Sensor de cerradura y puerta de cobertizo a batería, solar, ESP8266, ESP-Now, MQTT: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

En este Instructable, les muestro cómo hice un sensor alimentado por batería para monitorear el estado de la puerta y la cerradura de mi cobertizo remoto para bicicletas. No tengo energía de red, por lo tanto lo tengo alimentado por batería. La batería se carga mediante un pequeño panel solar.

El módulo está diseñado para un funcionamiento de baja potencia y funciona con un ESP-07S en reposo profundo, que se despierta y comprueba la posición de la puerta y la cerradura cada minuto. Sin embargo, cuando se abre la puerta, el módulo se activa mediante un circuito de hardware simple para enviar inmediatamente la información de "puerta abierta". El módulo se comunica a través de ESP-Now, en el que el tiempo de transmisión es muy corto, requiriendo solo una pequeña cantidad de energía.

Mi domótica que se ejecuta en Openhab y Mosquitto maneja los mensajes y me envía un mensaje alarmante a través de Telegram si la alarma está encendida.

Suministros

Todos los componentes se compran en Aliexpress.

• El módulo ESP-07S se elige para la fácil conexión de una antena externa para aumentar el rango ESP-Now.
• Placa de carga TP4056 con protección de batería
• Batería LiPo 18650
• Interruptor de lengüeta (NO para monitorear la posición de la puerta)
• Interruptor de contacto (posición de bloqueo del monitor)
• Panel solar (6 V, 0,6 W)
• Transistores, resistencias, diodos, conectores (ver esquema)

Paso 1: hardware

El esquema de construcción se incluye como imagen. Primero hice un prototipo del circuito en una placa de pruebas. Luego soldé todos los componentes en una placa perf.

Utilizo un módulo ESP-07S ESP8266 ya que tiene una conexión para una antena externa. Dado que mi cobertizo para bicicletas está afuera, la señal WiFi debe atravesar una pared de concreto. Descubrí que una antena externa aumenta considerablemente el alcance del ESP-Now. Bastante lógico, ya que se trata de una señal WiFi.

Para el sensor de la puerta utilicé un interruptor de láminas con conexiones botn NO y NC. Cuando la puerta está cerrada, un imán adjunto al abre el interruptor. El módulo verifica el estado de la puerta y la cerradura cada 60 segundos, sin embargo, cuando se abre la puerta, quiero ser informado de inmediato, por lo que implementé un circuito de reinicio, ver más abajo.

Para el sensor de bloqueo utilicé un interruptor de contacto con ambas conexiones NO y NC. Cuando la cerradura está cerrada, el pasador de seguridad abre el interruptor. Entonces, tanto el sensor de la puerta como el sensor de bloqueo están normalmente abiertos (NO).

La batería se carga a través de una placa de carga TP4056 con protección de batería conectada a un pequeño panel solar de 6V.

Explicaré algunas partes del circuito a continuación.

Circuito de reinicio

El circuito de reinicio con el 2N7000 Mosfet está conectado al pin de reinicio del ESP8266. Si la puerta está cerrada, el contacto está abierto, tanto la puerta como la fuente del transistor están altas y el mosfet está apagado. El condensador conectado a la puerta tiene una carga positiva. El ESP8266 lee GPIO12 como ALTO = cerrado.

Cuando se abre la puerta, la fuente del mosfet está conectada a tierra. Dado que la puerta está alta, el mosfet se enciende y tira del pin de reinicio a tierra, lo que da como resultado un reinicio del ESP8266. El condensador se descarga a través de R7 y luego apaga el mosfet. Vea la captura de pantalla de mi osciloscopio para el pulso bajo de 50 ms. Después del pulso, el ESP8266 arranca. El ESP8266 lee GPIO12 como BAJO = abierto.

Cuando la puerta se cierra de nuevo, la resistencia R6 tira de la fuente y GPIO12 hacia arriba.

Monitoreo de batería

El voltaje de la batería se lee a través de un divisor de voltaje entre VBat y GND. Sin embargo, no quiero una conexión permanente entre VBat y GND, porque agota la batería. Por lo tanto, coloco un mosfet de canal P en el lado alto del divisor de voltaje y la puerta del mosfet se levanta, por lo que el mosfet está apagado. Solo cuando GPIO14 está bajo, el mosfet se enciende y el ESP8266 puede leer el voltaje con el ADC.

Paso 2: software

El módulo ESP8266 se encuentra principalmente en modo de suspensión profunda para ahorrar energía.

Cada 60 segundos, el módulo arranca con WiFi desactivado y mide la posición de la cerradura y la puerta y verifica si estas posiciones han cambiado en comparación con los valores almacenados en la memoria RTC. Si una posición ha cambiado, el módulo duerme durante un tiempo mínimo y se despierta con WiFi habilitado para enviar la nueva posición a través de ESP-Now. Y, por supuesto, las nuevas posiciones se almacenan en la memoria RTC. Si no se cambió nada, el módulo simplemente vuelve a dormir y se activa con el WiFi apagado.

Vea mi otro Instructable en el que explico cómo uso ESP-Now para transmitir mensajes y transformarlos en mensajes MQTT.

Si el 'circuito OTA' se cierra manualmente mediante un puente, el módulo se activa y se conecta a mi red WiFi para esperar una actualización OTA a través de ESP8266HTTPUpdateServer.

Cada 30 minutos se mide y publica el voltaje de la batería.

Funciona como una máquina de estados. Los estados se definen en el programa que se publica en mi Github.

STATE_CHECK: despierta con la radio apagada (WiFi apagado), solo verifica si algo ha cambiado

STATE_INIT: despierta con la radio encendida (WiFi encendido) y transmite los estados de la puerta y la cerradura

STATE_DOOR: despierta con la radio encendida, publica el estado de la puerta la próxima vez que se inicie

STATE_LOCK: despierta con la radio encendida, publica lockstate la próxima vez que se inicie

STATE_VOLTAGE: despierte con la radio encendida, publique voltaje la próxima vez que se inicie

STATE_OTA 5: despierta con la radio encendida, ve al modo OTA

Paso 3: ensamblar

Utilizo terminales de tornillo y conectores DC macho / hembra para poder montar y desmontar mi proyecto. Pongo todas las piezas en una pequeña caja de ABS, mira las fotos. Encapsulé las partes en cinta Kapton para aislamiento eléctrico.

Conecto el panel solar a través de un enchufe de CC macho (5,5 x 2,1) con un diodo 1N5817 que tiene un voltaje directo bajo.

El interruptor de lengüeta está pegado en la caja y un imán pegado a la puerta en la posición correcta.

El contacto de bloqueo se ingresa desde el lateral, vea la imagen.

Paso 4: Módulo de trabajo

Los datos recibidos son leídos por mi domótica Openhab. Me gusta, puedo publicar los archivos de Openhab.

Yo monitoreo:

• El voltaje de la batería (con persistencia, por lo que veo el voltaje a lo largo del tiempo en un gráfico).
• Las posiciones de la puerta y la cerradura.
• Las veces que ha cambiado la posición.

De esta forma, cuando me acuesto, puedo ver fácilmente si todos los cobertizos están cerrados.

Al comienzo del uso, la batería se cargó en un día brillante y, después de una semana, la batería estaba completamente cargada. Ahora en otoño, la batería permanece cargada. Aparentemente, el módulo es muy económico y usa mucha menos energía que la que genera un pequeño panel solar. La robusta batería probablemente tenga energía durante unos meses de oscuridad. Veamos cómo funciona el módulo este invierno, cuando la temperatura en el cobertizo es mucho más baja.