PIR prático para uso doméstico: 7 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Como muitos de vocês que trabalham com projetos de automação residencial, eu estava procurando construir um sensor PIR funcional para automatizar algumas curvas em minha própria casa. Embora os sensores PIR do interruptor de luz fossem ideais, você não pode dobrar um canto. Este projeto passou por algumas iterações e eu executei as tentativas em muitos outros tutoriais disponíveis online e não consegui encontrar um que funcionasse para mim. Se você quiser ir direto ao ponto, pule para a etapa 3, caso contrário, continue na etapa dois, onde discutirei o desenvolvimento.

Suprimentos:

Ferro de solda

Solda e Fluxo para eletrônicos

Fio de conexão sobressalente

impressora 3d

Tábua de pão

Compreensão básica de Hassio

Habilidades básicas de programação do Arduino

Etapa 1: Desenvolvimento

Home Assistant é uma ótima ferramenta para vincular algumas das configurações mais complicadas que você pode desejar. Para mim, acender uma luz em uma escada com canto foi meu interesse inicial no projeto. Encontrar o guia certo para construir um sensor PIR de uso doméstico eficaz foi complicado. Claro, há várias maneiras fáceis de fazer funcionar, mas torná-lo eficiente em termos de energia e eficaz para o uso diário era outra história. Também havia o problema da latência, ou a rapidez com que a luz acenderia quando recebesse o sinal. É um projeto complicado, uma vez que realmente entrei nas ervas daninhas de tudo isso. O que aconteceu foi que me deparei com dois pontos principais sobre por que esse design era eficaz.

Latência

Comecei com ESPHome para projetar este sensor. Tem todos os recursos, mas também uma interface muito amigável. Infelizmente, o protocolo ESPhome e o quadro de trabalho são um grande usuário de energia quando você está contando mWh. Também há um pequeno problema de latência quando as chamadas para ligar uma luz precisam passar pela inicialização do ESPhome, Hassio, e depois pelo controlador de luz. Descobri que isso terminaria na faixa de 10 segundos. Você já subiu a escada (ou talvez esteja andando bem devagar, pois não há luz). Portanto, o que se tornou a maneira mais rápida e eficiente em termos de energia de trazer um sinal de movimento para Hassio foi o MQTT.

O uso de MQTT com um IP estático feito reduziu o tempo para cerca de menos de 2 segundos. O sinal MQTT alcançaria Hassio entre cerca de 800 ms - 1200 ms. Muito bom.

Vida da bateria

Como mencionado antes, mudar para MQTT também economizou muito no uso de energia. O sensor médio sem sono profundo na ESPHome duraria menos de um dia com baterias de cerca de 800mWh. Com sono profundo, cerca de 3-5 dias dependendo da ativação. O WeMos D1 Mini não é um grande consumidor de energia, mas também não é o mais eficiente no gerenciamento de sua energia, então espremer cada pedaço da bateria era importante. Reduzir todas as partes consumidas foi o passo mais importante.

Muitos sensores PIR existem, mas nem todos são criados iguais. Um dos primeiros pontos que notei foi a taxa, o ângulo e a taxa de disparo de cada sensor PIR testado. Dos sensores usados, descobri que o PIR de ângulo amplo da Simplytronics é o mais eficaz em termos de alcance e custo de energia. É um sensor PIR grande angular com excelente alcance e funciona apenas em 3v, o que é absolutamente incrível para o que eu precisava.

Etapa 2: Materiais

WeMos D1 Mini

Carregador USB T4056 Lipo / Li-Ion

Sensor PIR de ângulo amplo Simplytronics

Bateria lipo 3,7v 1000 mWh

2 resistores de 10k

Resistor 120K

Resistor 5k

Diodo retificador 1N4001

Capacitor 1uF

2N2222 Transistor

Etapa 3: Código Base e Arduino

Para facilitar, baixe o arquivo arduino e modifique-o para trabalhar com sua configuração. O aspecto mais importante a ter em mente é certificar-se de que suas configurações correspondem ao que é fornecido no Hassio.

No meu exemplo, estou usando o Mosquitto Broker. Eu inseri essas configurações no meu código Arduino. Para o meu servidor MQTT, por estar hospedado no Hassio, coloquei o endereço IP do meu Hassio.

A próxima coisa que precisaremos fazer é configurar alguns sensores de modelo para manter nossos dados MQTT para que seja um pouco mais amigável ao front-end do Hassio. Se você quiser saber mais sobre modelos e modelos, colocarei este link do Hassio aqui.

Nosso MQTT de movimento será um sensor binário modelo e nossos níveis de bateria serão um sensor em Hassio.

Em meu arquivo principal configuration.yaml, adicionei algumas linhas para incluir sensores binários de modelo e sensores de modelo em arquivos yaml separados. Você não precisa fazer isso dessa maneira, mas acho que mantém as coisas um pouco mais organizadas. Para fazer isso, use o editor de arquivos para criar um novo arquivo yaml e intitule-o com algo que você possa fazer referência em configuration.yaml. No meu exemplo, uso templatesensor.yaml e templatebinarysensor.yaml

A coisa a ter certeza é configurar os tópicos MQTT e cargas úteis para corresponder à configuração do Arduino ou vice-versa.

Por último, mas não menos importante, configure um item do painel que possa ver os níveis da bateria e o sensor de movimento.

Etapa 4: esquemático e teste

Seguindo o esquema de fiação, conecte os componentes para teste em uma placa de ensaio. Observações importantes na fiação são para certificar-se de que os fios terra corretos para o efeito pull-down. Isso é o que fará com que o transistor reinicie o WeMos D1 Mini na ativação. Você deve ser capaz de testar a função de despertar e redefinir conectando o WeMos D1 Mini a uma porta USB. Ele deve ser reiniciado assim que você acenar com a mão na frente do PIR. Isso é opcional, mas você também pode dessoldar as luzes LED smd do sensor de movimento para reduzir um pouco mais a vida útil da bateria. Eu recomendaria fazer isso depois de testar se o sensor de movimento funciona conforme o esperado. Se você tem o seu USB conectado ao computador, verifique-o com o IDE arduino que inicializa e reinicia com um gatilho do movimento.

Em seu painel Hassio, você deve ser capaz de ver alguns valores da bateria e também o sensor de movimento disparando. Se tudo correu bem até agora, você deve estar no negócio! Você pode pegar este pequeno protótipo de placa de ensaio e movê-lo pela casa e ele funcionará como seu novo sensor de movimento caseiro. Você poderia usar isso para acionar qualquer coisa dentro de Hassio, e você estaria pronto aqui se isso fosse tudo que você estivesse procurando. Mas vamos dar um acabamento final para ser algo digno de um esteio em casa.

Algumas dicas de solução de problemas

- pressionando o botão de reset no WeMos D1 Mini você deve fazer o MQTT acionar com o código do Arduino

- descomente parte do código do arduino para ver onde está cada etapa e o que ela está fazendo com o hardware

- não se esqueça de conectar todos os pontos de derivação negativos

Etapa 5: conectando-se ao interruptor de luz Wifi

Felizmente, Hassio tem um assistente de automação realmente excelente que pode ajudar na sua configuração. Não vou adicionar luzes ou complementos, mas percebi que o pessoal do Hassio tornou muito fácil adicionar integrações e outras plataformas a serem controladas com o Hassio. Vá até lá e veja como adicionar o interruptor de luz Wi-Fi de sua escolha.

Neste assistente de automação, queremos prestar atenção a uma coisa importante, que é o gatilho. Você poderia adicionar o sensor binário do modelo como o gatilho, mas descobri que o sensor de movimento era um pouco mais "ágil" quando fui diretamente com a carga útil MQTT. Por último, mas não menos importante, configure sua escolha de luz ou dispositivo e o sensor deve estar funcionando.

Etapa 6: Projeto de Habitação

Quando estiver confiante com sua placa de ensaio, mova todas as peças para uma placa de prototipagem pcb e solde todas as conexões na menor placa que puder encontrar. Eu mantive os fios curtos, mas flexíveis em caso de recuperação / edição / reparo. O design da caixa é uma caixa mínima que pode ser inserida em um canto ou superfície plana. Também funciona muito bem com as tiras adesivas não prejudiciais 3M =)

Nota: meio que esqueci de onde consegui esse formato estranho de prototipagem de pcb, então sugiro cortar seu pcb no tamanho certo e fazer um ou dois furos. Se este guia acabar sendo popular, lançarei uma versão editada com um tamanho mais comum (eu só precisava de dois sensores de movimento e tinha exatamente duas daquelas placas estranhas)

Etapa 7: Fechamento

Espero que este projeto tenha sido útil em seus esforços para colocar em andamento alguns projetos de automação residencial. Foi um longo trabalho para mim fazer com que todas as peças móveis produzissem isso instrutível, mas estou feliz por ter levado algum tempo para fazê-lo funcionar. Este projeto me mostrou um pouco dos limites de usar alguns dos caminhos mais acessíveis para programar meus ESPs. Isso não quer dizer que você não deva usar o ESPHome, mas para projetos que são mais rígidos no gerenciamento de energia, pode ser necessário seguir um caminho diferente. Os sensores foram concluídos por volta de maio ou junho e não precisaram ser carregados desde então. Até agora, eles passaram cerca de 4 a 5 meses sem precisar de uma cobrança. Como observação lateral, também desenvolvi um novo layout de PCB baseado no WeMos D1 Mini. A vantagem do WeMos D1 Mini é que ele possui um conversor embutido de 5v para 3v e um CI de programação USB que consome muita energia. Isso significa que, se eliminássemos esses dois fatores, poderíamos pressionar o ESP8266 para sugar ainda menos energia.

Mais uma vez, obrigado por me dar indulgência em minhas divagações e acompanhar este projeto.