Temperatūras un mitruma monitors: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šajā pamācībā es jums parādīšu, kā izveidot savu istabas temperatūras un mitruma monitoru. Ierīcei ir arī WiFi iespējas, lai reģistrētu datus attālā serverī (piemēram, Raspberry Pi) un piekļūtu tiem vēlāk, izmantojot vienkāršu tīmekļa saskarni.

Ierīces galvenās daļas ir ESP8266 mikrokontrolleris, DHT11 temperatūras un mitruma sensors un 16x4 rakstzīmju LCD. Projekts ir pilnībā atvērts avots, tāpēc nekautrējieties lejupielādēt korpusa shematiskos, tāfeles izkārtojuma un dizaina failus un veikt visas nepieciešamās izmaiņas.

1. darbība: rīki un detaļas

Lai izveidotu monitoru, jums būs nepieciešamas šādas detaļas:

1 x ESP-12F [2 €]-Cik es zinu, ESP-12E un ESP-12F būtībā ir identiski, tikai ar to, ka ESP-12F ir labāka antena.

1 x DHT11 temperatūras un mitruma sensors [0,80 €] - DHT22 arī darbosies, taču korpusa 3D modelī būs jāveic dažas izmaiņas, DHT22 ir arī nedaudz dārgāks.

1 x 16x4 rakstzīmju LCD 5V [3.30 €] - Jā, jums būs nepieciešams 5V, jo PCB ir veidots tā, ka LCD tiks darbināts tieši no 5 V, nevis sprieguma regulatora. Tas tika darīts, lai samazinātu sprieguma regulatora slodzi, bet arī tāpēc, ka 5 V displeji mēdz būt lētāki. Bet neuztraucieties, lai gan ESP8266 darbojas ar 3,3 V spriegumu, tas joprojām darbosies lieliski.

1 x LD1117V33 SMD sprieguma regulators, pazīstams arī kā LD33 (SOT223 pakete) [0,80 €]

1 x 100nF keramikas SMD kondensators (0603 iepakojums)

1 x 10uF tantala SMD kondensators (3528 iepakojums)

1 x 10K SMD rezistors (0805 iepakojums)

1 x 10K trimmeris (caurums)

1 x 47Ω SMD rezistors (0805 iepakojums) - tas ir paredzēts tikai strāvas ierobežošanai, kas nonāk LCD fona apgaismojumā. Jūtieties brīvi eksperimentēt ar dažādām pretestības vērtībām un izvēlieties sev vēlamo intensitāti.

1 x īslaicīgs SMD slēdzis [0,80 €] - Es izmantoju tieši šo, taču jūs varat izmantot jebkuru īslaicīgu slēdzi ar tādu pašu nospiedumu. Es arī varēju atrast tos pašus slēdžus eBay par lētāku cenu, iegūstot vairāk nekā vienu.

1 x 5,5x2,1 mm līdzstrāvas ligzda (paneļa stiprinājums) [0,50 €] - manis izmantotajam ir 8 mm paneļa izgriezuma diametrs un 9 mm garums. To var viegli atrast vietnē eBay, meklējot "Panel Mount DC Jack" (skat. Pievienoto attēlu).

1 x 2,54 mm (100 mililitru) 40 kontaktu vīriešu tapas galviņa (caurums)

1 x 2,54 mm (100 mililitri) 40 kontaktu mehāniski apstrādāta sieviešu tapas galviņa (caurums)

1 x 2,54 mm (100 mililitru) džemperis - tas ir tāds pats kā datora mātesplatēs.

4 x M3 8 mm skrūves

4 x M3 4x4 mm vītņoti ieliktņi - tos var viegli atrast, vietnē eBay meklējot "M3 iespiežami misiņa vara ieliktņi" (skat. Pievienoto attēlu).

4 x M2 12 mm skrūves

4 x M2 uzgriežņi

1 x USB tipa A līdz 5,5x2,1 mm līdzstrāvas spraudņa kabelis [1,5 €] - tas ļaus darbināt ierīci no standarta tālruņa lādētāja vai gandrīz jebkura datora ar USB portu. Ierīce vada tikai 300mA sliktākajā gadījumā un vidēji 250mA, tāpēc pat USB 2.0 ports būs piemērots.

1 x PCB - plates biezums nav kritisks, tāpēc vienkārši izvēlieties 1,6 mm, kas parasti ir lētākais risinājums lielākajai daļai PCB ražotāju.

3 x pavedienu gabali (katrs aptuveni 60 mm)

3 x termiskās sarukuma caurules gabali (katrs apmēram 10 mm)

Un šādi rīki:

Lodāmurs

USB uz seriālo pārveidotāju - tas būs nepieciešams, lai programmētu ESP8266 uz tāfeles.

Phillips skrūvgriezis un/vai sešstūra atslēga - atkarībā no izmantoto skrūvju veida.

3D printeris - ja jums nav piekļuves 3D printerim, jūs vienmēr varat izmantot vispārēju plastmasas projektu kastīti un veikt izgriezumus pats ar Dremel. Šādas kastes minimālajiem iekšējiem izmēriem jābūt 24 mm augstumam, 94 mm garumam un 66 mm platumam. LCD uzstādīšanai jums būs jāizmanto arī 8 mm M2 statīvi.

Dremel - nepieciešams tikai tad, ja nevēlaties izmantot 3D drukāto korpusu.

2. solis: PCB izgatavošana

Pirmais solis ir izgatavot PCB. To var izdarīt, paši to kodinot, vai vienkārši dodoties uz iecienītākā PCB ražotāja vietni un veicot pasūtījumu. Ja neplānojat veikt izmaiņas tāfeles izkārtojumā, varat vienkārši paņemt ZIP failu, kas satur šajā darbībā pievienotos gerber failus, un nosūtīt to tieši ražotājam. Ja tomēr vēlaties veikt izmaiņas, KiCAD shematiskos un tāfeles izkārtojuma failus var atrast šeit.

Pēc tam, kad esat nokļuvis pie dēļiem, ir pienācis laiks lodēt komponentus. Tam vajadzētu būt diezgan vienkāršam, taču ir jāņem vērā dažas lietas. Pirmkārt, vēl nesāciet lodēt PCB uz LCD galvenes, tas būs jādara galīgās montāžas laikā, ņemot vērā korpusa dizainu. Ja jūs veidojat savu iežogojumu, nekautrējieties ignorēt šo padomu.

U3 savienotājs ir vieta, kur tiks pievienots DHT11 sensors. Ideālā gadījumā jums vajadzētu izmantot 90 ° leņķī apstrādātu sieviešu tapas galviņu. Bet, ja jums patīk es, to nevaru atrast, vienkārši iegūstiet taisnu un salieciet to pats. Ja darīsit vēlāk, arī DHT11 vadi būs īsi, tāpēc jums būs jāpielodē daži paplašinājumi. Attālumam starp tapas galviņu un sensoru pēc pievienošanas jābūt aptuveni 5 mm.

Iemesls, kāpēc vēlaties izmantot apstrādātu tapas galviņu, ir tāpēc, ka caurumi ir mazāki salīdzinājumā ar parastajām sieviešu tapām. Tātad sensora vadi var cieši sēdēt, izveidojot stabilu savienojumu. Bet jūs varat arī mēģināt lodēt DHT11 uz vīriešu tapas galvenes gabala un savienot to tādā veidā ar parasto leņķisko sieviešu tapas galviņu, kurai vajadzētu darboties tikpat labi.

3. darbība: korpusa izgatavošana

Tagad, kad PCB ir pielodēts, ir pienācis laiks izgatavot korpusu. Ir jāizdrukā divas dažādas daļas - korpusa galvenais korpuss un vāks. Vāciņam ir arī montāžas atveres tā piestiprināšanai pie sienas.

Abas detaļas var izdrukāt ar standarta 0,4 mm sprauslu 0,2 mm slāņa augstumā, manā gadījumā drukas laiks abām detaļām kopā bija aptuveni 4 stundas. Vāciņam nav nepieciešami balsti korpusa galvenajai daļai, galvenokārt daļai zem skrūvju ligzdām. Pēc drukāšanas esiet ļoti uzmanīgs, noņemot balstus, to izdarot, man izdevās salauzt vienu no LCD displejiem un nācās to atkal pielīmēt ar superlīmi.

Korpuss ir veidots uz FreeCAD, tāpēc, ja vēlaties veikt izmaiņas, tam vajadzētu būt diezgan vienkāršam. STL failus korpusa drukāšanai, kā arī FreeCAD dizaina failus var atrast vietnē Thingiverse.

4. solis: monitora salikšana

Kad korpuss ir izdrukāts, ir laiks visu salikt kopā. Vispirms ievietojiet LCD korpusa iekšpusē un pabīdiet to pa kreisi, lai starp to un atveri sensoram būtu atstarpe.

Pēc tam novietojiet PCB virs tā, sensors jau ir piestiprināts pie tapas galvenes.

Pēc tam nospiediet sensoru caurumā, pabīdiet LCD atpakaļ pozīcijā un ievietojiet PCB uz tapas galvenes. Tagad nostipriniet LCD, izmantojot M2 uzgriežņus un skrūves, un pielieciet PCB uz tapas galvenes.

Pēc tam ievietojiet strāvas kontaktligzdu, pievienojiet tam dažus vadus un pielodējiet to galus pie PCB. Laba ideja būtu izmantot arī dažas termiski sarūkošās caurules.

Pēdējais solis ir uzstādīt metāla vītņotos ieliktņus, lai vāku varētu pieskrūvēt ar M3 skrūvēm. Šim nolūkam jums būs jāizmanto lodāmurs, lai tos uzsildītu, lai tos varētu iespiest caurumos. Šo pamācību varat apskatīt, ja jums nepieciešama plašāka informācija par metāla pavedienu pievienošanu 3D izdrukām.

5. darbība: servera iestatīšana

Pirms programmaparatūras augšupielādes ESP8266 ir jādara vēl viena lieta, proti, servera iestatīšana ierīces saņemto datu reģistrēšanai. Šim nolūkam jūs varat izmantot gandrīz jebkuru vēlamo Linux mašīnu, sākot ar Raspberry Pi savā privātajā tīklā un beidzot ar DigitalOcean pilienu. Es devos vēlāk, bet process ir gandrīz tāds pats neatkarīgi no tā, ko izvēlaties.

Apache, MySQL (MariaDB) un PHP instalēšana

Vispirms mums ir jāiestata LAMP vai, citiem vārdiem sakot, serverī jāinstalē Apache, MySQL (MariaDB) un PHP. Šim nolūkam jums būs jāizmanto sava izplatīšanas pakotņu pārvaldnieks, piemēram, es izmantošu apt, kas ir pakotņu pārvaldnieks, ko izmanto gandrīz visi Debian izplatītāji, ieskaitot Raspbian.

sudo apt atjauninājums

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

Pēc tam, kad pārlūkprogrammas adreses joslā ievietojat sava servera IP adresi, jums vajadzētu redzēt Apache noklusējuma lapu.

Datu bāzes iestatīšana

Tagad mums ir nepieciešama datu bāze datu reģistrēšanai. Vispirms izveidojiet savienojumu ar MySQL kā root, palaižot, sudo mysql

Un izveidojiet datu bāzi un lietotāju ar piekļuvi tai šādi:

CREATE DATABASE `sensori`

USE "sensori"; CREATE TABLE "temperatūra" ("id" bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, "client_id" smallint (6) NOT NULL, "value" smallint (6) NOT NULL, "created_at" timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (" id`)) DZINĒJS = InnoDB; CREATE TABLE "mitrums" ("id" bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, "client_id" smallint (6) NOT NULL, "value" smallint (6) NOT NULL, "created_at" timestamp NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (" id`)) DZINĒJS = InnoDB; IZVEIDOT LIETOTĀJU '[lietotājvārds]'@'localhost', KURU IDENTIFICĒJA [parole] '; Piešķiriet visas privilēģijas “sensoriem”.* “Sensoriem”@“localhost”; IZEJA

Noteikti nomainiet [lietotājvārdu] un [paroli] ar faktisko MySQL lietotāja lietotājvārdu un paroli, kas jums patīk. Pierakstiet arī tos, jo tie būs nepieciešami nākamajā darbībā.

Reģistrēšanas un tīmekļa saskarnes skriptu konfigurēšana

Pārejiet uz/var/www/html direktoriju, kas ir Apache noklusējuma virtuālā resursdatora dokumenta sakne, izdzēsiet HTML failu, kurā ir noklusējuma tīmekļa lapa, un lejupielādējiet tajā reģistrēšanas un tīmekļa saskarnes skriptus.

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

Tagad rediģējiet reģistrēšanas skriptu, izmantojot nano, sudo nano log.php

Jums būs jāaizstāj [lietotājvārds] un [parole] ar MySQL lietotāja lietotājvārdu un paroli, kuru izveidojāt iepriekšējā solī. Tāpat nomainiet [klienta atslēgu] ar unikālu virkni un pierakstiet to. Tas tiks izmantots kā parole, lai monitors varētu autentificēties serverī.

Visbeidzot, rediģējiet index.php ar nano, sudo nano index.php

un nomainiet [lietotājvārdu] un [paroli] ar MySQL lietotāja lietotājvārdu un paroli, kā to darījāt ar reģistrēšanas skriptu.

HTTPS iestatīšana (neobligāti)

Tas var būt neobligāti, bet, ja savienojums starp ESP8266 un serveri ir pieejams internetā, ir ļoti ieteicams izmantot kādu šifrēšanu.

Diemžēl sertifikāta iegūšanai jūs nevarat vienkārši turpināt un izmantot kaut ko līdzīgu Let's Encrypt. Tas ir tāpēc, ka vismaz rakstīšanas laikā ESP8266 HTTP klienta bibliotēka joprojām pieprasa sertifikāta pirkstu nospiedumu norādīt kā otru argumentu, izsaucot vietni http.begin (). Tas nozīmē, ka, ja izmantojat kaut ko līdzīgu Let's Encrypt, jums ik pēc 3 mēnešiem ir jāatjaunina programmaparatūra uz mikroshēmu, lai pēc katras atjaunošanas atjauninātu sertifikāta pirkstu nospiedumu.

Viens veids, kā to novērst, būtu ģenerēt pašparakstītu sertifikātu, kura derīguma termiņš beidzas pēc ļoti ilga laika (piemēram, pēc 10 gadiem), un saglabāt reģistrēšanas skriptu savā virtuālajā saimniekdatorā ar savu apakšdomēnu. Tādā veidā jums var būt tīmekļa saskarne, lai piekļūtu datiem atsevišķā apakšdomēnā, kas izmantos atbilstošu uzticamas iestādes sertifikātu. Pašparakstīta sertifikāta izmantošana šajā gadījumā nav drošības problēma, jo sertifikāta pirkstu nospiedums, kas to unikāli identificē, tiks iekodēts programmaparatūrā, un sertifikātu izmantos tikai ESP8266.

Pirms sākam, pieņemšu, ka jums jau pieder domēna vārds un jūs varat tajā izveidot apakšdomēnus. Tātad, lai ģenerētu sertifikātu, kura derīguma termiņš beidzas pēc 10 gadiem, izpildiet šo komandu un atbildiet uz jautājumiem.

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

Tā kā šis ir pašparakstīts sertifikāts, tas, uz ko atbildat uz lielāko daļu jautājumu, nav pārāk svarīgs, izņemot jautājumu, kurā tiek prasīts vispārpieņemtais nosaukums. Šeit jums jānorāda viss apakšdomēns, kas tiks izmantots šim virtuālajam saimniekdatoram. Šeit norādītajam apakšdomēnam ir jābūt vienādam ar servera nosaukumu, kuru vēlāk iestatīsit virtuālās saimniekdatora konfigurācijā.

Pēc tam izveidojiet jaunu virtuālā saimniekdatora konfigurāciju, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-ssl.conf

ar šādu saturu, ServerName [apakšdomēns] DocumentRoot/var/www/sensors SSLEngine ON SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/sensors.key SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/sensors.crt Opcijas +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APIRE_LOG error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-access-ssl.log kopā

Atkal noteikti nomainiet [apakšdomēnu] ar to pašu apakšdomēnu, kuru izmantojāt ar sertifikātu. Šajā brīdī jums būs jāatspējo Apache noklusējuma virtuālais saimniekdators, sudo a2dissite 000-noklusējums

mainīt dokumenta saknes direktorija nosaukumu, sudo mv/var/www/html/var/www/sensori

un visbeidzot iespējojiet jauno virtuālo saimniekdatoru un restartējiet Apache, sudo a2ensite sensori-ssl

sudo systemctl restartējiet apache2

Pēdējais, kas jādara, ir iegūt sertifikāta pirkstu nospiedumu, jo tas būs jāizmanto programmaparatūras kodā.

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

Vietne http.begin () paredz, ka atdalītāji starp pirkstu nospiedumu baitiem ir atstarpes, tāpēc pirms to izmantošanas kodā kolu jāaizstāj ar atstarpēm.

Tagad, ja nevēlaties izmantot tīmekļa interfeisa iestatīšanai pašparakstītu sertifikātu un izveidot jaunu apakšdomēnu un izveidot jaunu virtuālā saimniekdatora konfigurāciju, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-web-ssl.conf

ar šādu saturu, Servera nosaukums [apakšdomēns] 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 Opcijas +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-access-ssl.

Noteikti nomainiet [apakšdomēnu] ar apakšdomēnu, kuru esat iestatījis tīmekļa saskarnei. Pēc tam iespējojiet jauno virtuālo saimniekdatoru, restartējiet Apache, instalējiet certbot un iegūstiet sertifikātu jaunajam apakšdomēnam no Let's Encrypt, sudo a2ensite sensori-web-ssl

sudo systemctl restart apache2 sudo apt atjaunināt sudo apt instalēt certbot sudo certbot certonly --apache -d [apakšdomēns]

Pēc sertifikāta iegūšanas vēlreiz rediģējiet virtuālā resursdatora konfigurāciju, lai noņemtu komentārus par SSLEngine, SSLCertificateFile, SSLCertificateKeyFile un SSLCertificateChainFile līnijām, un restartējiet Apache.

Un tagad jūs varat izmantot pirmo apakšdomēnu, kas izmanto pašparakstītu sertifikātu, lai nosūtītu datus no ESP8266 uz serveri, bet otro-lai piekļūtu tīmekļa saskarnei no pārlūkprogrammas. Certbot arī parūpēsies par automātisku jūsu sertifikāta atjaunošanu ik pēc 3 mēnešiem, izmantojot sistēmas taimeri, kas pēc noklusējuma ir jāiespējo.

6. darbība: ESP8266 programmēšana

Visbeidzot, vienīgais, kas jādara, ir ielādēt mikrokontrollera programmaparatūru. Lai to izdarītu, lejupielādējiet programmaparatūras avota kodu no šejienes un atveriet to, izmantojot Arduino IDE. Jums būs jāaizstāj [SSID] un [Password] ar faktisko SSID SSID un paroli. Sprintf funkcijas izsaukumā jums būs jāaizstāj arī [klienta ID] un [klienta atslēga] ar tiem, kurus izmantojāt servera PHP skriptā. Visbeidzot, [Host] ir jāaizstāj ar domēna nosaukumu vai servera IP adresi. Ja izmantojat HTTPS, kā otrais arguments http.begin () funkcijas izsaukumā būs jāiesniedz arī sertifikāta pirksta nospiedums. Kā iegūt sertifikāta pirkstu nospiedumu, iepriekšējās darbības sadaļā “HTTPS iestatīšana” esmu paskaidrojis.

Tālāk, ja vēl neesat to izdarījis, jums būs jāinstalē ESP8266 kopienas pamatpakete, izmantojot Arduino IDE valdes pārvaldnieku. Kad tas ir izdarīts, dēļu izvēlnē atlasiet NodeMCU 1.0 (ESP-12E modulis). Tālāk jums būs jāinstalē SimpleDHT bibliotēka, izmantojot bibliotēkas pārvaldnieku. Visbeidzot, IDE loga augšējā kreisajā stūrī nospiediet pogu Pārbaudīt, lai pārliecinātos, ka kods tiek apkopots bez kļūdām.

Un tagad beidzot ir pienācis laiks ierakstīt programmaparatūru mikrokontrollerī. Lai to izdarītu, pārvietojiet džemperi JP1 labajā pusē, tāpēc ESP8266 GPIO0 tiks savienots ar zemi, kas ļaus programmēšanas režīmam. Pēc tam pievienojiet USB seriālajam pārveidotājam, izmantojot savienojuma vadus, programmēšanas galvenei, kas apzīmēta kā P1. Programmēšanas galvenes 1. tapa ir noslīpēta, 2. tapa ir ESP8266 uztveršanas tapa un 3. tapa - pārraide. Lai pārietu no USB uz seriālo pārveidotāju, uz pārraidi uz uztvērēju un, protams, zeme uz zemi, jums ir nepieciešama ESP8266 uztveršana.

Visbeidzot, barojiet ierīci ar 5 V spriegumu, izmantojot USB līdz DC ligzdas kabeli, un savienojiet USB ar sērijas pārveidotāju ar datoru. Tagad, tiklīdz atverat IDE rīku izvēlni, jums vajadzētu redzēt virtuālo seriālo portu, kurā ir pievienots ESP8266. Tagad vienkārši nospiediet augšupielādes pogu un viss! Ja viss noritēja, kā paredzēts, ierīces LCD ekrānā vajadzētu redzēt temperatūras un mitruma rādījumus. Pēc tam, kad ESP8266 ir izveidojis savienojumu ar tīklu un sācis sazināties ar serveri, displejā vajadzētu parādīties arī pašreizējam datumam un laikam.

Pēc dažām stundām, kad serveris būs savācis daudz datu, jums vajadzētu redzēt temperatūras un mitruma diagrammas, apmeklējot vietni http (s): // [host] /index.php?client_id= [klienta ID]. Kur [saimniekdators] ir vai nu jūsu servera IP adrese, vai apakšdomēns, kuru izmantojat tīmekļa saskarnei, un [klienta ID] - ierīces klienta ID, kuram, ja atstājat to pēc noklusējuma, vajadzētu būt 1.