13마일(21km) 떨어진 곳에서 LoRa로 원격 도어 알림 시스템 – 오프 그리드! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

13마일(21km) 떨어진 곳에서 LoRa로 원격 도어 알림 시스템 – 오프 그리드! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

원격 오두막의 현관문, 농장의 대문, 또는 창고 입구를 Wi-Fi 연결, 셀룰러 SIM 카드, 월 사용료 없이 13마일(21km) 이상 떨어진 곳에서 모니터링할 수 있다고 상상해 보세요. 이것은 미래적인 개념이 아니라 LoRa(Long Range) 기술을 사용한 실용적인 현실입니다. 이 프로젝트에서는 Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3 모듈을 사용하여 장거리 문 모니터링 시스템을 구축하고, 3000mAh 배터리가 포함된 Meshnology N32 케이스에 깔끔하게 포장하여 오프그리드에서 오래 지속되는 성능을 제공합니다.

이 프로젝트는 홀 효과 센서를 사용하여 문이 열렸는지 닫혔는지 감지하고 그 상태를 LoRa 대역을 통해 전송합니다. 기존 인프라에 의존하지 않고 안정적인 원격 모니터링이 필요한 오두막, 헛간, 창고 또는 모든 위치에 완벽한 솔루션입니다. 수신기에 부저나 릴레이를 추가하여 로컬 경보 시스템을 만들 수도 있습니다.

이 프로젝트를 실용적으로 활용할 수 있는 몇 가지 방법은 다음과 같습니다:

• 온도 조절을 위해 원격 온실 문이 닫혀 있는지 모니터링합니다.
• 부지를 떠난 후 헛간이나 마구간 문이 열려 있는지 확인합니다.
• 창고나 작업장을 위한 장거리 보안 경보기를 만듭니다.
• 우편함이나 대문이 열릴 때 알림을 받습니다.
• 울타리로 둘러싸인 구역이나 건설 현장에 대한 출입을 모니터링합니다.

이 가이드는 Wi-Fi LoRa 32 V3 시리즈의 네 번째입니다. 이전 비디오에서는 온도 데이터 전송, 최대 150V DC 읽기, LoRa를 통한 릴레이 원격 제어를 다루었습니다. 이 프로젝트는 이러한 개념을 기반으로 완전하고 실용적인 모니터링 시스템을 만듭니다.

필요한 하드웨어

이 프로젝트를 구축하려면 다음 구성 요소가 필요합니다:

• Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3 모듈 2개
• Meshnology N32 케이스 2개(또는 유사한 인클로저)
• 3000mAh 3.7V LiPo 배터리 2개
• 홀 효과 센서 모듈 1개(디지털 출력 포함)
• 소형 자석 1개(문용)
• 부저 1개(5V는 3.3V에서 작동) 또는 5V 릴레이 모듈
• 2N2222 NPN 트랜지스터 1개(부저 회로용)
• 1kΩ 저항 1개
• 연결 와이어 및 납땜 인두

Meshnology N32 케이스는 이 빌드에 훌륭한 옵션입니다. Heltec 모듈과 3000mAh 배터리를 수용하도록 설계되어 깔끔하고 전문적인 마감을 제공합니다. 간단한 브레드보드나 맞춤형 3D 프린팅 인클로저를 사용하여 시작할 수도 있습니다.

배선 가이드

구축해야 할 주요 회로는 두 가지입니다: 송신기와 수신기. 송신기는 홀 효과 센서에 연결되고, 수신기는 경보를 위해 부저나 릴레이 모듈에 연결할 수 있습니다.

송신기 배선:

이 설정은 매우 간단합니다. 홀 효과 센서에는 VCC, GND, DO(디지털 출력), AO(아날로그 출력)의 네 개 핀이 있습니다. 이 프로젝트에서는 디지털 출력만 필요합니다.

• 센서의 VCC는 Heltec 보드의 3.3V 핀에 연결합니다.
• 센서의 GND는 Heltec 보드의 GND 핀에 연결합니다.
• 센서의 DO는 Heltec 보드의 GPIO 4에 연결합니다.
• AO 핀은 연결하지 않은 상태로 둡니다.

수신기 배선(부저):

부저를 구동하기 위해 트랜지스터가 스위치로 사용됩니다. 부저는 마이크로컨트롤러의 GPIO 핀이 안전하게 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전류를 소비할 수 있기 때문입니다. 회로는 간단합니다:

• 부저의 양극 리드는 3.3V 핀에 연결합니다.
• 부저의 음극 리드는 2N2222 트랜지스터의 컬렉터에 연결합니다.
• 트랜지스터의 에미터는 GND에 연결합니다.
• 트랜지스터의 베이스는 1kΩ 저항을 통해 수신기 Heltec 보드의 GPIO 4에 연결합니다.

수신기 배선(릴레이):

조명이나 사이렌과 같은 부하를 제어하려면 릴레이 모듈을 사용할 수 있습니다. 배선은 더욱 간단합니다:

• 릴레이 모듈의 VCC는 3.3V 핀(부스트 컨버터를 사용하는 경우 5V)에 연결합니다.
• 릴레이 모듈의 GND는 GND에 연결합니다.
• 릴레이 모듈의 IN은 Heltec 보드의 GPIO 4에 연결합니다.

그런 다음 AC 또는 DC 부하를 릴레이의 출력 단자에 연결할 수 있습니다. 릴레이는 전자기 스위치 역할을 하여 문이 열릴 때 회로를 닫습니다.

부저 회로의 경우 2N2222 트랜지스터는 GPIO 핀의 전류를 증폭하는 데 사용됩니다. GPIO 핀과 베이스 사이에 1kΩ 저항을 배치하여 트랜지스터로 들어가는 전류를 제한합니다. 부저는 3.3V와 컬렉터 사이에 연결되므로 트랜지스터가 켜지면 회로가 완성되고 부저가 울립니다.

소프트웨어 설정

코드를 업로드하기 전에 Arduino IDE에 필요한 소프트웨어와 라이브러리를 설치해야 합니다. 먼저 Arduino IDE가 설치되어 있는지 확인하세요. 그런 다음 다음 단계를 따르세요:

1. ESP32 보드 지원 설치: 보드 매니저를 엽니다(도구 > 보드 > 보드 매니저). "ESP32"를 검색하고 Espressif Systems의 패키지를 설치합니다.
2. Heltec 보드 URL 추가: 파일 > 기본 설정으로 이동하여 "추가 보드 매니저 URLs" 필드에 JSON URL https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json를 붙여넣습니다. 이 링크는 Heltec 문서 페이지에서 찾을 수 있습니다. 그런 다음 보드 매니저로 돌아가 "Heltec ESP32"를 검색하고 설치합니다.
3. 라이브러리 설치: 도구 > 라이브러리 관리로 이동하여 다음을 설치합니다:
   • Heltec ESP32 Dev Boards - Heltec Automation 제작
   • Adafruit GFX Library - Adafruit 제작(메시지가 표시되면 모든 종속성을 설치)
   • Robojax Heltec LoRa 32 라이브러리(비디오 설명의 링크에서 .zip 파일을 다운로드하고 스케치 > 라이브러리 포함 > .ZIP 라이브러리 추가를 통해 설치).

라이브러리를 설치한 후 도구 > 보드 > Heltec ESP32 Arduino > Heltec Wi-Fi LoRa 32(V3)로 이동하여 올바른 보드를 선택할 수 있습니다. 올바른 포트가 선택되었는지 확인하세요.

코드 설명

이 프로젝트는 송신기용과 수신기용 두 개의 별도 코드 파일을 사용합니다. 둘 다 Robojax Heltec LoRa 32 라이브러리의 예제 메뉴에 포함되어 있습니다. 코드는 대부분 사전 작성되어 있으며, 각 파일 상단의 몇 가지 주요 변수만 조정하여 네트워크를 구성하면 됩니다.

송신기 코드(도어 알람 TX):

파일 > 예제 > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm TX에서 송신기 코드를 엽니다. 수정해야 할 주요 설정은 다음과 같습니다:

• 도어 센서 핀: 홀 효과 센서의 디지털 출력에 연결된 GPIO 핀입니다. 기본값은 핀 4이지만, 다르게 배선한 경우 변경할 수 있습니다.
• 텍스트 문자열: "Door is OPEN" 및 "Door is CLOSED"와 같이 표시 및 전송되는 텍스트를 변경할 수 있습니다. 문자열이므로 큰따옴표를 유지하세요.
• 보안 키: 송신기와 수신기 간에 일치해야 하는 비밀 문자열입니다. 다른 LoRa 장치가 알람을 트리거하는 것을 방지합니다. 고유한 값으로 변경하세요.
• 주파수: 해당 지역에 맞는 올바른 주파수로 설정해야 합니다(예: 미국은 915MHz, 유럽은 868MHz). 수신기의 주파수와 일치해야 합니다.
• TX 전력: dBm 단위의 전송 전력을 설정합니다. 2에서 20까지 설정할 수 있습니다. 단거리 테스트의 경우 2와 같은 낮은 값이 적합합니다. 13마일 장거리 테스트에서는 20으로 설정되었습니다. 더 높은 전력은 배터리를 더 빨리 소모합니다.

수신기 코드(도어 알람 RX):

파일 > 예제 > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm RX에서 수신기 코드를 엽니다. 주요 설정은 다음과 같습니다:

• 릴레이 핀: 릴레이 또는 부저 제어 회로에 연결된 GPIO 핀입니다. 기본값은 핀 4입니다.
• 알람 지속 시간: "문 열림" 신호를 수신한 후 릴레이 또는 부저가 활성 상태를 유지하는 시간을 설정하는 변수입니다. 기본값은 1000밀리초(1초)입니다. 알람이 더 오래 울리게 하려면 10,000 또는 20,000ms로 늘릴 수 있습니다.
• 보안 키: 송신기 코드에서 설정한 키와 동일해야 합니다.
• 주파수: 해당 지역에 맞는 송신기의 주파수와 일치해야 합니다.

이러한 설정을 구성한 후 각 보드에 코드를 업로드할 수 있습니다.

실제 프로젝트 및 시연

비디오에서 프로젝트는 작업대와 실제 환경 모두에서 시연됩니다. 실험실에서는 송신기가 홀 효과 센서에 연결되고 자석을 사용하여 문의 열림과 닫힘을 시뮬레이션합니다. 자석이 센서에 가까우면 시스템에 "CLOSED"가 표시되고, 제거하면 "OPEN"이 표시됩니다. 이 상태는 수신기로 전송되어 부저나 릴레이를 활성화합니다.

실제 테스트에서는 홀 효과 센서와 자석을 문에 장착했습니다. 문이 열리면 수신기에 즉시 "OPEN"이 표시되고 알람이 트리거되었습니다. 문을 닫으면 "CLOSED" 신호가 전송되고 알람이 꺼졌습니다.

장거리 성능을 입증하기 위해 송신기는 시야가 확보된 호수 옆 삼각대에 배치되었습니다. 그런 다음 수신기를 13마일(21km) 이상 떨어진 위치로 이동했습니다. 이 거리에서도 수신기는 신호를 수신하고 전송된 데이터를 표시할 수 있었으며, 이는 오프그리드 통신을 위한 LoRa의 강력함과 신뢰성을 보여주었습니다.

범위 테스트의 경우 TX 전력을 20dBm으로 설정할 수 있습니다. 그러나 실험실이나 단거리에서 일상적으로 사용하는 경우 2dBm으로 설정하면 배터리 수명을 절약할 수 있습니다. 3000mAh 배터리를 사용하면 전송 전력과 업데이트 빈도에 따라 송신기가 며칠 동안 지속될 수 있습니다.

챕터

• [00:00] 원격 도어 알림 시스템 소개
• [01:04] LoRa 프로젝트 시리즈 개요
• [02:01] 구성 요소 및 하드웨어 개요
• [05:42] Meshnology N32 케이스 및 배터리 옵션
• [07:20] Meshnology N32 케이스 조립
• [11:41] 커넥터 및 배터리 안전 테스트
• [12:22] 홀 효과 센서 및 릴레이 배선
• [13:51] 트랜지스터를 이용한 부저 배선
• [17:48] 최종 조립 및 센서 조정
• [23:20] 소프트웨어 및 라이브러리 설치
• [27:42] 송신기 코드 구성 및 업로드
• [30:22] 수신기 코드 구성 및 업로드
• [31:56] 도어 알람 시스템 실험실 시연
• [33:03] 실제 문에서 테스트
• [34:08] 13마일 범위 테스트 및 결론