ESP8266-01 IoT Smart Timer สำหรับระบบอัตโนมัติภายในบ้าน: 9 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

อัพเดท

2018-09-30: อัปเดตเฟิร์มแวร์เป็นเวอร์ชัน 1.09 ขณะนี้มี Sonoff Basic Support

2018-10-01: เฟิร์มแวร์เวอร์ชั่น 1.10 รุ่นทดลองพร้อมให้ทดสอบบน ESP8266-01 ที่มีปัญหา

ด้วยคำศัพท์ใหม่ที่เป็น Internet Of Things (IoT) และ Home Automation ฉันจึงตัดสินใจดูรายการปัจจุบันในบ้านและรอบ ๆ บ้านของฉันที่ควบคุมผ่านอุปกรณ์บางประเภท รายการที่โดดเด่นมีดังนี้:

• ปั๊มสระว่ายน้ำ
• ฟิลเลอร์น้ำสระว่ายน้ำ
• สระว่ายน้ำและไฟโดยรอบ
• ไฟตู้ทีวี/ระบบความบันเทิง

รายการทั่วไปที่ใช้ในการควบคุมอุปกรณ์เหล่านี้คือตัวจับเวลาปลั๊กติดผนังมาตรฐาน อุปกรณ์แต่ละชิ้นมีตัวจับเวลาของตัวเองและทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกัน เหตุใดฉันจึงเลือกรายการเหล่านี้เพื่อเริ่มต้นกับโครงการ Internet of Things หรือ Home Automation คุณอาจถาม

การใช้ชีวิตในแอฟริกาใต้หมายถึงไฟฟ้าขัดข้องเกิดขึ้นเป็นประจำ จากสถิติบ้านของฉัน ฉันมีไฟฟ้าขัดข้อง 35 ครั้งในปีที่ผ่านมา รวมทั้งหมด 40 ชั่วโมง โดยปกติแล้วจะไม่เป็นปัญหา เนื่องจากตัวจับเวลาที่ติดตั้งอยู่ในปัจจุบันทั้งหมดมีแบตเตอรี่สำรองสำหรับรักษาเวลาในระหว่างที่ไฟฟ้าขัดข้อง แต่มีปัญหาบางอย่าง:

• แบตเตอรี่สำรองเหล่านี้มีอายุการใช้งานเพียงหนึ่งหรือสองปีเท่านั้น จากนั้นจึงต้องเปลี่ยนตัวจับเวลา ตัวจับเวลาถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ตัวจับเวลาต้องถูกทำลายเพื่อเข้าถึงแบตเตอรี่ Ni-Cad ภายใน
• ทุกครั้งที่ไฟฟ้าดับ ตัวจับเวลาที่มีแบตเตอรี่เสียจะต้องตั้งโปรแกรมใหม่และตั้งเวลาไว้
• ตำแหน่งทางกายภาพของตัวจับเวลาเมื่อเสียบเข้ากับเต้ารับบนผนัง ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้ที่จะอ่านจอ LCD เพื่อดูตัวจับเวลาจากด้านบน ซึ่งหมายความว่าต้องถอดปลั๊กตัวจับเวลา หรือฉันต้องนอนราบกับพื้นเพื่อตั้งค่าหรือปรับตัวจับเวลาหลังจากไฟฟ้าขัดข้อง

ด้วยเหตุผลข้างต้น ฉันจึงตัดสินใจทดสอบความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนตัวจับเวลาด้วย IoT Smart Timer ซึ่งเชื่อมต่อกับเครือข่ายในบ้านของฉัน

แนวคิดคือการออกแบบตัวจับเวลาแบบสแตนด์อโลน ซึ่งสามารถ:

• ปรับเวลาปัจจุบันโดยอัตโนมัติโดยใช้อินเทอร์เน็ต (IoT)
• ดำเนินการโดยไม่ต้องดำเนินการใด ๆ ของผู้ใช้ (สมาร์ท)
• เปิด/ปิดเอาต์พุตตามเวลาที่ตั้งไว้ (Timer)
• ตั้งโปรแกรมและควบคุมได้ผ่านเครือข่าย (Home Automation)

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบ ESP8266-01

การออกแบบเสร็จสิ้นโดยใช้โมดูล WiFi ของ ESP8266-01 เนื่องจากนี่คือสิ่งที่ผมมี ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ESP8266-01 มีพิน I/O สี่พิน:

• GPIO0
• GPIO2
• TX
• RX

ESP8266-01 โหมดเปิดเครื่อง

สถานะลอจิกของพิน I/O ใช้เพื่อกำหนดว่าโหมดใดที่ ESP8266-01 จะบู๊ต ขั้นตอนแรกคือการพิจารณาว่าพิน I/O ใดสามารถใช้ขับเคลื่อนรีเลย์เอาต์พุตได้

• สำหรับการเปิดเครื่องตามปกติ ต้องตั้งค่า GPIO0 และ GPIO2 เป็นลอจิก HIGH ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าพินทั้งสองนี้ไม่สามารถใช้เป็นเอาต์พุตดิจิตอลได้
• ขา Tx ถูกตั้งค่าเป็นเอาต์พุตเมื่อเปิดเครื่อง และเอาต์พุตตั้งค่าสูง พิน Tx นี้ยังส่งข้อมูลอนุกรมบางส่วนระหว่างเปิดเครื่อง ดังนั้น พินนี้จึงไม่สามารถใช้เป็นเอาต์พุตได้

พินที่เหลือคือพิน Rx พินนี้ถูกตั้งค่าเป็นอินพุตเมื่อเปิดเครื่อง และไม่ต้องดึงขึ้นสูงระหว่างเปิดเครื่อง พินนี้จึงเหมาะสมที่สุดที่จะใช้เป็นพินเอาต์พุต

บูตเครื่อง

เพื่อให้แน่ใจว่าโหมดการบู๊ตที่ถูกต้องของ ESP8266-01 ระหว่างการเปิดเครื่อง หมุดต่อไปนี้จะถูกดึงให้สูงโดยใช้ตัวต้านทาน 10K:

• GPIO0
• GPIO2
• RST
• CH_PD

เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องบู๊ตอย่างถูกต้องในแต่ละครั้ง

รีเลย์เอาต์พุต

RX เป็นพินเดียวที่เหมาะสำหรับใช้เป็นเอาต์พุต พินนี้จึงถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนรีเลย์เอาท์พุตผ่านทรานซิสเตอร์ NPN เพิ่มไดโอดมู่เล่มาตรฐานและตัวต้านทานฐานทรานซิสเตอร์

ปุ่ม MODE/SET

ปุ่มเชื่อมต่อกับ GPIO2 และเมื่อปล่อยปุ่ม ตัวต้านทาน 10K จะดึง GPIO2 ให้สูง เมื่อกดปุ่ม GPIO2 จะถูกดึงไปที่ 0V

ปุ่มนี้ใช้สำหรับสองฟังก์ชัน:

• ตั้งค่าเริ่มต้นเพื่อเชื่อมต่อเครื่องกับเครือข่าย WiFi ในพื้นที่
• เพื่อควบคุมเอาต์พุตด้วยตนเองระหว่างการทำงานปกติ

LED บ่งชี้

LED เชื่อมต่อกับ GPIO0 และระบุสิ่งต่อไปนี้:

• เมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก จะกะพริบเร็วเพื่อระบุโหมดการตั้งค่า WiFi
• กะพริบช้าเมื่อไม่ได้ตั้งเวลาของเครื่อง
• แสดงสถานะเปิด/ปิดรีเลย์เอาต์พุต

ขั้นตอนที่ 2: พาวเวอร์ซัพพลาย

ฉันจะใช้ IoT Smart Timer กับระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่างกัน ดังนั้นจึงมีตัวเลือกแหล่งจ่ายไฟสองแบบให้เลือก:

12 - 24V DC

ตัวแปลง DC-DC ที่ใช้เหมาะสำหรับการจ่ายไฟสูงสุด 28V DC เอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์สามารถปรับได้ และตั้งค่าเป็น 5V ต้องทำก่อนที่จะเชื่อมต่อโมดูล ESP8266

ไดโอดถูกเพิ่มเพื่อป้องกันการกลับขั้วบนอินพุตของแหล่งจ่าย

220V AC สำหรับตัวเลือกนี้ ฉันสามารถรับแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ 220V/5V ขนาดเล็กบน eBay ได้

โดยไม่คำนึงถึงแรงดันไฟฟ้าขาเข้า IoT Smart Timer ต้องการแหล่งจ่ายไฟสองแบบ:

ราง 5V

ด้วยทั้งสองตัวเลือก 5V DC ได้มาจากแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ ไม่ใช่ตัวควบคุมเชิงเส้น ซึ่งหมายความว่ามีความร้อนน้อยที่สุดที่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟ 5V ใช้สำหรับขับรีเลย์เอาต์พุต

ราง 3.3V

3.3V สำหรับ ESP8266-01 ได้มาจากตัวควบคุม ASM1117 3.3 ASM1117 3.3 เป็นตัวควบคุมเชิงเส้นและสามารถรองรับได้ถึง 500mA อย่างไรก็ตาม ความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าขาเข้าของ ASM1117 เพื่อลดความร้อน ASM1117 ใช้พลังงานจากราง 5V

การกรองสัญญาณรบกวน

เพื่อลดการกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าไปที่ ESP8266-01 ราง 3.3V จึงติดตั้งตัวเก็บประจุขนาด 100 - 1,000 ยูเอฟ ทั้งราง 5V และ 3.3V ยังได้รับการปกป้องจากการรบกวนความถี่สูงด้วยตัวเก็บประจุ 0.1uf

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบบอร์ด PC

บอร์ดพีซีได้รับการออกแบบโดยใช้ Eagle เวอร์ชันฟรีแวร์ เป็นกระดานหน้าเดียวที่ทำได้ง่ายๆ ที่บ้านโดยใช้วิธีการถ่ายโอนผงหมึก

เมื่อทำบอร์ด PC แล้ว ให้ประกอบบอร์ด PC ตามลำดับต่อไปนี้:

• ประสานตัวควบคุม ASM1117 และส่วนประกอบ SMD 0.1uf สามตัวเข้ากับด้านบัดกรีของบอร์ด
• เพิ่มจัมเปอร์ตัวเดียวที่ด้านส่วนประกอบของบอร์ด
• ประสานตัวต้านทานและไดโอดเข้าที่
• เพิ่มส่วนหัวสำหรับโมดูล ESP8266-01
• เพิ่มหมุดส่วนหัวสำหรับ LED และปุ่ม
• เพิ่มขั้วสกรู
• ใช้หมุดส่วนหัว ต่อคอนเวอร์เตอร์ DC/DC เข้ากับบอร์ด
• ประสานรีเลย์เข้าที่
• ทำบอร์ดให้สมบูรณ์โดยการบัดกรีทรานซิสเตอร์และตัวเก็บประจุ 100uf

เมื่อส่วนประกอบทั้งหมดถูกบัดกรีเข้ากับบอร์ดแล้ว ให้ตรวจสอบจุดบัดกรีทั้งหมด และตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีการลัดวงจรระหว่างแผ่นอิเล็กโทรด

! ! ! โน๊ตสำคัญ ! ! ! เพื่อให้แน่ใจว่าบอร์ด PC สามารถรองรับกระแสไฟขนาดใหญ่บนหน้าสัมผัสเอาท์พุตได้ ให้ใช้บัดกรีในปริมาณที่เหมาะสมกับรางระหว่างหน้าสัมผัสรีเลย์และขั้วต่อสกรู

ขั้นตอนที่ 4: การทดสอบบอร์ดพีซี

! ! ! ก่อนลงไฟ ! ! !

ถอดโมดูล ESP8266-01 ออกจากตัวเครื่อง นี่คือการป้องกันความร้อนสูงเกินไปของตัวควบคุม ASM1117 ก่อนที่จะมีการปรับแหล่งจ่ายไฟ 5V

มีการทดสอบไม่มากที่สามารถทำได้หลังการประกอบ ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดคือการตรวจสอบระดับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง

• ใช้ DC 12 - 24V กับตัวเครื่อง
• วัดแรงดันเอาต์พุตของตัวแปลง DC/DC
• ปรับเอาต์พุตของคอนเวอร์เตอร์ให้อยู่ระหว่าง 5.0 ถึง 5.5V
• ต่อไปวัดแหล่งจ่ายไฟ 3.3V
• หากอุปกรณ์ใช้ได้ดี ให้ถอดไฟออกจากตัวเครื่อง

ตอนนี้คุณสามารถแทรกโมดูล ESP8266-01 ลงในส่วนหัวที่มีให้

! ! ! บันทึก ! !

เมื่อคุณทดสอบ IoT Timer แล้วและใช้งานได้ ให้ใช้แล็กเกอร์ใสปิดด้านบัดกรีของบอร์ด PC ซึ่งจะป้องกันการออกซิไดซ์ของราง และให้ฉนวนพิเศษระหว่างหน้าสัมผัสรีเลย์กับส่วนที่เหลือของวงจร

ขั้นตอนที่ 5: สิ่งที่แนบมา

โครงเครื่องไม่สำคัญขนาดนั้น ตราบใดที่บอร์ด PC และสายไฟทั้งหมดเข้ากันได้อย่างเรียบร้อยและปลอดภัย

เพื่อให้การก่อสร้างง่ายขึ้น ฉันได้สร้างสายเคเบิลโดยเชื่อมต่อปุ่ม LED และ MODE/SETUP สิ่งนี้ทำให้ฉันมีความยืดหยุ่นมากขึ้นในการติดตั้ง LED และปุ่มเข้ากับตัวเครื่อง จากนั้นเสียบสายเคเบิลนี้เข้ากับส่วนหัวของบอร์ดพีซี

ภาพถ่ายแสดงหนึ่งในหน่วย 12V ที่ใช้สำหรับไฟ LED

ขั้นตอนที่ 6: การเขียนโปรแกรม ESP8266-01/NodeMCU

ในการตั้งโปรแกรม ESP8266-01 คุณต้องตั้งค่า Arduino IDE ก่อน ฉันจะไม่ลงรายละเอียดนี้ เนื่องจากมี Instructables ที่ยอดเยี่ยมมากมายในหัวข้อนี้ ฉันได้เลือกลิงก์ต่อไปนี้ใน Instructables เพื่อการอ้างอิง โดยไม่มีคำสั่งเฉพาะสำหรับผู้เขียน ขอบคุณสำหรับคำแนะนำส่วนบุคคลของพวกเขา

ทำตาม ESP8266 และ Arduino IDE นี้เพื่อตั้งค่า Arduino IDE สำหรับโมดูล ESP8266

ต่อไป คุณจะต้องมีโปรแกรมเมอร์เพื่อตั้งโปรแกรม ESP8266 นี่คือสองลิงค์:

การใช้ Arduino Uno

บอร์ดเขียนโปรแกรม DIY

ห้องสมุด

คุณจะต้องติดตั้งไลบรารีเพิ่มเติมเพื่อให้สามารถคอมไพล์โค้ดได้ อ้างถึงคำแนะนำนี้อีกครั้ง:

ติดตั้งและใช้งาน Arduino Libraries

ฉันจำไม่ได้ว่าฉันต้องติดตั้งไลบรารีใด แต่ฉันรู้ว่าต้องดาวน์โหลด WiFiManager แยกต่างหาก ฉันได้รวมสิ่งเหล่านี้ไว้ในไฟล์ Libraries.zip แล้ว

ขั้นตอนที่ 7: การตั้งค่าครั้งแรก

เมื่อใช้เป็นครั้งแรก IoT Smart Timer จะต้องเชื่อมต่อกับเครือข่าย WiFi งานนี้ดำเนินการโดยใช้ไลบรารี WiFiManager ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องพิมพ์ SSID หรือรหัสผ่านลงในโค้ด

ทำตามขั้นตอนเหล่านี้:

• เปิดเครื่อง
• ไฟ LED จะเริ่มกะพริบอย่างรวดเร็ว
• กดปุ่ม MODE/SETUP
• เมื่อไฟ LED ดับลง ให้ปล่อยปุ่ม
• รอสักครู่ จากนั้นเปิดการเชื่อมต่อ WiFi ของสมาร์ทโฟนหรืออุปกรณ์ของคุณ
• เครือข่าย WiFi ใหม่ที่เรียกว่า IoT Timer จะปรากฏขึ้น
• เลือกจุดเชื่อมต่อนี้
• เข้าสู่ระบบ IoT Timer (ไม่ต้องใช้รหัสผ่าน)
• รอจนกว่าอุปกรณ์ของคุณจะเชื่อมต่อกับเครือข่าย IoT Timer
• เปิดอินเทอร์เน็ตเบราว์เซอร์ใด ๆ
• ในแถบที่อยู่ ให้พิมพ์ที่อยู่ IP ต่อไปนี้ - 192.168.4.1
• คอนโซล WiFiManager จะเปิดขึ้น
• เลือกกำหนดค่า WiFi
• รายการที่มีจุดเครือข่าย WiFi ที่พร้อมใช้งานจะปรากฏขึ้น
• เลือกเครือข่าย WiFi ที่ต้องการ และพิมพ์รหัสผ่าน
• ถัดไป ป้อนที่อยู่ IP ที่คุณต้องการใช้เพื่อเชื่อมต่อกับ IoT Timer
• ป้อนที่อยู่ IP เกตเวย์เริ่มต้น ตามด้วย mask
• เมื่อตั้งค่าทั้งหมดเสร็จแล้ว ให้คลิกที่ปุ่ม บันทึก
• หน้าต่างใหม่จะเปิดขึ้นเพื่อยืนยันว่าได้บันทึกข้อมูลรับรองใหม่แล้ว
• ปิดเบราว์เซอร์ของคุณ

เมื่อบันทึกแล้ว เครือข่าย IoT Timer จะปิดตัวลง และตัวเครื่องจะพยายามเชื่อมต่อกับเครือข่าย WiFi ของคุณ

• เชื่อมต่อสมาร์ทโฟนหรืออุปกรณ์ของคุณกับเครือข่าย WiFi เดียวกันกับที่ใช้สำหรับ IoT Timer
• เปิดเบราว์เซอร์ของคุณ
• ในแถบที่อยู่ ให้พิมพ์ที่อยู่ IP ของ IoT Timer. ของคุณ
• หน้าการกำหนดค่าของ IoT Timer จะเปิดขึ้น

IoT Timer ของคุณพร้อมใช้งานแล้ว

ขั้นตอนที่ 8: การตั้งค่า IoT Timer

หน้าเว็บในตัวของ IoT Timer ประกอบด้วยห้าส่วน:

สถานะ

ซึ่งจะแสดงชื่ออุปกรณ์ ตลอดจนเวลาปัจจุบันและสถานะเอาต์พุตของตัวจับเวลา

นอกจากนี้ โหมดการทำงานของตัวจับเวลาถูกตั้งค่าไว้ในส่วนนี้ มีสามโหมด:

• อัตโนมัติ - เอาต์พุตจะถูกควบคุมโดยโปรแกรมจับเวลาต่างๆ
• เปิด - เอาต์พุตถูกบังคับให้เปิด และจะยังคงอยู่จนกว่าจะเปลี่ยนโหมด
• ปิด - เอาต์พุตถูกบังคับให้ปิด และจะปิดอยู่จนกว่าโหมดจะเปลี่ยน

โปรแกรม

ส่วนนี้ประกอบด้วยเวลาเปิดและปิดของตัวจับเวลา มีเจ็ดโปรแกรมให้เลือก และแต่ละโปรแกรมสามารถตั้งค่าแยกกันได้

ก่อนเปลี่ยนโปรแกรมถัดไป ให้กดปุ่ม SAVE เพื่อบันทึกการเปลี่ยนแปลงที่ทำกับโปรแกรมปัจจุบัน

ฟังก์ชั่นปุ่ม

สามารถใช้ปุ่ม MODE/SETUP เพื่อควบคุมรีเลย์เอาท์พุตระหว่างการทำงานปกติ ที่นี่เลือกสิ่งที่ปุ่มต้องทำเมื่อกด

ติ๊กช่อง "Update Button Function" ก่อนกดปุ่ม Save เพื่อบันทึกการตั้งค่าใหม่

การกำหนดค่า

ที่นี่ คุณสามารถเปลี่ยนชื่อของ IoT Timer ได้ ทำให้ง่ายต่อการระบุตัวจับเวลาหลายตัว

เวลาบนหน่วยจะได้รับจากอินเทอร์เน็ตผ่านเซิร์ฟเวอร์เวลา NTP หากต้องการแสดงเวลาที่ถูกต้อง โปรดอัปเดตเขตเวลาเป็นภูมิภาคของคุณ

หากคุณต้องการใช้เซิร์ฟเวอร์เวลา NTP อื่น ให้ป้อนที่อยู่ IP ใหม่ลงในช่องว่างที่ให้ไว้

ทำเครื่องหมายที่ช่อง "อัปเดตการกำหนดค่า" ก่อนกดปุ่มบันทึกเพื่อบันทึกการตั้งค่าใหม่

บันทึก

เมื่อเปลี่ยนเขตเวลา เวลาใหม่จะถูกตั้งค่าให้ถูกต้องในการค้นหาครั้งถัดไปเท่านั้น เครื่องถูกตั้งค่าให้อัพเดทเวลาทุกๆ 5 นาที

ปรับเวลา

บางครั้ง เซิร์ฟเวอร์เวลา NTP ไม่ตอบสนองต่อการสืบค้นทุกครั้ง หากใช้เวลานานเกินไปในการตั้งค่าเวลาผ่านเซิร์ฟเวอร์ NTP คุณสามารถป้อนเวลาและวันที่ด้วยตนเอง

ทำเครื่องหมายที่ช่อง "อัปเดตเวลา" ก่อนกดปุ่มบันทึกเพื่อบันทึกเวลาและวันที่ใหม่

การซิงโครไนซ์เวลา

ส่วนสุดท้ายของหน้าระบุเวลาและวันที่ที่มีการซิงโครไนซ์เวลาล่าสุดผ่านเซิร์ฟเวอร์เวลา NTP