Włącz urządzenie z odległości 13 mil (21 km) – Najlepszy projekt LoRa off-grid z WiFi LoRa 32!

Włącz urządzenie z odległości 13 mil (21 km) – Najlepszy projekt LoRa off-grid z WiFi LoRa 32!

Wyobraź sobie, że możesz włączyć pompę wody w swojej odległej chacie, otworzyć bramę z kilku kilometrów lub uruchomić grzejnik w warsztacie—wszystko bez połączenia Wi-Fi, planu komórkowego ani żadnych opłat miesięcznych. To jest moc technologii LoRa (Long Range). W tym projekcie zbudujemy bezpieczny, off-gridowy system zdalnego sterowania z użyciem modułu Heltec Wi-Fi LoRa 32. Stworzymy nadajnik, który wysyła bezpieczny sygnał do odbiornika na zadziwiającą odległość 13 mil (21 km), wyzwalając przekaźnik do sterowania dowolnym wybranym urządzeniem.

Ten przewodnik przeprowadzi Cię przez cały proces, od montażu sprzętu w wytrzymałej obudowie po wgranie kodu i przeprowadzenie testu zasięgu w rzeczywistych warunkach. To nie jest tylko eksperyment laboratoryjny; to praktyczne rozwiązanie dla różnych zastosowań.

• Rolnictwo zdalne: Włączaj pompy irygacyjne lub wentylatory szklarniowe z centralnego miejsca.
• Dostęp do nieruchomości: Otwieraj i zamykaj drzwi garażowe lub zdalną bramę, gdy się zbliżasz.
• Automatyka off-grid: Steruj oświetleniem, grzejnikami lub innymi urządzeniami w chacie, łodzi lub kamperze.
• Systemy bezpieczeństwa: Aktywuj lub dezaktywuj zdalny alarm lub system kamer.
• Monitoring dzikiej przyrody: Wyzwalaj fotopułapkę lub nieśmiercionośny odstraszacz z odległości.

Sercem tego projektu jest moduł Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3, który umieścimy w profesjonalnej obudowie Meshnology N32 z baterią 3000mAh dla prawdziwej przenośności. Omówimy okablowanie zarówno dla przekaźnika, jak i brzęczyka, wyjaśnimy kluczową konfigurację kodu i pokażemy, jak skonfigurować bezpieczne łącze, które nie będzie kolidować z innymi urządzeniami LoRa. Efektem jest samowystarczalny, potężny zdalny przełącznik, który działa całkowicie za darmo, na odległościach, które byłyby niemożliwe dla tradycyjnych rozwiązań Wi-Fi lub Bluetooth.

Sprzęt i komponenty

Do zbudowania tego projektu potrzebne będą następujące komponenty. Podstawowe elementy są często dostępne jako zestaw od Meshnology, co upraszcza proces montażu.

• 2x moduły Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3: Główny mikrokontroler ze zintegrowanym LoRa, Wi-Fi i Bluetooth. (na filmie w 00:23)
• 2x obudowy Meshnology N32: Wytrzymała, profesjonalna obudowa zaprojektowana pod moduł Heltec i dużą baterię. (na filmie w 02:00)
• 2x baterie LiPo 3000mAh 3.7V: Zapewniają długotrwałe, przenośne zasilanie do pracy off-grid. (na filmie w 02:14)
• 1x moduł przekaźnika: Moduł przekaźnika 5V do przełączania obciążenia o dużej mocy (np. silnika, światła lub pompy).
• 1x brzęczyk (opcjonalnie): Aktywny brzęczyk 5V do sygnalizacji dźwiękowej, sterowany tranzystorem 2N2222.
• 1x tranzystor 2N2222 (opcjonalnie): Tranzystor NPN używany do bezpiecznego sterowania brzęczykiem.
• 1x rezystor 1kΩ (opcjonalnie): Rezystor ograniczający prąd dla bazy tranzystora.
• 2x anteny o wysokim zysku: Aby zmaksymalizować zasięg transmisji i czułość odbiornika. (na filmie w 04:35)
• Różne przewody i złącza: Do wykonania niezbędnych połączeń.

Instalacja płytek Heltec ESP32

Dodaj tę ścieżkę do preferencji swojego Arduino IDE, jak pokazano na filmie:https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json

Wymagana biblioteka

Musisz zainstalować bibliotekę Robojax_HeltecLoRa32 . Pobierz ją z linku poniżej tego artykułu.

Zainstaluj tę bibliotekę ZIP przez Arduino IDE przed przesłaniem jakiegokolwiek kodu.

Przewodnik po podłączeniu

Ten projekt obejmuje dwa oddzielne obwody: nadajnik i odbiornik. Podłączenie w obu przypadkach jest proste. Jeśli używasz obudowy Meshnology, będziesz musiał wywiercić mały otwór, aby wyprowadzić przewody do przekaźnika lub brzęczyka na zewnątrz. Film pokazuje czysty montaż, ale podstawowe połączenia są następujące:

Nadajnik: Nadajnik wykorzystuje wbudowany przycisk użytkownika na module Heltec. Do sygnału sterującego nie jest potrzebne żadne zewnętrzne podłączenie. Tylko upewnij się, że antena jest podłączona przed włączeniem urządzenia.

Odbiornik: Pin GPIO 4 odbiornika jest używany do sterowania przekaźnikiem lub brzęczykiem. Podłączenie pokazano poniżej. Należy pamiętać, że przekaźnik jest odizolowany od ESP32, więc będziesz potrzebować osobnego źródła zasilania dla obwodu obciążenia przekaźnika.

Podłączenie przekaźnika:

• Podłącz pin 3.3V modułu Heltec do pinu VCC modułu przekaźnika (lub do dodatniego wejścia przetwornicy podwyższającej, jeśli potrzebujesz stabilnych 5V).
• Podłącz pin GND modułu Heltec do pinu GND modułu przekaźnika.
• Podłącz pin GPIO 4 modułu Heltec do pinu IN (sygnałowego) modułu przekaźnika. (na filmie o 14:54)

Podłączenie brzęczyka (z tranzystorem): Piny GPIO ESP32 nie mogą dostarczyć wystarczającego prądu do bezpośredniego zasilania brzęczyka. Tranzystor działa jak przełącznik, aby chronić mikrokontroler. (na filmie o 16:47)

• Podłącz pin 3.3V do dodatniego (+) zacisku brzęczyka.
• Podłącz ujemny (-) zacisk brzęczyka do kolektora tranzystora 2N2222.
• Podłącz emiter tranzystora do pinu GND.
• Podłącz bazę tranzystora do jednego końca rezystora 1kΩ.
• Podłącz drugi koniec rezystora do pinu GPIO 4.

Wyjaśnienie kodu

Kod dla tego projektu jest dostarczany w bibliotece Robojax Heltec LoRa 32. Musisz zainstalować tę bibliotekę oraz niezbędne pakiety wsparcia płyt w swoim Arduino IDE. Proces konfiguracji jest szczegółowo opisany na filmie. Po zainstalowaniu bibliotek możesz otworzyć przykładowe szkice: Relay_Secure_TX_Sample dla nadajnika i Relay_Secure_RX dla odbiornika. (na filmie o 26:12)

Zarówno kod nadajnika, jak i odbiornika ma kilka konfigurowalnych przez użytkownika zmiennych na górze, które musisz ustawić, aby zapewnić prawidłową komunikację. Te zmienne są kluczem do działania projektu w Twojej konkretnej konfiguracji.

// ZMIENNE KONFIGURACYJNE UŻYTKOWNIKA
// ============================
bool debug = false; // Ustaw na true, aby włączyć wyjście Serial Monitor

// Ustawienia nadajnika
const int userPin = 0; // Pin GPIO dla przycisku użytkownika
String relayOnText = "Przekaźnik WŁ"; // Tekst wyświetlany na ekranie
String relayOffText = "Przekaźnik WYŁ"; // Tekst wyświetlany na ekranie

// Ustawienia odbiornika
const int relayPin = 4; // Pin GPIO podłączony do przekaźnika lub tranzystora
int relayOnDuration = 3000; // Czas w milisekundach, przez który przekaźnik pozostaje włączony dla kodu "Sample"

// Ustawienia zabezpieczeń (MUSZĄ BYĆ IDENTYCZNE NA OBU URZĄDZENIACH)
String securityKey = "your_secret_key"; // Wspólny klucz tajny do bezpiecznej komunikacji
String secret = "your_secret"; // Kolejny sekret dla dodatkowego bezpieczeństwa

// Ustawienia LoRa (MUSZĄ BYĆ IDENTYCZNE NA OBU URZĄDZENIACH)
#define LORA_FREQUENCY 915.0 // Częstotliwość w MHz (np. 868.0 dla Europy, 915.0 dla USA)
int power = 20; // Moc transmisji w dBm (2 do 20)
// ============================

Oto, co robi każde z tych ustawień:

• debug: Gdy ustawione na true, kod będzie wypisywał szczegółowe informacje do Serial Monitora w Arduino IDE. Jest to przydatne do rozwiązywania problemów, ale powinno być ustawione na false podczas normalnej pracy, aby oszczędzać energię.
• userPin (nadajnik): Określa pin GPIO podłączony do przycisku, który naciśniesz, aby wysłać sygnał. Domyślnie jest to 0, czyli wbudowany przycisk użytkownika na module Heltec.
• relayPin (odbiornik): To pin GPIO, który będzie wyprowadzał sygnał do sterowania przekaźnikiem lub tranzystorem. Domyślnie jest to 4. Jeśli podłączysz przekaźnik do innego pinu, musisz zmienić tę wartość.
• relayOnDuration (odbiornik): Jest używane w kodzie "Sample". Określa, jak długo przekaźnik pozostaje włączony po odebraniu sygnału. Na przykład ustawienie na 1000 utrzyma przekaźnik włączony przez 1 sekundę. Jest to przydatne do akcji "chwilowej", takiej jak otwarcie drzwi. Przykładowy kod "Toggle" zignoruje to i będzie przełączać stany przy każdym naciśnięciu.
• securityKey i secret: To Twoje hasło do łącza LoRa. Muszą być dokładnie takie same na nadajniku i odbiorniku. Zapobiega to nieautoryzowanym użytkownikom w sterowaniu Twoimi urządzeniami. (na filmie o 27:19)
• LORA_FREQUENCY: Ustawia pasmo częstotliwości radiowej. Musi być takie samo na obu urządzeniach i legalne w Twoim kraju (np. 868 MHz w Europie, 915 MHz w Ameryce Północnej). (na filmie o 27:36)
• power: Ustawia moc transmisji w dBm. Wartość 2 to niska moc do testów, podczas gdy 20 to maksimum dla największego zasięgu. (na filmie o 27:43)

Istnieją trzy główne typy kodu nadajnika: Sample, Toggle i Momentary. Kod "Sample" włącza przekaźnik na określony czas. Kod "Toggle" przełącza stan przekaźnika (wł/wył) przy każdym naciśnięciu przycisku. Kod "Momentary" włącza przekaźnik tylko wtedy, gdy przycisk jest przytrzymany. Wybierz ten, który najlepiej pasuje do Twojego zastosowania.

Projekt na żywo i demonstracja

Na filmie twórca demonstruje projekt w dwóch fazach. Najpierw test laboratoryjny pokazuje system działający zarówno z przekaźnikiem sterującym silnikiem, jak i brzęczykiem napędzanym tranzystorem. Przekaźnik i brzęczyk są z powodzeniem włączane i wyłączane z płyty nadajnika, co potwierdza podstawową funkcjonalność i bezpieczne łącze komunikacyjne.

Druga, bardziej imponująca faza to test zasięgu w rzeczywistych warunkach. Nadajnik umieszczono na statywie nad jeziorem, a odbiornik zabrano do punktu oddalonego o 13,04 mil (20,98 km) z czystą linią widoczności. Film pokazuje odbiornik wyświetlający wartość napięcia transmitowaną z odległej lokalizacji, z powodzeniem odbierający dane na dystansie ponad 21 km. Potwierdza to zdolność projektu do sterowania urządzeniami na ogromne odległości za darmo, bez żadnej istniejącej infrastruktury.

Rozdziały

• [00:00] Wprowadzenie do sterowania LoRa poza siecią
• [01:01] Przegląd projektu i wprowadzenie do serii
• [01:57] Rozpakowywanie i badanie sprzętu
• [04:56] Zrozumienie modułu Heltec i anteny
• [07:57] Montaż obudowy Meshnology N32
• [13:56] Podłączanie obwodów przekaźnika i brzęczyka
• [19:41] Finalny montaż i modyfikacja obudowy
• [21:51] Instalacja wymaganego oprogramowania i bibliotek
• [26:12] Konfiguracja kodu nadajnika
• [28:46] Konfiguracja kodu odbiornika
• [30:02] Demonstracja na żywo: sterowanie przekaźnikiem i brzęczykiem
• [33:06] Test zasięgu 13 mil w rzeczywistych warunkach i podsumowanie

Obrazy

617_WiFi_LoRa32_Relay_wiring_boost

641_Heltec_Wifi_LoRA_Rotary_Encoder_wiring

Heltec_Wifi_LoRA_32_wiring_uzzer

Heltec_WiFi_LoRa_32_V3_N35-1-package

617_WiFi_LoRa32_Relay_wiring_boost

641_Heltec_Wifi_LoRA_Rotary_Encoder_wiring

Heltec_Wifi_LoRA_32_wiring_uzzer

Heltec_WiFi_LoRa_32_V3_N35-1-package