Temperatura at Humidity Monitor: 6 na Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Sa itinuturo na ito ay ipapakita ko sa iyo kung paano gumawa ng iyong sariling monitor ng temperatura at halumigmig para sa iyong sala. Nagtatampok din ang aparato ng mga kakayahan sa WiFi, para sa layunin ng pag-log ng data sa isang remote server (hal. Isang Raspberry Pi) at pag-access sa paglaon sa pamamagitan ng isang simpleng web interface.

Ang mga pangunahing bahagi ng aparato ay isang microcontroller ng ESP8266, isang sensor ng temperatura at kahalumigmigan ng DHT11 at isang 16x4 na character na LCD. Ang proyekto ay ganap na bukas na mapagkukunan, kaya huwag mag-atubiling i-download ang eskematiko, layout ng board at mga file ng disenyo para sa enclosure at gumawa ng anumang mga pagbabago na gusto mo.

Hakbang 1: Mga Tool at Bahagi

Upang maitayo ang monitor kakailanganin mo ang mga sumusunod na bahagi:

1 x ESP-12F [2 €] - Sa pagkakaalam ko na ang ESP-12E at ESP-12F ay karaniwang magkapareho, na may pagkakaiba na ang ESP-12F ay may mas mahusay na antena.

1 x DHT11 Temperatura at Humidity Sensor [0.80 €] - Ang DHT22 ay gagana rin ngunit ang ilang mga pagbabago ay kailangang gawin sa 3D na modelo ng enclosure, ang DHT22 ay medyo mas mahal din.

1 x 16x4 Character LCD 5V [3.30 €] - Oo, kakailanganin mo ng isang 5V ang isa habang ang PCB ay dinisenyo upang ang LCD ay direktang mapalakas mula sa 5V sa halip na ang voltage regulator. Ginawa ito upang mabawasan ang pagkarga sa boltahe regulator ngunit dahil din sa 5V display ay may posibilidad na maging mas mura. Ngunit huwag mag-alala, kahit na ang ESP8266 ay nagpapatakbo sa 3.3V gagana pa rin ito.

1 x LD1117V33 SMD Voltage Regulator, kilala rin bilang LD33 (SOT223 package) [0.80 €]

1 x 100nF Ceramic SMD Capacitor (0603 package)

1 x 10uF Tantalum SMD Capacitor (3528 na pakete)

1 x 10K SMD Resistor (0805 na pakete)

1 x 10K Trimmer Pot (Sa pamamagitan ng butas)

1 x 47Ω SMD Resistor (0805 package) - Para lamang ito sa paglilimita sa kasalukuyang dumadaan sa backlight ng LCD. Huwag mag-atubiling mag-eksperimento sa iba't ibang mga halaga ng paglaban at piliin ang intensity na gusto mo.

1 x SMD Momentary Switch [0.80 €] - Ang partikular na ginamit ko ay ito, ngunit maaari mong gamitin ang anumang pansamantalang switch na gusto mo gamit ang parehong footprint. Nakahanap din ako ng parehong mga switch sa eBay nang mas kaunti sa pamamagitan ng pagkuha ng higit sa isa.

1 x 5.5x2.1mm DC Jack (Panel mount) [0.50 €] - Ang ginamit ko ay may 8mm diameter ng cutout ng panel at isang haba ng 9mm. Madali itong matagpuan sa eBay sa pamamagitan ng paghahanap para sa "Panel Mount DC Jack" (tingnan ang kalakip na larawan).

1 x 2.54mm (100mil) 40-pin Male Pin Header (Sa pamamagitan ng butas)

1 x 2.54mm (100mil) 40-pin Makinang Babae Pin Header (Sa pamamagitan ng butas)

1 x 2.54mm (100mil) Jumper - Pareho ito sa mga ginamit sa mga motherboard ng computer.

4 x M3 8mm Bolts

4 x M3 4x4mm Threaded Inserts - Madali silang mahahanap sa pamamagitan ng paghahanap para sa "M3 Press-In Brass Copper Inserts" sa eBay (tingnan ang kalakip na larawan).

4 x M2 12mm Bolts

4 x M2 Nuts

1 x USB Type A hanggang 5.5x2.1mm DC Plug Cable [1.5 €] - Papayagan nitong mapagana ang iyong aparato alinman mula sa isang karaniwang charger ng telepono o halos anumang computer na may USB port. Gumagawa lamang ang aparato ng 300mA pinakamasamang kaso at 250mA sa average, kaya't kahit isang USB 2.0 port ay gagawin.

1 x PCB - Ang kapal ng board ay hindi kritikal, kaya pumunta lamang sa 1.6mm na kadalasang pinakamurang pagpipilian sa karamihan sa mga tagagawa ng PCB.

3 x Mga piraso ng Straced Wire (halos 60mm bawat isa)

3 x Mga piraso ng Heatshrink Tubing (halos 10mm bawat isa)

At ang mga sumusunod na tool:

Panghinang

USB to Serial Converter - Kakailanganin mo ito para sa pagprograma ng ESP8266 sa pisara.

Phillips Screwdriver at / o Hex Key - Depende sa uri ng mga turnilyo na gagamitin mo.

3D Printer - Kung wala kang access sa isang 3D printer, palagi kang makakagamit ng isang generic na plastik na kahon ng proyekto at gawin ang iyong mga cutout gamit ang isang Dremel. Ang minimum na panloob na sukat para sa naturang kahon ay kailangang 24mm taas, 94mm haba at 66mm lapad. Kakailanganin mo ring gumamit ng mga stand-off na 8mm M2 para sa pag-mount ng LCD.

Dremel - Kailangan lamang kung hindi ka pumunta para sa naka-print na enclosure ng 3D.

Hakbang 2: Paggawa ng PCB

Ang unang hakbang ay upang gawin ang PCB. Maaari mo itong gawin sa pamamagitan ng pag-ukit mismo sa iyong sarili, o pagpunta lamang sa website ng iyong paboritong tagagawa ng PCB at maglagay ng isang order. Kung hindi mo planong gumawa ng anumang mga pagbabago sa layout ng board, maaari mo lamang makuha ang ZIP file na naglalaman ng mga gerber file na nakakabit sa hakbang na ito at direktang ipadala ito sa tagagawa. Sa kaso na nais mong gumawa ng mga pagbabago, ang mga KiCAD eskematiko at board layout file ay matatagpuan dito.

Matapos makuha ang iyong mga kamay sa mga board oras na upang maghinang ng mga sangkap. Ito ay dapat na medyo prangka, ngunit may ilang mga bagay na dapat tandaan. Una, huwag magpatuloy na maghinang ng PCB sa header ng LCD, kakailanganin itong gawin sa huling pagpupulong dahil sa paraan ng pagdisenyo ng enclosure. Kung gumagawa ka ng iyong sariling enclosure bagaman huwag mag-atubiling balewalain ang payo na iyon.

Ang U3 konektor ay kung saan ang sensor ng DHT11 ay konektado. Sa isip, dapat kang gumamit ng 90 ° angled machined na babaeng pin header para sa hangaring iyon. Ngunit kung gusto mo ako ay hindi makahanap ng isa, kumuha lamang ng tuwid at yumuko ito sa iyong sarili. Kung gagawin mo sa paglaon, ang mga lead ng DHT11 ay magiging maikli din, kaya kailangan mong maghinang ng ilang mga extension. Ang distansya sa pagitan ng pin header at ng sensor sa sandaling nakakonekta ay kailangang humigit-kumulang na 5mm.

Ang dahilan kung bakit nais mong gumamit ng isang naka-pin na header ng pin, ay dahil mas maliit ang mga butas kumpara sa mga regular na babaeng pin na header. Kaya, ang mga lead ng sensor ay maaaring umupo doon ng mahigpit na lumilikha ng isang solidong koneksyon. Ngunit maaari mo ring subukan ang paghihinang ng DHT11 sa isang piraso ng male pin header at ikonekta ito sa ganoong paraan sa isang regular na angled na babaeng pin header, na dapat gumana rin.

Hakbang 3: Paggawa ng Enclosure

Ngayon na solder ang PCB oras na upang gawin ang enclosure. Mayroong dalawang magkakaibang bahagi na kailangang mai-print, ang pangunahing katawan ng enclosure at ang talukap ng mata. Nagtatampok din ang takip ng mga tumataas na butas para sa paglakip nito sa iyong dingding.

Ang parehong mga bahagi ay maaaring mai-print sa isang karaniwang 0.4mm na nguso ng gripo sa taas na layer ng 0.2mm, para sa aking kaso ang oras ng pag-print ay tungkol sa 4 na oras para sa parehong mga bahagi na pinagsama. Ang takip ay hindi nangangailangan ng anumang suporta sa pangunahing bahagi ng enclosure gayunpaman, higit sa lahat para sa bahagi sa ilalim ng mga socket ng tornilyo. Matapos ang pag-print maging maingat sa pag-aalis ng mga suporta, nagawa kong basagin ang isa sa mga stand-off para sa LCD habang ginagawa iyon at kailangang idikit muli sa superglue.

Ang enclosure ay idinisenyo sa FreeCAD, kaya kung nais mong gumawa ng anumang mga pagbabago dapat itong maging prangka. Ang mga file ng STL para sa pag-print ng enclosure pati na rin ang mga file ng disenyo ng FreeCAD ay matatagpuan sa Thingiverse.

Hakbang 4: Pag-iipon ng Monitor

Sa naka-print na enclosure, oras upang pagsamahin ang lahat. Una, ilagay ang LCD sa loob ng kaso at i-slide ito sa kaliwa, kaya magkakaroon ng puwang sa pagitan nito at ng butas para sa sensor.

Susunod, ilagay ang PCB sa itaas nito, kasama ang sensor na naka-attach sa pin header.

Pagkatapos nito, itulak ang sensor sa butas, i-slide ang LCD pabalik sa posisyon at ipasok ang PCB sa pin header. Ngayon ayusin ang LCD sa lugar gamit ang M2 nut at bolts, at solder ang PCB sa pin header.

Susunod, ilagay ang power jack sa lugar, maglakip ng ilang mga wire dito at maghinang ng kanilang iba pang mga dulo sa PCB. Ang paggamit ng ilang heatshrink tubing dito ay magiging isang magandang ideya din.

Ang huling hakbang ay i-install ang mga pagsingit na metal na sinulid upang ang takip ay maaaring ma-screwed sa lugar na may M3 bolts. Para sa layuning iyon kakailanganin mong gamitin ang iyong soldering iron upang mapainit sila, upang maitulak sila sa mga butas. Maaari kang tumingin sa pagtuturo na ito kung kailangan mo ng karagdagang impormasyon tungkol sa pagdaragdag ng mga metal na thread sa iyong mga 3D print.

Hakbang 5: Pagse-set up ng Server

Bago i-upload ang firmware sa ESP8266 may isa pang bagay na kailangang gawin, na nagse-set up ng isang server para sa pag-log ng data na natanggap ng aparato. Para sa layuning iyon maaari mong gamitin ang halos anumang makina ng Linux na gusto mo, mula sa isang Raspberry Pi sa iyong pribadong network hanggang sa isang droplet na DigitalOcean. Sumama ako sa paglaon, ngunit ang proseso ay halos pareho kahit anong pipiliin mo.

Pag-install ng Apache, MySQL (MariaDB) at PHP

Una kailangan naming mag-setup ng LAMP, o sa madaling salita i-install ang Apache, MySQL (MariaDB) at PHP sa server. Para doon kakailanganin mong gamitin ang manager ng package ng iyong distro, alang-alang sa halimbawang gagamitin ko ang apt na siyang tagapamahala ng package na ginamit ng halos anumang Debian based distro, kabilang ang Raspbian.

sudo apt update

sudo apt i-install ang apache2 mysql-server MySQL-client php libapache2-mod-php php-MySQL

Matapos iyon ay tapos na, kung inilagay mo ang IP address ng iyong server sa address bar ng iyong browser dapat mong makita ang default na pahina ng Apache.

Pagse-set up ng database

Ngayon kailangan namin ng isang database para sa pag-log ng data. Una, kumonekta sa MySQL bilang ugat sa pamamagitan ng pagpapatakbo, sudo MySQL

At likhain ang database at isang gumagamit na may access dito tulad ng sumusunod, GUMAWA NG DATABASE `sensors`

GAMITIN `sensors`; GAWAIN ANG TABLE `temperatura` (` id` bigint (20) HINDI NUL AUTO_INCREMENT, `client_id` smallint (6) HINDI NULL,` halaga` maliit (6) HINDI NINDI, "nilikha_at` timestamp HINDI NULO DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PANGUNAHING SUSI (PR id`)) ENGINE = InnoDB; LIKHAAN ANG TABLE `halumigmig` (` id` bigint (20) HINDI NUL AUTO_INCREMENT, `client_id` maliit (6) HINDI NULO,` halaga` maliit (6) HINDI NINDI, "nilikha_at` timestamp HINDI NULO DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP, PANGUNAHING SUSI (PRIMARY KEY (" id`)) ENGINE = InnoDB; GUMAWA NG GAMIT NG USER '[username]' @ 'localhost' IDENTIFIED BY '[password]'; IBIGAY ANG LAHAT NG PRIVILEGES SA 'sensors'. * SA 'sensors' @ 'localhost'; PALABAS

Tiyaking palitan ang [username] at [password] ng aktwal na username at password para sa gumagamit ng MySQL na gusto mo. Gayundin, magtala ng isang tala sa kanila dahil kakailanganin mo ang mga ito para sa susunod na hakbang.

Ang pag-configure ng mga script ng pag-log at web interface

Baguhin ang direktoryo ng / var / www / html na kung saan ay ang ugat ng dokumento ng default na virtual host ng Apache, tanggalin ang HTML file na naglalaman ng default na webpage at i-download ang mga pag-log at mga script ng web interface sa loob nito.

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

Ngayon i-edit ang script ng pag-log gamit ang nano, sudo nano log.php

Kakailanganin mong palitan ang [username] at [password] ng username at password para sa gumagamit ng MySQL na nilikha mo sa nakaraang hakbang. Gayundin, palitan ang [client key] ng isang natatanging string at tandaan ito. Gagamitin ito bilang isang password upang ang monitor ay maaaring patunayan ang sarili sa server.

Panghuli, i-edit ang index.php gamit ang nano, sudo nano index.php

at palitan ang [username] at [password] ng username at password para sa gumagamit ng MySQL tulad ng ginawa mo sa script ng pag-log.

Pagse-set up ng HTTPS (Opsyonal)

Maaari itong opsyonal, ngunit kung ang koneksyon sa pagitan ng ESP8266 at ng server ay nasa Internet ay masidhing inirerekomenda na gumamit ng ilang pag-encrypt.

Sa kasamaang palad, hindi ka maaaring magpatuloy at gumamit ng isang bagay tulad ng Let's Encrypt para sa pagkuha ng isang sertipiko. Iyon ay dahil hindi bababa sa oras ng pagsulat, ang library ng HTTP client para sa ESP8266 ay nangangailangan pa rin ng fingerprint ng sertipiko na ibigay bilang pangalawang argumento kapag tumatawag sa http.begin (). Nangangahulugan ito na kung gagamit ka ng isang bagay tulad ng Let's Encrypt, kakailanganin mong i-reflash ang firmware sa chip bawat 3 buwan upang ma-update ang sertipiko ng fingerprint pagkatapos ng bawat pag-update.

Ang isang paraan sa paligid nito, ay upang makabuo ng isang sertipiko na naka-sign sa sarili na mag-e-expire pagkalipas ng mahabang panahon (hal. 10 taon) at panatilihin ang script ng pag-log sa sarili nitong virtual host na may sariling subdomain. Sa ganoong paraan, maaari kang magkaroon ng web interface para sa pag-access ng data sa isang hiwalay na subdomain, na gagamit ng tamang sertipiko mula sa isang pinagkakatiwalaang awtoridad. Ang paggamit ng isang self-sign na sertipiko sa kasong ito ay hindi isang isyu sa seguridad, dahil ang fingerprint ng sertipiko na natatanging kinikilala na ito ay hardcoded sa firmware at ang sertipiko ay gagamitin lamang ng ESP8266.

Bago kami magsimula, ipagpapalagay ko na nagmamay-ari ka na ng isang domain name at nakagawa ka rito ng mga subdomain. Kaya, upang makabuo ng isang sertipiko na mag-e-expire pagkalipas ng 10 taon patakbuhin ang sumusunod na utos at sagutin ang mga katanungan.

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

Dahil ito ay isang self-sign na sertipiko kung ano ang iyong sinasagot sa karamihan ng mga katanungan ay hindi masyadong mahalaga, maliban sa tanong na humihiling para sa Karaniwang Pangalan. Dito mo kakailanganin na ibigay ang buong subdomain na gagamitin para sa virtual host. Ang subdomain na ibibigay mo rito ay kailangang maging pareho sa ServerName na itatakda mo sa paglaon sa iyong pagsasaayos ng virtual host.

Susunod na lumikha ng isang bagong pagsasaayos ng virtual host, sudo nano /etc/apache2/site-available/sensors-ssl.conf

kasama ang mga sumusunod na nilalaman, ServerName [subdomain] DocumentRoot / var / www / sensors SSLEngine ON SSLCert CertificateKeyFile /etc/ssl/private/sensors.key SSLCert CertificateFile /etc/ssl/certs/sensors.crt Mga Pagpipilian + SundinSymlinks -Indexes AllowOverride All ErrorLog $ {} error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-access-ssl.log pinagsama

Muli, tiyaking palitan ang [subdomain] ng parehong subdomain na ginamit mo sa sertipiko. Sa puntong ito kakailanganin mong huwag paganahin ang default na virtual host ng Apache, sudo a2dissite 000-default

baguhin ang pangalan ng direktoryo ng ugat ng dokumento, sudo mv / var / www / html / var / www / sensor

at sa wakas ay paganahin ang bagong virtual host at i-restart ang Apache, sudo a2ensite sensors-ssl

sudo systemctl restart apache2

Ang huling bagay na kailangang gawin ay upang makuha ang fingerprint ng sertipiko, dahil kakailanganin mong gamitin ito sa firmware code.

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

Inaasahan ng http.begin () ang mga delimiter sa pagitan ng mga byte ng fingerprint na maging puwang, kaya kakailanganin mong palitan ang mga colon ng mga puwang bago gamitin ito sa iyong code.

Ngayon, kung hindi mo nais na gumamit ng isang self-sign na sertipiko para sa web interface na pag-set up ng isang bagong subdomain at lumikha ng isang bagong pagsasaayos ng virtual host, sudo nano /etc/apache2/site-available/sensors-web-ssl.conf

kasama ang mga sumusunod na nilalaman, ServerName [subdomain] DocumentRoot / var / www / sensors #SSLEngine ON #SSLCertavaleFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain Ingles/cert.pem #SSLCert CertificateKeyFile /etc/letsencrypt/live/[subdomain Ingles/privkey.pem #SSile /letsencrypt/live/[subdomain Ingles/chain.pem Mga Pagpipilian + FollowSymlinks -Hinahayaan ng Mga Indeks na Ma-override ang Lahat ng ErrorLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-error-ssl.log CustomLog $ {APACHE_LOG_DIR} /sensors-web-access-ssl.

Tiyaking palitan ang [subdomain] ng subdomain na mayroon kang pag-set up para sa web interface. Susunod na paganahin ang bagong virtual host, i-restart ang Apache, i-install ang certbot at kumuha ng isang sertipiko para sa bagong subdomain mula sa Encrypt ng Let's, sudo a2ensite sensors-web-ssl

sudo systemctl restart apache2 sudo apt update sudo apt install certbot sudo certbot certonly --apache -d [subdomain]

Matapos makuha ang sertipiko i-edit muli ang pagsasaayos ng virtual host upang ma-unsment ang mga linya ng SSLEngine, SSLCert CertificateFile, SSLCert CertificateKeyFile at SSLCert CertificateChainFile, at i-restart ang Apache.

At ngayon maaari mong gamitin ang unang subdomain na gumagamit ng self-sign na sertipiko para sa pagpapadala ng data mula sa ESP8266 sa server, habang ginagamit ang pangalawa para sa pag-access sa web interface mula sa iyong browser. Aalagaan din ng Certbot ang awtomatikong pag-update sa iyo ng Let's Encrypt sertipiko tuwing 3 buwan, gamit ang isang systemd timer na dapat paganahin bilang default.

Hakbang 6: Pagprogram ng ESP8266

Sa wakas, ang natitira lamang na dapat gawin ay ang pag-load ng firmware sa microcontroller. Upang magawa ito, i-download ang source code para sa firmware mula dito at buksan ito gamit ang Arduino IDE. Kakailanganin mong palitan ang [SSID] at [Password] ng aktwal na SSID at password ng iyong WiFi network. Kakailanganin mo ring palitan ang [Client ID] at [Client Key] sa sprintf function na tawag sa mga ginamit mo sa PHP script sa server. Panghuli, kailangan mong palitan ang [Host] ng domain name o ang IP address ng server. Kung gumagamit ka ng HTTPS kakailanganin mo ring ibigay ang fingerprint ng iyong sertipiko bilang pangalawang argumento sa pag-andar ng tawag sa http.begin (). Ipinaliwanag ko kung paano makukuha ang fingerprint ng sertipiko sa seksyong "Pag-set up ng HTTPS" sa nakaraang hakbang.

Susunod, kung hindi mo pa kinakailangan kakailanganin mong i-install ang ESP8266 Community core package gamit ang Board Manager ng Arduino IDE. Kapag tapos na ito, piliin ang NodeMCU 1.0 (ESP-12E Module) mula sa menu ng boards. Susunod, kakailanganin mong i-install ang library ng SimpleDHT gamit ang Library Manager. Sa wakas, pindutin ang pindutang I-verify sa kaliwang sulok sa itaas ng iyong window ng IDE upang matiyak na ang code ay naiipon nang walang mga error.

At ngayon, sa wakas ay oras na upang sunugin ang firmware sa microcontroller. Upang magawa ito ilipat ang jumper JP1 sa kanan, kaya ang GPIO0 ng ESP8266 ay konektado sa ground na magbibigay-daan sa mode ng programa. Pagkatapos, ikabit ang iyong USB sa serial converter gamit ang mga jumper wires sa header ng programa na may label na P1. Ang pin 1 ng header ng programa ay ground, pin 2 ang natanggap na pin ng ESP8266 at pin 3 ang transmit. Kailangan mo ng pagtanggap ng ESP8266 upang pumunta sa pagpapadala ng iyong USB sa serial converter, ang pagpapadala sa natanggap at syempre ang ground to ground.

Panghuli, paganahin ang aparato gamit ang 5V gamit ang iyong USB sa DC jack cable at ikonekta ang USB sa serial converter sa iyong computer. Dapat mo na ngayong makita ang virtual serial port kung saan nakakonekta ang ESP8266, sa lalong madaling buksan mo ang menu ng mga tool sa iyong IDE. Ngayon, pindutin lamang ang pindutang Mag-upload at iyon na! Kung ang lahat ay nagpunta tulad ng inaasahan dapat mong makita ang temperatura at halumigmig na pagbabasa sa LCD ng aparato. Matapos kumonekta ang ESP8266 sa iyong network at magsimulang makipag-ugnay sa server, ang kasalukuyang petsa at oras ay dapat ding ipakita sa display.

Pagkalipas ng ilang oras kapag nakolekta ng server ang isang mahusay na data sa dami dapat mong makita ang mga tsart ng temperatura at halumigmig sa pamamagitan ng pagbisita sa mga (mga) https:// [host] /index.php?client_id= [client id]. Kung saan ang [host] ay alinman sa IP address ng iyong server o ang subdomain na iyong ginagamit para sa web interface, at [client id] ang client id ng aparato na kung naiwan mo ito sa default na halaga dapat itong 1.