Schakel een apparaat in vanaf 21 km afstand – Het ultieme off-grid LoRa-project met WiFi LoRa 32!

Schakel een apparaat in vanaf 21 km afstand – Het ultieme off-grid LoRa-project met WiFi LoRa 32!

Stel je voor dat je een waterpomp op je afgelegen hut kunt inschakelen, een poort van kilometers afstand kunt openen, of een verwarming in je werkplaats kunt activeren—allemaal zonder een Wi-Fi-verbinding, een mobiel abonnement of maandelijkse kosten. Dit is de kracht van LoRa-technologie (Long Range). In dit project bouwen we een veilig, off-grid afstandsbedieningssysteem met behulp van de Heltec Wi-Fi LoRa 32-module. We maken een zender die een beveiligd signaal naar een ontvanger stuurt over een verbazingwekkende afstand van 13 mijl (21 km), waarmee een relais wordt geactiveerd om elk apparaat naar keuze te bedienen.

Deze handleiding leidt je door het hele proces, van het monteren van de hardware in een robuuste behuizing tot het uploaden van de code en het uitvoeren van een praktische bereiktest. Dit is niet zomaar een laboratoriumexperiment; het is een praktische oplossing voor uiteenlopende toepassingen.

• Afstandslandbouw: Schakel irrigatiepompen of kasventilatoren in vanaf een centrale locatie.
• Toegang tot eigendom: Open en sluit een garagedeur of een afgelegen poort terwijl je nadert.
• Off-grid automatisering: Bedien verlichting, verwarming of andere apparaten in een hut, boot of camper.
• Beveiligingssystemen: Activeer of deactiveer een afgelegen beveiligingsalarm of camerasysteem.
• Wildmonitoring: Activeer op afstand een cameraval of een niet-dodelijk afschrikmiddel.

De kern van dit project is de Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3-module, die we in een professionele Meshnology N32-behuizing plaatsen met een 3000mAh-batterij voor echte draagbaarheid. We verkennen de bedrading voor zowel een relais als een zoemer, leggen de essentiële codeconfiguratie uit en laten zien hoe je een beveiligde verbinding opzet die niet interfereert met andere LoRa-apparaten. Het resultaat is een zelfstandige, krachtige afstandsbedieningsschakelaar die volledig gratis werkt, over afstanden die traditionele Wi-Fi- of Bluetooth-oplossingen onmogelijk zouden maken.

Hardware & componenten

Om dit project te bouwen heb je de volgende componenten nodig. De kernitems zijn vaak verkrijgbaar als kit van Meshnology, wat het assemblageproces vereenvoudigt.

• 2x Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3-modules: De belangrijkste microcontroller met geïntegreerde LoRa, Wi-Fi en Bluetooth. (in video op 00:23)
• 2x Meshnology N32-behuizingen: Een robuuste, professionele behuizing ontworpen voor de Heltec-module en een grote batterij. (in video op 02:00)
• 2x 3000mAh 3.7V LiPo-batterijen: Zorgen voor langdurige, draagbare stroom voor off-grid gebruik. (in video op 02:14)
• 1x Relaismodule: Een 5V-relaismodule om je hoogvermogenbelasting (bijv. een motor, lamp of pomp) te schakelen.
• 1x Zoemer (optioneel): Een 5V-actieve zoemer voor audiofeedback, aangestuurd door een 2N2222-transistor.
• 1x 2N2222-transistor (optioneel): Een NPN-transistor die wordt gebruikt om de zoemer veilig aan te sturen.
• 1x 1kΩ-weerstand (optioneel): Een stroombegrenzende weerstand voor de basis van de transistor.
• 2x Hoogvermogenantennes: Om het zendbereik en de ontvangstgevoeligheid te maximaliseren. (in video op 04:35)
• Diverse draden & connectoren: Voor het maken van de benodigde verbindingen.

Heltec ESP32-boards installeren

Voeg dit pad toe aan de voorkeuren van je Arduino IDE zoals in de video wordt getoond:https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json

Vereiste bibliotheek

U moet de Robojax_HeltecLoRa32 -bibliotheek installeren. Download deze via de link onder dit artikel.

Installeer deze ZIP-bibliotheek via de Arduino IDE voordat u code uploadt.

Bekabelingshandleiding

Dit project omvat twee afzonderlijke circuits: de zender en de ontvanger. De bedrading voor beide is eenvoudig. Als u de Meshnology-behuizing gebruikt, moet u een klein gat boren om de draden voor het relais of de zoemer naar buiten te leiden. De video toont een nette montage, maar de kernverbindingen zijn als volgt:

Zender: De zender gebruikt de ingebouwde gebruikersknop op de Heltec-module. Er is geen externe bedrading nodig voor het besturingssignaal. Zorg er alleen voor dat de antenne is aangesloten voordat u het apparaat inschakelt.

Ontvanger: De GPIO 4-pin van de ontvanger wordt gebruikt om het relais of de zoemer te besturen. De bedrading wordt hieronder weergegeven. Merk op dat het relais is geïsoleerd van de ESP32, dus u heeft een aparte stroombron nodig voor het belastingscircuit van het relais.

Relaisaansluiting:

• Sluit de 3.3V-pin van de Heltec-module aan op de VCC-pin van de relaismodule (of de positieve ingang van een boostconverter als u een stabiele 5V nodig heeft).
• Sluit de GND-pin van de Heltec-module aan op de GND-pin van de relaismodule.
• Sluit de GPIO 4-pin van de Heltec-module aan op de IN (signaal) pin van de relaismodule. (in video op 14:54)

Zoemeraansluiting (met transistor): De GPIO-pinnen van de ESP32 kunnen niet genoeg stroom leveren om een zoemer direct aan te sturen. Een transistor fungeert als schakelaar om de microcontroller te beschermen. (in video op 16:47)

• Sluit de 3.3V-pin aan op de positieve (+) aansluiting van de zoemer.
• Sluit de negatieve (-) aansluiting van de zoemer aan op de collector van de 2N2222-transistor.
• Sluit de emitter van de transistor aan op de GND-pin.
• Sluit de basis van de transistor aan op één uiteinde van de 1kΩ-weerstand.
• Sluit het andere uiteinde van de weerstand aan op de GPIO 4-pin.

Code-uitleg

De code voor dit project wordt geleverd in de Robojax Heltec LoRa 32-bibliotheek. U moet deze bibliotheek en de benodigde bordondersteuningspakketten installeren in uw Arduino IDE. Het installatieproces wordt gedetailleerd in de video uitgelegd. Zodra de bibliotheken zijn geïnstalleerd, kunt u de voorbeeld-schetsen openen: Relay_Secure_TX_Sample voor de zender en Relay_Secure_RX voor de ontvanger. (in video op 26:12)

Zowel de zender- als de ontvangercode bevatten een paar door de gebruiker configureerbare variabelen bovenaan die u moet instellen om een correcte communicatie te garanderen. Deze variabelen zijn de sleutel om het project voor uw specifieke opstelling te laten werken.

// DOOR GEBRUIKER INSTELBARE VARIABELEN
// ============================
bool debug = false; // Zet op true om Serial Monitor uitvoer in te schakelen

// Zender Instellingen
const int userPin = 0; // GPIO pin voor de gebruikersknop
String relayOnText = "Relay AAN"; // Tekst weergegeven op het display
String relayOffText = "Relay UIT"; // Tekst weergegeven op het display

// Ontvanger Instellingen
const int relayPin = 4; // GPIO pin verbonden met het relais of de transistor
int relayOnDuration = 3000; // Tijd in milliseconden dat het relais aan blijft voor de "Sample" code

// Beveiligingsinstellingen (MOETEN IDENTIEK ZIJN OP BEIDE APPARATEN)
String securityKey = "your_secret_key"; // Een gedeeld geheim voor veilige communicatie
String secret = "your_secret"; // Nog een geheim voor extra beveiliging

// LoRa Instellingen (MOETEN IDENTIEK ZIJN OP BEIDE APPARATEN)
#define LORA_FREQUENCY 915.0 // Frequentie in MHz (bijv. 868.0 voor Europa, 915.0 voor VS)
int power = 20; // Zendvermogen in dBm (2 tot 20)
// ============================

Hier is wat elk van deze instellingen doet:

• debug: Wanneer ingesteld op true, zal de code gedetailleerde informatie afdrukken naar de Seriële Monitor van de Arduino IDE. Dit is nuttig voor probleemoplossing, maar moet op false worden gezet voor normaal gebruik om energie te besparen.
• userPin (Zender): Dit definieert de GPIO pin die is verbonden met de knop die je indrukt om het signaal te verzenden. De standaard is 0, wat de ingebouwde gebruikersknop op de Heltec-module is.
• relayPin (Ontvanger): Dit is de GPIO pin die het signaal uitvoert om je relais of transistor aan te sturen. De standaard is 4. Als je je relais op een andere pin aansluit, moet je deze waarde wijzigen.
• relayOnDuration (Ontvanger): Dit wordt gebruikt in de "Sample" code. Het bepaalt hoe lang het relais aan blijft nadat een signaal is ontvangen. Bijvoorbeeld, het instellen op 1000 houdt het relais 1 seconde aan. Dit is nuttig voor een "momentane" actie zoals het openen van een deur. De "Toggle" voorbeeldcode negeert dit en schakelt de status bij elke druk.
• securityKey en secret: Dit zijn je wachtwoorden voor de LoRa-verbinding. Ze moeten exact hetzelfde zijn op zowel de zender als de ontvanger. Dit voorkomt dat onbevoegden je apparaten kunnen bedienen. (in video op 27:19)
• LORA_FREQUENCY: Dit stelt de radiofrequentieband in. Het moet hetzelfde zijn op beide apparaten en legaal in jouw land (bijv. 868 MHz in Europa, 915 MHz in Noord-Amerika). (in video op 27:36)
• power: Dit stelt het zendvermogen in dBm in. Een waarde van 2 is laag vermogen voor testen, terwijl 20 het maximum is voor het grootste bereik. (in video op 27:43)

Er zijn drie hoofdtypen zendercode: Sample, Toggle en Momentary. De "Sample" code zet het relais aan voor een ingestelde duur. De "Toggle" code schakelt de status van het relais (aan/uit) bij elke druk op de knop. De "Momentary" code zet het relais alleen aan terwijl de knop wordt ingedrukt. Kies degene die het beste bij jouw toepassing past.

Live Project & Demonstratie

In de video demonstreert de maker het project in twee fasen. Eerst toont een laboratoriumtest het systeem werkend met zowel een relais dat een motor aanstuurt als een transistor-aangedreven zoemer. Het relais en de zoemer worden succesvol aan en uit geschakeld vanaf het zenderbord, wat de basisfunctionaliteit en de veilige communicatieverbinding bewijst.

De tweede, indrukwekkendere fase is een real-world bereiktest. De zender werd op een statief bij een meer geplaatst, en de ontvanger werd naar een punt 13,04 mijl (20,98 km) verderop gebracht met een vrije zichtlijn. De video toont de ontvanger die de spanningswaarde weergeeft die vanaf de verre locatie wordt verzonden, en succesvol de gegevens ontvangt over het bereik van 21 km. Dit bevestigt het vermogen van het project om apparaten over grote afstanden te bedienen, gratis en zonder bestaande infrastructuur.

Hoofdstukken

• [00:00] Inleiding tot Off-Grid LoRa-besturing
• [01:01] Projectoverzicht en serie-introductie
• [01:57] Uitpakken en onderzoeken van de hardware
• [04:56] De Heltec-module en antenne begrijpen
• [07:57] Monteren van de Meshnology N32-behuizing
• [13:56] Bedraden van de relais- en zoemercircuits
• [19:41] Eindmontage en behuizingsaanpassing
• [21:51] Installeren van vereiste software en bibliotheken
• [26:12] Configureren van de zendercode
• [28:46] Configureren van de ontvangercode
• [30:02] Live demonstratie: een relais en zoemer bedienen
• [33:06] Real-world 13-mijl bereiktest en conclusie

Afbeeldingen

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