13 миль (21 км) қашықтықтан есікке қашықтан хабарлау жүйесі LoRa арқылы – Желіден тыс! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

13 миль (21 км) қашықтықтан есікке қашықтан хабарлау жүйесі LoRa арқылы – Желіден тыс! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

Алыстағы коттедждің алдыңғы есігін, ферма қақпасын немесе қойма кіреберісін 13 мильден (21 км) астам қашықтықтан бақылай алатыныңызды елестетіп көріңіз—Wi-Fi қосылымынсыз, ұялы SIM картасыз немесе ай сайынғы төлемдерсіз. Бұл болашақтағы тұжырымдама емес; бұл LoRa (Long Range) технологиясын қолданатын практикалық шындық. Бұл жобада біз Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3 модулін қолданып, ұзақ қашықтыққа есік бақылау жүйесін құрамыз. Ол ұзақ мерзімді, желіден тыс жұмыс істеу үшін 3000 мАч батареясы бар Meshnology N32 корпусына ықшам орналастырылған.

Бұл жоба есіктің ашық немесе жабық екенін анықтау үшін Холл эффектісі сенсорын пайдаланады және бұл күйді LoRa диапазонында жібереді. Бұл коттедждер, қоралар, қоймалар немесе қолданыстағы инфрақұрылымға сенбей-ақ сенімді қашықтан бақылау қажет кез келген орын үшін тамаша шешім. Қабылдағышқа дыбыстық сигнал немесе реле қосып, жергілікті дабыл жүйесін жасай аласыз.

Міне, осы жобаны қолданудың кейбір практикалық жолдары:

• Температураны бақылау үшін жабық екеніне көз жеткізу үшін алыстағы жылыжай есігін бақылаңыз.
• Мүліктен кеткеннен кейін қора немесе ат қора есігінің ашық қалғанын тексеріңіз.
• Сарай немесе шеберхана үшін ұзақ қашықтықтағы қауіпсіздік дабылын жасаңыз.
• Пошта жәшігі немесе қақпа ашылғанда хабарлама алыңыз.
• Қоршалған аумаққа немесе құрылыс алаңына кіруді бақылаңыз.

Бұл нұсқаулық Wi-Fi LoRa 32 V3 бойынша серияның төртіншісі. Алдыңғы бейнелер температура деректерін жіберуді, 150В тұрақты токқа дейін оқуды және релені қашықтан басқаруды қамтыды—барлығы LoRa арқылы. Бұл жоба осы тұжырымдамаларға негізделіп, толық, практикалық бақылау жүйесін жасайды.

Қажетті аппараттық құралдар

Бұл жобаны құру үшін келесі компоненттер қажет:

• 2x Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3 модульдері
• 2x Meshnology N32 корпустары (немесе ұқсас қаптамалар)
• 2x 3000 мАч 3.7В LiPo батареялары
• 1x Холл эффектісі сенсор модулі (цифрлық шығыспен)
• 1x Кішкентай магнит (есік үшін)
• 1x Дыбыстық сигнал (5В 3.3В-пен жұмыс істейді) немесе 5В реле модулі
• 1x 2N2222 NPN транзисторы (дыбыстық сигнал тізбегі үшін)
• 1x 1кОм резистор
• Қосу сымдары және дәнекерлеу үтігі

Meshnology N32 корпусы бұл құрылыс үшін тамаша нұсқа. Ол Heltec модулін және 3000 мАч батареяны орналастыруға арналған, таза, кәсіби көрініс береді. Сондай-ақ, бастау үшін қарапайым макет тақтасын немесе арнайы 3D-басып шығарылған қаптаманы қолдануға болады.

Сым қосу нұсқаулығы

Құруға болатын екі негізгі тізбек бар: таратқыш және қабылдағыш. Таратқыш Холл эффектісі сенсорына қосылған, ал қабылдағыш дабыл үшін дыбыстық сигналға немесе реле модуліне қосылуы мүмкін.

Таратқыш сымдары:

Бұл орнату өте қарапайым. Холл эффектісі сенсорында төрт түйреуіш бар: VCC, GND, DO (цифрлық шығыс) және AO (аналогтық шығыс). Бұл жоба үшін бізге тек цифрлық шығыс қажет.

• Сенсордағы VCC Heltec тақтасындағы 3.3В түйреуішіне қосылады.
• Сенсордағы GND Heltec тақтасындағы GND түйреуішіне қосылады.
• Сенсордағы DO Heltec тақтасындағы GPIO 4 түйреуішіне қосылады.
• AO түйреуіші қосылмай қалады.

Қабылдағыш сымдары (дыбыстық сигнал):

Дыбыстық сигналды басқару үшін транзистор қосқыш ретінде қолданылады, себебі дыбыстық сигнал микроконтроллердің GPIO түйреуіші қауіпсіз бере алатын токтан көп ток тұтынуы мүмкін. Тізбек қарапайым:

• Дыбыстық сигналдың оң сымы 3.3В түйреуішіне қосылады.
• Дыбыстық сигналдың теріс сымы 2N2222 транзисторының коллекторына қосылады.
• Транзистордың эмиттері GND түйреуішіне қосылады.
• Транзистордың базасы қабылдағыштың Heltec тақтасындағы GPIO 4 түйреуішіне 1кОм резистор арқылы қосылады.

Қабылдағыш сымдары (реле):

Шам немесе сирена сияқты жүктемені басқарғыңыз келсе, реле модулін қолдануға болады. Сым қосу одан да қарапайым:

• Реле модуліндегі VCC 3.3В түйреуішіне қосылады (күшейткіш түрлендіргіш қолдансаңыз 5В).
• Реле модуліндегі GND GND түйреуішіне қосылады.
• Реле модуліндегі IN Heltec тақтасындағы GPIO 4 түйреуішіне қосылады.

Содан кейін айнымалы немесе тұрақты ток жүктемеңізді реленің шығыс терминалдарына қосуға болады. Реле электромагниттік қосқыш ретінде әрекет етеді, есік ашылғанда тізбекті жабады.

Дыбыстық сигнал тізбегі үшін 2N2222 транзисторы GPIO түйреуішінен токты күшейту үшін қолданылады. GPIO түйреуіші мен база арасына транзисторға кіретін токты шектеу үшін 1кОм резистор орналастырылады. Дыбыстық сигнал 3.3В пен коллектор арасында қосылады, сондықтан транзистор қосылғанда, ол тізбекті аяқтайды және дыбыстық сигнал шығады.

Бағдарламалық қамтамасыз етуді орнату

Кодты жүктеу алдында Arduino IDE-ге қажетті бағдарламалық қамтамасыз ету мен кітапханаларды орнату керек. Алдымен Arduino IDE орнатылғанына көз жеткізіңіз. Содан кейін мына қадамдарды орындаңыз:

1. ESP32 платасын қолдауды орнату: Boards Manager терезесін ашыңыз (Tools > Board > Boards Manager), "ESP32" іздеңіз және Espressif Systems пакетін орнатыңыз.
2. Heltec Board URL қосу: File > Preferences бөліміне өтіңіз және "Additional Boards Manager URLs" өрісіне JSON URL мекенжайын қойыңыз https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json Heltec ESP32 платалары үшін. Бұл сілтемені Heltec құжаттама бетінен таба аласыз. Содан кейін Boards Manager бөліміне қайта оралыңыз, "Heltec ESP32" іздеңіз және оны орнатыңыз.
3. Кітапханаларды орнату: Tools > Manage Libraries бөліміне өтіп, келесілерді орнатыңыз:
   • Heltec ESP32 Dev Boards Heltec Automation компаниясынан
   • Adafruit GFX Library Adafruit компаниясынан (сұралғанда барлық тәуелділіктерді орнатыңыз)
   • Robojax Heltec LoRa 32 кітапханасы (видео сипаттамасындағы сілтемеден .zip файлын жүктеп алыңыз және оны Sketch > Include Library > Add .ZIP Library арқылы орнатыңыз).

Кітапханаларды орнатқаннан кейін, Tools > Board > Heltec ESP32 Arduino > Heltec Wi-Fi LoRa 32(V3) бөліміне өтіп, дұрыс платаны таңдай аласыз. Дұрыс порттың таңдалғанына көз жеткізіңіз.

Кодты түсіндіру

Бұл жоба екі бөлек код файлын пайдаланады: біреуі таратқыш үшін, екіншісі қабылдағыш үшін. Екеуі де Robojax Heltec LoRa 32 кітапханасының мысалдар мәзіріне енгізілген. Код негізінен алдын ала жазылған; тек әр файлдың жоғарғы жағындағы бірнеше негізгі айнымалыларды желіңізді конфигурациялау үшін реттеу қажет.

Таратқыш коды (Door Alarm TX):

Таратқыш кодын File > Examples > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm TX бөлімінен ашыңыз. Өзгерту қажет негізгі параметрлер:

• Door Sensor Pin: Бұл Hall Effect сенсорының цифрлық шығысына қосылған GPIO түйреуіші. Әдепкі мәні 4-ші түйреуіш, бірақ оны басқаша қосқан болсаңыз өзгерте аласыз.
• Мәтін жолдары: Көрсетілетін және жіберілетін мәтінді өзгерте аласыз, мысалы "Door is OPEN" және "Door is CLOSED". Қос тырнақшаларды сақтаңыз, себебі олар жолдар.
• Secure Key: Бұл таратқыш пен қабылдағыш арасында сәйкес келуі тиіс құпия жол. Ол басқа LoRa құрылғыларының дабылыңызды іске қосуына жол бермейді. Мұны бірегей мәнге өзгертіңіз.
• Frequency: Бұл сіздің аймағыңызға сәйкес дұрыс жиілікке орнатылуы керек (мысалы, АҚШ үшін 915 МГц, Еуропа үшін 868 МГц). Ол қабылдағыштың жиілігіне сәйкес келуі тиіс.
• TX Power: Бұл тарату қуатын дБм-де орнатады. Оны 2-ден 20-ға дейін орнатуға болады. Қысқа қашықтықтағы сынақ үшін 2 сияқты төмен мән жеткілікті. 13 мильдік ұзақ қашықтықтағы сынақ үшін ол 20-ға орнатылды. Жоғары қуат батареяны тезірек тұтынады.

Қабылдағыш коды (Door Alarm RX):

Қабылдағыш кодын File > Examples > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm RX бөлімінен ашыңыз. Негізгі параметрлер:

• Relay Pin: Реле немесе дыбыстық сигнал басқару тізбегіне қосылған GPIO түйреуіші. Әдепкі мәні 4-ші түйреуіш.
• Alarm Duration: Бұл айнымалы "Door Open" сигналы қабылданғаннан кейін реленің немесе дыбыстық сигналдың қанша уақыт белсенді болатынын орнатады. Әдепкі мәні 1000 миллисекунд (1 секунд). Дабылдың ұзағырақ естілуін қаласаңыз, оны 10,000 немесе 20,000 мс-ке арттыра аласыз.
• Secure Key: Бұл таратқыш кодында орнатқан кілтпен бірдей болуы керек.
• Frequency: Бұл сіздің аймағыңыз үшін таратқыштың жиілігіне сәйкес келуі тиіс.

Осы параметрлерді конфигурациялағаннан кейін, кодты әр тиісті платаға жүктей аласыз.

Тірі жоба және демонстрация

Видеода жоба жұмыс үстелінде де, нақты әлемдегі сценарийде де көрсетілген. Зертханада таратқыш Hall Effect сенсорына қосылған, ал есіктің ашылуы мен жабылуын имитациялау үшін магнит қолданылады. Магнит сенсорға жақын болғанда, жүйе "CLOSED" көрсетеді, ал ол алынғанда "OPEN" көрсетеді. Бұл күй қабылдағышқа жіберіледі, ол дыбыстық сигналды немесе релені іске қосады.

Нақты әлемдегі сынақ Hall Effect сенсоры мен магнитті есікке орнатуды қамтыды. Есік ашылғанда, қабылдағыш бірден "OPEN" көрсетті және дабылды іске қосты. Есікті жабу "CLOSED" сигналын жіберіп, дабылды өшірді.

Ұзақ қашықтық мүмкіндіктерін дәлелдеу үшін таратқыш көл жағасындағы штативке анық көрініспен орнатылды. Содан кейін қабылдағыш 13 мильден (21 км) астам қашықтықтағы орынға жеткізілді. Осы қашықтықта қабылдағыш әлі де сигналды қабылдап, жіберілген деректерді көрсете алды, бұл LoRa-ның желіден тыс байланыс үшін қуаты мен сенімділігін көрсетеді.

Қашықтық сынағы үшін TX қуатын 20 дБм-ге орнатуға болады. Дегенмен, зертханада күнделікті пайдалану немесе қысқа қашықтықтар үшін оны 2 дБм-ге орнату батареяның қызмет ету мерзімін үнемдейді. 3000 мАч батареямен таратқыш тарату қуаты мен жаңарту жиілігіне байланысты бірнеше күн жұмыс істей алады.

Бөлімдер

• [00:00] Қашықтан есік дабылы жүйесіне кіріспе
• [01:04] LoRa жобалар сериясына шолу
• [02:01] Компоненттер мен аппараттық қамтамасыз етуге шолу
• [05:42] Meshnology N32 корпусы және батарея нұсқалары
• [07:20] Meshnology N32 корпусын құрастыру
• [11:41] Қосқыштарды тексеру және батарея қауіпсіздігі
• [12:22] Холл эффектісі сенсоры мен релені қосу
• [13:51] Транзистормен дыбыстық сигналды қосу
• [17:48] Соңғы құрастыру және сенсорды реттеу
• [23:20] Бағдарламалық қамтамасыз ету мен кітапханаларды орнату
• [27:42] Таратқыш кодын конфигурациялау және жүктеу
• [30:22] Қабылдағыш кодын конфигурациялау және жүктеу
• [31:56] Есік дабылы жүйесінің зертханалық демонстрациясы
• [33:03] Нақты есікте сынау
• [34:08] 13 миль қашықтықтағы сынақ және қорытынды