Zapnite zariadenie zo vzdialenosti 13 míľ (21 km) – Ultimátny off-grid LoRa projekt s WiFi LoRa 32!

Zapnite zariadenie zo vzdialenosti 13 míľ (21 km) – Ultimátny off-grid LoRa projekt s WiFi LoRa 32!

Táto príručka vás prevedie celým procesom, od zostavenia hardvéru v odolnom puzdre až po nahranie kódu a vykonanie testu dosahu v reálnom svete. Toto nie je len laboratórny experiment; je to praktické riešenie pre rôzne aplikácie.

• Diaľkové poľnohospodárstvo: Zapínajte zavlažovacie čerpadlá alebo ventilátory v skleníkoch z centrálneho miesta.
• Prístup k nehnuteľnostiam: Otvárajte a zatvárajte garážové dvere alebo vzdialenú bránu, keď sa blížite.
• Off-grid automatizácia: Ovládajte osvetlenie, ohrievače alebo iné spotrebiče v chate, na lodi alebo v obytnom aute.
• Bezpečnostné systémy: Aktivujte alebo deaktivujte vzdialený bezpečnostný alarm alebo kamerový systém.
• Sledovanie voľne žijúcich živočíchov: Spúšťajte fotopascu alebo neletálny odpudzovač z diaľky.

Jadrom tohto projektu je modul Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3, ktorý umiestnime do profesionálneho puzdra Meshnology N32 s 3000mAh batériou pre skutočnú prenosnosť. Preskúmame zapojenie relé aj bzučiaka, vysvetlíme základnú konfiguráciu kódu a ukážeme vám, ako nastaviť bezpečné spojenie, ktoré nebude rušiť iné zariadenia LoRa. Výsledkom je samostatný, výkonný diaľkový spínač, ktorý funguje úplne zadarmo na vzdialenosti, ktoré by tradičné Wi-Fi alebo Bluetooth riešenia znemožnili.

Hardvér a komponenty

Na zostavenie tohto projektu budete potrebovať nasledujúce komponenty. Hlavné položky sú často dostupné ako súprava od spoločnosti Meshnology, čo zjednodušuje proces montáže.

• 2x moduly Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3: Hlavný mikrokontrolér s integrovanou technológiou LoRa, Wi-Fi a Bluetooth. (vo videu o 00:23)
• 2x puzdrá Meshnology N32: Odolný, profesionálny kryt navrhnutý tak, aby sa doň zmestil modul Heltec a veľká batéria. (vo videu o 02:00)
• 2x 3000mAh 3.7V LiPo batérie: Poskytujú dlhotrvajúce, prenosné napájanie pre off-grid prevádzku. (vo videu o 02:14)
• 1x reléový modul: 5V reléový modul na spínanie vášho vysokovýkonného záťažového zariadenia (napr. motora, svetla alebo čerpadla).
• 1x bzučiak (voliteľný): 5V aktívny bzučiak pre zvukovú spätnú väzbu, ovládaný tranzistorom 2N2222.
• 1x tranzistor 2N2222 (voliteľný): NPN tranzistor používaný na bezpečné ovládanie bzučiaka.
• 1x rezistor 1kΩ (voliteľný): Rezistor obmedzujúci prúd pre bázu tranzistora.
• 2x vysoko ziskové antény: Na maximalizáciu prenosového dosahu a citlivosti prijímača. (vo videu o 04:35)
• Rôzne vodiče a konektory: Na vytvorenie potrebných spojení.

Inštalácia dosiek Heltec ESP32

Pridajte túto cestu do preferencií vášho Arduino IDE, ako je znázornené vo videu:https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json

Požadovaná knižnica

Musíte nainštalovať knižnicu Robojax_HeltecLoRa32 . Stiahnite si ju z odkazu pod týmto článkom.

Nainštalujte túto ZIP knižnicu cez Arduino IDE pred nahratím akéhokoľvek kódu.

Sprievodca zapojením

Tento projekt zahŕňa dva samostatné obvody: vysielač a prijímač. Zapojenie oboch je jednoduché. Ak používate puzdro Meshnology, budete musieť vyvŕtať malý otvor na vyvedenie vodičov pre relé alebo bzučiak von. Video ukazuje čistú montáž, ale základné pripojenia sú nasledovné:

Vysielač: Vysielač používa vstavané používateľské tlačidlo na module Heltec. Pre riadiaci signál nie je potrebné žiadne externé zapojenie. Len sa uistite, že je anténa pripojená pred zapnutím zariadenia.

Prijímač: Pin GPIO 4 prijímača sa používa na ovládanie relé alebo bzučiaka. Zapojenie je zobrazené nižšie. Upozorňujeme, že relé je izolované od ESP32, takže pre záťažový obvod relé budete potrebovať samostatný zdroj napájania.

Pripojenie relé:

• Pripojte pin 3.3V modulu Heltec na pin VCC modulu relé (alebo na kladný vstup boost meniča, ak potrebujete stabilných 5V).
• Pripojte pin GND modulu Heltec na pin GND modulu relé.
• Pripojte pin GPIO 4 modulu Heltec na pin IN (signál) modulu relé. (vo videu o 14:54)

Pripojenie bzučiaka (s tranzistorom): GPIO piny ESP32 nedokážu dodať dostatok prúdu na priame napájanie bzučiaka. Tranzistor funguje ako spínač na ochranu mikrokontroléra. (vo videu o 16:47)

• Pripojte pin 3.3V na kladný (+) terminál bzučiaka.
• Pripojte záporný (-) terminál bzučiaka na kolektor tranzistora 2N2222.
• Pripojte emitor tranzistora na pin GND.
• Pripojte bázu tranzistora na jeden koniec rezistora 1kΩ.
• Pripojte druhý koniec rezistora na pin GPIO 4.

Vysvetlenie kódu

Kód pre tento projekt je poskytnutý v knižnici Robojax Heltec LoRa 32. Budete musieť nainštalovať túto knižnicu a potrebné balíčky podpory dosky vo vašom Arduino IDE. Proces nastavenia je podrobne opísaný vo videu. Po nainštalovaní knižníc môžete otvoriť príkladové skice: Relay_Secure_TX_Sample pre vysielač a Relay_Secure_RX pre prijímač. (vo videu o 26:12)

Kód vysielača aj prijímača má na začiatku niekoľko používateľom konfigurovateľných premenných, ktoré musíte nastaviť, aby bola zabezpečená správna komunikácia. Tieto premenné sú kľúčom k tomu, aby projekt fungoval pre vaše konkrétne nastavenie.

// POUŽÍVATEĽOM KONFIGUROVATEĽNÉ PREMENNÉ
// ============================
bool debug = false; // Nastavte na true pre povolenie výstupu do Serial Monitora

// Nastavenia vysielača
const int userPin = 0; // GPIO pin pre tlačidlo používateľa
String relayOnText = "Relé ZAPNUTÉ"; // Text zobrazený na displeji
String relayOffText = "Relé VYPNUTÉ"; // Text zobrazený na displeji

// Nastavenia prijímača
const int relayPin = 4; // GPIO pin pripojený k relé alebo tranzistoru
int relayOnDuration = 3000; // Čas v milisekundách, počas ktorého zostane relé zapnuté pre kód "Sample"

// Bezpečnostné nastavenia (MUSIA BYŤ ROVNAKÉ NA OBOCH ZARIADENIACH)
String securityKey = "your_secret_key"; // Zdieľané tajomstvo pre bezpečnú komunikáciu
String secret = "your_secret"; // Ďalšie tajomstvo pre zvýšenú bezpečnosť

// Nastavenia LoRa (MUSIA BYŤ ROVNAKÉ NA OBOCH ZARIADENIACH)
#define LORA_FREQUENCY 915.0 // Frekvencia v MHz (napr. 868.0 pre Európu, 915.0 pre USA)
int power = 20; // Vysielací výkon v dBm (2 až 20)
// ============================

Tu je vysvetlenie, čo každé z týchto nastavení robí:

• debug: Keď je nastavené na true, kód bude vypisovať podrobné informácie do Serial Monitora v Arduino IDE. Toto je užitočné pri riešení problémov, ale pre normálnu prevádzku by malo byť nastavené na false, aby sa šetrila energia.
• userPin (vysielač): Definuje GPIO pin pripojený k tlačidlu, ktoré stlačíte na odoslanie signálu. Predvolená hodnota je 0, čo je vstavané používateľské tlačidlo na module Heltec.
• relayPin (prijímač): Toto je GPIO pin, ktorý bude vysielať signál na ovládanie vášho relé alebo tranzistora. Predvolená hodnota je 4. Ak pripojíte relé k inému pinu, musíte túto hodnotu zmeniť.
• relayOnDuration (prijímač): Používa sa v kóde "Sample". Určuje, ako dlho zostane relé zapnuté po prijatí signálu. Napríklad nastavenie na 1000 udrží relé zapnuté 1 sekundu. Toto je užitočné pre "okamžitú" akciu, ako je otvorenie dverí. Príklad kódu "Toggle" toto ignoruje a prepína stavy pri každom stlačení.
• securityKey a secret: Toto sú vaše heslá pre LoRa spojenie. Musia byť úplne rovnaké na vysielači aj prijímači. Tým sa zabráni neoprávneným používateľom ovládať vaše zariadenia. (vo videu o 27:19)
• LORA_FREQUENCY: Nastavuje rádiové frekvenčné pásmo. Musí byť rovnaké na oboch zariadeniach a legálne vo vašej krajine (napr. 868 MHz v Európe, 915 MHz v Severnej Amerike). (vo videu o 27:36)
• power: Nastavuje vysielací výkon v dBm. Hodnota 2 je nízky výkon pre testovanie, zatiaľ čo 20 je maximum pre najväčší dosah. (vo videu o 27:43)

Existujú tri hlavné typy kódu vysielača: Sample, Toggle a Momentary. Kód "Sample" zapne relé na nastavený čas. Kód "Toggle" prepína stav relé (zapnuté/vypnuté) pri každom stlačení tlačidla. Kód "Momentary" zapne relé iba počas držania tlačidla. Vyberte si ten, ktorý najlepšie vyhovuje vašej aplikácii.

Živý projekt a demonštrácia

Vo videu tvorca demonštruje projekt v dvoch fázach. Najprv laboratórny test ukazuje systém fungujúci s relé ovládajúcim motor a tranzistorom riadeným bzučiakom. Relé a bzučiak sú úspešne prepínané zapnuté a vypnuté z dosky vysielača, čo dokazuje základnú funkčnosť a bezpečné komunikačné spojenie.

Druhá, pôsobivejšia fáza je test dosahu v reálnom svete. Vysielač bol umiestnený na statíve pri jazere a prijímač bol prenesený na miesto vzdialené 13,04 míle (20,98 km) s jasnou viditeľnosťou. Video ukazuje prijímač zobrazujúci hodnotu napätia prenášanú zo vzdialeného miesta, úspešne prijímajúci dáta na vzdialenosť 21 km. To potvrdzuje schopnosť projektu ovládať zariadenia na obrovské vzdialenosti zadarmo, bez akejkoľvek existujúcej infraštruktúry.

Kapitoly

• [00:00] Úvod do off-grid LoRa ovládania
• [01:01] Prehľad projektu a úvod do série
• [01:57] Rozbalenie a preskúmanie hardvéru
• [04:56] Pochopenie modulu Heltec a antény
• [07:57] Montáž puzdra Meshnology N32
• [13:56] Zapojenie obvodov relé a bzučiaka
• [19:41] Finálna montáž a úprava puzdra
• [21:51] Inštalácia potrebného softvéru a knižníc
• [26:12] Konfigurácia kódu vysielača
• [28:46] Konfigurácia kódu prijímača
• [30:02] Živá demonštrácia: Ovládanie relé a bzučiaka
• [33:06] Test dosahu 13 míľ v reálnom svete a záver

Obrázky

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