Batteriebetriebener Schuppentür- und Schlosssensor, Solar, ESP8266, ESP-Now, MQTT - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

In diesem Instructable zeige ich Ihnen, wie ich einen batteriebetriebenen Sensor hergestellt habe, um den Tür- und Schlossstatus meines Remote-Fahrradschuppens zu überwachen. Ich habe keinen Netzstrom, deshalb habe ich es batteriebetrieben. Geladen wird der Akku über ein kleines Solarpanel.

Das Modul ist für den Betrieb mit geringem Stromverbrauch ausgelegt und läuft auf einem ESP-07S im Tiefschlaf, das jede Minute aufwacht und die Tür- und Schlossposition überprüft. Wenn die Tür jedoch geöffnet wird, wird das Modul durch eine einfache Hardwareschaltung geweckt, um sofort die Information „Tür geöffnet“zu senden. Das Modul kommuniziert über ESP-Now, bei dem die Übertragungszeit sehr kurz ist und nur wenig Energie benötigt wird.

Meine Hausautomation, die auf Openhab und Mosquitto läuft, verarbeitet die Nachrichten und sendet mir eine alarmierende Nachricht per Telegramm, wenn der Alarm eingeschaltet ist.

Lieferungen

Alle Komponenten werden von Aliexpress gekauft.

• Das ESP-07S-Modul wird für den einfachen Anschluss einer externen Antenne gewählt, um die ESP-Now-Reichweite zu erhöhen.
• TP4056 Ladeplatine mit Batterieschutz
• 18650 LiPo-Akku
• Reed-Schalter (NEIN zur Überwachung der Türposition)
• Kontaktschalter (Position Monitorverriegelung)
• Solarpanel (6V, 0,6W)
• Transistoren, Widerstände, Dioden, Anschlüsse (siehe Schaltplan)

Schritt 1: Hardware

Der wie gebaute Schaltplan ist als Bild enthalten. Ich habe zuerst die Schaltung auf einem Steckbrett prototypiert. Dann habe ich alle Komponenten auf einem Perfboard gelötet.

Ich verwende ein ESP-07S ESP8266-Modul, da es einen Anschluss für eine externe Antenne hat. Da mein Fahrradschuppen draußen ist, muss das WLAN-Signal durch eine Betonwand gehen. Ich habe herausgefunden, dass eine externe Antenne die Reichweite des ESP-Now stark erhöht. Ganz logisch, da es sich um ein WiFi-Signal handelt.

Für den Türsensor habe ich einen Reedschalter mit botn NO und NC Anschlüssen verwendet. Beim Schließen der Tür öffnet ein an der Tür befestigter Magnet den Schalter. Das Modul überprüft alle 60 Sekunden den Tür- und Schlosszustand, aber wenn die Tür geöffnet wird, möchte ich sofort informiert werden, deshalb habe ich eine Reset-Schaltung implementiert, siehe unten.

Für den Schlosssensor habe ich einen Kontaktschalter mit botn NO- und NC-Anschlüssen verwendet. Wenn das Schloss geschlossen ist, öffnet der Sperrstift den Schalter. Sowohl der Türsensor als auch der Schlosssensor sind also normalerweise geöffnet (NEIN).

Der Akku wird über eine TP4056-Ladeplatine mit Batterieschutz geladen, die an einem kleinen 6V-Solarpanel befestigt ist.

Ich werde einige Teile der Schaltung unten erklären.

Rücksetzschaltung

Die Reset-Schaltung mit dem 2N7000 Mosfet wird an den Reset-Pin des ESP8266 angeschlossen. Wenn die Tür geschlossen ist, ist der Kontakt geöffnet, sowohl das Gate als auch die Source des Transistors sind hoch und der Mosfet ist ausgeschaltet. Der mit dem Gate verbundene Kondensator ist positiv geladen. Der ESP8266 schreibt GPIO12 als HIGH = geschlossen.

Wenn die Tür geöffnet wird, wird die Quelle des Mosfets mit Masse verbunden. Da das Gate hoch ist, wird der Mosfet eingeschaltet und zieht den Reset-Pin auf Masse, was zu einem Reset des ESP8266 führt. Der Kondensator wird über R7 entladen und schaltet dann den Mosfet ab. Siehe Screenshot meines Oszilloskops für den niedrigen Impuls von 50 ms. Nach dem Puls fährt der ESP8266 hoch. Der ESP8266 reedet GPIO12 als LOW = offen.

Wenn die Tür wieder geschlossen wird, zieht der Widerstand R6 die Quelle und GPIO12 hoch.

Batterieüberwachung

Die Batteriespannung wird über einen Spannungsteiler zwischen VBat und GND ausgelesen. Allerdings möchte ich keine dauerhafte Verbindung zwischen VBat und GND, weil das die Batterie entlädt. Dafür habe ich einen P-Kanal-Mosfet auf die High-Side des Spannungsteilers gelegt und das Gate des Mosfet wird hochgezogen, so dass der Mosfet ausgeschaltet ist. Erst wenn GPIO14 niedrig ist, wird der Mosfet eingeschaltet und der ESP8266 kann die Spannung mit dem ADC reeden.

Schritt 2: Software

Das ESP8266-Modul befindet sich meistens im Deep-Sleep-Modus, um Strom zu sparen.

Alle 60 Sekunden fährt das Modul mit deaktiviertem WLAN hoch und misst die Schloss- und Türposition und überprüft, ob sich diese Positionen im Vergleich zu den im RTC-Speicher gespeicherten Werten geändert haben. Wenn sich eine Position geändert hat, schläft das Modul für eine minimale Zeit und wacht mit aktiviertem WLAN auf, um die neue Position über ESP-Now zu senden. Und natürlich werden die neuen Positionen im RTC-Speicher abgelegt. Wenn nichts geändert wurde, schläft das Modul einfach wieder und wacht mit ausgeschaltetem WLAN auf.

Siehe mein anderes Instructable, in dem ich erkläre, wie ich ESP-Now verwende, um Nachrichten zu übertragen und sie in MQTT-Nachrichten umzuwandeln.

Wenn der 'OTA-Circuit' manuell über einen Jumper geschlossen wird, wacht das Modul auf und verbindet sich mit meinem WiFi-Netzwerk, um auf ein OTA-Update über ESP8266HTTPUpdateServer zu warten.

Alle 30 Minuten wird die Spannung der Batterie gemessen und veröffentlicht.

Es funktioniert als Zustandsmaschine. Die Zustände sind im Programm definiert, das auf meinem Github veröffentlicht wird.

STATE_CHECK: Aufwachen mit Radio aus (WiFi aus), einfach nachschauen, ob sich etwas geändert hat

STATE_INIT: Aufwachen mit Radio an (WiFi an) und Tür- und Schlossstatus übertragen

STATE_DOOR: Aufwachen mit eingeschaltetem Radio, Türstatus beim nächsten Start veröffentlichen

STATE_LOCK: Aufwachen mit eingeschaltetem Radio, Lockstate beim nächsten Hochfahren veröffentlichen

STATE_VOLTAGE: Aufwachen mit eingeschaltetem Radio, Spannung beim nächsten Hochfahren veröffentlichen

STATE_OTA 5: Aufwachen mit eingeschaltetem Radio, Gehe in den OTA-Modus

Schritt 3: Zusammenbauen

Ich verwende Schraubklemmen und DC-Stecker / -Buchsen, um mein Projekt montieren und demontieren zu können. Ich habe alle Teile in eine kleine ABS-Box gelegt, siehe Bilder. Ich habe die Teile zur elektrischen Isolierung in Kaptonband gekapselt

Ich verbinde das Solarpanel über einen männlichen DC-Stecker (5,5 x 2,1) mit einer 1N5817 Diode, die eine niedrige Durchlassspannung hat.

Der Reedschalter wird in die Dose eingeklebt und ein Magnet wird an der richtigen Position an die Tür geklebt.

Der Schlosskontakt wird von der Seite betreten, siehe Bild.

Schritt 4: Arbeitsmodul

Die empfangenen Daten werden von meiner Openhab Hausautomation gelesen. Wenn es Ihnen gefällt, kann ich die Openhab-Dateien posten.

Ich beobachte:

• Die Batteriespannung (mit Persistenz, damit ich die Spannung über die Zeit in einem Diagramm sehe).
• Die Tür- und Schlosspositionen.
• Die Zeiten, in denen sich die Position geändert hat.

So kann ich beim Zubettgehen leicht sehen, ob alle Schuppen abgeschlossen sind.

Zu Beginn der Nutzung wurde der Akku an einem hellen Tag aufgeladen und nach einer Woche oder so war der Akku vollständig aufgeladen. Jetzt im Herbst bleibt die Batterie geladen. Anscheinend ist das Modul sehr sparsam und verbraucht viel weniger Energie als ein kleines Solarpanel erzeugt. Der bullige Akku reicht wahrscheinlich für ein paar Monate Dunkelheit. Mal sehen, wie sich das Modul in diesem Winter verhält, wenn die Temperatur im Schuppen viel niedriger ist.