Temperatūros ir drėgmės monitorius: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šioje pamokoje aš jums parodysiu, kaip savo kambariui pasidaryti temperatūros ir drėgmės monitorių. Įrenginys taip pat turi „WiFi“galimybes, kad būtų galima registruoti duomenis nuotoliniame serveryje (pvz., „Raspberry Pi“) ir vėliau juos pasiekti naudojant paprastą žiniatinklio sąsają.

Pagrindinės prietaiso dalys yra ESP8266 mikrovaldiklis, DHT11 temperatūros ir drėgmės jutiklis ir 16x4 simbolių skystųjų kristalų ekranas. Projektas yra visiškai atviro kodo, todėl nedvejodami atsisiųskite gaubto scheminius, lentos išdėstymo ir dizaino failus ir atlikite bet kokius jums patinkančius pakeitimus.

1 žingsnis: įrankiai ir dalys

Norėdami sukurti monitorių, jums reikės šių dalių:

1 x ESP-12F [2 €]-Kiek žinau, ESP-12E ir ESP-12F iš esmės yra identiški, tuo tarpu ESP-12F turi geresnę anteną.

1 x DHT11 temperatūros ir drėgmės jutiklis [0,80 €] - DHT22 taip pat veiks, tačiau 3D korpuso modelyje reikės atlikti tam tikrus pakeitimus, DHT22 taip pat yra šiek tiek brangesnis.

1 x 16x4 simbolių skystųjų kristalų ekranas 5V [3.30 €] - Taip, jums reikės 5 V, nes PCB yra suprojektuotas taip, kad LCD būtų maitinamas tiesiogiai iš 5 V, o ne įtampos reguliatoriaus. Tai buvo padaryta siekiant sumažinti įtampos reguliatoriaus apkrovą, bet ir todėl, kad 5 V ekranai yra pigesni. Tačiau nesijaudinkite, nors ESP8266 veikia esant 3,3 V įtampai, jis vis tiek veiks puikiai.

1 x LD1117V33 SMD įtampos reguliatorius, dar žinomas kaip LD33 (SOT223 paketas) [0,80 €]

1 x 100nF keraminis SMD kondensatorius (0603 pakuotė)

1 x 10uF tanto SMD kondensatorius (3528 pakuotė)

1 x 10K SMD rezistorius (0805 paketas)

1 x 10K žoliapjovės puodelis (per skylę)

1 x 47Ω SMD rezistorius (0805 paketas) - tai skirta tik apriboti srovę, kuri patenka į LCD apšvietimą. Nesivaržykite eksperimentuoti su skirtingomis pasipriešinimo vertėmis ir pasirinkite norimą intensyvumą.

1 x SMD momentinis jungiklis [0,80 €] - Aš naudojau būtent tai, bet jūs galite naudoti bet kurį norimą momentinį jungiklį su tokiu pat pėdsaku. Aš taip pat sugebėjau rasti tuos pačius jungiklius „eBay“pigiau, gaudamas daugiau nei vieną.

1 x 5,5x2,1 mm nuolatinės srovės lizdas (tvirtinimas prie skydo) [0,50 €] - Mano naudojamame įrenginyje yra 8 mm skydo išpjovos skersmuo ir 9 mm ilgio. Jį galima lengvai rasti „eBay“, ieškant „Panel Mount DC Jack“(žr. Pridėtą paveikslėlį).

1 x 2,54 mm (100 ml) 40 kontaktų vyriško kaiščio antraštė (per skylę)

1 x 2,54 mm (100 ml) 40 kontaktų apdirbta moteriško kaiščio antgalis (per skylę)

1 x 2,54 mm (100 ml) trumpiklis - tai tas pats, kas naudojama kompiuterių pagrindinėse plokštėse.

4 x M3 8 mm varžtai

4 x M3 4x4 mm srieginiai įdėklai - juos galima lengvai rasti „eBay“ieškant „M3 Press -In Brass Copper Inserts“(žr. Pridėtą paveikslėlį).

4 x M2 12 mm varžtai

4 x M2 veržlės

1 x USB tipo A - 5,5x2,1 mm nuolatinės srovės kištukinis kabelis [1,5 €] - tai leis įjungti įrenginį iš standartinio telefono įkroviklio arba beveik bet kurio kompiuterio su USB prievadu. Įrenginys naudoja tik 300mA blogiausią atvejį ir vidutiniškai 250mA, todėl net USB 2.0 prievadas tai padarys.

1 x PCB - plokštės storis nėra kritinis, todėl tiesiog pasirinkite 1,6 mm, kuris dažniausiai yra pigiausias pasirinkimas daugelyje PCB gamintojų.

3 x vielos vielos gabalai (apie 60 mm)

3 x termiškai susitraukiančio vamzdžio gabalai (apie 10 mm)

Ir šie įrankiai:

Lituoklis

USB į nuoseklųjį keitiklį - to jums prireiks programuojant ESP8266 lentoje.

„Phillips“atsuktuvas ir (arba) šešiakampis raktas - priklausomai nuo naudojamų varžtų tipo.

3D spausdintuvas - jei neturite prieigos prie 3D spausdintuvo, visada galite naudoti bendrąją plastikinę projekto dėžutę ir patys padaryti išpjovas naudodami „Dremel“. Minimalūs vidiniai tokios dėžės matmenys turi būti 24 mm aukščio, 94 mm ilgio ir 66 mm pločio. LCD montavimui taip pat turėsite naudoti 8 mm M2 stovus.

„Dremel“- reikalinga tik tuo atveju, jei nesirinkote 3D spausdinto korpuso.

2 žingsnis: PCB gamyba

Pirmasis žingsnis yra pagaminti PCB. Tai galite padaryti patys išgraviruodami arba tiesiog apsilankę mėgstamo PCB gamintojo svetainėje ir pateikę užsakymą. Jei neplanuojate keisti lentos išdėstymo, galite tiesiog paimti ZIP failą, kuriame yra gerber failai, pridėti prie šio veiksmo, ir nusiųsti jį tiesiogiai gamintojui. Jei norite atlikti pakeitimus, „KiCAD“schemos ir plokštės išdėstymo failus galite rasti čia.

Patekus ant lentų, laikas lituoti komponentus. Tai turėtų būti gana paprasta, tačiau reikia atkreipti dėmesį į keletą dalykų. Pirma, kol kas nepradėkite lituoti PCB ant LCD antraštės, tai turės būti padaryta galutinio surinkimo metu, nes korpusas buvo suprojektuotas. Jei kuriate savo aptvarą, nedvejodami ignoruokite šį patarimą.

U3 jungtis yra vieta, kur bus prijungtas DHT11 jutiklis. Idealiu atveju šiam tikslui turėtumėte naudoti 90 ° kampu apdorotą moterišką kaiščio antgalį. Bet jei tau patinka, aš negaliu jo rasti, tiesiog pasiimk tiesią ir pats sulenk. Jei tai padarysite vėliau, DHT11 laidai taip pat bus šiek tiek trumpi, todėl turėsite lituoti kai kuriuos plėtinius. Atstumas tarp kaiščio antgalio ir prijungto jutiklio turi būti maždaug 5 mm.

Priežastis, kodėl norite naudoti apdirbtą kaiščio antgalį, yra ta, kad skylės yra mažesnės, palyginti su įprastomis kaiščių galvutėmis. Taigi, jutiklio laidai gali tvirtai sėdėti, sukurdami tvirtą ryšį. Bet taip pat galite pabandyti lituoti DHT11 ant vyriško kaiščio antgalio gabalo ir taip prijungti jį prie įprastos kampinės moteriškos smeigtuko galvutės, kuri turėtų veikti taip pat gerai.

3 žingsnis: gaubto gamyba

Dabar, kai PCB yra lituota, laikas padaryti korpusą. Reikia atspausdinti dvi skirtingas dalis - pagrindinį korpuso korpusą ir dangtį. Dangtelyje taip pat yra tvirtinimo angos, skirtos pritvirtinti prie sienos.

Abi dalis galima atspausdinti standartiniu 0,4 mm antgaliu 0,2 mm sluoksnio aukštyje, mano atveju abiejų dalių spausdinimo laikas buvo apie 4 valandas. Dangčiui nereikia jokių atramų pagrindinei gaubto daliai, tačiau dažniausiai tai yra daliai po varžtais. Po spausdinimo būkite labai atsargūs, nuimdami atramas, tai darydamas sugebėjau sulaužyti vieną iš LCD ekranų ir turėjau jį vėl priklijuoti superklijais.

Korpusas sukurtas naudojant „FreeCAD“, todėl, jei norite atlikti pakeitimus, jis turėtų būti gana paprastas. STL failus, skirtus korpusui spausdinti, taip pat „FreeCAD“dizaino failus galite rasti „Thingiverse“.

4 žingsnis: Surinkite monitorių

Atspausdinus korpusą, laikas viską sudėti. Pirmiausia įdėkite skystųjų kristalų ekraną į dėklo vidų ir pastumkite jį į kairę, kad tarp jo ir jutiklio angos būtų tarpas.

Tada uždėkite PCB ant jo, o jutiklis jau pritvirtintas prie kaiščio antgalio.

Po to įstumkite jutiklį į skylę, pastumkite skystųjų kristalų ekraną atgal į vietą ir įkiškite PCB į kaiščio antraštę. Dabar pritvirtinkite skystųjų kristalų ekraną M2 veržlėmis ir varžtais ir lituokite PCB ant kaiščio antgalio.

Tada įdėkite maitinimo lizdą į vietą, pritvirtinkite prie jo kai kuriuos laidus ir lituokite kitus jų galus prie PCB. Čia taip pat būtų naudinga naudoti kai kuriuos šilumnešio vamzdžius.

Paskutinis žingsnis yra sumontuoti metalinius srieginius įdėklus, kad dangtelis būtų prisukamas M3 varžtais. Tuo tikslu jums reikės naudoti lituoklį, kad juos įkaitintumėte, kad juos būtų galima įstumti į skyles. Jei norite gauti daugiau informacijos apie metalinių siūlų pridėjimą prie 3D spaudinių, galite pažvelgti į šią instrukciją.

5 veiksmas: nustatykite serverį

Prieš įkeliant programinę -aparatinę įrangą į ESP8266, reikia padaryti dar vieną dalyką - nustatyti serverį, kuriame būtų registruojami įrenginio gauti duomenys. Šiuo tikslu galite naudoti beveik bet kurią norimą „Linux“mašiną, pradedant „Raspberry Pi“asmeniniame tinkle ir baigiant „DigitalOcean“lašeliu. Aš nuėjau vėliau, tačiau procesas yra beveik tas pats, nesvarbu, ką pasirinksite.

Įdiekite „Apache“, „MySQL“(„MariaDB“) ir PHP

Pirmiausia turime nustatyti LAMP arba, kitaip tariant, įdiegti „Apache“, „MySQL“(„MariaDB“) ir PHP serveryje. Norėdami tai padaryti, turėsite naudoti savo distribucijos paketų tvarkyklę, pavyzdžiui, aš naudosiu apt, tai yra paketų tvarkyklė, kurią naudoja beveik visi „Debian“pagrindu veikiantys platintojai, įskaitant „Raspbian“.

sudo apt atnaujinimas

sudo apt įdiegti apache2 mysql-server mysql-client php libapache2-mod-php php-mysql

Kai tai padarysite, jei savo naršyklės adreso juostoje įdėsite savo serverio IP adresą, turėtumėte pamatyti numatytąjį „Apache“puslapį.

Duomenų bazės nustatymas

Dabar mums reikia duomenų bazės duomenų registravimui. Pirmiausia prisijunkite prie „MySQL“kaip root, paleisdami

sudo mysql

Sukurkite duomenų bazę ir vartotoją, turintį prieigą prie jos, taip:

CREATE DATABASE „jutikliai“

NAUDOTI „jutiklius“; KURTI LENTELĘ "temperatūra" ("id" bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, "client_id" smallint (6) NOT NULL, "value" smallint (6) NOT NULL, "created_at" laiko žyma NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (" id`)) VARIKLIS = InnoDB; KURTI LENTELĘ "drėgmė" ("id" bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, "client_id" smallint (6) NOT NULL, "value" smallint (6) NOT NULL, "created_at" laiko žyma NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (" id`)) VARIKLIS = InnoDB; KURTI NAUDOTOJĄ '[vartotojo vardas]'@'localhost' IDENTIFIKUOTAS „[slaptažodis]“; Suteikite visas privilegijas „jutikliams“.* Į „jutiklius“@„localhost“; EXIT

Būtinai pakeiskite [naudotojo vardas] ir [slaptažodis] tikru jums patinkančiu „MySQL“vartotojo vardu ir slaptažodžiu. Taip pat atkreipkite dėmesį į juos, nes jums jų prireiks kitam žingsniui.

Registravimo ir žiniatinklio sąsajos scenarijų konfigūravimas

Pakeiskite katalogą/var/www/html, kuris yra numatytojo virtualiojo „Apache“pagrindinio kompiuterio šaknis, ištrinkite HTML failą, kuriame yra numatytasis tinklalapis, ir atsisiųskite registravimo ir žiniatinklio sąsajos scenarijus.

cd/var/www/html

sudo rm index.html sudo wget https://raw.githubusercontent.com/magkopian/esp-arduino-temp-monitor/master/server/log.php sudo wget https://raw.githubusercontent.com/magkopian/esp- arduino-temp-monitor/master/server/index.php

Dabar redaguokite registravimo scenarijų naudodami nano, sudo nano log.php

Turėsite pakeisti [vartotojo vardą] ir [slaptažodį] „MySQL“vartotojo, kurį sukūrėte atlikdami ankstesnį veiksmą, naudotojo vardu ir slaptažodžiu. Be to, pakeiskite [kliento raktą] unikalia eilute ir užsirašykite. Tai bus naudojama kaip slaptažodis, kad monitorius galėtų autentifikuoti serverį.

Galiausiai, redaguokite index.php naudodami nano, sudo nano index.php

ir pakeiskite [vartotojo vardą] ir [slaptažodį] „MySQL“vartotojo vardu ir slaptažodžiu, kaip tai darėte naudodami registravimo scenarijų.

HTTPS nustatymas (pasirenkama)

Tai gali būti neprivaloma, tačiau jei ryšys tarp ESP8266 ir serverio yra per internetą, labai rekomenduojama naudoti tam tikrą šifravimą.

Deja, jūs negalite tiesiog eiti pirmyn ir naudoti kažką panašaus į Let's Encrypt, kad gautumėte sertifikatą. Taip yra todėl, kad bent jau rašymo metu ESP8266 HTTP kliento biblioteka vis tiek reikalauja, kad sertifikato piršto atspaudas būtų pateiktas kaip antras argumentas skambinant http.begin (). Tai reiškia, kad jei naudosite kažką panašaus į „Let's Encrypt“, turėsite kas 3 mėnesius atnaujinti mikroprograminę įrangą, kad atnaujintumėte sertifikato kontrolinį kodą po kiekvieno atnaujinimo.

Išeitis būtų sukurti savarankiškai pasirašytą sertifikatą, kurio galiojimo laikas baigiasi po labai ilgo laiko (pvz., 10 metų), ir išsaugoti registravimo scenarijų savo virtualiame priegloboje su savo padomeniu. Tokiu būdu galite turėti žiniatinklio sąsają, kad galėtumėte pasiekti duomenis atskirame padomenyje, kuriam bus naudojamas tinkamas patikimos institucijos sertifikatas. Savarankiškai pasirašyto sertifikato naudojimas šiuo atveju nėra saugumo problema, nes unikaliai jį identifikuojantis sertifikato piršto atspaudas bus sunkiai užkoduotas programinėje įrangoje, o sertifikatą naudos tik ESP8266.

Prieš pradėdami darysiu prielaidą, kad jums jau priklauso domeno vardas ir jūs galite jame sukurti padomenius. Taigi, norėdami sugeneruoti sertifikatą, kurio galiojimo laikas baigiasi po 10 metų, paleiskite šią komandą ir atsakykite į klausimus.

sudo openssl req -x509 -nodes -days 3650 -newkey rsa: 2048 -keyout /etc/ssl/private/sensors.key -out /etc/ssl/certs/sensors.crt

Kadangi tai yra savarankiškai pasirašytas sertifikatas, tai, į ką atsakote, atsako į daugumą klausimų, nesvarbu, išskyrus klausimą, kuriame prašoma įvardyti bendrąjį pavadinimą. Čia turėsite pateikti visą padomenį, kuris bus naudojamas šiam virtualiam prieglobai. Čia pateiktas padomenis turės sutapti su „ServerName“, kurį vėliau nustatysite savo virtualiojo kompiuterio konfigūracijoje.

Tada sukurkite naują virtualiojo kompiuterio konfigūraciją, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-ssl.conf

turinį, Serverio pavadinimas [subdomenas] DocumentRoot/var/www/sensoriai SSLEngine ON SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/sensors.key SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/sensors.crt Parinktys +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APIRE_LOG error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-access-ssl.log kartu

Vėlgi, nepamirškite pakeisti [padomenio] tuo pačiu padomeniu, kurį naudojote su sertifikatu. Šiuo metu turėsite išjungti numatytąjį virtualų „Apache“pagrindinį kompiuterį, sudo a2dissite 000-numatytasis

pakeisti dokumento šakninio katalogo pavadinimą, sudo mv/var/www/html/var/www/sensoriai

ir galiausiai įjunkite naują virtualųjį kompiuterį ir paleiskite „Apache“iš naujo, sudo a2ensite jutikliai-ssl

sudo systemctl iš naujo paleiskite apache2

Paskutinis dalykas, kurį reikia padaryti, yra gauti sertifikato piršto atspaudą, nes jį turėsite naudoti programinės įrangos kode.

openssl x509 -noout -fingerprint -sha1 -inform pem -in /etc/ssl/certs/sensors.crt

„Http.begin“() tikisi, kad tarp pirštų atspaudų baitų skiriamieji ženklai bus tarpai, todėl prieš naudodami kodą, dvitaškiai turi būti pakeisti tarpais.

Dabar, jei nenorite naudoti savarankiškai pasirašyto sertifikato žiniatinklio sąsajai nustatyti naują padomenį ir sukurti naują virtualiojo kompiuterio konfigūraciją, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-web-ssl.conf

turinį, Serverio pavadinimas [padomenis] DocumentRoot/var/www/sensors #SSLEngine ON #SSLCertificateFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain]/cert.pem #SSLCertificateKeyFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain]/privkey.pemateSSLC /letsencrypt/live/[subdomain]/chain.pem Parinktys +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-access-ssl.log

Būtinai pakeiskite [subdomeną] padomeniu, kurį nustatėte žiniatinklio sąsajai. Tada įjunkite naują virtualųjį kompiuterį, iš naujo paleiskite „Apache“, įdiekite „certbot“ir gaukite naujo padomenio sertifikatą iš „Let's Encrypt“, sudo a2ensite jutikliai-web-ssl

sudo systemctl paleisti apache2 sudo apt atnaujinti sudo apt įdiegti certbot sudo certbot certonly --apache -d [padomenis]

Gavę sertifikatą dar kartą redaguokite virtualiojo kompiuterio konfigūraciją, kad pašalintumėte eilutes SSLEngine, SSLCertificateFile, SSLCertificateKeyFile ir SSLCertificateChainFile, ir paleiskite „Apache“iš naujo.

Dabar galite naudoti pirmąjį padomenį, kuriame naudojamas savarankiškai pasirašytas sertifikatas duomenims iš ESP8266 siųsti į serverį, o antrąjį-prieigai prie žiniatinklio sąsajos iš naršyklės. „Certbot“taip pat pasirūpins, kad kas tris mėnesius automatiškai atnaujintume „Užšifruokime“sertifikatą, naudodami sisteminį laikmatį, kuris turėtų būti įjungtas pagal numatytuosius nustatymus.

6 veiksmas: ESP8266 programavimas

Galiausiai belieka tik įkelti mikrovaldiklio programinę -aparatinę įrangą. Norėdami tai padaryti, atsisiųskite programinės įrangos šaltinio kodą iš čia ir atidarykite jį naudodami „Arduino IDE“. Turėsite pakeisti [SSID] ir [Slaptažodis] tikruoju „WiFi“tinklo SSID ir slaptažodžiu. Sprintf funkcijos iškvietime taip pat turėsite pakeisti [kliento ID] ir [kliento raktą] tais, kuriuos naudojote PHP scenarijuje serveryje. Galiausiai turėsite pakeisti [pagrindinį kompiuterį] domeno pavadinimu arba serverio IP adresu. Jei naudojate HTTPS, taip pat turėsite pateikti savo sertifikato piršto atspaudą kaip antrą argumentą http.begin () funkcijos iškvietime. Kaip gauti sertifikato piršto atspaudą, paaiškinau ankstesnio veiksmo skiltyje „HTTPS nustatymas“.

Tada, jei to dar nepadarėte, turėsite įdiegti pagrindinį ESP8266 bendruomenės paketą naudodami „Arduino IDE“valdybos valdytoją. Kai tai bus padaryta, lentų meniu pasirinkite „NodeMCU 1.0“(ESP-12E modulis). Tada turėsite įdiegti „SimpleDHT“biblioteką naudodami bibliotekos tvarkyklę. Galiausiai paspauskite patvirtinimo mygtuką viršutiniame kairiajame IDE lango kampe, kad įsitikintumėte, jog kodas sudaromas be klaidų.

Ir dabar pagaliau atėjo laikas įrašyti programinę -aparatinę įrangą į mikrovaldiklį. Norėdami tai padaryti, perkelkite trumpiklį JP1 dešinėje, todėl ESP8266 GPIO0 bus prijungtas prie žemės, kuris įgalins programavimo režimą. Tada prijunkite USB prie serijinio keitiklio, naudodami trumpiklius, prie programavimo antraštės, pažymėtos kaip P1. Programavimo antraštės 1 kaištis yra įžemintas, 2 - ESP8266 priėmimo kaištis, o 3 - perdavimas. Jums reikia gauti ESP8266, kad galėtumėte perduoti USB į nuoseklųjį keitiklį, perduoti gavėjui ir, žinoma, įžeminti.

Galiausiai įjunkite įrenginį 5 V įtampa naudodami USB į nuolatinės srovės lizdą ir prijunkite USB prie nuoseklaus keitiklio prie kompiuterio. Dabar, kai tik atidarysite IDE įrankių meniu, turėtumėte matyti virtualų nuoseklųjį prievadą, prie kurio prijungtas ESP8266. Dabar tiesiog paspauskite mygtuką Įkelti ir viskas! Jei viskas vyko taip, kaip tikėtasi, prietaiso skystųjų kristalų ekrane turėtumėte matyti temperatūros ir drėgmės rodmenis. Kai ESP8266 prisijungs prie jūsų tinklo ir pradės bendrauti su serveriu, ekrane taip pat turėtų būti rodoma dabartinė data ir laikas.

Praėjus kelioms valandoms, kai serveris surinks daug duomenų, turėtumėte pamatyti temperatūros ir drėgmės diagramas apsilankę adresu http (s): // [host] /index.php?client_id= [kliento ID]. Kur [priegloba] yra jūsų serverio IP adresas arba padomenis, kurį naudojate žiniatinklio sąsajai, ir [kliento ID] įrenginio kliento ID, kuris, jei paliksite numatytąją vertę, turėtų būti 1.