Sistem de Alertă pentru Ușă de la Distanță, de la 13 mile (21 km) Distanță, cu LoRa – Off the Grid! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

Sistem de Alertă pentru Ușă de la Distanță, de la 13 mile (21 km) Distanță, cu LoRa – Off the Grid! (Heltec WiFi LoRa 32 V3)

Imaginați-vă că puteți monitoriza ușa din față a unei cabane izolate, poarta unei ferme sau intrarea într-o unitate de depozitare de la peste 13 mile (21 km) distanță—fără conexiune Wi-Fi, cartelă SIM celulară sau taxe lunare. Acesta nu este un concept futurist; este o realitate practică folosind tehnologia LoRa (Long Range). În acest proiect, vom construi un sistem de monitorizare a ușii pe distanțe lungi folosind modulul Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3, ambalat elegant într-o carcasă Meshnology N32 cu o baterie de 3000 mAh pentru performanță de lungă durată, în afara rețelei.

Acest proiect folosește un senzor cu efect Hall pentru a detecta dacă o ușă este deschisă sau închisă și transmite această stare pe banda LoRa. Este o soluție perfectă pentru cabane, hambare, unități de depozitare sau orice locație unde aveți nevoie de monitorizare remote fiabilă fără a vă baza pe infrastructura existentă. Puteți chiar să adăugați un buzzer sau un releu la receptor pentru a crea un sistem local de alarmă.

Iată câteva moduri practice în care puteți folosi acest proiect:

• Monitorizați ușa unei sere îndepărtate pentru a vă asigura că este închisă pentru controlul temperaturii.
• Verificați dacă o ușă de hambar sau de grajd a fost lăsată deschisă după ce ați părăsit proprietatea.
• Creați o alarmă de securitate pe distanțe lungi pentru o magazie sau un atelier.
• Primiți notificări când o cutie poștală sau o poartă este deschisă.
• Monitorizați accesul la o zonă împrejmuită sau un șantier de construcții.

Acest ghid este al patrulea dintr-o serie despre Wi-Fi LoRa 32 V3. Videoclipurile anterioare au acoperit trimiterea datelor de temperatură, citirea a până la 150V DC și controlul unui releu de la distanță—toate prin LoRa. Acest proiect se bazează pe acele concepte pentru a crea un sistem de monitorizare complet și practic.

Hardware Necesar

Pentru a construi acest proiect, veți avea nevoie de următoarele componente:

• 2x module Heltec Wi-Fi LoRa 32 V3
• 2x carcase Meshnology N32 (sau carcase similare)
• 2x baterii LiPo 3000 mAh 3.7V
• 1x modul senzor cu efect Hall (cu ieșire digitală)
• 1x magnet mic (pentru ușă)
• 1x buzzer (5V funcționează cu 3.3V) sau un modul releu de 5V
• 1x tranzistor NPN 2N2222 (pentru circuitul buzzerului)
• 1x rezistor de 1kΩ
• Fire de conectare și un fier de lipit

Carcasa Meshnology N32 este o opțiune excelentă pentru această construcție. Este proiectată pentru a găzdui modulul Heltec și o baterie de 3000 mAh, oferind un finisaj curat și profesional. Puteți folosi, de asemenea, o placă de testare simplă sau o carcasă personalizată imprimată 3D pentru a începe.

Ghid de Cablare

Există două circuite principale de construit: emițătorul și receptorul. Emițătorul este conectat la senzorul cu efect Hall, în timp ce receptorul poate fi conectat la un buzzer sau un modul releu pentru alarme.

Cablarea Emițătorului:

Această configurare este foarte simplă. Senzorul cu efect Hall are patru pini: VCC, GND, DO (Digital Out) și AO (Analog Out). Pentru acest proiect, avem nevoie doar de ieșirea digitală.

• VCC de pe senzor se conectează la pinul 3.3V de pe placa Heltec.
• GND de pe senzor se conectează la un pin GND de pe placa Heltec.
• DO de pe senzor se conectează la GPIO 4 de pe placa Heltec.
• Pinul AO rămâne neconectat.

Cablarea Receptorului (Buzzer):

Pentru a acționa un buzzer, se folosește un tranzistor ca întrerupător, deoarece buzzerul poate consuma mai mult curent decât poate furniza în siguranță pinul GPIO al microcontrolerului. Circuitul este simplu:

• Firul pozitiv al buzzerului se conectează la pinul 3.3V.
• Firul negativ al buzzerului se conectează la colectorul tranzistorului 2N2222.
• Emițătorul tranzistorului se conectează la GND.
• Baza tranzistorului se conectează la GPIO 4 de pe placa Heltec a receptorului printr-un rezistor de 1kΩ.

Cablarea Receptorului (Releu):

Dacă doriți să controlați o sarcină precum o lumină sau o sirenă, puteți folosi un modul releu. Cablarea este și mai simplă:

• VCC de pe modulul releu se conectează la pinul 3.3V (sau 5V dacă folosiți un convertor de tensiune).
• GND de pe modulul releu se conectează la GND.
• IN de pe modulul releu se conectează la GPIO 4 de pe placa Heltec.

Puteți conecta apoi sarcina AC sau DC la bornele de ieșire ale releului. Releul acționează ca un întrerupător electromagnetic, închizând circuitul când ușa este deschisă.

Pentru circuitul buzzerului, tranzistorul 2N2222 este folosit pentru a amplifica curentul de la pinul GPIO. Un rezistor de 1kΩ este plasat între pinul GPIO și bază pentru a limita curentul în tranzistor. Buzzerul este conectat între 3.3V și colector, astfel încât atunci când tranzistorul este activat, completează circuitul și buzzerul sună.

Configurarea Software-ului

Înainte de a putea încărca codul, trebuie să instalați software-ul și bibliotecile necesare în Arduino IDE. Mai întâi, asigurați-vă că aveți Arduino IDE instalat. Apoi, urmați acești pași:

1. Instalarea suportului pentru plăcile ESP32: Deschideți Boards Manager (Tools > Board > Boards Manager), căutați „ESP32" și instalați pachetul de la Espressif Systems.
2. Adăugarea URL-ului pentru plăcile Heltec: Accesați File > Preferences, iar în câmpul „Additional Boards Manager URLs", lipiți URL-ul JSON https://resource.heltec.cn/download/package_heltec_esp32_index.json pentru plăcile Heltec ESP32. Puteți găsi acest link pe pagina de documentație Heltec. Apoi, reveniți la Boards Manager, căutați „Heltec ESP32" și instalați-l.
3. Instalarea bibliotecilor: Accesați Tools > Manage Libraries și instalați următoarele:
   • Heltec ESP32 Dev Boards de Heltec Automation
   • Adafruit GFX Library de Adafruit (instalați toate dependențele când vi se solicită)
   • Robojax Heltec LoRa 32 bibliotecă (descărcați fișierul .zip de la linkul din descrierea videoclipului și instalați-l prin Sketch > Include Library > Add .ZIP Library).

După instalarea bibliotecilor, puteți selecta placa corectă accesând Tools > Board > Heltec ESP32 Arduino > Heltec Wi-Fi LoRa 32(V3). Asigurați-vă că portul corect este selectat.

Explicația codului

Acest proiect folosește două fișiere de cod separate: unul pentru transmițător și unul pentru receptor. Ambele sunt incluse în biblioteca Robojax Heltec LoRa 32, în meniul de exemple. Codul este în mare parte pre-scris; trebuie doar să ajustați câteva variabile cheie la începutul fiecărui fișier pentru a configura rețeaua.

Codul transmițătorului (Door Alarm TX):

Deschideți codul transmițătorului din File > Examples > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm TX. Setările cheie pe care trebuie să le modificați sunt:

• Pinul senzorului de ușă: Acesta este pinul GPIO conectat la ieșirea digitală a senzorului cu efect Hall. Implicit este pinul 4, dar îl puteți schimba dacă ați conectat altfel.
• Șirurile de text: Puteți schimba textul afișat și transmis, cum ar fi „Door is OPEN" și „Door is CLOSED". Păstrați ghilimelele duble, deoarece acestea sunt șiruri de caractere.
• Cheia de securitate: Acesta este un șir secret care trebuie să se potrivească între transmițător și receptor. Împiedică alte dispozitive LoRa să vă declanșeze alarma. Schimbați-o cu o valoare unică.
• Frecvența: Aceasta trebuie setată la frecvența corectă pentru regiunea dvs. (de exemplu, 915 MHz pentru SUA, 868 MHz pentru Europa). Trebuie să se potrivească cu frecvența receptorului.
• Puterea de transmisie (TX Power): Aceasta setează puterea de transmisie în dBm. O puteți seta de la 2 la 20. Pentru un test pe distanță scurtă, o valoare mică precum 2 este suficientă. Pentru testul pe distanță lungă de 13 mile, a fost setată la 20. Puterea mai mare va descărca bateria mai repede.

Codul receptorului (Door Alarm RX):

Deschideți codul receptorului din File > Examples > Robojax Heltec LoRa 32 > Door Alarm RX. Setările cheie sunt:

• Pinul releului: Pinul GPIO conectat la releu sau la circuitul de control al soneriei. Implicit este pinul 4.
• Durata alarmei: Această variabilă setează cât timp rămâne activ releul sau soneria după primirea unui semnal „Door Open". Implicit este 1000 de milisecunde (1 secundă). Puteți crește această valoare la 10.000 sau 20.000 ms dacă doriți ca alarma să sune mai mult.
• Cheia de securitate: Aceasta trebuie să fie identică cu cheia setată în codul transmițătorului.
• Frecvența: Aceasta trebuie să se potrivească cu frecvența transmițătorului pentru regiunea dvs.

După ce ați configurat aceste setări, puteți încărca codul pe fiecare placă respectivă.

Proiectul live și demonstrația

În videoclip, proiectul este demonstrat atât pe un banc de lucru, cât și într-un scenariu real. În laborator, transmițătorul este conectat la un senzor cu efect Hall, iar un magnet este folosit pentru a simula deschiderea și închiderea ușii. Când magnetul este aproape de senzor, sistemul afișează „CLOSED", iar când este îndepărtat, afișează „OPEN". Această stare este transmisă receptorului, care activează o sonerie sau un releu.

Testul real a implicat montarea senzorului cu efect Hall și a magnetului pe o ușă. Când ușa a fost deschisă, receptorul a afișat imediat „OPEN" și a declanșat alarma. Închiderea ușii a trimis semnalul „CLOSED" și a oprit alarma.

Pentru a demonstra capacitățile pe distanță lungă, transmițătorul a fost plasat pe un trepied lângă un lac, cu o linie de vedere clară. Receptorul a fost apoi dus cu mașina la o locație la peste 13 mile (21 km) distanță. La această distanță, receptorul a reușit încă să capteze semnalul și să afișeze datele transmise, demonstrând puterea și fiabilitatea LoRa pentru comunicarea în afara rețelei.

Pentru un test de rază de acțiune, puteți seta puterea de transmisie la 20 dBm. Cu toate acestea, pentru utilizarea zilnică în laborator sau pe distanțe scurte, setarea la 2 dBm va economisi durata de viață a bateriei. Cu o baterie de 3000 mAh, transmițătorul poate rezista câteva zile, în funcție de puterea de transmisie și de frecvența actualizărilor.

Capitole

• [00:00] Introducere în sistemul de alertă pentru ușă la distanță
• [01:04] Prezentare generală a seriei de proiecte LoRa
• [02:01] Componente și prezentare generală a hardware-ului
• [05:42] Carcasa Meshnology N32 și opțiunile pentru baterii
• [07:20] Asamblarea carcasei Meshnology N32
• [11:41] Testarea conectorilor și siguranța bateriilor
• [12:22] Conectarea senzorului cu efect Hall și a releului
• [13:51] Conectarea soneriei cu un tranzistor
• [17:48] Asamblarea finală și reglarea senzorului
• [23:20] Instalarea software-ului și a bibliotecilor
• [27:42] Configurarea și încărcarea codului emițătorului
• [30:22] Configurarea și încărcarea codului receptorului
• [31:56] Demonstrație în laborator a sistemului de alarmă pentru ușă
• [33:03] Testarea pe o ușă reală
• [34:08] Testul de rază de acțiune de 13 mile și concluzia