Lämpötilan ja kosteuden valvonta: 6 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tässä ohjeessa näytän sinulle, miten voit tehdä oman lämpötila- ja kosteusmonitorisi olohuoneeseesi. Laitteessa on myös WiFi -ominaisuudet, jotta tiedot voidaan kirjata etäpalvelimelle (esim. Raspberry Pi) ja käyttää niitä myöhemmin yksinkertaisen verkkokäyttöliittymän kautta.

Laitteen pääosat ovat ESP8266 -mikrokontrolleri, DHT11 -lämpötila- ja kosteusanturi ja 16 x 4 -merkkinen nestekidenäyttö. Projekti on täysin avoimen lähdekoodin, joten voit ladata kotelon kaavamaiset, piirrosasettelu- ja suunnittelutiedostot ja tehdä haluamasi muutokset.

Vaihe 1: Työkalut ja osat

Monitorin rakentamiseen tarvitset seuraavat osat:

1 x ESP-12F [2 €]-Tietääkseni ESP-12E ja ESP-12F ovat pohjimmiltaan identtiset, sillä erolla, että ESP-12F: llä on parempi antenni.

1 x DHT11 lämpötila- ja kosteusanturi [0,80 €] - Myös DHT22 toimii, mutta kotelon 3D -malliin on tehtävä joitain muutoksia, DHT22 on myös hieman kalliimpi.

1 x 16x4 merkin LCD 5V [3.30 €] - Kyllä, tarvitset 5 V: n, koska piirilevy on suunniteltu siten, että nestekidenäyttö saa virtaa suoraan 5 V: sta jännitteen säätimen sijaan. Tämä tehtiin jännitteen säätimen kuormituksen vähentämiseksi, mutta myös siksi, että 5 V: n näytöt ovat yleensä halvempia. Mutta älä huoli, vaikka ESP8266 toimii 3,3 V: n jännitteellä, se toimii silti hyvin.

1 x LD1117V33 SMD -jännitesäädin, joka tunnetaan myös nimellä LD33 (SOT223 -paketti) [0,80 €]

1 x 100nF keraaminen SMD -kondensaattori (0603 -paketti)

1 x 10uF tantaali SMD -kondensaattori (3528 paketti)

1 x 10K SMD -vastus (0805 -paketti)

1 x 10K trimmeripannu (läpireikä)

1 x 47Ω SMD -vastus (0805 -paketti) - Tämä on vain LCD -näytön taustavaloon tulevan virran rajoittamiseen. Voit vapaasti kokeilla erilaisia vastusarvoja ja valita haluamasi voimakkuuden.

1 x SMD -hetkellinen kytkin [0,80 €] - Käytin erityisesti tätä, mutta voit käyttää mitä tahansa hetkellistä kytkintä, jolla on sama jalanjälki. Pystyin myös löytämään samat kytkimet eBaysta halvemmalla hankkimalla useamman kuin yhden.

1 x 5,5x2,1 mm DC -liitin (paneelikiinnike) [0,50 €] - Käyttämässäni on 8 mm: n paneelin aukon halkaisija ja 9 mm: n pituus. Se löytyy helposti eBayssa etsimällä "Panel Mount DC Jack" (katso liitteenä oleva kuva).

1 x 2,54 mm (100mil) 40-nastainen urospistoke (läpireikä)

1 x 2,54 mm (100 ml) 40-nastainen koneistettu naarasliitin (läpireikä)

1 x 2,54 mm (100mil) jumpperi - Se on sama kuin tietokoneen emolevyissä.

4 x M3 8 mm ruuvia

4 x M3 4x4mm kierteitetyt insertit - Ne löytyvät helposti etsimällä "M3 Press -In Brass Copper Inserts" eBayssa (katso liitteenä oleva kuva).

4 x M2 12 mm ruuvia

4 x M2 -mutteria

1 x USB -tyyppi A - 5,5 x 2,1 mm: n DC -pistokejohto [1,5 €] - Tämän avulla voit käyttää laitettasi joko tavallisella puhelinlaturilla tai melkein millä tahansa tietokoneella, jossa on USB -portti. Laite ottaa vain 300 mA: n pahimman tapauksen ja keskimäärin 250 mA: n, joten jopa USB 2.0 -portti kelpaa.

1 x piirilevy - Levyn paksuus ei ole kriittinen, joten valitse vain 1,6 mm, mikä on yleensä halvin vaihtoehto useimmilla piirilevyvalmistajilla.

3 x pala lankaa (noin 60 mm)

3 x pala kutisteputkea (noin 10 mm)

Ja seuraavat työkalut:

Juotin

USB -sarjamuunnin - tarvitset tätä ESP8266: n ohjelmoimiseen taululla.

Phillips -ruuvimeisseli ja/tai kuusioavain - Käytettävien ruuvien tyypistä riippuen.

3D -tulostin - Jos sinulla ei ole pääsyä 3D -tulostimeen, voit aina käyttää yleistä muoviprojektirasiaa ja tehdä leikkaukset itse Dremelillä. Tällaisen laatikon sisämittojen on oltava vähintään 24 mm korkeita, 94 mm pitkiä ja 66 mm leveitä. Sinun on myös käytettävä 8 mm: n M2-tasoja LCD-näytön asentamiseen.

Dremel - tarvitaan vain, jos et halua 3D -tulostettua koteloa.

Vaihe 2: Piirilevyn valmistus

Ensimmäinen askel on valmistaa piirilevy. Voit tehdä sen joko syövyttämällä sen itse tai menemällä vain suosikki PCB -valmistajasi verkkosivustolle ja tekemällä tilauksen. Jos et aio tehdä muutoksia taulun asetteluun, voit yksinkertaisesti napata ZIP -tiedoston, joka sisältää tähän vaiheeseen liitetyt gerber -tiedostot, ja lähettää sen suoraan valmistajalle. Jos kuitenkin haluat tehdä muutoksia, löydät KiCAD -kaavamaiset ja piirrosasettelutiedostot täältä.

Kun olet saanut käsiksi levyt, on aika juottaa komponentit. Tämän pitäisi olla melko suoraviivaista, mutta on otettava huomioon muutama asia. Ensinnäkin, älä jatka piirilevyn juottamista LCD -otsikkoon, se on tehtävä lopullisen kokoonpanon aikana kotelon suunnittelutavan vuoksi. Jos teet oman kotelon, voit kuitenkin jättää nämä neuvot huomiotta.

D3 -anturi liitetään U3 -liittimeen. Ihannetapauksessa sinun tulisi käyttää tähän tarkoitukseen 90 ° kulmassa työstettyä naarasliitintä. Mutta jos pidät minusta, et löydä sitä, hanki suora ja taivuta se itse. Jos teet myöhemmin, myös DHT11: n johdot ovat hieman lyhyitä, joten sinun on juotettava joitain laajennuksia. Tapin otsikon ja anturin välisen etäisyyden on oltava noin 5 mm.

Syynä siihen, miksi haluat käyttää koneistettua nastatulppaa, on se, että reiät ovat pienempiä kuin tavalliset naaraspihdit. Joten anturin johdot voivat istua tiukasti ja luoda kiinteän yhteyden. Mutta voit myös yrittää juottaa DHT11: n urosnastakappaleeseen ja liittää sen tällä tavalla tavalliseen kulmikkaaseen naarasliittimeen, jonka pitäisi toimia yhtä hyvin.

Vaihe 3: Kotelon tekeminen

Nyt kun piirilevy on juotettu, on aika tehdä kotelo. Tulostettava kaksi eri osaa, kotelon runko ja kansi. Kannessa on myös kiinnitysreiät sen kiinnittämiseksi seinälle.

Molemmat osat voidaan tulostaa tavallisella 0,4 mm: n suuttimella 0,2 mm: n kerroksen korkeudella, minun tapauksessani tulostusaika oli noin 4 tuntia molemmille osille yhdessä. Kansi ei vaadi kotelon pääosan tukemista, mutta pääasiassa ruuvipesien alapuolella. Tulostuksen jälkeen ole erittäin varovainen tukien irrotuksessa, onnistuin rikkomaan yhden LCD-näytön tukiasemista tehdessäni sitä ja jouduin liimaamaan sen takaisin liimalla.

Kotelo on suunniteltu FreeCADilla, joten jos haluat tehdä muutoksia, sen pitäisi olla melko yksinkertainen. Kotelon tulostamiseen tarkoitetut STL -tiedostot sekä FreeCAD -suunnittelutiedostot löytyvät Thingiversesta.

Vaihe 4: Näytön kokoaminen

Kun kotelo on painettu, aika koota kaikki yhteen. Aseta ensin nestekidenäyttö kotelon sisään ja liu'uta sitä vasemmalle, jotta sen ja anturin reiän väliin jää rako.

Aseta seuraavaksi piirilevy sen päälle ja anturi on jo kiinnitetty tapin otsikkoon.

Työnnä sen jälkeen anturi reikään, liu'uta nestekidenäyttö takaisin paikalleen ja aseta piirilevy nastapäähän. Kiinnitä nyt nestekidenäyttö paikalleen M2 -muttereilla ja -pulteilla ja juota piirilevy nastapäähän.

Aseta seuraavaksi virtaliitin paikalleen, kiinnitä siihen johdot ja juota niiden muut päät piirilevyyn. Myös joidenkin lämpökutisteputkien käyttö täällä olisi hyvä idea.

Viimeinen vaihe on asentaa metalliset kierreosat, jotta kansi voidaan ruuvata paikalleen M3 -ruuveilla. Tätä varten sinun on käytettävä juotosrautaa niiden lämmittämiseen, jotta ne voidaan työntää reikiin. Voit tutustua tähän ohjeeseen, jos tarvitset lisätietoja metallilankojen lisäämisestä 3D -tulosteisiin.

Vaihe 5: Palvelimen asentaminen

Ennen laiteohjelmiston lataamista ESP8266 -laitteeseen on vielä yksi asia, joka on tehtävä, eli palvelimen asettaminen laitteen vastaanottamien tietojen kirjaamista varten. Tätä tarkoitusta varten voit käyttää melkein mitä tahansa haluamaasi Linux -konetta, yksityisverkon Raspberry Pi -laitteesta DigitalOcean -pisaraan. Menin myöhemmin, mutta prosessi on melko sama riippumatta siitä, mitä valitset.

Asennetaan Apache, MySQL (MariaDB) ja PHP

Ensin meidän on asennettava LAMP tai toisin sanoen asennettava palvelimelle Apache, MySQL (MariaDB) ja PHP. Tätä varten sinun on käytettävä distroosi paketinhallintaa, esimerkin vuoksi käytän aptia, joka on paketinhallinta, jota käyttävät melkein kaikki Debian -pohjaiset distrot, mukaan lukien Raspbian.

sudo apt päivitys

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

Tämän jälkeen, jos laitat palvelimesi IP -osoitteen selaimesi osoiteriville, sinun pitäisi nähdä Apachen oletussivu.

Tietokannan asettaminen

Nyt tarvitsemme tietokannan tietojen kirjaamiseen. Muodosta ensin yhteys MySQL: ään pääkäyttäjänä, sudo mysql

Luo tietokanta ja käyttäjä, jolla on siihen pääsy, seuraavasti:

LUO DATABASE -anturit

KÄYTÄ "antureita"; LUO TAULUKKO "lämpötila" ("id" bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, "client_id" smallint (6) NOT NULL, "arvo" smallint (6) NOT NULL, "created_at" aikaleima NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (" id`)) MOOTTORI = InnoDB; LUO TAULUKKO "kosteus" ("id" bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, "client_id" smallint (6) NOT NULL, "arvo" smallint (6) NOT NULL, "created_at" aikaleima NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (`` id`)) MOOTTORI = InnoDB; LUO KÄYTTÄJÄ '[käyttäjätunnus]'@'localhost' TUNNISTETTU '[salasanalla]'; MYÖNNÄ KAIKKI OIKEUDET "antureille".* ANTUREILLE@"localhost"; POISTU

Muista korvata [käyttäjätunnus] ja [salasana] haluamallasi MySQL -käyttäjän todellisella käyttäjänimellä ja salasanalla. Pidä ne myös muistissa, koska tarvitset niitä seuraavassa vaiheessa.

Kirjaamisen ja verkkokäyttöliittymän komentosarjojen määrittäminen

Vaihda/var/www/html -hakemistoon, joka on Apachen oletusvirtuaalipalvelimen asiakirjan juuri, poista oletussivun sisältävä HTML -tiedosto ja lataa loki ja web -käyttöliittymän komentosarjat.

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

Muokkaa nyt kirjausohjelmaa nanolla, sudo nano log.php

Sinun on korvattava [käyttäjätunnus] ja [salasana] edellisellä vaiheessa luomasi MySQL -käyttäjän käyttäjänimellä ja salasanalla. Korvaa myös [asiakasavain] ainutlaatuisella merkkijonolla ja merkitse se muistiin. Tätä käytetään salasanana, jotta näyttö voi todentaa itsensä palvelimelle.

Muokkaa lopuksi index.php nanolla, sudo nano index.php

ja korvaa [käyttäjätunnus] ja [salasana] MySQL -käyttäjän käyttäjätunnuksella ja salasanalla kuten kirjausohjelmalla.

HTTPS: n määrittäminen (valinnainen)

Tämä voi olla valinnaista, mutta jos yhteys ESP8266: n ja palvelimen välillä on Internetissä, on erittäin suositeltavaa käyttää jotakin salausta.

Valitettavasti et voi vain mennä eteenpäin ja käyttää esimerkiksi Salaa salausta varmenteen saamiseen. Tämä johtuu siitä, että ainakin kirjoittamishetkellä ESP8266: n HTTP -asiakaskirjasto edellyttää edelleen varmenteen sormenjäljen antamista toisena argumenttina, kun kutsutaan http.begin (). Tämä tarkoittaa sitä, että jos käytät jotain Let's Encryptin kaltaista, sinun on päivitettävä laiteohjelmisto sirulle joka kolmas kuukausi, jotta varmenteen sormenjälki päivitetään jokaisen uusimisen jälkeen.

Yksi tapa kiertää se olisi luoda itse allekirjoitettu varmenne, joka vanhenee hyvin pitkän ajan (esim. 10 vuoden) kuluttua, ja pitää kirjausskripti omassa virtuaalipalvelimessaan omalla aliverkkotunnuksellaan. Näin voit saada verkkokäyttöliittymän tietojen käyttämiseen erillisellä aliverkkotunnuksella, joka käyttää luotetun viranomaisen asianmukaista varmennetta. Itse allekirjoitetun varmenteen käyttö tässä tapauksessa ei ole turvallisuusongelma, koska varmenteen sormenjälki, joka yksilöi sen, koodataan laiteohjelmistoon ja varmennetta käyttää vain ESP8266.

Ennen kuin aloitamme, oletan, että sinulla on jo verkkotunnus ja voit luoda sille aliverkkotunnuksia. Joten luo varmenne, joka vanhenee 10 vuoden kuluttua, suorita seuraava komento ja vastaa kysymyksiin.

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

Koska tämä on itse allekirjoitettu varmenne, vastaus useimpiin kysymyksiin ei ole kovin tärkeä, lukuun ottamatta kysymystä, joka pyytää yleisnimeä. Tässä sinun on annettava koko aliverkkotunnus, jota käytetään tässä virtuaalisessa isännässä. Tässä antamasi aliverkkotunnuksen on oltava sama palvelimen nimen kanssa, jonka määrität myöhemmin virtuaalisen isäntäkokoonpanon yhteydessä.

Luo seuraavaksi uusi virtuaalinen isäntäkonfiguraatio, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-ssl.conf

seuraavalla sisällöllä, ServerName [aliverkkotunnus] DocumentRoot/var/www/sensors SSLEngine ON SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/sensors.key SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/sensors.crt Options +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APIRACHLOG error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-access-ssl.log yhdistetty

Muista korvata [aliverkkotunnus] samalla aliverkkotunnuksella, jota käytit varmenteessa. Tässä vaiheessa sinun on poistettava käytöstä Apachen oletusvirtuaalinen isäntä, sudo a2dissite 000-oletus

muuttaa asiakirjan juurihakemiston nimeä, sudo mv/var/www/html/var/www/anturit

ja lopuksi ota käyttöön uusi virtuaalinen isäntä ja käynnistä Apache uudelleen, sudo a2ensite-anturit-ssl

sudo systemctl käynnistä apache2 uudelleen

Viimeinen asia, joka on tehtävä, on hankkia varmenteen sormenjälki, koska sinun on käytettävä sitä laiteohjelmistokoodissa.

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

Http.begin () odottaa, että sormenjäljen tavujen väliset erotimet ovat välilyöntejä, joten sinun on vaihdettava kaksoispisteet välilyönteihin, ennen kuin käytät sitä koodissasi.

Jos et nyt halua käyttää itse allekirjoitettua varmennetta verkkokäyttöliittymän määrittämisessä ja uuden aliverkkotunnuksen määrittämisessä, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-web-ssl.conf

seuraavalla sisällöllä, Palvelimen_nimi [aliverkkotunnus] 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 Asetukset +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-aog-log-l.log

Muista korvata [aliverkkotunnus] aliverkkotunnuksella, jonka olet määrittänyt verkkokäyttöliittymälle. Ota seuraavaksi käyttöön uusi virtuaalinen isäntä, käynnistä Apache uudelleen, asenna certbot ja hanki varmenne uudelle aliverkkotunnukselle Let's Encrypt -palvelusta, sudo a2ensite-anturit-web-ssl

sudo systemctl käynnistä apache2 sudo apt päivitys sudo apt asenna certbot sudo certbot certonly --apache -d [aliverkkotunnus]

Varmenteen saamisen jälkeen muokkaa virtuaalisen isännän kokoonpanoa uudelleen ja poista SSLEngine-, SSLCertificateFile-, SSLCertificateKeyFile- ja SSLCertificateChainFile -rivit ja käynnistä Apache uudelleen.

Ja nyt voit käyttää ensimmäistä aliverkkotunnusta, joka käyttää itse allekirjoitettua varmennetta tietojen lähettämiseen ESP8266: sta palvelimelle, kun taas toista käytetään verkkokäyttöliittymän käyttämiseen selaimesta. Certbot huolehtii myös siitä, että uusimme Let's Encrypt -varmenteen automaattisesti kolmen kuukauden välein käyttämällä järjestelmäajastinta, jonka pitäisi olla oletusarvoisesti käytössä.

Vaihe 6: ESP8266: n ohjelmointi

Lopuksi on vain ladattava laiteohjelmisto mikro -ohjaimeen. Voit tehdä tämän lataamalla laiteohjelmiston lähdekoodin täältä ja avaamalla sen Arduino IDE: n avulla. Sinun on korvattava [SSID] ja [Salasana] WiFi -verkon todellisella SSID: llä ja salasanalla. Sinun on myös korvattava [Client ID] ja [Client Key] sprintf -funktiokutsussa niihin, joita käytit palvelimen PHP -komentosarjassa. Lopuksi sinun on korvattava [Isäntä] verkkotunnuksella tai palvelimen IP -osoitteella. Jos käytät HTTPS -protokollaa, sinun on myös annettava varmenteen sormenjälki toisena argumenttina http.begin () -toiminnon kutsussa. Olen selittänyt, miten varmenteen sormenjälki hankitaan edellisen vaiheen "HTTPS -asetukset" -osiossa.

Seuraavaksi, jos et ole jo tehnyt sitä, sinun on asennettava ESP8266 -yhteisön ydinpaketti Arduino IDE: n hallintopäällikön avulla. Kun tämä on tehty, valitse NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) levyt-valikosta. Seuraavaksi sinun on asennettava SimpleDHT -kirjasto Library Managerin avulla. Paina lopuksi IDE -ikkunan vasemmassa yläkulmassa olevaa Vahvista -painiketta varmistaaksesi, että koodi kääntyy virheettömästi.

Ja nyt on vihdoin aika polttaa laiteohjelmisto mikrokontrolleriin. Siirrä tätä varten hyppyjohdin JP1 oikealla, jolloin ESP8266: n GPIO0 kytketään maahan, mikä mahdollistaa ohjelmointitilan. Liitä sitten USB sarjamuuntimeen hyppyjohtimilla ohjelmointiotsikkoon, joka on merkitty P1: ksi. Ohjelmointiotsikon nasta 1 on maadoitettu, nasta 2 on ESP8266: n vastaanottotappi ja nasta 3 lähetys. Tarvitset ESP8266 -vastaanottimen siirtyäksesi USB -sarjamuuntimen lähetykseen, lähetykseen vastaanottoon ja tietysti maahan -maahan.

Lopuksi kytke laitteeseen virta 5 V: lla USB -DC -liitäntäkaapelilla ja kytke USB -sarjamuunnin tietokoneeseen. Sinun pitäisi nyt nähdä virtuaalinen sarjaportti, johon ESP8266 on kytketty, heti kun avaat IDE: n työkaluvalikon. Napsauta vain Lataa -painiketta ja siinä kaikki! Jos kaikki meni odotetulla tavalla, sinun pitäisi nähdä lämpötila- ja kosteuslukemat laitteen nestekidenäytöstä. Kun ESP8266 muodostaa yhteyden verkkoon ja aloittaa yhteydenpidon palvelimen kanssa, nykyisen päivämäärän ja kellonajan pitäisi myös näkyä näytössä.

Muutaman tunnin kuluttua, kun palvelin on kerännyt hyvän määrän tietoja, sinun pitäisi nähdä lämpötila- ja kosteuskaaviot käymällä osoitteessa http (s): // [host] /index.php?client_id= [client id]. Missä [isäntä] on joko palvelimesi IP -osoite tai verkkokäyttöliittymässä käyttämäsi aliverkkotunnus ja [asiakastunnus] laitteen asiakastunnus, jonka pitäisi olla 1, jos jätät sen oletusarvoonsa.