Bật thiết bị từ cách 13 dặm (21km) – Dự án LoRa ngoài lưới điện tối ưu với WiFi LoRa 32!

Bật thiết bị từ cách 13 dặm (21km) – Dự án LoRa ngoài lưới điện tối ưu với WiFi LoRa 32!

Hướng dẫn này sẽ đưa bạn qua toàn bộ quy trình, từ lắp ráp phần cứng trong vỏ chắc chắn đến tải mã và thực hiện kiểm tra phạm vi thực tế. Đây không chỉ là một thí nghiệm trong phòng lab; đây là giải pháp thực tiễn cho nhiều ứng dụng khác nhau.

• Nông nghiệp từ xa: Bật máy bơm tưới tiêu hoặc quạt nhà kính từ một vị trí trung tâm.
• Kiểm soát ra vào tài sản: Mở và đóng cửa gara hoặc cổng từ xa khi bạn đến gần.
• Tự động hóa không lưới điện: Điều khiển đèn, lò sưởi hoặc các thiết bị khác trong cabin, thuyền hoặc RV.
• Hệ thống an ninh: Kích hoạt hoặc vô hiệu hóa hệ thống báo động hoặc camera an ninh từ xa.
• Giám sát động vật hoang dã: Kích hoạt bẫy ảnh hoặc thiết bị xua đuổi không gây chết người từ khoảng cách xa.

Cốt lõi của dự án này là mô-đun Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3, mà chúng ta sẽ đặt trong vỏ Meshnology N32 chuyên nghiệp với pin 3000mAh để thực sự di động. Chúng ta sẽ khám phá cách đấu dây cho cả rơ-le và còi báo, giải thích cấu hình mã thiết yếu, và chỉ cho bạn cách thiết lập liên kết an toàn không gây nhiễu với các thiết bị LoRa khác. Kết quả là một công tắc từ xa mạnh mẽ, độc lập hoàn toàn miễn phí, hoạt động ở khoảng cách mà Wi-Fi hoặc Bluetooth truyền thống không thể thực hiện được.

Phần cứng & Linh kiện

Để xây dựng dự án này, bạn sẽ cần các linh kiện sau. Các vật dụng chính thường có sẵn dưới dạng bộ kit từ Meshnology, giúp đơn giản hóa quy trình lắp ráp.

• 2x Mô-đun Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3: Bộ vi điều khiển chính với LoRa, Wi-Fi và Bluetooth tích hợp. (trong video tại 00:23)
• 2x Vỏ Meshnology N32: Vỏ bọc chắc chắn, chuyên nghiệp được thiết kế để vừa với mô-đun Heltec và pin lớn. (trong video tại 02:00)
• 2x Pin LiPo 3000mAh 3.7V: Cung cấp nguồn di động lâu dài cho hoạt động không lưới điện. (trong video tại 02:14)
• 1x Mô-đun Rơ-le: Mô-đun rơ-le 5V để chuyển mạch tải công suất cao của bạn (ví dụ: động cơ, đèn hoặc máy bơm).
• 1x Còi báo (Tùy chọn): Còi báo tích cực 5V để phản hồi âm thanh, được điều khiển bằng transistor 2N2222.
• 1x Transistor 2N2222 (Tùy chọn): Transistor NPN dùng để điều khiển còi báo an toàn.
• 1x Điện trở 1kΩ (Tùy chọn): Điện trở giới hạn dòng cho chân base của transistor.
• 2x Ăng-ten độ lợi cao: Để tối đa hóa phạm vi truyền và độ nhạy thu. (trong video tại 04:35)
• Dây dẫn & Đầu nối khác nhau: Để thực hiện các kết nối cần thiết.

Cài đặt Bo mạch ESP32 Heltec

Thêm đường dẫn này vào tùy chọn (preferences) của Arduino IDE như được hiển thị trong video:https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json

Thư viện cần thiết

Bạn phải cài đặt thư viện Robojax_HeltecLoRa32 . Tải xuống từ liên kết bên dưới bài viết này.

Cài đặt thư viện ZIP này qua Arduino IDE trước khi tải lên bất kỳ mã nào.

Hướng dẫn đấu dây

Dự án này bao gồm hai mạch riêng biệt: bộ phát và bộ thu. Việc đấu dây cho cả hai đều đơn giản. Nếu bạn sử dụng vỏ Meshnology, bạn sẽ cần khoan một lỗ nhỏ để luồn dây cho rơ-le hoặc còi ra bên ngoài. Video trình bày một quy trình lắp ráp gọn gàng, nhưng các kết nối chính như sau:

Bộ phát: Bộ phát sử dụng nút nhấn tích hợp trên mô-đun Heltec. Không cần đấu dây bên ngoài cho tín hiệu điều khiển. Chỉ cần đảm bảo ăng-ten được kết nối trước khi cấp nguồn cho thiết bị.

Bộ thu: Chân GPIO 4 của bộ thu được sử dụng để điều khiển rơ-le hoặc còi. Sơ đồ đấu dây được hiển thị bên dưới. Lưu ý rằng rơ-le được cách ly với ESP32, vì vậy bạn sẽ cần một nguồn điện riêng cho mạch tải của rơ-le.

Kết nối rơ-le:

• Kết nối chân 3.3V của mô-đun Heltec với chân VCC của mô-đun rơ-le (hoặc đầu vào dương của bộ chuyển đổi tăng áp nếu bạn cần 5V ổn định).
• Kết nối chân GND của mô-đun Heltec với chân GND của mô-đun rơ-le.
• Kết nối chân GPIO 4 của mô-đun Heltec với chân IN (tín hiệu) của mô-đun rơ-le. (trong video tại 14:54)

Kết nối còi (với Transistor): Các chân GPIO của ESP32 không thể cung cấp đủ dòng điện để điều khiển trực tiếp còi. Một transistor hoạt động như một công tắc để bảo vệ vi điều khiển. (trong video tại 16:47)

• Kết nối chân 3.3V với cực dương (+) của còi.
• Kết nối cực âm (-) của còi với cực thu (collector) của transistor 2N2222.
• Kết nối cực phát (emitter) của transistor với chân GND.
• Kết nối cực gốc (base) của transistor với một đầu của điện trở 1kΩ.
• Kết nối đầu còn lại của điện trở với chân GPIO 4.

Giải thích mã

Mã cho dự án này được cung cấp trong thư viện Robojax Heltec LoRa 32. Bạn sẽ cần cài đặt thư viện này và các gói hỗ trợ bo mạch cần thiết trong Arduino IDE của mình. Quy trình thiết lập được trình bày chi tiết trong video. Sau khi cài đặt các thư viện, bạn có thể mở các mẫu ví dụ: Relay_Secure_TX_Sample cho bộ phát và Relay_Secure_RX cho bộ thu. (trong video tại 26:12)

Cả mã bộ phát và bộ thu đều có một vài biến có thể cấu hình ở đầu mã mà bạn phải đặt để đảm bảo giao tiếp chính xác. Các biến này là chìa khóa để làm cho dự án hoạt động với thiết lập cụ thể của bạn.

// BIẾN NGƯỜI DÙNG CÓ THỂ CẤU HÌNH
// ============================
bool debug = false; // Đặt thành true để bật đầu ra Serial Monitor

// Cài đặt Bộ phát
const int userPin = 0; // Chân GPIO cho nút nhấn của người dùng
String relayOnText = "Relay ON"; // Văn bản hiển thị trên màn hình
String relayOffText = "Relay OFF"; // Văn bản hiển thị trên màn hình

// Cài đặt Bộ thu
const int relayPin = 4; // Chân GPIO kết nối với relay hoặc transistor
int relayOnDuration = 3000; // Thời gian tính bằng mili giây relay bật cho mã "Sample"

// Cài đặt Bảo mật (PHẢI GIỐNG NHAU TRÊN CẢ HAI THIẾT BỊ)
String securityKey = "your_secret_key"; // Khóa bí mật dùng chung cho giao tiếp an toàn
String secret = "your_secret"; // Một bí mật khác để tăng cường bảo mật

// Cài đặt LoRa (PHẢI GIỐNG NHAU TRÊN CẢ HAI THIẾT BỊ)
#define LORA_FREQUENCY 915.0 // Tần số tính bằng MHz (ví dụ: 868.0 cho Châu Âu, 915.0 cho Mỹ)
int power = 20; // Công suất truyền tính bằng dBm (2 đến 20)
// ============================

Dưới đây là ý nghĩa của từng cài đặt:

• debug: Khi được đặt thành true, mã sẽ in thông tin chi tiết ra Serial Monitor của Arduino IDE. Điều này hữu ích cho việc gỡ lỗi nhưng nên được đặt thành false khi hoạt động bình thường để tiết kiệm năng lượng.
• userPin (Bộ phát): Xác định chân GPIO kết nối với nút nhấn bạn sẽ bấm để gửi tín hiệu. Mặc định là 0, đây là nút người dùng tích hợp trên module Heltec.
• relayPin (Bộ thu): Đây là chân GPIO sẽ xuất tín hiệu để điều khiển relay hoặc transistor của bạn. Mặc định là 4. Nếu bạn kết nối relay với một chân khác, bạn phải thay đổi giá trị này.
• relayOnDuration (Bộ thu): Được sử dụng trong mã "Sample". Nó xác định thời gian relay bật sau khi nhận được tín hiệu. Ví dụ: đặt thành 1000 sẽ giữ relay bật trong 1 giây. Điều này hữu ích cho hành động "tạm thời" như mở cửa. Mã ví dụ "Toggle" sẽ bỏ qua giá trị này và chuyển đổi trạng thái mỗi lần nhấn.
• securityKey và secret: Đây là mật khẩu cho liên kết LoRa của bạn. Chúng phải giống hệt nhau trên cả bộ phát và bộ thu. Điều này ngăn người dùng trái phép điều khiển thiết bị của bạn. (trong video tại 27:19)
• LORA_FREQUENCY: Đặt dải tần số vô tuyến. Nó phải giống nhau trên cả hai thiết bị và hợp pháp tại quốc gia của bạn (ví dụ: 868 MHz ở Châu Âu, 915 MHz ở Bắc Mỹ). (trong video tại 27:36)
• power: Đặt công suất truyền tính bằng dBm. Giá trị 2 là công suất thấp để kiểm tra, trong khi 20 là tối đa cho phạm vi xa nhất. (trong video tại 27:43)

Có ba loại mã bộ phát chính: Sample, Toggle và Momentary. Mã "Sample" bật relay trong một khoảng thời gian cố định. Mã "Toggle" chuyển đổi trạng thái relay (bật/tắt) mỗi lần nhấn nút. Mã "Momentary" chỉ bật relay khi nút được giữ. Hãy chọn loại phù hợp nhất với ứng dụng của bạn.

Dự án Trực tiếp & Trình diễn

Trong video, người sáng tạo trình diễn dự án qua hai giai đoạn. Đầu tiên, một bài kiểm tra trong phòng thí nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động với cả relay điều khiển động cơ và còi điều khiển bằng transistor. Relay và còi được bật/tắt thành công từ bo mạch phát, chứng minh chức năng cơ bản và liên kết truyền thông an toàn.

Giai đoạn thứ hai, ấn tượng hơn, là bài kiểm tra phạm vi thực tế. Bộ phát được đặt trên chân máy bên hồ, và bộ thu được đưa đến điểm cách 13,04 dặm (20,98 km) với tầm nhìn thẳng không bị che khuất. Video cho thấy bộ thu hiển thị giá trị điện áp được truyền từ vị trí xa, nhận dữ liệu thành công qua phạm vi 21 km. Điều này xác nhận khả năng điều khiển thiết bị của dự án qua khoảng cách rất xa miễn phí, không cần cơ sở hạ tầng hiện có.

Các Chương

• [00:00] Giới thiệu về Điều khiển LoRa Ngoài lưới điện
• [01:01] Tổng quan Dự án và Giới thiệu Chuỗi
• [01:57] Mở hộp và Kiểm tra Phần cứng
• [04:56] Hiểu về Module Heltec và Ăng-ten
• [07:57] Lắp ráp Vỏ Meshnology N32
• [13:56] Đấu dây Mạch Relay và Còi
• [19:41] Lắp ráp Cuối cùng và Sửa đổi Vỏ
• [21:51] Cài đặt Phần mềm và Thư viện Cần thiết
• [26:12] Cấu hình Mã Bộ phát
• [28:46] Cấu hình Mã Bộ thu
• [30:02] Trình diễn Trực tiếp: Điều khiển Relay và Còi
• [33:06] Kiểm tra Phạm vi 13 Dặm Thực tế và Kết luận

Hình ảnh

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