hali ya Kulala kwa wakati mwingi. ATtiny85 inaamshwa na WDT kila sekunde 8 ili kuongeza kaunta ya dakika 10; baada ya kufikia muda wa dakika 10, kipimo kinachukuliwa na pakiti ya data hupitishwa.

Ili kupunguza zaidi matumizi ya nguvu, SHT31-D na RF Link Transmitter hupewa nguvu kutoka kwa pini ya bandari ya I / O ya dijiti kwenye ATtiny85 iliyosanidiwa kama pato. Nguvu hutumiwa wakati pini ya I / O inaendeshwa Juu (1), na huondolewa wakati pini ya I / O inaendeshwa Chini (0). Kupitia programu, nguvu hutumiwa tu kwa vifaa hivi vya kila dakika 10 kwa sekunde 1 - 2 wakati vipimo vinachukuliwa na kupitishwa. Rejea Programu ya Kijijini isiyo na waya ya 434-MHz kwa maelezo ya programu inayohusiana.

Sehemu nyingine pekee inayotumiwa katika Kijijini cha wireless cha 434-MHz ni kinzani ya 10K ohm inayotumika kuvuta pini ya Rudisha kwenye ATtiny85.

Ubunifu wa mapema ulitumia mgawanyiko wa voltage inayopinga kwenye betri kuwezesha pini ya ADC kwenye ATTINY85 kupima voltage ya betri. Ingawa ni ndogo, mgawanyiko huu wa voltage uliweka mzigo wa kila wakati kwenye betri. Utafiti fulani uliunda ujanja ambao hutumia voltage ya kumbukumbu ya pengo la bandari ya ATtiny85 kupima Vcc (voltage ya betri). Kwa kuweka voltage ya kumbukumbu ya ADC kwa Vcc na kuchukua kipimo cha voltage ya ndani ya kumbukumbu ya 1.1V, inawezekana kutatua Vcc. Voltage ya ndani ya kumbukumbu ya ATTiny85 ya ndani ni sawa kila wakati kama Vcc> 3V. Rejea Programu ya Kijijini isiyo na waya ya 434-MHz kwa maelezo ya programu inayohusiana.

Mawasiliano kati ya ATtiny85 na SHT31-D ni kupitia basi ya I2C. Bodi ya kuzuka ya Adafruit SHT31-D inajumuisha vipinga-vuta vya basi la I2C.

Mawasiliano kati ya ATtiny85 na RF Link Transmitter ni kupitia pini ya I / O ya dijiti iliyosanidiwa kama pato. Maktaba ya Redio ya Redio ya RadioHead RH_ASK hutumiwa kwa On-Off Key (OOK / ASK) RF Link Transmitter kupitia pini hii ya I / O ya dijiti.

Hatua ya 2: 434-MHz Vifaa vya mbali visivyo na waya

Orodha ya Sehemu:

1 x Adafruit 1/4 Bodi ya Mkate ya Ukubwa, Digikey PN 1528-1101-ND

1 x Mmiliki wa Battery 3 x AA seli, Digikey PN BC3AAW-ND

1 x Adafruit Sensiron SHT31-D Bodi ya Kuvunja, Digikey PN 1528-1540-ND

1 x Sparkfun RF Kiunga cha Kusambaza (434-MHz), Digikey PN 1568-1175-ND

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

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

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

6.75 / 17cm Urefu wa 18AWG Waya wa Shaba Iliyoshonwa

1 x Kipande cha Povu cha pande mbili

18 / 45cm Waya wa Kufunga Waya

Tundu hutumiwa kwa ATtiny85 kwani programu ya mzunguko haikubaliwi.

Bodi ya kuzuka ya SHT31-D, Transmitter ya RF Link, tundu la 8-Pin DIP, na waya ya antenna zinauzwa kwenye ubao wa mkate kama inavyoonyeshwa kwenye picha hapo juu. Ondoa enamel kutoka 1/4 ya waya ya antenna ya 18AWG kabla ya kuunganishwa kwenye ubao wa mkate.

Kinzani ya 10K ohm imeuzwa kwenye ubao wa mkate kati ya pini 1 na 8 ya tundu la 8-Pin DIP.

Waya ya kufunika waya inauzwa nyuma ya ubao wa mkate ili kufanya viungo kati ya vifaa kulingana na mchoro wa skimu ya Remote isiyo na waya iliyoonyeshwa katika hatua ya awali.

Miongozo chanya na hasi kutoka kwa mmiliki wa betri huuzwa kwa seti moja ya "+" na "-" mabasi, mtawaliwa, kwenye ubao wa mkate.

Kijijini cha wireless cha 434-MHz kinajaribiwa na Daraja isiyo na waya na LoRa IOT Gateway. Remote isiyo na waya ya 434-MHz itatuma pakiti kila wakati betri zinaingizwa, na kila baada ya dakika 10 baadaye. Baada ya kupokea pakiti isiyo na waya kutoka safu ya sensorer ya 434-MHz, taa ya kijani kibichi kwenye Daraja la Wavu inaangaza kwa ~ 0.5s. Jina la kituo, joto, na unyevu vinapaswa kuonyeshwa na LoRa IOT Gateway ikiwa nambari ya kituo cha wireless cha 434-MHz imetolewa kwenye lango.

Mara Remote isiyo na waya ikijaribiwa sawa na ATtiny85 iliyosanidiwa, kipande cha mkanda wa povu wenye pande mbili, iliyokatwa kwa saizi sawa na ubao wa mkate, hutumiwa kuambatisha ubao wa mkate uliokamilishwa kwa mmiliki wa betri.

Hatua ya 3: Programu ya Kijijini isiyo na waya ya 434-MHz

Programu ya Kijijini isiyo na waya ya 434-MHz imeambatanishwa na hatua hii na imetolewa maoni vizuri.

Niliweka programu ndogo za ATtiny85 kutumia Mdhibiti wa Sparkfun Tiny AVR na Arduino IDE. Sparkfun ina mafunzo marefu juu ya jinsi ya kuweka madereva nk na jinsi ya kumfanya programu ya programu afanye na Arduino IDE.

Niliongeza tundu la ZIF (Zero Insertion Force) kwa Tiny AVR Programmer ili iwe rahisi kuongeza na kuondoa chips kutoka kwa programu.

Hatua ya 4: Vifaa vya Daraja isiyo na waya

Orodha ya Sehemu:

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 Bodi ya Transceiver Radio (915-MHz), Digikey PN 1528-1667-ND

1 x Mpokeaji wa Kiunga cha Sparkfun RF (434-MHz), Digikey PN 1568-1173-ND

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

6.75 / 17cm Urefu wa 18AWG Waya wa Shaba Iliyoshonwa

3.25 / 8.5cm Urefu wa 18AWG Waya wa Shaba Iliyoshonwa

24 / 61cm Waya wa Kufunga Waya

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

1 x 5V 1A usambazaji wa umeme wa bandari ya USB, Adafruit PID 501

Kusanya ngao ya prototyping kulingana na maagizo kwenye Adafruit.com.

Unganisha bodi ya transceiver ya RFM95W LoRa kulingana na maagizo kwenye Adafruit.com. Urefu wa 3.25 "/ 8.5cm wa waya wa 18AWG hutumiwa kwa antena, na inauzwa moja kwa moja kwa bodi ya transceiver baada ya kuvua 1/4" ya enamel kutoka kwa waya.

Kata kwa uangalifu tundu la DIP la pini 8 kwa njia za nusu urefu ili kuunda seti mbili za soketi 4 za siri za SIP.

Solder soketi mbili za pini 4 za SIP kwenye ngao ya prototyping kama inavyoonyeshwa. Hizi zitatumika kuziba Mpokeaji wa Kiunga cha RF, kwa hivyo hakikisha ziko kwenye mashimo sahihi ili zilingane na Transmitter ya RF Link kabla ya kutengeneza.

Solder bodi ya transceiver ya RFM9W LoRa kwa ngao ya prototyping kama inavyoonyeshwa.

Uunganisho ufuatao unafanywa kati ya Arduino Uno na bodi ya transceiver ya RFM9W kwa kutumia waya wa kufunika waya upande wa juu wa bodi ya prototyping:

RFM9W G0 Arduino Digital I / O Pin 2, maktaba ya RadioHead hutumia Kukatiza 0 kwenye pini hii

Kichwa cha RFM9W SCK Arduino ICSP, pini 3

Kichwa cha RFM9W MISO Arduino ICSP, pin 1

Kichwa cha RFM9W MOSI Arduino ICSP, pin 4

RFM9W CS Arduino Digital I / O Pin 8

RFM9W RST Arduino Digital I / O Pin 9

Viunganisho vifuatavyo vinafanywa upande wa chini wa bodi ya prototyping:

Bodi ya RFM9W VIN Prototyping 5V basi

RFM9W GND Prototyping board ground (GND) basi

RF Link Rx Pin 1 (GND) Basi la bodi ya prototyping (GND)

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

RF Link Rx Pin 2 (Vcc) Bodi ya prototyping 5V basi

Proto Board Green Arduino Digital I / O Pin 7

Piga habari kwa kipokeaji cha kiungo cha RF inapatikana kwenye www.sparkfun.com.

Piga enamel kutoka 1/4 'ya urefu wa 6.75 wa waya wa 18AWG na uiingize kwenye shimo la bodi ya prototyping mara moja karibu na RF Link Rx Pin 8 (Antena). Mara tu imeingizwa ndani ya shimo, pindisha ncha iliyovuliwa juu ili iweze wasiliana na RF Link Rx Pin 8 na kuiunganisha mahali.

Panga Arduino Uno na mchoro uliotolewa katika hatua inayofuata. Baada ya kuweka upya au kuwasha, LED ya kijani itaangaza mara mbili kwa 0.5s. Baada ya kupokea pakiti isiyo na waya kutoka safu ya sensorer ya 434-MHz, taa ya kijani ya kijani inaangaza kwa ~ 0.5s.

Hatua ya 5: Programu isiyo na waya ya Daraja

Programu ya Bridge isiyo na waya imeambatanishwa na hatua hii na imetolewa maoni vizuri.