Systém diaľkového upozornenia na dvere zo vzdialenosti 13 míľ (21 km) pomocou LoRa – mimo siete! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

Systém diaľkového upozornenia na dvere zo vzdialenosti 13 míľ (21 km) pomocou LoRa – mimo siete! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

Predstavte si, že môžete monitorovať predné dvere vzdialenej chaty, bránu na farmu alebo vchod do skladovacieho priestoru zo vzdialenosti viac ako 13 míľ (21 km)—bez Wi-Fi pripojenia, mobilnej SIM karty alebo akýchkoľvek mesačných poplatkov. Toto nie je futuristický koncept; je to praktická realita pomocou technológie LoRa (Long Range). V tomto projekte postavíme systém na monitorovanie dverí na dlhú vzdialenosť pomocou modulu Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3, úhľadne zabaleného v puzdre Meshnology N32 s batériou 3000 mAh pre dlhotrvajúci výkon mimo siete.

Tento projekt používa Hallov senzor na zistenie, či sú dvere otvorené alebo zatvorené, a prenáša tento stav cez pásmo LoRa. Je to dokonalé riešenie pre chaty, stodoly, skladovacie jednotky alebo akékoľvek miesto, kde potrebujete spoľahlivé vzdialené monitorovanie bez spoliehania sa na existujúcu infraštruktúru. Na prijímač môžete dokonca pridať bzučiak alebo relé na vytvorenie miestneho poplachového systému.

Tu je niekoľko praktických spôsobov, ako môžete tento projekt využiť:

• Monitorujte dvere vzdialeného skleníka, aby ste zabezpečili, že sú zatvorené kvôli regulácii teploty.
• Skontrolujte, či dvere stodoly alebo maštale nezostali otvorené po tom, čo ste opustili pozemok.
• Vytvorte bezpečnostný poplach na dlhú vzdialenosť pre kôlňu alebo dielňu.
• Dostávajte upozornenia, keď sa otvorí poštová schránka alebo brána.
• Monitorujte prístup do oploteného priestoru alebo na stavenisko.

Táto príručka je štvrtou v sérii o Wi-Fi LoRa 32 V3. Predchádzajúce videá sa zaoberali odosielaním údajov o teplote, čítaním až 150V DC a diaľkovým ovládaním relé—všetko cez LoRa. Tento projekt stavia na týchto konceptoch a vytvára kompletný, praktický monitorovací systém.

Potrebný hardvér

Na zostavenie tohto projektu budete potrebovať nasledujúce komponenty:

• 2x moduly Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3
• 2x puzdrá Meshnology N32 (alebo podobné kryty)
• 2x lítiovo-polymérové batérie 3000 mAh 3,7V
• 1x modul Hallovho senzora (s digitálnym výstupom)
• 1x malý magnet (na dvere)
• 1x bzučiak (5V funguje s 3,3V) alebo 5V reléový modul
• 1x NPN tranzistor 2N2222 (pre obvod bzučiaka)
• 1x rezistor 1kΩ
• Prepojovacie vodiče a spájkovačku

Puzdro Meshnology N32 je skvelou voľbou pre tento projekt. Je navrhnuté tak, aby ukrývalo modul Heltec a batériu 3000 mAh, čo poskytuje čistý, profesionálny vzhľad. Na začiatok môžete použiť aj jednoduchú breadboard dosku alebo vlastný 3D vytlačený kryt.

Sprievodca zapojením

Existujú dva hlavné obvody, ktoré treba postaviť: vysielač a prijímač. Vysielač je pripojený k Hallovmu senzoru, zatiaľ čo prijímač môže byť pripojený k bzučiaku alebo reléovému modulu pre poplachy.

Zapojenie vysielača:

Toto nastavenie je veľmi jednoduché. Hallov senzor má štyri piny: VCC, GND, DO (digitálny výstup) a AO (analógový výstup). Pre tento projekt potrebujeme iba digitálny výstup.

• VCC na senzore sa pripája na pin 3.3V na doske Heltec.
• GND na senzore sa pripája na pin GND na doske Heltec.
• DO na senzore sa pripája na GPIO 4 na doske Heltec.
• Pin AO zostáva nepripojený.

Zapojenie prijímača (bzučiak):

Na pohon bzučiaka sa používa tranzistor ako spínač, pretože bzučiak môže odoberať viac prúdu, než dokáže bezpečne dodať GPIO pin mikrokontroléra. Obvod je jednoduchý:

• Kladný vodič bzučiaka sa pripája na pin 3.3V.
• Záporný vodič bzučiaka sa pripája na kolektor tranzistora 2N2222.
• Emitér tranzistora sa pripája na GND.
• Báza tranzistora sa pripája na GPIO 4 na doske Heltec prijímača cez rezistor 1kΩ.

Zapojenie prijímača (relé):

Ak chcete ovládať záťaž, ako je svetlo alebo siréna, môžete použiť reléový modul. Zapojenie je ešte jednoduchšie:

• VCC na reléovom module sa pripája na pin 3.3V (alebo 5V, ak používate zvyšovací menič).
• GND na reléovom module sa pripája na GND.
• IN na reléovom module sa pripája na GPIO 4 na doske Heltec.

Potom môžete pripojiť vašu AC alebo DC záťaž na výstupné svorky relé. Relé funguje ako elektromagnetický spínač, ktorý uzatvára obvod, keď sú dvere otvorené.

Pre obvod bzučiaka sa tranzistor 2N2222 používa na zosilnenie prúdu z GPIO pinu. Rezistor 1kΩ je umiestnený medzi GPIO pinom a bázou na obmedzenie prúdu do tranzistora. Bzučiak je pripojený medzi 3,3V a kolektor, takže keď je tranzistor zapnutý, uzatvorí obvod a bzučiak zaznie.

Nastavenie softvéru

Pred nahraním kódu musíte nainštalovať potrebný softvér a knižnice do vášho Arduino IDE. Najprv sa uistite, že máte nainštalované Arduino IDE. Potom postupujte podľa týchto krokov:

1. Inštalácia podpory pre dosky ESP32: Otvorte Správcu dosiek (Nástroje > Doska > Správca dosiek), vyhľadajte „ESP32" a nainštalujte balík od Espressif Systems.
2. Pridanie URL adresy Heltec dosky: Prejdite na Súbor > Predvoľby a do poľa „Adresy URL správcu dosiek navyše" vložte JSON URL https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json pre dosky Heltec ESP32. Tento odkaz nájdete na dokumentačnej stránke Heltec. Potom sa vráťte do Správcu dosiek, vyhľadajte „Heltec ESP32" a nainštalujte ho.
3. Inštalácia knižníc: Prejdite na Nástroje > Spravovať knižnice a nainštalujte nasledovné:
   • Heltec ESP32 Dev Boards od Heltec Automation
   • Adafruit GFX Library od Adafruit (pri výzve nainštalujte všetky závislosti)
   • Robojax Heltec LoRa 32 knižnicu (stiahnite .zip súbor z odkazu v popise videa a nainštalujte ho cez Náčrt > Pridať knižnicu > Pridať .ZIP knižnicu).

Po inštalácii knižníc môžete vybrať správnu dosku prejdením na Nástroje > Doska > Heltec ESP32 Arduino > Heltec Wi-Fi LoRa 32(V3). Uistite sa, že je vybraný správny port.

Vysvetlenie kódu

Tento projekt používa dva samostatné súbory kódu: jeden pre vysielač a jeden pre prijímač. Oba sú zahrnuté v knižnici Robojax Heltec LoRa 32 v ponuke príkladov. Kód je z veľkej časti vopred napísaný; stačí upraviť niekoľko kľúčových premenných v hornej časti každého súboru na konfiguráciu vašej siete.

Kód vysielača (Door Alarm TX):

Otvorte kód vysielača cez Súbor > Príklady > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm TX. Kľúčové nastavenia, ktoré musíte upraviť, sú:

• Pin snímača dverí: Toto je GPIO pin pripojený k digitálnemu výstupu Hallovho snímača. Predvolený je pin 4, ale môžete ho zmeniť, ak ste to zapojili inak.
• Textové reťazce: Môžete zmeniť text, ktorý sa zobrazuje a prenáša, napríklad „Door is OPEN" a „Door is CLOSED". Ponechajte úvodzovky, pretože ide o reťazce.
• Bezpečnostný kľúč: Toto je tajný reťazec, ktorý sa musí zhodovať medzi vysielačom a prijímačom. Zabraňuje tomu, aby iné zariadenia LoRa spustili váš alarm. Zmeňte ho na jedinečnú hodnotu.
• Frekvencia: Musí byť nastavená na správnu frekvenciu pre vašu oblasť (napr. 915 MHz pre USA, 868 MHz pre Európu). Musí sa zhodovať s frekvenciou prijímača.
• Vysielací výkon: Toto nastavuje vysielací výkon v dBm. Môžete ho nastaviť od 2 do 20. Pre test na krátku vzdialenosť je vhodná nízka hodnota ako 2. Pre test na dlhú vzdialenosť 13 míľ bola nastavená na 20. Vyšší výkon bude rýchlejšie vybíjať batériu.

Kód prijímača (Door Alarm RX):

Otvorte kód prijímača cez Súbor > Príklady > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm RX. Kľúčové nastavenia sú:

• Pin relé: GPIO pin pripojený k relé alebo riadiacemu obvodu bzučiaka. Predvolený je pin 4.
• Trvanie alarmu: Táto premenná nastavuje, ako dlho zostane relé alebo bzučiak aktívny po prijatí signálu „Door Open". Predvolená hodnota je 1000 milisekúnd (1 sekunda). Môžete ju zvýšiť na 10 000 alebo 20 000 ms, ak chcete, aby alarm znel dlhšie.
• Bezpečnostný kľúč: Musí byť identický s kľúčom, ktorý ste nastavili v kóde vysielača.
• Frekvencia: Musí sa zhodovať s frekvenciou vysielača pre vašu oblasť.

Po nakonfigurovaní týchto nastavení môžete nahrať kód na každú príslušnú dosku.

Živý projekt a demonštrácia

Vo videu je projekt demonštrovaný na pracovnom stole aj v reálnom scenári. V laboratóriu je vysielač pripojený k Hallovmu snímaču a magnet sa používa na simuláciu otvárania a zatvárania dverí. Keď je magnet blízko snímača, systém zobrazí „CLOSED" a keď sa odstráni, zobrazí „OPEN". Tento stav sa prenáša do prijímača, ktorý aktivuje bzučiak alebo relé.

Test v reálnom svete zahŕňal montáž Hallovho snímača a magnetu na dvere. Keď sa dvere otvorili, prijímač okamžite zobrazil „OPEN" a spustil alarm. Zatvorenie dverí vyslalo signál „CLOSED" a vypol alarm.

Na preukázanie schopností na dlhú vzdialenosť bol vysielač umiestnený na statív pri jazere s jasnou viditeľnosťou. Prijímač bol potom odvezený na miesto vzdialené viac ako 13 míľ (21 km). Na túto vzdialenosť bol prijímač stále schopný zachytiť signál a zobraziť prenášané údaje, čo demonštruje silu a spoľahlivosť LoRa pre komunikáciu mimo siete.

Pre test dosahu môžete nastaviť vysielací výkon na 20 dBm. Avšak pre každodenné použitie v laboratóriu alebo na krátke vzdialenosti nastavenie na 2 dBm ušetrí výdrž batérie. S batériou 3000 mAh môže vysielač vydržať niekoľko dní v závislosti od vysielacieho výkonu a frekvencie aktualizácií.

Kapitoly

• [00:00] Úvod do systému diaľkového upozornenia na dvere
• [01:04] Prehľad série projektov LoRa
• [02:01] Prehľad komponentov a hardvéru
• [05:42] Puzdro Meshnology N32 a možnosti batérií
• [07:20] Montáž puzdra Meshnology N32
• [11:41] Testovanie konektorov a bezpečnosť batérií
• [12:22] Zapojenie Hallovho senzora a relé
• [13:51] Zapojenie bzučiaka s tranzistorom
• [17:48] Finálna montáž a nastavenie senzora
• [23:20] Inštalácia softvéru a knižníc
• [27:42] Konfigurácia a nahranie kódu vysielača
• [30:22] Konfigurácia a nahranie kódu prijímača
• [31:56] Laboratórna demonštrácia systému dverového alarmu
• [33:03] Testovanie na skutočných dverách
• [34:08] Test dosahu 13 míľ a záver