PIR ที่ใช้งานได้จริงสำหรับใช้ในบ้าน: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

เช่นเดียวกับพวกคุณหลายๆ คนที่ทำงานเกี่ยวกับโครงการระบบอัตโนมัติในบ้าน ฉันต้องการสร้างเซ็นเซอร์ PIR ที่ใช้งานได้สำหรับการเปลี่ยนมุมในบ้านของฉันเองโดยอัตโนมัติ แม้ว่าเซ็นเซอร์ PIR ของสวิตช์ไฟจะเหมาะสมที่สุด แต่คุณไม่สามารถโค้งงอมุมได้ โปรเจ็กต์นี้ผ่านการทำซ้ำสองสามครั้งและฉันได้ลองใช้บทช่วยสอนอื่น ๆ ที่มีอยู่ทางออนไลน์และไม่พบบทเรียนที่เหมาะกับฉัน หากคุณต้องการเพียงแค่ลงมือทำ ให้ข้ามไปยังขั้นตอนที่ 3 ไม่เช่นนั้น ให้ดำเนินการต่อไปยังขั้นตอนที่สอง ซึ่งฉันจะพูดถึงการพัฒนา

เสบียง:

หัวแร้ง

บัดกรีและฟลักซ์สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

สายต่อสำรอง

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เขียงหั่นขนม

ความเข้าใจพื้นฐานของ Hassio

ทักษะการเขียนโปรแกรม Arduino ขั้นพื้นฐาน

ขั้นตอนที่ 1: การพัฒนา

Home Assistant เป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมในการเชื่อมโยงการตั้งค่าที่ซับซ้อนบางอย่างที่คุณอาจต้องการ สำหรับฉัน การได้ไฟตรงโถงบันไดที่มีมุมเป็นความสนใจในโครงการนี้ในตอนแรก การค้นหาคำแนะนำที่ถูกต้องในการสร้างเซ็นเซอร์ PIR สำหรับใช้ในบ้านที่มีประสิทธิภาพนั้นเป็นเรื่องยาก แน่นอนว่ามีวิธีง่าย ๆ มากมายที่จะทำให้มันใช้งานได้ แต่การทำให้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสำหรับการใช้งานทุกวันนั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง นอกจากนี้ยังมีปัญหาเวลาแฝงหรือไฟจะเปิดขึ้นเร็วแค่ไหนเมื่อได้รับสัญญาณ มันเป็นโครงการที่ยุ่งยากเมื่อฉันได้เข้าไปในวัชพืชของมันทั้งหมด สิ่งที่เกิดขึ้นคือฉันสรุปได้สองประเด็นหลักว่าทำไมการออกแบบนี้จึงมีประสิทธิภาพ

เวลาในการตอบสนอง

ฉันเริ่มด้วย ESPHome เพื่อออกแบบเซ็นเซอร์นี้ มันมีเสียงระฆังและเสียงนกหวีดทั้งหมด แต่ยังมีส่วนต่อประสานที่เป็นมิตรมาก น่าเสียดายที่โปรโตคอล ESPhome และงานเฟรมเป็นผู้ใช้พลังงานที่ค่อนข้างมากเมื่อคุณนับ mWh นอกจากนี้ยังมีปัญหาเวลาแฝงเล็กน้อยเมื่อการเรียกให้เปิดไฟจำเป็นต้องผ่านการบูตเครื่องของ ESPhome อย่าง Hassio แล้วตามด้วยตัวควบคุมแสงของคุณ ฉันพบว่าสิ่งเหล่านี้จะสิ้นสุดในช่วง 10 วินาที คุณขึ้นบันไดไปแล้ว (หรือบางทีคุณอาจเดินช้ามากเพราะไม่มีไฟ) ดังนั้นสิ่งที่กลายเป็นวิธีที่ประหยัดพลังงานและเร็วที่สุดในการส่งสัญญาณเคลื่อนไหวไปยัง Hassio คือ MQTT

การใช้ MQTT กับ IP แบบคงที่ทำให้เวลาลดลงเหลือประมาณ 2 วินาที สัญญาณ MQTT จะไปถึง Hassio ระหว่าง 800ms - 1200ms ค่อนข้างดีทีเดียว

อายุการใช้งานแบตเตอรี่

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ การเปลี่ยนไปใช้ MQTT ยังช่วยประหยัดพลังงานได้มากอีกด้วย เซ็นเซอร์เฉลี่ยที่ไม่มีการนอนหลับลึกใน ESPHome จะใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งวันสำหรับแบตเตอรี่ประมาณ 800mWh ด้วยการนอนหลับสนิท ประมาณ 3-5 วัน ขึ้นอยู่กับการเปิดใช้งาน WeMos D1 Mini ไม่ใช่หมูพลังงานที่บ้าคลั่ง แต่ก็ไม่ได้มีประสิทธิภาพสูงสุดในการจัดการพลังงานของมัน ดังนั้นการบีบแบตเตอรี่ทุก ๆ บิตจึงมีความสำคัญ การลดการบริโภคทุกชิ้นเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุด

มีเซ็นเซอร์ PIR อยู่หลายตัวแต่ไม่ได้สร้างมาเท่ากันทั้งหมด จุดแรกที่ฉันสังเกตเห็นคืออัตรา มุม และอัตราการยิงของเซ็นเซอร์ PIR แต่ละตัวที่ทดสอบ จากเซ็นเซอร์ที่ใช้ ฉันพบว่า Simplytronics Wide Angle PIR มีประสิทธิภาพสูงสุดในด้านช่วงและต้นทุนด้านพลังงาน มันเป็นเซ็นเซอร์ PIR มุมกว้างที่มีช่วงที่ยอดเยี่ยม และทำงานที่ 3v เท่านั้น ซึ่งน่าทึ่งมากสำหรับสิ่งที่ฉันต้องการ

ขั้นตอนที่ 2: วัสดุ

WeMos D1 Mini

T4056 ที่ชาร์จ USB Lipo/Li-Ion

เซ็นเซอร์ PIR มุมกว้างของ Simplytronics

3.7v 1000 mWh Lipo Battery

ตัวต้านทาน 2x 10k

ตัวต้านทาน 120K

ตัวต้านทาน 5k

1N4001 วงจรเรียงกระแสไดโอด

ตัวเก็บประจุ 1uF

2N2222 ทรานซิสเตอร์

ขั้นตอนที่ 3: รหัสฐานและ Arduino

ดาวน์โหลดไฟล์ Arduino ที่ปรับเปลี่ยนเพื่อให้ใช้งานได้ง่ายกับการตั้งค่าของคุณ สิ่งสำคัญที่สุดที่ควรคำนึงถึงคือ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการตั้งค่าของคุณตรงกับที่กำหนดไว้ใน Hassio

ในตัวอย่างของฉัน ฉันใช้ Mosquitto Broker ฉันได้ป้อนการตั้งค่าเหล่านั้นลงในรหัส Arduino ของฉันแล้ว สำหรับเซิร์ฟเวอร์ MQTT ของฉัน เนื่องจากโฮสต์อยู่ใน Hassio ฉันจึงใส่ที่อยู่ IP ของ Hassio

สิ่งต่อไปที่เราต้องทำคือตั้งค่าเซ็นเซอร์เทมเพลตบางตัวเพื่อเก็บข้อมูล MQTT ของเรา ดังนั้นจึงเป็นมิตรกับส่วนหน้าของ Hassio อีกเล็กน้อย หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทมเพลตและเทมเพลต ฉันจะวางลิงก์ Hassio ไว้ที่นี่

MQTT การเคลื่อนไหวของเราจะเป็นเทมเพลตไบนารีเซ็นเซอร์และระดับแบตเตอรี่ของเราจะเป็นเซ็นเซอร์ใน Hassio

ในไฟล์ configuration.yaml หลักของฉัน ฉันได้เพิ่มบางบรรทัดเพื่อรวมทั้งเทมเพลตไบนารีเซ็นเซอร์และเซ็นเซอร์เทมเพลตในไฟล์ yaml แยกกัน คุณไม่จำเป็นต้องทำเช่นนี้ แต่ฉันพบว่ามันช่วยให้ทุกอย่างเป็นระเบียบมากขึ้น ในการทำสิ่งนี้อย่างง่ายๆ ให้ใช้ตัวแก้ไขไฟล์เพื่อสร้างไฟล์ yaml ใหม่และตั้งชื่อไฟล์ที่คุณสามารถอ้างอิงได้ใน configuration.yaml ในตัวอย่างของฉัน ฉันใช้ templatesensor.yaml และ templatebinarysensor.yaml

สิ่งที่ต้องแน่ใจคือการตั้งค่าหัวข้อ MQTT และเพย์โหลดให้ตรงกับการตั้งค่า Arduino ของคุณหรือในทางกลับกัน

สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด ตั้งค่ารายการแดชบอร์ดที่สามารถดูระดับแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหว

ขั้นตอนที่ 4: แผนผังและการทดสอบ

ตามแผนผังการเดินสาย ให้ต่อส่วนประกอบสำหรับการทดสอบบนเขียงหั่นขนม หมายเหตุสำคัญในการเดินสายคือเพื่อให้แน่ใจว่าคุณมีสายกราวด์ที่ถูกต้องสำหรับเอฟเฟกต์แบบดึงลง นี่คือสิ่งที่จะทำให้ทรานซิสเตอร์รีเซ็ต WeMos D1 Mini เมื่อปลุก คุณควรจะสามารถทดสอบฟังก์ชันปลุกและรีเซ็ตได้โดยเสียบ WeMos D1 Mini เข้ากับพอร์ต usb ควรรีเซ็ตเมื่อคุณโบกมือต่อหน้า PIR นี่เป็นทางเลือก แต่คุณยังสามารถถอดไฟ led smd ออกจากเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่อีกเล็กน้อย ฉันขอแนะนำให้ทำเช่นนี้หลังจากที่คุณได้ทดสอบว่าเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวทำงานตามที่คาดไว้ หากคุณเสียบ USB เข้ากับคอมพิวเตอร์ ให้ตรวจสอบอีกครั้งด้วย Arduino IDE ที่บู๊ตและรีเซ็ตด้วยทริกเกอร์จากการเคลื่อนไหว

ในแดชบอร์ด Hassio ของคุณ คุณควรจะเห็นค่าบางอย่างจากแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวจะดับด้วย หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดีคุณควรทำธุรกิจ! คุณสามารถใช้ต้นแบบเขียงหั่นขนมชิ้นเล็กๆ นี้แล้วย้ายไปรอบๆ บ้านของคุณ และมันจะทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวแบบโฮมเมดตัวใหม่ของคุณ คุณสามารถใช้สิ่งนี้เพื่อทริกเกอร์อะไรก็ได้ภายใน Hassio และคุณจะทำได้ที่นี่ หากนั่นคือทั้งหมดที่คุณต้องการ แต่ขอให้เป็นการขัดเกลาขั้นสุดท้ายเพื่อให้เป็นสิ่งที่คู่ควรแก่การเป็นแกนนำในบ้าน

เคล็ดลับการแก้ปัญหาบางอย่าง

- โดยการกดปุ่มรีเซ็ตบน WeMos D1 Mini คุณควรรับ MQTT เพื่อทริกเกอร์ด้วยรหัส Arduino

- ยกเลิกหมายเหตุโค้ด Arduino บางส่วนเพื่อดูว่าแต่ละขั้นตอนอยู่ที่ไหน และทำอะไรกับฮาร์ดแวร์

- อย่าลืมเชื่อมต่อจุดนำเชิงลบทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 5: การเชื่อมต่อกับสวิตช์ไฟ Wifi ของคุณ

โชคดีที่ Hassio มีวิซาร์ดการทำงานอัตโนมัติที่ยอดเยี่ยมมากซึ่งสามารถช่วยในการตั้งค่าของคุณได้ ฉันจะไม่เพิ่มไฟหรือส่วนเสริม แต่ฉันจะเห็นว่าผู้คนที่ Hassio ทำให้ง่ายต่อการเพิ่มการผสานรวมและแพลตฟอร์มอื่น ๆ เพื่อควบคุมด้วย Hassio ไปดูวิธีเพิ่มสวิตช์ไฟ wifi ที่คุณเลือก

ในวิซาร์ดการทำงานอัตโนมัตินี้ เราต้องการให้ความสำคัญกับสิ่งสำคัญอย่างหนึ่ง ซึ่งก็คือทริกเกอร์ คุณสามารถเพิ่มเทมเพลตไบนารีเซ็นเซอร์เป็นทริกเกอร์ได้ แต่ฉันพบว่าเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวนั้น "เร็ว" กว่านี้อีกเล็กน้อยเมื่อฉันใช้เพย์โหลด MQTT โดยตรง สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุด กำหนดค่าทางเลือกของแสงหรืออุปกรณ์ แล้วเซ็นเซอร์ควรอยู่ในธุรกิจ

ขั้นตอนที่ 6: การเคหะโครงการ

เมื่อคุณมั่นใจกับเขียงหั่นขนมของคุณแล้ว ให้ย้ายชิ้นส่วนทั้งหมดไปยังบอร์ด pcb ที่สร้างต้นแบบ และประสานการเชื่อมต่อทั้งหมดเข้ากับบอร์ดที่เล็กที่สุดที่คุณสามารถหาได้ ฉันเก็บสายไฟให้สั้น แต่ยืดหยุ่นในกรณีที่มีการกู้คืน/แก้ไข/ซ่อมแซม การออกแบบเคสเป็นเคสแบบมินิมอลที่สามารถใส่เข้าไปในมุมหรือพื้นผิวเรียบได้ ใช้งานได้ดีกับแถบกาว 3M ที่ไม่เสียหาย =)

หมายเหตุ ฉันลืมไปว่าฉันได้ pcb การสร้างต้นแบบรูปแบบแปลก ๆ มาจากไหน ดังนั้นฉันขอแนะนำให้ตัด pcb ของคุณให้เล็กลงและเจาะรูหนึ่งหรือสองรู หากคู่มือนี้ได้รับความนิยม ฉันจะออกเวอร์ชันแก้ไขที่มีขนาดทั่วไปมากขึ้น (ฉันต้องการเพียงเซ็นเซอร์ตรวจจับความเคลื่อนไหวสองตัว และฉันมีกระดานแปลกๆ สองแผงเท่านั้น)

ขั้นตอนที่ 7: ปิด

ฉันหวังว่าการออกแบบนี้จะเป็นประโยชน์ในความพยายามของคุณในการดำเนินโครงการระบบอัตโนมัติภายในบ้านบางโครงการ เป็นเวลานานสำหรับฉันที่จะได้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทั้งหมดเพื่อสร้างคำแนะนำนี้ แต่ฉันดีใจที่ใช้เวลาพอสมควร โปรเจ็กต์นี้แสดงข้อจำกัดเล็กน้อยในการใช้แนวทางที่เข้าถึงได้ง่ายกว่าสำหรับการเขียนโปรแกรม ESP ของฉัน นี่ไม่ใช่การบอกว่าคุณไม่ควรใช้ ESPHome แต่สำหรับโครงการที่เข้มงวดมากขึ้นในการจัดการพลังงาน คุณอาจต้องใช้เส้นทางอื่น เซ็นเซอร์เสร็จประมาณเดือนพฤษภาคมหรือมิถุนายนและไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา จนถึงตอนนี้พวกเขาใช้เวลาประมาณ 4-5 เดือนโดยไม่มีค่าใช้จ่าย ฉันยังได้ทำการพัฒนาเค้าโครง PCB ใหม่โดยอิงจาก WeMos D1 Mini ด้วย สิ่งที่เกี่ยวกับ WeMos D1 Mini ก็คือมันมีคอนเวอร์เตอร์ในตัว 5v เป็น 3v และไอซีโปรแกรม USB ที่ใช้พลังงานมาก ซึ่งหมายความว่าหากเราขจัดปัจจัยทั้งสองนี้ออกไป เราอาจผลักดันให้ ESP8266 ดูดพลังงานน้อยลงไปอีก

ขอขอบคุณอีกครั้งที่ทำให้ฉันหลงไหลในการเดินเตร่และติดตามในโครงการนี้