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Projeto de Relé Remoto DIY: 21 km Sem Wi-Fi/Sem SIM Módulo Heltec LoRa 32

Controle Remoto LoRa de Longo Alcance com Heltec WiFi LoRa 32

Imagine poder controlar um ventilador, uma luz, uma bomba de água ou um alarme de segurança a mais de 15 milhas ou 21 quilômetros de distância, tudo isso sem precisar de um cartão SIM ou pagar taxas. Isso é possível usando a tecnologia LoRa (Long Range), e neste guia, mostraremos exatamente como construir um sistema assim. Vamos usar o poderosoMódulo Heltec WiFi LoRa 32, convenientemente alojado dentro do resistenteCaixa Meshnology N35que inclui uma bateria de 3000mAh para operação prolongada.

Este projeto demonstrará como configurar um transmissor e um receptor para controlar uma carga de duas maneiras diferentes: uma função simples de liga/desliga e uma função de alternância. Abordaremos a montagem do hardware, a fiação, as configurações do código e mostraremos um teste de alcance no mundo real.

Componentes e Hardware

No coração do nosso projeto estão alguns componentes-chave projetados para trabalhar juntos para máxima alcance e confiabilidade.

• Heltec WiFi LoRa 32 V3:Este é um microcontrolador versátil que vem com um chip de comunicação LoRa embutido, além de capacidades de Wi-Fi e Bluetooth. Ele é totalmente programável como um Arduino, permitindo que leiam entradas e controlem saídas.
• Case e Bateria Meshnology N35:Este é um estojo durável projetado especificamente para o módulo Heltec. Quando adquirido como um kit, inclui uma bateria de 3000mAh, que é essencial para transmissão e recepção a longo prazo, especialmente em locais remotos.
• Antena de Alto Ganho:Para alcançar o melhor alcance possível, utilizaremos uma antena de alta ganho, que melhora significativamente a intensidade do sinal em comparação com a antena padrão.
• Relé ou Campainha:Para o receptor, você pode conectar um relé para controlar dispositivos de AC ou DC de alta potência, como ventiladores e luzes, ou um simples buzzer para aplicações de alarme.

Montagem de Hardware

Montar a unidade é um processo simples, como mostrado no vídeo que começa por volta de05:56O kit N35 vem com o módulo Heltec, a bateria de 3000mAh, o estojo, uma antena com um cabo de extensão e conectores.

Os principais passos envolvem colocar os botões dentro do invólucro, passar o fio da bateria, conectar o cabo de extensão da antena ao módulo, colocar o módulo dentro e conectar a bateria. Em seguida, você simplesmente fecha o invólucro e fixa o suporte da antena do lado de fora. Vale a pena notar que uma versão anterior do invólucro exigia uma pequena modificação para encaixar o suporte da antena, mas a Meshnology resolveu esse problema em lotes mais recentes.

Fiação para a Carga do Receptor

No lado do receptor, você irá conectar seu dispositivo de saída. Abaixo estão as instruções de fiação tanto para um relé quanto para um buzzer, conforme detalhado no vídeo em11:17.

Fiação de um Relé

Um relé atua como um interruptor operado eletricamente, permitindo que você controle uma carga de alta potência.

• O pino de sinal do relé conecta-se apino 4do módulo Heltec LoRa.
• O pino de aterramento do relé conecta-se a umGNDpino no módulo.
• Importante:O pino VCC (alimentação) do relé deve ser alimentado por umFonte de alimentação externa de 5VA saída de 3,3V do módulo não consegue lidar de forma confiável com a corrente consumida pelo relay.
• Você deve criar umterreno comumconectando o terra da fonte de alimentação externa ao terra do módulo Heltec. Isso é crítico para o funcionamento do circuito.

Ligando um Buzzer com um Transistor

Para um alarme de áudio simples, você pode usar um buzzer. Para evitar consumir muita corrente do pino do microcontrolador, usamos um transistor NPN 2N2222 para acioná-lo.

• Conectarpino 4do módulo a um resistor de 1kΩ. A outra extremidade do resistor conecta-se aobase(pino do meio) do transistor.
• O transistor'semissor(pino esquerdo, com o lado plano virado para você) conecta-se aGND.
• O transistor'scolecionador(pino direito) conecta aonegativo (-)terminal do alarme.
• Opositivo (+)o terminal do zumbidor conecta-se ao3.3Vpino no módulo Heltec.

Configuração do Arduino IDE e da Biblioteca

Antes de poder fazer o upload do código, você precisa configurar o Arduino IDE para funcionar com as placas Heltec. O processo começa em14:37no vídeo.

1. Instalar Placas ESP32:No Arduino IDE, vá para o Gerenciador de Placas e pesquise porESP32. Instale o pacote da Espressif Systems.
2. Adicionar URL da Placa Heltec:Vá para Arquivo > Preferências. Em "URLs adicionais do Gerenciador de Placas", adicione o link JSON para a série Heltec ESP32. Este link será fornecido na página de recursos abaixo do artigo.
3. Instale as Placas Heltec ESP32:Volte ao Gerente de Placas, pesquise porHeltec ESP32, e instale o pacote.
4. Instale as Bibliotecas Necessárias:Vá para o Gerenciador de Bibliotecas e instale o seguinte:
   • Heltec ESP32 dev boards
   • Adafruit GFX Library(e clique em "Instalar Tudo" para suas dependências)
5. Instale a Biblioteca Robojax:Baixe o personalizadoRobojax Heltec LoRa 32biblioteca zip da página de recursos. No Arduino IDE, vá para Sketch > Incluir Biblioteca > Adicionar Biblioteca .ZIP e selecione o arquivo que você baixou.
6. Selecione a Placa:Finalmente, vá para Ferramentas > Quadro e selecione oHeltec WiFi LoRa 32 (V3).

Configurações de Código Explicadas

Temos três esboços de código diferentes para este projeto: um para o transmissor simples de ligar/desligar, um para o transmissor de alternância e um para o receptor. A biblioteca lida com as partes complexas, então você só precisa ajustar algumas configurações no topo de cada arquivo. A explicação do código começa em19:00no vídeo.

Transmissor (TX) - Configurações de Código Simples Liga/Desliga

Este código ativa o relé apenas enquanto o botão estiver pressionado.

// Text to display on the OLED screen
const char *displayTexttitle = "Relay:";
const char *displayTextTX = "(TX)";
const char *displayTextRelayON = "ON";
const char *displayTextRelayOFF = "OFF";

// Security key and frequency (MUST MATCH RECEIVER)
const char *userKey = "6tfDs$wEq3!";
#define RF_FREQUENCY 915555000 

// Transmission power (2-21, higher is stronger)
#define TX_OUTPUT_POWER 14 

Transmissor (TX) - Alternar Configurações de Código

Este código alterna o estado do relé (de ligado para desligado, ou de desligado para ligado) a cada pressão do botão.

// Set to true for serial monitor debugging, false for normal use
bool debug = true; 
// The built-in user button pin is 0
#define PUSH_BUTTON_PIN 0  

// Text to display on the OLED screen
const char *displayTextTitle = "Relay:";
const char *displayTextTX = "(TX)";
const char *displayTextRelayToggleON = "TOG-ON";
const char *displayTextRelayToggleOFF = "TOG-OFF";

// Security key and frequency (MUST MATCH RECEIVER)
const char *userKey = "6tfDs$wEq3!"; 
#define RF_FREQUENCY 915555000 

// Transmission power (2-21)
#define TX_OUTPUT_POWER 2 

Configurações do Código do Receptor (RX)

Este código de receptor único funciona tanto com os transmissores simples quanto com os de alternância.

// The pin connected to the relay's signal input
#define RELAY_CONTROL_PIN 4

// Text to display on the OLED screen
const char *displayTextTitle = "Relay:"; 
const char *displayTextTX = "(RX)"; 
const char *displayTextRelayON = "ON"; 
const char *displayTextRelayOFF = "OFF"; 
const char *displayTextRelayToggleON = "TOG-ON"; 
const char *displayTextRelayToggleOFF = "TOG-OFF"; 

// Security key and frequency (MUST MATCH TRANSMITTER)
const char *userKey = "6tfDs$wEq3!";
#define RF_FREQUENCY 915555000 

Crucialemente, theuserKeyeRF_FREQUENCYdeve ser idêntico tanto no transmissor quanto no receptor para que eles possam se comunicar.

Demonstração e Teste de Alcance de 21 Quilômetros

O sistema funciona perfeitamente em um ambiente de laboratório, com o relé ou buzzer do receptor respondendo instantaneamente aos apertos de botão no transmissor. Mas o verdadeiro poder do LoRa é seu alcance.

Um teste de longo alcance foi realizado, conforme visto de25:03para frente. O transmissor foi ajustado para um nível de potência de 20, equipado com uma antena de alto ganho, e colocado em um tripé a cerca de 10 metros acima do nível da água na margem de um lago para garantir uma linha de visão clara. O receptor foi então levado para o outro lado do lago.

O resultado foi um sucesso deslumbrante. Um sinal estável foi recebido de uma distância de21,00 quilômetros, ou 13,04 milhasIsso demonstra que, com a configuração correta, você pode controlar dispositivos de forma confiável em grandes distâncias, tornando-o perfeito para aplicações como monitoramento agrícola remoto, controle de portões ou um sistema de alarme de invasão de longo alcance.

Timestamps de Vídeo

• 00:00- Introdução ao Controle de Longo Alcance
• 02:42O que é LoRa?
• 03:20- Visão Geral dos Componentes (Heltec, Case N35)
• 05:56- Desembalagem e Montagem de Hardware
• 11:17- Explicação da Fiação: Relé e Buzzer
• 14:37- Configuração do IDE e Biblioteca Arduino
• 19:00- Configurações de Código Explicadas (TX e RX)
• 25:03- Demonstração e Teste de Alcance de 21 Quarteirões