13 Milja 20km bez WiFi? Kako je LoRa poslao napon preko ludih udaljenosti! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

13 Milja 20km bez WiFi? Kako je LoRa poslao napon preko ludih udaljenosti! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

Napravite 21-kilometarski (13 milja) off-grid monitor napona s LoRa i ESP32

Jeste li ikada trebali pratiti udaljeni izvor napajanja, poput solarnog panela u vikendici, baterijskog spremnika na brodu ili opreme na velikoj farmi, s kilometrima udaljenosti? Ovaj projektni vodič će vas provesti kroz izradu dalekometnog, off-grid monitora napona koji može prenositi podatke do nevjerojatnih 21 kilometar (ili 13 milja), bez pretplate ili oslanjanja na Wi-Fi ili mobilne mreže.

Koristit ćemo dva Heltec WiFi LoRa 32 modula, svaki smješten u izdržljivo Meshnology N32 kućište s 3000mAh baterijom, kako bismo stvorili odašiljač i prijamnik. Odašiljač će mjeriti ciljani napon (od nekoliko volti do 100V ili više) koristeći jednostavan djelitelj napona i slati očitanje bežično koristeći LoRa. Prijamnik će zatim prikazivati taj napon u stvarnom vremenu, omogućujući vam praćenje vaših sustava s kilometrima udaljenosti.

Kako radi: Djelitelj napona

Srž ovog projekta je sposobnost mjerenja širokog raspona napona. Budući da ulazni pinovi ESP32 mogu sigurno mjeriti samo napone do 3.3V, ne možemo spojiti izvor od 12V ili 100V izravno. Da bismo to riješili, koristimo jednostavan sklop nazvan djelitelj napona, koji smanjuje napon na sigurnu razinu za mikrokontroler. To je objašnjeno u videu na 12:26.

Sklop koristi dva otpornika (R1 i R2) spojena u seriju. Visokonaponski izvor (V_in) se primjenjuje na oba otpornika, a ESP32 očitava niži, proporcionalni napon (V_out) samo na otporniku R2. S pravim vrijednostima otpornika, možete točno mjeriti vrlo visoke napone.

Prilikom odabira otpornika, dobro je pravilo odabrati vrijednosti koje drže izlazni napon znatno ispod granice od 3.3V, čak i kada mjerite maksimalni očekivani napon. Za najbolju točnost, trebali biste izmjeriti stvarni otpor svojih otpornika multimetrom i koristiti te precizne vrijednosti u kodu.

Sastavljanje hardvera i ožičenje

Sastavljanje uključuje postavljanje Heltec LoRa 32 modula i 3000mAh baterije unutar N32 kućišta. Kućište ima izreze za zaslon i tipke te rupu za vanjsku antenu. Jedna od najvažnijih sigurnosnih napomena je da uvijek imate spojenu antenu prije uključivanja uređaja, jer slanje bez antene može oštetiti LoRa modul.

Arduino IDE i postavljanje biblioteka

https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json

Za programiranje Heltec modula, prvo morate konfigurirati svoj Arduino IDE. Ovo jednokratno postavljanje je ključno i detaljno je prikazano na 20:41 u videu.

1. Instalirajte ESP32 ploče: Dodajte službeni URL za Espressif ESP32 ploče u Datoteka > Postavke i instalirajte paket "esp32" iz Upravitelja pločama. 
2. Instalirajte Heltec podršku: Dodajte Heltec-specifični JSON URL u svoje postavke. Zatim, u Upravitelju pločama, potražite i instalirajte paket "Heltec ESP32".
3. Instalirajte potrebne biblioteke: Koristeći Upravitelj biblioteka (Skica > Uključi biblioteku > Upravljaj bibliotekama), instalirajte sljedeće:
   • Heltec ESP32 dev boards
   • Adafruit GFX Library (i njegove ovisnosti)
4. Instalirajte Robojax biblioteku: Trebat ćete preuzeti prilagođenu Robojax_HeltecLoRa32 biblioteku, koja je dostupna kao .zip datoteka. Instalirajte je u IDE putem Skica > Uključi biblioteku > Dodaj .ZIP biblioteku.
5. Odaberite ploču: Na kraju, idite na Alati > Ploča i odaberite Heltec WiFi LoRa 32 (V3) i ispravan COM priključak.

Objašnjenje konfiguracije koda

Projekt koristi dvije odvojene skice: jednu za odašiljač (TX) i jednu za prijamnik (RX). Trebate konfigurirati samo nekoliko ključnih postavki u kodu odašiljača da bi radio, kao što je objašnjeno na 25:02. Kod prijamnika zahtijeva odgovarajuće LoRa postavke.

#define VOLTAGE_READING_PIN 4  // Pin koji očitava napon
const int R1 = 39120; // Vaša izmjerena vrijednost za R1 u omima
const int R2 = 3312; // Vaša izmjerena vrijednost za R2 u omima

const float CALIB_FACTOR = 1.007f; // Faktor kalibracije za usklađivanje s multimetrom

const char *displayTexttitle = "Napon:"; // Tekst za OLED
const char *displayTexTX = "(TX)";

// Ovaj sigurnosni ključ MORA biti IDENTIČAN na TX i RX uređajima
const char *userKey = "YOUR_SECRE8888";

// Ove LoRa postavke MORAJU biti IDENTIČNE na TX i RX uređajima
#define RF_FREQUENCY      915000000 // LoRa frekvencija u Hz
#define TX_OUTPUT_POWER   2         // TX snaga u dBm (2-21)

• VOLTAGE_READING_PIN: GPIO pin na ESP32 koji ste spojili na izlaz vašeg djelitelja napona.
• R1 i R2: Unesite tačne vrijednosti otpora vaših dvaju otpornika kako ih je izmjerio multimetar. Ovo je ključno za tačnost.
• CALIB_FACTOR: Ako je vaš prikazani napon malo netačan u odnosu na pouzdani multimetar, možete podesiti ovu vrijednost gore ili dolje (npr. 1.008 ili 0.995) za fino podešavanje očitanja. Postavite je na 1.0 da biste je isključili.
• userKey: Ovo je vaš privatni sigurnosni ključ. Samo uređaji s potpuno istim ključem mogu komunicirati.
• RF_FREQUENCY: Radna frekvencija za LoRa. Mora se podudarati na oba uređaja i biti legalna za vašu regiju (npr. 915MHz za Sjevernu Ameriku).
• TX_OUTPUT_POWER: Snaga prijenosa, od 2 (niska snaga, kratki domet) do 21 (visoka snaga, dugi domet). Veća snaga troši više baterije. Za test od 13 milja korištena je vrijednost 20. Za testiranje na vašem stolu, 2 je dovoljno.

Kod prijemnika ima slične postavke za userKey i RF_FREQUENCY koje moraju odgovarati postavkama predajnika.

Živi projekat u akciji

Nakon što se kod učita, predajnička jedinica će početi mjeriti napon s vašeg spojenog izvora, prikazivati ga na vlastitom OLED ekranu s indikatorom "(TX)" i slati podatke putem LoRa. Prijemna jedinica, kada je programirana s odgovarajućim sigurnosnim ključem i frekvencijom, slušat će signal. Čim primi važeći prijenos, prikazat će identičan napon na svom ekranu s indikatorom "(RX)".

Kao što je demonstrirano u testu dugog dometa na 31:39, ova postavka je izuzetno učinkovita. S antenama visokog pojačanja i jasnom linijom vidljivosti, sistem je uspješno prenosio i primao tačna očitanja napona s udaljenosti od 13 milja, dokazujući da je robusno i pouzdano rješenje za ozbiljne zadatke daljinskog nadzora.

Video poglavlja

• 00:00 - Početak
• 03:33 - Uvod u ploču i LoRa
• 05:47 - N32 kućište za WiFi LoRa 32
• 12:26 - Djelitelj napona za mjerenje do 150V
• 19:47 - Priprema žice za mjerenje napona
• 20:41 - Instalacija biblioteke za WiFi LoRa 32
• 25:02 - Objašnjen kôd za prijenos
• 27:16 - Objašnjen kôd za prijemnik
• 28:36 - Demonstracija očitavanja napona
• 31:39 - Test dometa u stvarnom svijetu (13 milja)