LEIDS - เซ็นเซอร์ประตู IOT พลังงานต่ำ: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:05

LEIDS คืออะไร?

LEIDS เป็นเซ็นเซอร์ IOT ที่มีพื้นฐานมาจาก ESP8266 เซ็นเซอร์นี้ใช้ประโยชน์จากบอร์ดนี้ วงจรล็อคแบบอ่อน สวิตช์กก และแม่เหล็กบางส่วนเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ประตูที่จะส่งการแจ้งเตือนถึงคุณเมื่อประตูของคุณเปิดและปิด เซ็นเซอร์นี้สามารถเชื่อมต่อกับเซิร์ฟเวอร์ MQTT, IFTTT หรือเฟรมเวิร์กอื่นๆ ที่สนับสนุน ESP8266 ได้ คำแนะนำนี้จะใช้ IFTTT เพื่อสร้างเซ็นเซอร์ที่จะส่งการแจ้งเตือนไปยังอุปกรณ์มือถือของคุณไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหน เซ็นเซอร์ยังสามารถตั้งค่าเพื่อให้สามารถแจ้งเตือนได้หลายแบบจากประตูที่แยกจากกัน ตู้ไปรษณีย์ เตาอบ และอื่นๆ ที่มีตำแหน่งเปิด/ปิด หรือเปิด/ปิด ประโยชน์ของ LEIDS คือใช้พลังงานน้อยที่สุดและใช้พลังงานเฉพาะเมื่อประตูเปิด จากนั้นเมื่อประตูปิด ระบบจะส่งข้อความเตือนคุณว่าประตูถูกปิดและปิด ดีกว่าการหลับลึกของโมดูลเนื่องจากไม่ใช้พลังงานหากไม่ได้เปิดประตู

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุสิ้นเปลือง

รายการด้านล่างแสดงเครื่องมือและชิ้นส่วนที่ฉันใช้สำหรับโครงการนี้ เซ็นเซอร์สามารถออกแบบใหม่เพื่อใช้ชิ้นส่วนต่างๆ และรูปลักษณ์/การทำงานที่แตกต่างกัน และใช้แนวคิดที่คล้ายคลึงกัน

เครื่องมือ:

• หัวแร้ง
• ESP01-UART หรือ Arduino Uno (โปรแกรมเมอร์สำหรับ ESP8266)
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (อุปกรณ์เสริม)
• สายจัมเปอร์ (อุปกรณ์เสริม)
• เขียงหั่นขนม (ไม่จำเป็น)

อะไหล่:

• ESP8266 ESP-01S x 1
• Reed Switch x 1 (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง NC ฉันพบว่าเปิดได้ตามปกติเท่านั้นจึงต้องใช้แม่เหล็กสองตัวเพื่อให้ทำงานได้ตามปกติ)
• AMS1117 ตัวควบคุม 3.3v
• 2n3904 ทรานซิสเตอร์ NPN x 1
• P-Channel Mosfet x 1 (เราต้องการบางอย่างที่มี VGS ต่ำ ควรเป็น NDP6020P)
• 3.7v 100 mAh แบตเตอรี่ Lipo x 1
• ตัวต้านทานแบบคละแบบ (100k ohm, 10k ohm, 220 ohm, 3k3 Ohm)
• แม่เหล็ก 6x3mm x 2
• เทปกาวสองหน้า
• ลวด
• ประสาน
• Perfboard

ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ:

เคสสำหรับเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 2: วงจร Soft Latching - ฮาร์ดแวร์

วงจรซอฟต์แลตช์ที่ฉันใช้อยู่เป็นการดัดแปลงแผนผังที่ฉันพบทางออนไลน์ ฉันไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญและฉันเชื่อว่ามีวิธีที่ดีกว่าในการสร้างวงจรนี้ แต่สำหรับจุดประสงค์ของฉัน วงจรนี้ทำงานได้ดี!

วิธีการทำงานคือเมื่อปิดสวิตช์กกโดยสนามแม่เหล็ก กระแสไฟจะถูกส่งไปยังทรานซิสเตอร์ NPN จากนั้นทรานซิสเตอร์ NPN จะกราวด์ PNP mosfet ซึ่งช่วยให้กระแสไหลไปยัง ESP8266 เปิดเครื่อง ESP8266 ใช้หมุดตัวใดตัวหนึ่งเพื่อให้ PNP mosfet ต่อสายดินซึ่งยังคงจ่ายไฟให้กับ ESP8266 จากนั้นเมื่อ ESP8266 ทำงานเสร็จสิ้น มันจะตั้งค่าพินเอาต์พุตนั้นเป็น LOW ซึ่งจะขัดจังหวะทรานซิสเตอร์ NPN และปิดเกทบน PNP mosfet

ด้วยการใช้วงจรเช่นนี้ ESP8266 สามารถเปิดเครื่องได้ด้วยสวิตช์ และจากนั้นก็สามารถปิดตัวเองได้อย่างสมบูรณ์ผ่านสัญญาณ ทำให้วงจรไม่ดึงกระแสเมื่อปิด/ปิดเซ็นเซอร์

ขั้นตอนที่ 3: ESP8266 - ฮาร์ดแวร์

ESP8266 ที่ฉันใช้อยู่จะส่งข้อความแจ้งเตือนเมื่อประตู (หรือสิ่งอื่น) เปิดอยู่ จากนั้นจะรอให้ประตูปิดเพื่อส่งข้อความปิดและปิดตัวเอง ESP8266 จะใช้วงจร soft latch และจะใช้พินหนึ่งพินเพื่ออ่านสวิตซ์กก และอีกพินหนึ่งพินเพื่อให้ตัวเองเปิดเครื่องและปิดเครื่องเอง ฉันเลือกใช้ ESP-01 เนื่องจากมีขนาดเล็ก ESP จะส่งคำขอทางเว็บเพื่อแจ้งให้เราทราบเมื่อเซ็นเซอร์ถูกเปลี่ยนเป็น "เปิด" และ "ปิด" วิธีที่ง่ายที่สุดที่ฉันพบคือการใช้ IFTTT และ Google ชีต นี้จะอธิบายในขั้นตอนต่อไปนี้

ขั้นตอนที่ 4: IFTTT สำหรับการแจ้งเตือนระยะไกล - ตอนที่ 1

ในคำแนะนำนี้จะใช้ IFTTT และใช้เว็บฮุคและ Google ชีตเพื่อรับการแจ้งเตือนระยะไกลบนอุปกรณ์มือถือของเรา ในการใช้บริการเหล่านี้ คุณจะต้องมีสิ่งต่อไปนี้:

• บัญชี Google
• บัญชี IFTTT (สามารถ / ควรเข้าสู่ระบบด้วยบัญชี Google)
• แอปพลิเคชั่น IFTTT สำหรับอุปกรณ์มือถือของคุณ

เมื่อคุณสร้าง/ลงชื่อเข้าใช้บัญชีของคุณแล้ว เราจะสร้างแอปเพล็ตสองรายการ รูปภาพที่ด้านบนของส่วนนี้แสดงวิธีการจัดวางหน้าเว็บ ขั้นตอนต่อไปนี้มีไว้สำหรับแอปเพล็ตแรก เหตุการณ์ได้ดำเนินการตามคำขอแล้ว แอปเพล็ตนี้จะได้รับข้อความจากเซ็นเซอร์และบันทึกเหตุการณ์ในเอกสาร Google ชีต จากนั้นคุณสามารถดูประวัติของเซ็นเซอร์ของคุณและดูว่าเปิดและปิดเมื่อใด

1. ไปที่ลิงก์ "แอปเพล็ตของฉัน" ที่ด้านบน
2. คลิกที่ปุ่ม "แอปเพล็ตใหม่"
3. คลิกที่ปุ่มสีน้ำเงิน "+นี่"
4. ค้นหา "webhooks" และคลิกที่มัน
5. ในหน้าถัดไป ให้เลือกการ์ด "รับคำขอทางเว็บ"
6. แล้วตั้งชื่อเหตุการณ์ตามต้องการ ผมเลือกตั้งชื่อว่า "sensor_activated"
7. ในหน้าถัดไปให้คลิกปุ่ม "+ที่" สีน้ำเงิน
8. ค้นหาบริการ "google ชีต" แล้วเลือก
9. ในหน้าต่อไปนี้ ให้เลือกฟังก์ชัน "เพิ่มแถวในสเปรดชีต"

10. กรอกการดำเนินการดังนี้:

    • ชื่อสเปรดชีต ฉันตั้งชื่อของฉันว่า "ประวัติเซ็นเซอร์"

    • แถวที่จัดรูปแบบต้องมีลักษณะดังนี้

      {{OccurredAt}} ||| {{Value1}} ||| {{ค่า2}}

    • ปล่อยให้ฟิลด์สุดท้ายเป็นอยู่เว้นแต่คุณต้องการเปลี่ยนตำแหน่งที่แอพเพล็ตจะบันทึกสถานะของเซ็นเซอร์
11. จากนั้นคลิก "สร้างการดำเนินการ"
12. สุดท้ายคลิก "เสร็จสิ้น" บนหน้าจอสุดท้าย

มาทดสอบกันว่าใช้งานได้จริง

1. ไปที่ลิงค์นี้
2. จากนั้นคลิกที่ปุ่ม "เอกสาร" (เราจะใช้หน้า "เอกสาร" นี้อีกครั้งในภายหลัง)
3. ตอนนี้คุณจะอยู่ที่ส่วนส่วนตัวของคุณเองสำหรับแอปเพล็ต IFTTT Webhooks
4. กรอกข้อมูลในฟิลด์ที่มีข้อความว่า "{event}" ด้วยชื่อกิจกรรมของคุณ ในกรณีนี้ ชื่อกิจกรรมคือ "sensor_activated"
5. ตอนนี้กรอกข้อมูลในฟิลด์ "value1" นี่คือฟิลด์ที่จะเก็บตำแหน่งของเซ็นเซอร์ของคุณ ฉันจะเติมมันด้วย "Front door"
6. ตอนนี้กรอกข้อมูลในฟิลด์ "value2" นี่คือฟิลด์ที่จะมีสถานะของเซ็นเซอร์ ฉันจะกรอกข้อมูลด้วย "opened" เพื่อทดสอบ
7. จากนั้นคลิกปุ่ม "ทดสอบ" สีน้ำเงิน
8. หากทุกอย่างเป็นไปด้วยดี คุณควรได้รับข้อความ "เหตุการณ์ถูกทริกเกอร์" สีเขียว ข้อความด้านบน
9. ตอนนี้ถ้าคุณต้องการดูว่าข้อความของคุณจัดเก็บอย่างไร คุณสามารถเปิด Google ชีตของคุณและค้นหาสเปรดชีตที่เพิ่มเข้าไป ฉันได้แนบรูปภาพเพื่อแสดงว่าสเปรดชีตจะเป็นอย่างไร

ไปที่ขั้นตอนถัดไปในการเพิ่มแอปเพล็ตเพื่อแจ้งให้เราทราบถึงการเปลี่ยนแปลงสถานะ

ขั้นตอนที่ 5: IFTTT สำหรับการแจ้งเตือนระยะไกล - ตอนที่ 2

ตอนนี้เราจะเพิ่มแอปเพล็ตเพื่อแจ้งให้เราทราบเมื่อสเปรดชีตสถานะได้รับการเพิ่มแถว กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อเซ็นเซอร์ดับเหตุการณ์ ก่อนหน้านี้เราจะสร้างแอปเพล็ตใหม่ ขั้นตอนต่อไปนี้จะแนะนำคุณในการสร้างแอปเพล็ตที่สอง เนื่องจากเราได้ทำสิ่งที่คล้ายคลึงกันในขั้นตอนก่อนหน้านี้ ฉันจะเพิ่มเฉพาะสไลด์ที่แตกต่างจากขั้นตอนนี้เท่านั้น

1. ไปที่ลิงก์ "แอปเพล็ตของฉัน" ที่ด้านบน
2. คลิกที่ปุ่ม "แอปเพล็ตใหม่"
3. คลิกที่ปุ่มสีน้ำเงิน "+นี่"
4. ค้นหา "google ชีต" และคลิกที่มัน
5. ในหน้าถัดไป ให้เลือกการ์ด "เพิ่มแถวใหม่ในสเปรดชีตแล้ว"

6. จากนั้นกรอกข้อมูลให้ครบถ้วนเพื่อชี้ไปที่สเปรดชีตที่แอปเพล็ตอื่นกำลังเขียนถึง

   • ในตัวอย่างนี้ เส้นทางคือ "IFTTT/MakerWebooks/sensor_activated"
   • ชื่อไฟล์คือ "ประวัติเซ็นเซอร์"
7. ในหน้าถัดไปให้คลิกปุ่ม "+ที่" สีน้ำเงิน
8. ค้นหาบริการ "การแจ้งเตือน" และเลือกมัน

9. ตอนนี้เราต้องกรอกช่องบริการแจ้งเตือน

   • เปลี่ยนชื่อเรื่องเป็น

     {{ColumnB}} เดิมคือ {{ColumnC}}

   • ข้อความถูกตั้งค่าเป็น

     {{ColumnB}} คือ {{ColumnC}} ใน {{ColumnA}}

   • ลิงค์ทิ้งไว้คนเดียว
10. จากนั้นคลิก "สร้างการดำเนินการ"
11. สุดท้ายคลิก "เสร็จสิ้น" บนหน้าจอสุดท้าย

ในการทดสอบส่วนที่สองของระบบการแจ้งเตือน IFTTT ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้ดาวน์โหลดแอป IFTTT บนอุปกรณ์มือถือของคุณและลงชื่อเข้าใช้ด้วยข้อมูลประจำตัวของคุณ ในกรณีของฉัน ฉันกำลังเข้าสู่ระบบด้วยบัญชี Google ของฉัน ตอนนี้ เราสามารถทดสอบสิ่งนี้ได้โดยกลับไปที่หน้า "เอกสารประกอบ" และเริ่มการทดสอบโดยตั้งชื่อเหตุการณ์เป็น "sensor_activated" ฟิลด์ "value1" ถูกตั้งค่าเป็นตำแหน่ง และฟิลด์ "value2" ตั้งค่าเป็นสถานะ

สิ่งนี้ควรส่งการแจ้งเตือนถึงคุณ หากคุณไม่ได้รับ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้เข้าสู่ระบบด้วยบัญชีเดียวกัน และคุณได้อนุญาตให้แอปพลิเคชันส่งการแจ้งเตือนถึงคุณ

ขั้นตอนที่ 6: Arduino IDE และ Sketch

ซอฟต์แวร์ที่ใช้สำหรับบอร์ดรวบรวมโดยใช้ Arduino IDE

ตรรกะมีดังนี้:

• สวิตช์กกปิดโดยการเปิดประตู
• จากนั้นเปิดเครื่อง ESP และเชื่อมต่อกับ WiFi
• เมื่อสร้างการเชื่อมต่อ WiFi จะส่งคำขอ http (ส่งคำสั่งไปยังอินเทอร์เน็ต) ที่บอกเราว่ามีการเปิดประตูหรืออย่างอื่น
• จากนั้นจะอ่านสัญญาณจากสวิตช์กกเพื่อตรวจสอบว่าประตูปิดแล้วหรือไม่
• เมื่อบอร์ด ESP พบว่าสวิตช์กกเปิดอยู่ (เช่น ประตูถูกปิด) จะส่งคำขอ http อีกรายการหนึ่งซึ่งแจ้งเราว่าประตูปิดแล้ว
• จากนั้นจึงส่งสัญญาณให้วงจรซอฟต์แลตช์ตัดกระแสไฟไปที่บอร์ด

ดาวน์โหลด Arduino IDE

ฉันได้แนบรหัส Arduino กับส่วนนี้เพื่อให้คุณดาวน์โหลด หากคุณไม่มี Arduino IDE คุณสามารถดาวน์โหลดแบบออนไลน์ได้ที่

ติดตั้งผู้จัดการบอร์ดที่เหมาะสม

ในการอัปโหลดโค้ดไปยังบอร์ด ESP คุณต้องติดตั้งตัวจัดการบอร์ดใน Arduino IDE โดยใช้ขั้นตอนต่อไปนี้

• ไปที่ ไฟล์ > การตั้งค่า เพื่อเปิดหน้าต่างการตั้งค่า
• ในหน้าต่างการตั้งค่า ให้ค้นหาฟิลด์ที่ระบุว่า "URL ผู้จัดการบอร์ดเพิ่มเติม"
• วางลิงก์ต่อไปนี้ลงในช่องนี้ https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json และกดปุ่ม "ตกลง"
• ตอนนี้เปิดตัวจัดการบอร์ดโดยไปที่เครื่องมือ > บอร์ด จากนั้นรายการแรกจะเป็นตัวจัดการบอร์ด
• พิมพ์ "ESP8266" ในเมนูบอร์ดและติดตั้ง "esp8266" ฉันเลือกเวอร์ชัน 2.5.0 เนื่องจากฉันมีปัญหาบางอย่างกับเวอร์ชันที่ใหม่กว่า
• กลับไปและเลือกบอร์ดของคุณจากเครื่องมือ > บอร์ด > Generic ESP8266 Module
• จากนั้นปิดและเปิด Arduino ide อีกครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น

เปิดภาพร่างใน Arduino IDE

เราจำเป็นต้องแก้ไขโค้ดสี่บรรทัดเพื่อให้เซ็นเซอร์ทำงานแทนคุณ

1. เปลี่ยน SSID เป็น WiFi SSID ของคุณ a.k.a. ชื่อของ wifi. ของคุณ
2. เปลี่ยนรหัสผ่านให้ตรงกับรหัสผ่านสำหรับ wifi ของคุณ
3. เปลี่ยน url ให้ตรงกับ url จากหน้า "Documentation" ของ "webhook" service
4. เปลี่ยนตำแหน่งของเซ็นเซอร์เป็นตำแหน่งที่คุณวางแผนจะวาง ซึ่งอาจเป็นประตูหน้า ประตูหลัง ตู้จดหมาย ฯลฯ

ตอนนี้คุณได้แก้ไขโค้ดเพื่อให้เหมาะกับความต้องการของคุณแล้ว เราจำเป็นต้องโหลดโค้ดนั้นลงบนบอร์ด ในกรณีของฉัน ฉันใช้โปรแกรมเมอร์ USB และปฏิบัติตามคำแนะนำ การดำเนินการนี้อาจต้องใช้การแก้ไขปัญหาเป็นจำนวนมาก ดังนั้น เราขอแนะนำให้คุณดูบทแนะนำแบบเจาะลึกทางออนไลน์ทางออนไลน์ ในกรณีของฉัน ฉันเสียบ ESP-01 กับโปรแกรมเมอร์ จากนั้นฉันเสียบเข้ากับคอมพิวเตอร์ จากนั้นฉันพลิกสวิตช์จาก uart เป็น prog สุดท้ายฉันถอดปลั๊กและเสียบโปรแกรมเมอร์กลับเข้าไป ซึ่งตอนนี้ปล่อยให้ ESP อยู่ในโหมดการเขียนโปรแกรม ตอนนี้ฉันเพียงแค่คลิกที่ปุ่มอัปโหลดและปล่อยให้การอัปโหลดเสร็จสิ้น หากต้องการดูว่าเชื่อมต่อได้หรือไม่ ให้เปิดจอภาพอนุกรมและดูข้อความสถานะ เมื่อคุณอัปโหลดภาพสเก็ตช์แล้ว เราจะประสานทุกอย่างเข้าด้วยกัน ใส่ไว้ในกล่องหุ้ม และติดตั้งไปยังตำแหน่งที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 7: สิ่งที่แนบมา (พิมพ์ 3 มิติ)

ฉันได้ออกแบบกล่องหุ้มต่อไปนี้เพื่อรองรับส่วนประกอบทั้งหมด อนุญาตให้วางแม่เหล็กและจัดตำแหน่งสวิตช์กก ส่วนที่สองใช้สำหรับยึดแม่เหล็กตัวที่สองเพื่อให้สามารถเปิดและปิดสวิตช์ได้

เมื่อส่วนประกอบทั้งหมดถูกบัดกรีเข้าด้วยกันแล้ว เราสามารถกดมันลงในเคสได้ หากคุณต้องการคุณสามารถเพิ่มกาวร้อนเล็กน้อยที่ด้านล่างเพื่อยึดทุกอย่างไว้ จากนั้นเราต้องกดแม่เหล็กตัวหนึ่งเข้าไปในเคสพร้อมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และจัดตำแหน่ง สวิตช์กกตามความจำเป็น ควรกดแม่เหล็กอีกอันหนึ่งเข้าไปในกล่องหุ้มอื่น เมื่อทั้งสองกล่องหุ้มเสร็จเรียบร้อยแล้ว เราสามารถทดสอบได้โดยนำกล่องหุ้มทั้งสองเข้าด้วยกัน จากนั้นแยกและนำกลับเข้าด้วยกัน ตอนนี้เราควรได้รับการแจ้งเตือนสองครั้ง อันแรกสำหรับเซ็นเซอร์เปิด และอีกอันสำหรับเซ็นเซอร์ปิด เก็บทั้งสองไว้ด้วยกันเพื่อป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่หมด

ติดเทปยึดที่ด้านหลังของเซ็นเซอร์และติดบนตำแหน่งที่ต้องการ ฉันติดตั้งของฉันบนกล่องจดหมายของฉัน ตอนนี้ทดสอบว่าการจัดตำแหน่งถูกต้องและเซ็นเซอร์สามารถส่งข้อความเปิดและปิดได้

Voila ตอนนี้คุณมีเซ็นเซอร์ของคุณเองเพื่อเตือนคุณเมื่อมีการเปิดและปิด แจ้งให้เราทราบหากคุณชอบและหากมีสิ่งใดที่คุณรู้สึกว่าสามารถปรับปรุงได้

ฉันกำลังส่งคำแนะนำนี้ไปยังการแข่งขัน IOT ดังนั้นโปรดชอบและโหวตให้กับสิ่งนี้และโครงการ IOT อื่น ๆ ที่คุณชอบ

ขั้นตอนที่ 8: การปรับปรุงในอนาคต

สำหรับโครงการนี้ ฉันพบปัญหาสองสามประการ ปัญหาแรกที่ฉันพบคือการใช้มอสเฟตที่มี Vgs สูงเกินไป ฉันจึงต้องเปลี่ยนไปใช้อันอื่น ประการที่สอง สวิตช์กกที่ฉันใช้เปิดตามปกติ และในกรณีของฉัน สวิตช์แบบปิดปกติจะใช้งานได้ง่ายกว่าและจะช่วยประหยัดพื้นที่ได้มาก สุดท้ายนี้ esp 01s ใช้งานได้ยากมาก และฉันต้องยุ่งกับหมุด gpio เพื่อให้มันทำงานได้อย่างถูกต้อง แต่ฉันก็ยังมีปัญหาอยู่บ้าง ฉันคิดว่าโปรเจ็กต์นี้สามารถสอนแนวคิดได้มากมาย และช่วยให้ฉันคิดไอเดียและการใช้งานเพิ่มเติมโดยใช้บอร์ด esp8266 และ IFTTT

รองชนะเลิศใน IoT Challenge