צג טמפרטורה ולחות: 6 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

במדריך זה אני הולך להראות לך כיצד להכין משגיח טמפרטורה ולחות משלך לסלון שלך. המכשיר כולל גם יכולות WiFi, לצורך רישום הנתונים בשרת מרוחק (למשל Raspberry Pi) וגישה אליו מאוחר יותר באמצעות ממשק אינטרנט פשוט.

החלקים העיקריים של המכשיר הם מיקרו -בקר ESP8266, חיישן טמפרטורה ולחות DHT11 ו- LCD בגודל 16x4 תווים. הפרויקט הינו בקוד פתוח במלואו, לכן אל תהסס להוריד את קבצי הסכימה, פריסת הלוח והעיצוב של המארז ולבצע את כל השינויים שאתה אוהב.

שלב 1: כלים וחלקים

כדי לבנות את הצג, תזדקק לחלקים הבאים:

1 x ESP-12F [2 €]-למיטב ידיעתי ESP-12E ו- ESP-12F זהים בעצם, עם ההבדל של- ESP-12F יש אנטנה טובה יותר.

1 x חיישן טמפרטורה ולחות DHT11 [0.80 €] - DHT22 גם הוא יעבוד, אך יהיה צורך לבצע כמה שינויים במודל התלת -ממד של המתחם, DHT22 הוא גם קצת יותר יקר.

1 x 16x4 אופי LCD 5V [3.30 €] - כן, תזדקק למכשיר 5V מכיוון שהלוח הלוח מתוכנן כך שה- LCD יופעל ישירות מ- 5V ולא מווסת המתח. הדבר נעשה על מנת להפחית את העומס על ווסת המתח אך גם מכיוון שצגי 5V נוטים להיות זולים יותר. אך אל דאגה, למרות ש- ESP8266 פועל בספק 3.3V הוא עדיין יעבוד מצוין.

1 x ווסת מתח LD1117V33 SMD, הידוע גם בשם LD33 (חבילת SOT223) [0.80 €]

1 x 100nF קבלים SMD קרמיים (חבילה 0603)

1 x 10uF Tantalum SMD קבלים (3528 חבילה)

1 x 10K SMD Resistor (חבילת 0805)

1 x 10K סיר גוזם (חור דרך)

1 x 47Ω Resd Resist (חבילת 0805) - זה רק לצורך הגבלת הזרם העובר לתאורה האחורית של ה- LCD. אל תהסס להתנסות בערכי התנגדות שונים ובחר את העוצמה שאתה מעדיף.

1 x מתג רגעי SMD [0.80 €] - הספציפי בו השתמשתי הוא זה, אבל אתה יכול להשתמש בכל מתג רגעי שאתה רוצה עם אותה טביעת רגל. הצלחתי למצוא את אותם מתגים ב- eBay בפחות על ידי קבלת יותר מאחד.

1 x 5.5x2.1mm DC שקע (לוח הר) [0.50 €] - לזה שהשתמשתי הוא בעל קוטר חיתוך של 8 מ"מ ואורך 9mm. ניתן למצוא אותו בקלות ב- eBay על ידי חיפוש אחר "שקע DC DC" (ראה תמונה מצורפת).

1 x 2.54 מ מ (100 מיל) כותרת פינים לזכר 40 פינים (חור דרך)

1 x 2.54 מ מ (100 מיל) כותרת פינים נקבה עם 40 פינים במכונה (חור דרך)

מגשר 1 x 2.54 מ מ (100 מיל) - זהה לאלה שמשמשים על לוחות אם של מחשבים.

4 x M3 8 מ מ ברגים

4 x M3 4x4mm מוסיפים מושחלים - ניתן למצוא אותם בקלות על ידי חיפוש אחר "M3 Press -In פליז נחושת מוסיף" ב- eBay (ראו תמונה מצורפת).

4 x M2 12mm ברגים

4 x אגוזי M2

1 x USB מסוג A עד 5.5x2.1mm כבל DC DC [1.5 €] - זה יאפשר להפעיל את המכשיר שלך ממטען טלפון רגיל או פחות או יותר מכל מחשב עם יציאת USB. המכשיר שואב רק 300mA במקרה הגרוע ביותר ו -250mA בממוצע, כך שגם יציאת USB 2.0 תצליח.

1 x PCB - עובי הלוח אינו קריטי, אז פשוט לך על 1.6 מ מ שהיא בדרך כלל האפשרות הזולה ביותר עם רוב יצרני הלוח המודרני.

3 x חתיכות חוט תקוע (כ -60 מ מ כל אחת)

3 x חתיכות של צינורות חום (בערך 10 מ מ כל אחת)

והכלים הבאים:

מלחם

ממיר USB לטורי - תזדקק לזה לתכנות ה- ESP8266 על הלוח.

מברג פיליפס ו/או מפתח משושה - תלוי בסוג הברגים בהם תשתמש.

מדפסת תלת מימד - אם אין לך גישה למדפסת תלת מימד, תוכל תמיד להשתמש בקופסת פרויקט פלסטיק כללית ולבצע את החיתוכים בעצמך באמצעות Dremel. המידות הפנימיות המינימליות לקופסה כזו יצטרכו להיות בגובה 24 מ"מ, אורך 94 מ"מ ורוחב 66 מ"מ. יהיה עליך גם להשתמש בסטנד-אפים של 8 מ"מ עבור התקנת ה- LCD.

Dremel - נחוץ רק אם אתה לא הולך על המארז המודפס בתלת מימד.

שלב 2: הכנת ה- PCB

השלב הראשון הוא יצירת ה- PCB. אתה יכול לעשות זאת על ידי חריטת זה בעצמך, או פשוט להיכנס לאתר של יצרן ה- PCB האהוב עליך ולבצע הזמנה. אם אינך מתכנן לבצע שינויים בפריסת הלוח, תוכל פשוט לתפוס את קובץ ה- ZIP המכיל את קבצי הגרבר המצורפים בשלב זה ולשלוח אותו ישירות ליצרן. אם ברצונך לבצע שינויים, ניתן למצוא כאן את קובצי הסכימה והפריסת הלוח של KiCAD.

לאחר לשים את הידיים על הלוחות הגיע הזמן להלחם את הרכיבים. זה אמור להיות די פשוט, אבל יש לשים לב לכמה דברים. ראשית, אל תמשיך להלחם את ה- PCB בכותרת ה- LCD עדיין, יהיה צורך לעשות זאת במהלך ההרכבה הסופית בשל אופן עיצוב המארז. אם אתה מכין מארז משלך, אל תהסס להתעלם מהעצה הזו.

מחבר U3 הוא המקום בו יחובר חיישן DHT11. באופן אידיאלי, עליך להשתמש בכותרת סיכה נקבה במכונה בזווית של 90 ° למטרה זו. אבל אם אתה כמוני לא מצליח למצוא אחד, פשוט קנה אחד ישר וכופף אותו בעצמך. אם תעשה זאת מאוחר יותר, גם הלידים של DHT11 יהיו מעט קצרים, כך שתצטרך להלחים כמה הרחבות. המרחק בין כותרת הסיכה לחיישן לאחר החיבור צריך להיות בערך 5 מ מ.

הסיבה שאתה רוצה להשתמש בכותרת סיכה במכונה, היא כי החורים קטנים יותר בהשוואה לכותרות הסיכה הנשיות הרגילות. אז מוליכי החיישן יכולים לשבת שם בחוזקה וליצור חיבור מוצק. אבל אתה יכול גם לנסות להלחם את DHT11 על פיסת כותרת סיכה גברית ולחבר אותה כך לכותרת סיכה נקבה רגילה, שאמורה לפעול באותה מידה.

שלב 3: הכנת המארז

כעת, כאשר הלוח הלחמי PCB הגיע הזמן להכין את המארז. יש להדפיס שני חלקים שונים, הגוף המרכזי של המארז והמכסה. המכסה כולל גם חורי הרכבה לחיבורו על הקיר.

ניתן להדפיס את שני החלקים עם זרבובית רגילה של 0.4 מ"מ בגובה שכבה של 0.2 מ"מ, במקרה שלי זמן ההדפסה היה כ -4 שעות לשני החלקים יחד. המכסה אינו דורש שום תמיכה בחלקו העיקרי של המארז, בעיקר עבור החלק שמתחת לשקעי הברגים. לאחר ההדפסה היזהר מאוד בהסרת התומכים, הצלחתי לשבור את אחת ממצבי ה- LCD בזמן שעשיתי זאת והייתי צריך להדביק אותה מחדש עם דבק על.

המארז מעוצב ב- FreeCAD, כך שאם אתה רוצה לבצע שינויים זה צריך להיות די פשוט. קבצי STL להדפסת המארז כמו גם קבצי העיצוב של FreeCAD ניתן למצוא ב- Thingiverse.

שלב 4: הרכבת הצג

כשהמארז מודפס, הגיע הזמן להרכיב הכל. ראשית, הנח את ה- LCD בתוך המארז והחלק אותו שמאלה, כך שיהיה פער בינו לבין החור לחיישן.

לאחר מכן, הנח את ה- PCB מעליו, כאשר החיישן כבר מחובר לכותרת הסיכה.

לאחר מכן, דחוף את החיישן לתוך החור, החלק את ה- LCD לאחור למקומו והכנס את הלוח על כותרת הסיכה. עכשיו תקן את ה- LCD במקום באמצעות אגוזים וברגים M2, והלחם את הלוח הקדמי בכותרת הסיכה.

לאחר מכן, הנח את שקע החשמל במקומו, חבר אליו כמה חוטים והלחם את קצותיהם האחרים על הלוח המודרני. השימוש בכמה צינורות חום כאן יהיה גם רעיון טוב.

השלב האחרון הוא התקנת תוספות הברגה ממתכת כך שניתן יהיה להבריג את המכסה במקומו בעזרת ברגי M3. לשם כך תצטרך להשתמש במלחם שלך כדי לחמם אותם, כך שניתן יהיה לדחוף אותם לתוך החורים. תוכל להציץ במדריך זה אם אתה זקוק למידע נוסף על הוספת חוטי מתכת להדפסי התלת מימד שלך.

שלב 5: הגדרת השרת

לפני העלאת הקושחה ל- ESP8266 יש עוד דבר אחד שצריך לעשות, שהוא הגדרת שרת לרישום הנתונים המתקבלים על ידי המכשיר. לשם כך תוכל להשתמש כמעט בכל מכונת לינוקס שתרצה, החל מ- Raspberry Pi ברשת הפרטית שלך ועד לטיפת DigitalOcean. הלכתי עם המאוחר יותר, אבל התהליך פחות או יותר אותו דבר, לא משנה במה תבחרו.

התקנת Apache, MySQL (MariaDB) ו- PHP

ראשית עלינו להתקין LAMP, או במילים אחרות להתקין Apache, MySQL (MariaDB) ו- PHP בשרת. לשם כך תצטרך להשתמש במנהל החבילות של הדיסטרו שלך, לשם הדוגמא אשתמש ב- apt שהוא מנהל החבילות המשמש כמעט כל הפצה מבוססת דביאן, כולל Raspbian.

עדכון sudo apt

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

לאחר שתעשה זאת, אם תשים את כתובת ה- IP של השרת שלך בשורת הכתובת של הדפדפן שלך, תוכל לראות את דף ברירת המחדל של Apache.

הקמת מסד הנתונים

כעת אנו זקוקים למסד נתונים לרישום הנתונים. ראשית, התחבר ל- MySQL כשורש על ידי הפעלה, sudo mysql

וצור את מסד הנתונים והמשתמש שיש לו גישה אליו כדלקמן, צור חיישנים 'DATABASE'

השתמש 'חיישנים'; צור טבלה 'טמפרטורה' (`id` bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,` client_id` smallint (6) NOT NULL, `value` smallint (6) NOT NULL,` created_at `חותמת זמן NOT NULL AUTO_TIMESTAMP, מפתח ראשוני (` id`)) ENGINE = InnoDB; צור טבלה `לחות` (` id` bigint (20) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `client_id` smallint (6) NOT NULL,` value` smallint (6) NOT NULL, `created_at` חותמת זמן NOT NULL AUTO_TIMESTAMP, PRIMARY KEY (` id`)) ENGINE = InnoDB; צור משתמש '[שם משתמש]'@'localhost' המזוהה על ידי '[סיסמה]'; להעניק לכל היתרונות על 'חיישנים'.* ל'חיישנים '@' localhost '; יְצִיאָה

הקפד להחליף [שם משתמש] ו [סיסמה] בשם המשתמש והסיסמה בפועל עבור משתמש MySQL שאתה אוהב. כמו כן, שמור עליהם כיוון שתזדקק להם לשלב הבא.

הגדרת סקריפטים של רישום וממשק אינטרנט

שנה לספרייה/var/www/html המהווה את שורש המסמך של המארח הווירטואלי המוגדר כברירת מחדל של Apache, מחק את קובץ ה- HTML המכיל את דף האינטרנט המוגדר כברירת מחדל והוריד את סקריפטים של רישום וממשק אינטרנט בתוכו.

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

כעת ערוך את סקריפט הרישום באמצעות ננו, sudo nano log.php

יהיה עליך להחליף את [שם המשתמש] וה [סיסמה] בשם המשתמש והסיסמה עבור משתמש MySQL שיצרת בשלב הקודם. כמו כן, החלף את [מפתח הלקוח] במחרוזת ייחודית ורשום אותה. זה ישמש כסיסמה כדי שהצג יוכל לאמת את עצמו מול השרת.

לבסוף, ערוך את index.php באמצעות nano, סודו ננו index.php

והחלף את [שם המשתמש] וה [סיסמא] בשם המשתמש והסיסמה עבור משתמש MySQL כפי שעשית עם סקריפט הרישום.

הגדרת HTTPS (אופציונלי)

זה עשוי להיות אופציונלי, אבל אם החיבור בין ESP8266 לשרת הוא דרך האינטרנט מומלץ מאוד להשתמש בהצפנה מסוימת.

למרבה הצער, אתה לא יכול פשוט להשתמש במשהו כמו Let's Encrypt לצורך קבלת תעודה. הסיבה לכך היא שלפחות בזמן הכתיבה, ספריית לקוח HTTP עבור ESP8266 עדיין דורשת את טביעת האצבע של התעודה כארגומנט שני בעת קריאה ל- http.begin (). המשמעות היא שאם אתה משתמש במשהו כמו Let's Encrypt, יהיה עליך להחדיר מחדש את הקושחה לשבב כל 3 חודשים על מנת לעדכן את טביעת האצבע של האישור לאחר כל חידוש.

הדרך לעקוף זאת תהיה ליצור תעודה בחתימה עצמית שתוקפה יפוג לאחר זמן רב מאוד (למשל 10 שנים) ולשמור את סקריפט הרישום במארח וירטואלי משלו עם תת-דומיין משלו. כך תוכל לקבל ממשק אינטרנט לגישה לנתונים על תת -דומיין נפרד, שישתמש באישור מתאים מרשות מהימנה. השימוש באישור בחתימה עצמית במקרה זה אינו מהווה בעיית אבטחה, שכן טביעת האצבע של התעודה המזהה אותו באופן ייחודי תתקוד לתוך הקושחה והתעודה תשמש רק את ה- ESP8266.

לפני שנתחיל, אני מניח שכבר בבעלותך שם דומיין ואתה יכול ליצור עליו תת -דומיינים. אז, כדי ליצור תעודה שפוג תוקפה לאחר 10 שנים הפעל את הפקודה הבאה וענה על השאלות.

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

מכיוון שזו תעודה בחתימה עצמית מה שאתה עונה ברוב השאלות לא משנה יותר מדי, למעט השאלה ששואלת את השם הנפוץ. כאן תצטרך לספק את תת הדומיין המלא שישמש את המארח הווירטואלי הזה. תת הדומיין שתתן כאן יהיה זהה לאותו שם השרת שתגדיר מאוחר יותר בתצורת המארח הווירטואלי שלך.

לאחר מכן צור תצורה חדשה של מארח וירטואלי, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-ssl.conf

עם התכנים הבאים, ServerName [sub -domain] DocumentRoot/var/www/sensors SSLEngine ON SSLCertificateKeyFile /etc/ssl/private/sensors.key SSLCertificateFile /etc/ssl/certs/sensors.crt אפשרויות +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APACHE_LOG error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-access-ssl.log בשילוב

שוב, הקפד להחליף את [תת הדומיין] באותו תת -דומיין שבו השתמשת עם האישור. בשלב זה יהיה עליך להשבית את מארח הווירטואלי המוגדר כברירת מחדל של Apache, sudo a2dissite 000-default

שנה את שם ספריית השורש של המסמך, sudo mv/var/www/html/var/www/חיישנים

ולבסוף לאפשר את המארח הווירטואלי החדש ולהפעיל מחדש את Apache, sudo a2ensite חיישנים-ssl

sudo systemctl הפעלה מחדש של apache2

הדבר האחרון שצריך לעשות הוא להשיג את טביעת האצבע של התעודה, כי תצטרך להשתמש בה בקוד הקושחה.

openssl x509 -אאוט -טביעת אצבע -ש 1 -מידע pem -in /etc/ssl/certs/sensors.crt

ה- http.begin () מצפה שהמפרידים בין בתים של טביעת האצבע יהיו רווחים, לכן יהיה עליך להחליף את הנקודות ברווחים לפני שתשתמש בה בקוד שלך.

כעת, אם אינך מעוניין להשתמש באישור בחתימה עצמית לצורך הגדרת ממשק האינטרנט תת-דומיין חדש וליצור תצורה חדשה של מארח וירטואלי, sudo nano /etc/apache2/sites-available/sensors-web-ssl.conf

עם התכנים הבאים, ServerName [תת -דומיין] DocumentRoot/var/www/sensors #SSLEngine ON #SSLCertificateFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain]/cert.pem #SSLCertificateKeyFile /etc/letsencrypt/live//subdomain]/privkey.pem #SSLCific/ /letsencrypt/live/ [sub-domain] /chain.pem אפשרויות +FollowSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-access-ssl.log בשילוב

הקפד להחליף את [תת הדומיין] בתת הדומיין שהגדרת עבור ממשק האינטרנט. לאחר מכן הפעל את המארח הווירטואלי החדש, הפעל מחדש את Apache, התקן certbot וקבל אישור עבור תת הדומיין החדש מ- Let's Encrypt, sudo a2ensite חיישנים-web-ssl

sudo systemctl הפעל מחדש apache2 sudo apt עדכון sudo apt התקן certbot sudo certbot certonly --apache -d [תת -דומיין]

לאחר קבלת האישור ערוך שוב את תצורת המארח הווירטואלי לביטול התגובות של שורות SSLEngine, SSLCertificateFile, SSLCertificateKeyFile ו- SSLCertificateChainFile והפעל מחדש את Apache.

ועכשיו אתה יכול להשתמש בתת הדומיין הראשון שמשתמש בתעודה בחתימה עצמית לשליחת הנתונים מה- ESP8266 לשרת, תוך שימוש בשני לגישה לממשק האינטרנט מהדפדפן שלך. Certbot גם ידאג לחדש לך את תעודת Let's Encrypt באופן אוטומטי כל 3 חודשים, באמצעות טיימר systemd שאמור להיות מופעל כברירת מחדל.

שלב 6: תכנות ה- ESP8266

לבסוף, הדבר היחיד שנותר לעשות הוא לטעון את הקושחה על המיקרו -בקר. לשם כך, הורד מכאן את קוד המקור של הקושחה ופתח אותו באמצעות Arduino IDE. יהיה עליך להחליף את [SSID] ו- [Password] ב- SSID ובסיסמה בפועל של רשת ה- WiFi שלך. יהיה עליך גם להחליף את [מזהה הלקוח] ואת [מפתח הלקוח] בשיחת הפונקציה sprintf לאלה שבהם השתמשת בסקריפט PHP בשרת. לבסוף, יהיה עליך להחליף את [Host] בשם הדומיין או בכתובת ה- IP של השרת. אם אתה משתמש ב- HTTPS יהיה עליך גם לספק את טביעת האצבע של האישור שלך כארגומנט שני בקריאת הפונקציות של http.begin (). הסברתי כיצד להשיג את טביעת האצבע של התעודה בחלק "הגדרת HTTPS" בשלב הקודם.

לאחר מכן, אם עדיין לא תצטרך להתקין את חבילת הליבה הקהילתית ESP8266 באמצעות מנהל הלוח של Arduino IDE. לאחר שתעשה זאת, בחר את NodeMCU 1.0 (מודול ESP-12E) מתפריט הלוחות. לאחר מכן, יהיה עליך להתקין את ספריית SimpleDHT באמצעות מנהל הספרייה. לבסוף, לחץ על הלחצן אמת בפינה השמאלית העליונה של חלון IDE שלך כדי לוודא שהקוד מתאסף ללא שגיאות.

ועכשיו, סוף סוף הגיע הזמן לצרוב את הקושחה למיקרו -בקר. לשם כך העבר את המגשר JP1 מימין, כך ש- GPIO0 של ה- ESP8266 יחובר לקרקע שיאפשר את מצב התכנות. לאחר מכן, חבר את ה- USB שלך לממיר סדרתי באמצעות חוטי מגשר לכותרת התכנות המסומנת כ- P1. סיכה 1 בכותרת התכנות נטחנת, סיכה 2 היא סיכת הקבלה של ה- ESP8266 וסיכה 3 השידור. אתה צריך את הקבלה של ה- ESP8266 כדי לעבור לשדר של ממיר ה- USB שלך לטורי, השידור לקבלה וכמובן הקרקע לקרקע.

לבסוף, הפעל את המכשיר באמצעות 5V באמצעות כבל שקע ה- USB שלך ל- DC וחבר את ממיר ה- USB למערך הטורי למחשב שלך. כעת אתה אמור להיות מסוגל לראות את היציאה הווירטואלית הווירטואלית שבה מחובר ה- ESP8266, ברגע שתפתח את תפריט הכלים ב- IDE שלך. עכשיו, פשוט לחץ על כפתור ההעלאה וזהו! אם הכל הלך כצפוי, אתה אמור להיות מסוגל לראות את קריאות הטמפרטורה והלחות על מסך המכשיר. לאחר שה- ESP8266 מתחבר לרשת שלך ומתחיל לתקשר עם השרת, גם התאריך והשעה הנוכחיים אמורים להופיע בתצוגה.

לאחר מספר שעות כאשר השרת יאסוף כמות מספקת של נתונים, תוכל לראות את טבלאות הטמפרטורה והלחות על ידי ביקור בכתובת http (ים): // [host] /index.php?client_id= [מזהה לקוח].כאשר [מארח] הוא כתובת ה- IP של השרת שלך או תת -הדומיין שבו אתה משתמש עבור ממשק האינטרנט, ו- [מזהה לקוח] מזהה הלקוח של המכשיר שאם השארת אותו לערך ברירת המחדל שלו הוא צריך להיות 1.