Добрый день,
Интересует история и опыт создания WiFi датчика открытия двери или наступления иного события, которое нужно зарегистрировать?
Вам под кат! Будет интересно!
Мотивация
Изначально мне хотелось с минимальными затратами времени и денег сделать датчик открытия входной двери в квартиру. Мне было интересно знать, ходит ли владелец в жильё, которое мы снимали.
Структура статьи
В этой статье я опишу несколько версий датчика и примененных схемотехнически-программных методов с целью сделать устройство лучше. Статья будет полезна для тех, кто хочет реализовать свою идею при батарейном питании ESP8266, но опасается, что двух АА батареек не хватит для работы ESP в режиме сна с периодическим пробуждением.
Я отдаю себе отчет, что на данный момент лучшим вариантом был бы BLE/ZigBee, но они на тот момент требовали создания дополнительной инфраструктуры, чего я хотел избежать дома и что бывает невозможно в условиях офиса.
Первая версия датчика
Идея и реализация были подсмотрены на Pinterest.
В ESP я прошил интерпретатор Бейсика. ESP при сбросе подключается к WiFi и посещает прописанный URL и засыпает.
URL это WebHook сервиса ifttt.com. При каждом посещении заданного URL ifttt.com посылает e-mail с заданной темой и датой/временем наступления события. Ввиду того, что имейлы можно получать и на компьютере и на мобильном устройстве, а также сортировать в папки фильтрами — система доставки событий уже готова :)
Система с WebHook-ами будет использована во всех версиях датчиков.
Аппаратно это была крайне энергонеэффективная связка платы NodeMcu и роутера HAME MPR-A2 в режиме повербанка:
Одного заряда встроенной в роутер 18650 хватало на неделю работы устройства, впрочем этого времени хватало для «охраны» квартиры во время командировок.
К земле и линии Reset был припаян нормальноразомкнутый геркон, который выводил из сна плату при открытии двери. Такое решение требовало расположить магнит так, чтобы при закрытой двери геркон был разомкнут, и лишь при открытии двери он должен был ненадолго замкнуться, чтобы сбросить плату и инициировать работу программы.
Плюсы:
+Собрано за 30 минут на коленке из имеющихся деталей.
Минусы:
-Малое время работы из-за двойного преобразования напряжения.
-Бейсик отрабатывал программу 10+секунд.
Вторая версия датчика
Решено избавиться от Бейсика в пользу Ардуино, а также от двойного преобразования питания и сделать какой-то анализ бюджета питания вообще.
По питанию был выбор: литий+LDO или литий+импульсный преобразователь или просто 2хАА.
Выбрал просто 2хАА и мысленно готовился менять батарейки каждый месяц :)
Использовал вот такие щелочные батарейки:
Код был содран с примера среды Ардуино
#include <Arduino.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WiFiMulti.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>
ESP8266WiFiMulti WiFiMulti;
void setup() {
WiFiMulti.addAP("myssid", "mypassword");
}
void loop() {
// wait for WiFi connection
if((WiFiMulti.run() == WL_CONNECTED)) {
HTTPClient http;
http.begin("http://maker.ifttt.com/trigger/entrancedoor/with/key/censored"); //HTTP
int httpCode = http.GET();
http.end();
ESP.deepSleep(999999999*999999999U, WAKE_NO_RFCAL);
}
}
Достал из запасов
пластиковую коробочку 60*36*25mm и оформил в неё датчик:
Внутри треш и угар, геркон всё так же на reset+gnd, снял светодиод с ESP, блокировочный конденсатор отвалился и всё на проводах.
Не забываем, это глубокая beta-версия, которая в таком как она есть виде всё-же смогла меня удивить:
Герконовый датчик прикручен, в косяк двери вставлен маленький магнит, коробочка приклеена липучей велкро S-12730 к стене.
Когда дверь открывается, то магнит кратковременно пролетает над герконом и сбрасывает ESP:
Анализ потребления питания
Так как в моей схеме питания нет никаких преобразований совсем, то всё что потребит во время работы и сна датчик — то я и потеряю, и мне захотелось оценить эти потери.
В активном режиме датчик работает 5 секунд и получается вот такая кривая потребления:
Я даже
делал отдельный топик с самодельным приспособлением для замеров.
Всё остальное время датчик спит, и потребление во сне у разных версий модулей очень отличается.
Разброс от 16мкА до 250мкА во сне и всё из-за неотмытых плат, левых чипов флеш-памяти и дешевых модулей:
Попытка использовать ESP8285 дала 250мкА ток сна(WTF???):
Модуль по ссылке из заглавия имел ток сна 16мкА:
А теперь самое интересное, цифры:
На одной паре батареек АА датчик работал с 18го июня 2018г 06:51AM до 4 октября 2019г 09:41PM что составило 473 дня!
За эти 473 дня датчик сработал 8912 раз(!!!).
Так что мой пессимизм по поводу смены батарей каждый месяц был глубоко не оправдан.
Когда утром 5го октября 2019го я не получил от датчика e-mail, я вскрыл коробочку и нашел батареи в таком состоянии(пара новых с черной изолентой для сравнения):
Эта окисленная пара, которая вчера смогла в последний раз, имела напряжение 2,46В и внутреннее сопротивление по YR1030 0,49 Ом :)
Немного арифметики, которая показывает на что можно рассчитывать строящему устройство на ESP+2xAA:
1. 8912*5/60/60=12,36 часов в активном режиме работы.
2. 473*24-12,36=11339,64 часов во сне.
3. 11339,64*0,016=181мА*ч было потрачено во сне, и я это исправлю в следующей версии датчика.
Построил еще один датчик второй версии, установил на работе, и отловил редиску, которая лазила по моим шухлядкам :)
Плюсы:
+Существенно большее время автономной работы по сравнению с первой версией.
+Проще конструкция.
Минусы:
-Замкнутый надолго геркон не даст возможность коду сработать, как и в первой версии.
-Механический геркон, может стоит рассмотреть датчик Холла?
-Есть ненулевой (16мкА) ток сна, который можно и нужно оптимизировать.
Третья итерация
Не стал называть версией, так как третья итерация дала мне три разных датчика.
Купил пять разных датчиков Холла и проверил их потребление:
1. DRV5032FBDBZR - 0,74мкА
2. RR121-1B13-311- 0,19мкА
3. DRV5032FADBZR - 1,64мкА
4. CT832BV-HS3 - 1,05мкА
5. Si7201-B-00-FV- 0,35мкА
Решил продолжать с номером пять, как с самым стабильно работающим.
По наводке от
uncle_sem купил герконищи:
Я нашел таймер TPL5110, который позволит не работать с линией reset и сократить потребление датчика во сне.
По даташиту таймер потребляет 35нА, а в реальности 10нА. Таймер позволяет либо периодически включать устройство с помощью внешнего мосфета, что было бы полезно для датчика температуры, либо работать в одиночном режиме по команде.
Я выбрал одиночный режим. К таймеру был куплен P-CH мосфет SSM3J338R,LF, вот они на макетницах:
Вот пример использования таймера из
даташита:
Я поставил задающий резистор на 12кОм для получения 11-и секундной задержки во включенном состоянии. Кроме того у таймера есть возможность досрочного отключения ESP если получит высокий уровень на входе «Done» я подключил его к GPIO 4 так как на нем нет никакой активности при старте ESP.
Доработанный код с учетом таймера
#include <Arduino.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WiFiMulti.h>
#include <ESP8266HTTPClient.h>
int cntr=0;
ESP8266WiFiMulti WiFiMulti;
void setup() {
digitalWrite(4,LOW);
pinMode(4,OUTPUT);
WiFiMulti.addAP("myssid", "mypassword");
}
void loop() {
// wait for WiFi connection
if((WiFiMulti.run() == WL_CONNECTED)) {
HTTPClient http;
http.begin("http://maker.ifttt.com/trigger/entrancedoor/with/key/censored"); //HTTP
int httpCode = http.GET();
http.end();
digitalWrite(4,HIGH);
delay(10);
ESP.deepSleep(0);
}
delay(200);cntr++;
if (cntr==150)
{
digitalWrite(4,HIGH);
delay(10);
ESP.deepSleep(0);
}
}
Первая тестовая плата с неотмытым флюсом, но всё-же заработала:
Оказалось, между DRV TPL5110 и затвором мосфета нужно было поставить 5кОм резистор, чтобы всё работало как надо.
Я испытал на этой тестовой плате и геркон и датчик Холла и даже оптопару и создал 4 платы:
1. Нано плата только с таймером, размером 16х16мм, как раз помещается сзади ESP:
2. Плата для таймера с герконом для корпуса 60*36*25mm
3. Плата для таймера с оптопарой — датчик дверного звонка.
4. Плата для таймера с датчиком Холла на торце.
Вот они в фотовиде:
Вот они смонтированы:
Плюсы:
+10нА ток сна датчика с герконом или оптопарой.
+360нА ток сна у версии с датчиком Холла.
+Замкнутый надолго геркон/Холл/оптопара больше не будут препятствовать выполнению программы.
+Нано-версию можно встроить даже в шкатулку, настолько она маленькая.
Минусы:
-Нет возможности различать факт открытия или закрытия двери. На оба события будет сработка, если между ними более 5 секунд.
-Энергопотребление в активном режиме выше, чем у современных не-WiFi альтернатив.
Выводы
Всё получилось как задумано, результат радует глаз.
Всем добра!
Сорямба за дубляж))
Тогда ESP-01D просто не было, сейчас альтернатив больше. Последние платы третьей версии датированы доковидной эрой :)
И нет ли возможности что то мелкое положить в ящик, не открывая дверцу почтальона?
Визитку сложенную вдвое можно втиснуть в ящик не открывая его, не более.
А именно датчик на почтовый ящик.
Т.к. периодической корреспонденцией не интересуюсь, то и ящик проверяю спорадически.
А хотелось бы это делать «по событию».
И отправлять инфу на телефон.
Полагаю, что это реально, если wifi имеет выход в инет и ума хватит на smtp)))
Возник вопрос:
А почему не задействовать самую мелкую(по моим данным) из ESP'шек?
ESP8285 ESP-01D
//напряжение питания
ADC_MODE(ADC_VCC);
…
voltaje = ESP.getVcc();
//можно контролировать питание
//и почту можно
…
Можно было бы ds18b20 eще приляпать.
Что бы более информативные пакеты слать.
Да и прогнозировать разряд АКБ с поправкой на температуру.
ТС в плане энергопотребления рассудил верно.
Геркон или Холла на худой конец.
К есп приемник копеечный, т.к. датчик беспроводной питание от розетки, уведомления в телегу, примеров валом. Проблему постановки на охрану хотел решить постоянным мониторингом наличия телефонного блютуз в доступе но забил, пусть лишний раз срабатывает при выходе для проверки что все работает
2. ISM-диапазон в месте моего жительства чрезвычайно загружен, и такой датчик пропускает сработки, а значит не подходит.
3. Постановку и снятие на охрану можно сделать классическим способом: ридеры на вход и выход, магнитную защелку на дверь. Когда все вышли — сработка датчика открытия двери без чтения ридеров(ломают дверь) или по датчику движения(влезли в окно) подымают сирену и оповещение. Требует дисциплины, но тренируется за 1-2 месяца и работает безотказно.
единственно при указании пина на котором приемник под есп нужно так rfReceiver.enableReceive(digitalPinToInterrupt(GPIO_NUM_32));
для пина 32 например
Редакт
Дочитал статью до конца, есть пример монитора эфира, буду пробовать. спасибо
2. Зачем таймер? Тем более что вы управляете таймером от есп — так управляйте мосфетом напрямую! Правда это только с п.3.
3. Зря вы считаете геркон менее надежным чем ДХ. Я бы оставил геркон параллельно мосфету и, далее см п.2.
4. Если уж развивать дальше — у вас есть один недостаток — требуется два устройства — сам датчик и магнит — крепить к двум разным поверхностям (стена и дверь). Я бы сделал выступающий из коробочки нажимной микрик — тогда просто лепим коробочку на что то типа комадоровских липучек на косяк так чтобы дверь нажимала толкатель… Для съемных и прочих временных помещений — идеально: монтируется мгновенно, демонтируется еще быстрее, не оставляет следов…
5. Минус — требует настройки до установки. Я бы сделал режим safemode где бы есп поднимала точку доступа со страницей настроек.
А так — все круто! Первые два замечания пришли в голову сразу как начал читать (собственно я их реализацию и искал далее в тексте :) ). Остальные — по мере написания этого камента… Не примите за критику, но лишь в развитие проекта для.
Сам факт открытия уже здорово помогал понимать происходящее. Например вернулся ли ребенок со школы, который не слышал звонок мобилки :)
Помню даже один раз e-mail с датчика помог в суде отбить штраф за парковку, просто доказав момент моего прихода домой (эвакуировали машину в связи с уборкой снега).
1. Я думал сделать замер напряжения батареи, но не успел, так как датчик стал для меня не актуальным. Любой кому это будет интересно — может это сделать. Кроме того я рассматривал аппаратный супервайзор питания как вариант.
2. В текущей связке таймер ведущий а ESP — ведомый девайс. Хотя ESP и говорит ведущему, что дела сделаны досрочно.
3. Это плохая идея коммутировать 150мА@3В в пике герконом, ему быстро придет конец. Я потому и искал таймер, чтобы через контакты геркона не гнать силу, которая будет приваривать контакты при каждом включении и заряде блокировочных емкостей.
Это уже потом, после успеха с герконом и таймером я к таймеру добавил вариант с оптопарой/Холлом, последний имеет намного сильную чувствительность к магниту, чем любой геркон.
4.Для этого я сделал нано-версию, к ней идеально на проводах подключить любой внешний выключатель.
5.Да, делалось для себя, самый минимум — только хардкор и с вот такой вундерваффе для перешивки :)
Я таймер ставил чисто из-за интереса, таймер позволяет сделать датчик температуры с минимальной сменой кода. Другое дело, что руки не дошли до этого, но кому-то эта идея может пригодится.
5. Офигеть :)
Понятно что для себяи длярешения конкретной задачи. Именно поэтому — СПАСИБО что выложили наработки. Действительно интересный вариант использования.
WiFi датчик открытия двери своими руками.
Минусы:
— Нет возможности различать факт открытия или закрытия двери.
Смешно :))
Имхо, первое, что нужно делать в съемной квартире — менять личинку замка.
Не ходил без предупреждения.
Ходил предупреждая ежегодно с проверкой пожарных датчиков.
Менять личинку нет смысла, так как ключ от новой нужно предоставить владельцу.
Если надо только зафиксировать факты срабатывания датчика — ардуина, модуль точных часов, модуль поддержки microSD карт. Писать на карту дату-время срабатывания датчика. Приехал из командировки — вынул карточку, просмотрел лог. Вообще ничего не нужно, кроме питания.
Если надо мгновенное оповещение — ардуина, GSM модуль, SIM-карта. Пусть звонит на зашитый в прошивке (или записанный в первую ячейку памяти SIM-карты) номер (список номеров). Трубку не снимать — будет бесплатно. Не нужен WiFi и внешние сервисы, достаточно покрытия GSM сети.
Вместо геркона — можно микроволновый датчик, тогда ничего не надо сверлить и приклеивать (на съёмной квартире это может быть не разрешено), работать может скрытно, из-за радиопрозрачного препятствия (из шкафа, из кармана куртки на вешалке и т.п.)
Экономия питания и работа от батареек полтора года — очень хорошо, но в квартире смысл этого — только отсутствие проводов. Так то этого питания в квартире «просто завались». Не будет света — не будет и WiFi.
И ещё, по питанию — можно сделать питание от литиевого аккумулятора, девайс периодически (раз в 3-6-12-24 часа) смотрит напряжение на нём, если меньше порога (например 3 вольта) — включает (например омроновским оптосемистором 202-м) розетку с воткнутым в неё зарядником. Т.е. зарядник не включен постоянно, а включается только подзарядить акк. Т.к. «ходят слухи» что такой режим продлит срок службы аккумулятора. Получится и питание от сети, и резервирование на случай отключения.
А датчик на дверной звонок я делал с целью выяснить, приходил ли почтовый курьер, пока я на работе? Легче же узнать через e-mail прямо на работе, чем придя домой и дёрнув SD-карту вечером?
GSM покрытия уже тогда не было, только 3G/LTE, так что нужен был бы модуль 3G/LTE с североамериканскими частотами, который если и существует, то совсем за другие деньги. А двух батареек на год хватит питать ардуину и 8 тыс смс? А поместится вместе с питанием в 60*36*25mm?
Самая дешевая сим-карта тогда стоила $25+14.9% налогов в месяц, получится золотое мгновенное оповещение. Да и как быть, когда улетел в другую страну? Например на Кубе и роуминга не было, а имейлы через местный вайфай ходили…
Все тарифы в Канаде, как правило, безлимитны, но месячную негуманную абонплату — будь добр отстегнуть.
WiFi это моя зона ответственности, он дома нужен и идет в этой задаче как «дано».
Заменой URL в коде на локальный IP датчик быстро начинает работать с внутренним сервисом, тогда ему даже интернет не нужен. Только WiFi и сервис на самом роутере локально. Просто это выходит за рамки статьи, но очень даже возможно.
Можно и сверлить и клеить.
В своей я бы сделал проводной датчик, протянув провода. В съемной — нет и в этом есть смысл.
За последние 8 лет я был свидетелем отключений света 4 раза(из них три — плановых) в общей сложности на часов 5.
Да и после постройки вот этого инжектора мой WiFi, роутер и кабельный модем запитаны от резервного батарейного источника питания, потому при выключении был и будет WiFi c Интернетом.
Если была бы розетка рядом, то это был бы проводной датчик. А я описал беспроводной, который можно в подъезде в почтовый ящик поставить, где нет розетки, но лишь бы добивал WiFi…
Кстати, остались ли в РФ тарифы без абон.платы — ещё надо посмотреть. У меня все номера на таких, но новых на эти тарифы не подключают.
Можно поставить локальный URL и не завязываться на ifttt.com
Кто-то решил считать целочисленную арифметику на центральном процессоре компьютера, и сказал другим — присоединяйтесь.
Потом другой сказал — а давайте мы будем её быстрее считать на ядрах ATI (теперь AMD)?
Появился третий и сказал, зачем вы считаете целочисленную арифметику на ядрах ATI? Да так что эти ядра в куче с простаивающей быстрой памятью жрут под 300Ватт энергии?
Давайте мы скинемся и зафотошопим литографию, и сделаем много ядер и мало памяти в кастомном ASIC-е, чтобы эта целочисленная математика вертелась так же быстро как и на ядрах ATI, но при этом жрала 4 Ватта, но впендюрим на плату много таких ASIC-ов? Сказано — сделано. И да настанет дефицит электроэнергии :)
Четвертый почесал репу и сказал — а я вам сделаю так, чтобы вы обязательно считали так всё сложно, чтобы никаких ASIC-ов не прокатило и нужно было только на ядрах AMD/NVidia c памятью побольше, чем у третьего. И да настанет дефицит игровых видеокарт!
Пятый подошел и сказал, а давайте вам не хватит ни асиков без памяти ни самых крутых AMD/NVidia с кучей памяти, давайте строить плоты на жестких дисках, и взмахнув рукой — я создаю, присоединяйтесь…
Шестой подумал, почесал репу, вдохнул гелия и сказал — да будет лес антенн в LORA-стандарте и да настанет дефицит Raspberry Pi…
Я согласен:
Вопрос ещё — если датчик холла — то он формирует импульс в отличае от геркона, если импульса хватит чтобы зарядить кондер через мосфет и запустить еспшку, то используя один из ее контактов и подав на него 1 на этот же мосфет, питание будет и дальше, потом все выполнить, и подать 0, как только кондер разрядился, еспшка обесточится — можно таймер выкинуть.
Снифал трафик, микротик менее 10мс тратит на offer.
€ 6,86 https://aliexpress.com/item/item/1005002931519854.html
есть tamper alarm,open/close,low voltage notify
ну и e-mail в качестве уведомления- не очень надежно и удобно. Пуши на телефон в телеграме или push приложениях- гораздо лучше. в некоторых можно задать разные звуки на разные события. (от сирены до короткого beep)
Еще дольше батарея протянет и понятно состояние(открыто, закрыто) (типа решение изобретательских задач :-)
Важное:
Вход “DONE” TPL5110 обязательно следует притянуть к земле резистором. Я использовал резистор номиналом 570 КОм. (ссылка). Вход TPL5110 высокоимпедансный, выход esp в третьем состоянии, плавающее соединение ловит любые наводки.
Неважное:
Резистор между выходом и затвором полевика не нужен.
Код после отключения питания (задержка и перевод в сон) никогда не выполнится.
В моей конструкции притягивающий к земле ногу DONE резистор есть, а затвор полевика напрямую присоединен к ноге управления. Работает больше года идеально.
После первого нажатия на кнопку спуска таймер уходил в бесконечные попытки дрыгнуть затвором, т.е. даже через 11 сек ничего не прекращалось. А значит таймер не считал время совсем.
Но логично думать, что описанная ситуация похожа на запуск и мгновенный останов таймера.
Почему не помогло заземлить ногу DONE — не знаю. Должно. Либо таймер не родной, а китайская копия, либо еще какая-то причина.
пы.сы. не вижу маркировки полевика. для тех кто хочет повторить он должен быть типа Logic Level, обычный тупо не откроется на всю катушку от 3в..5в (обычному надо 10в).
это я вам как психолог говорю.
Берётся кусочек прозрачной плёнки и вставляется в щель между дверью и коробкой. Всё. Затраты времени и денег минимальнее просто некуда.
Если в квартиру ходили — плёнка упадёт.
открыли — питание на устройство пошло, и шлем сообщение
экологично, молодежно)))
Если закрыть дверь быстрее 5 секунд, то оповещение не придет.
и тд и тп)))
ifttt.com/telegram
Я такой батарейкой настенные часы испортил…