Alarme de inundação de subsolo de energia ultrabaixa com ESP8266: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Olá, bem-vindo ao meu primeiro instrutível.

O porão da minha casa fica inundado a cada poucos anos por vários motivos, como fortes tempestades de verão, águas subterrâneas altas ou até mesmo o rompimento de um cano. Embora não seja um lugar agradável, mas minha caldeira de aquecimento central está localizada lá embaixo e a água pode danificar suas partes eletrônicas, então preciso bombear a água o mais rápido possível. É difícil e desconfortável verificar a situação após uma forte tempestade de verão, então decidi fazer um alarme baseado em ESP8266 que me envia um e-mail em caso de inundação. (Quando a inundação é causada por água subterrânea elevada, o nível da água é geralmente inferior a 10 centímetros, o que não é prejudicial para o aquecedor e não é recomendado bombear porque ela voltará de qualquer maneira e quanto mais você bombear, mais água subterrânea virá da próxima vez. Mas é bom saber sobre a situação.)

Neste aplicativo o aparelho pode ficar em "hibernação" por anos e, se tudo funcionar conforme planejado, só funciona por alguns segundos. Usar o sono profundo não é prático, pois consome muita corrente se quisermos dormir por períodos muito longos e o ESP8266 só consegue dormir por no máximo 71 minutos.

Decidi usar um interruptor de flutuação para ligar o ESP. Com esta solução o ESP não é alimentado quando o interruptor está aberto, portanto o consumo de energia é apenas a autodescarga das baterias, o que mantém o sistema pronto para o alarme por anos.

Quando o nível da água atinge o interruptor de flutuação, o ESP inicia normalmente, se conecta à minha rede WiFi, me envia um e-mail e vai dormir para sempre com o ESP. Deepsleep (0) até que a energia seja desligada e ligada novamente. Se não conseguir se conectar ao WiFi ou enviar o e-mail, ele entrará em hibernação por 20 minutos e tentará novamente até obter sucesso.

Essa ideia é semelhante à solução descrita por Andreas Spiess neste vídeo. Mas, devido à natureza da inundação e do interruptor de flutuação, não precisamos adicionar um MOSFET para manter o ESP ligado até que termine sua tarefa, porque o interruptor de flutuação será fechado se o nível da água estiver acima do nível de acionamento.

Etapa 1: O esquema:

Peças

• D1: Díodo Schottky BAT46 para despertar em sono profundo. Tenho melhores experiências com diodos Schottky do que resistores entre D0 e RST.
• Interruptor de flutuação: Tubo de palheta simples de $ 1,2 e interruptor de flutuação com base em ímã do eBay. O anel com o ímã pode ser invertido para alternar entre a comutação de nível de fluido alto e baixo. Link eBay
• Suporte de bateria: para 2 baterias AAA de 1,5 V
• P1: 2 terminais de parafuso 2P 5,08 mm (200mil) para conectar os fios da bateria e do interruptor de bóia.
• C1: capacitor 1000uF 10V para aumentar a estabilidade do ESP enquanto o rádio está ligado. Observe que, se o ESP estiver em hibernação profunda, a energia armazenada no capacitor é suficiente para alimentá-lo por 3-4 minutos. Nesse período, a operação do interruptor de flutuação não pode reiniciar o ESP porque o capacitor o mantém ligado durante o sono profundo. Isso só é interessante durante o teste.
• U1: Microcontrolador LOLIN / Wemos D1 Mini Pro ESP8266. Esta é a versão profissional com conector de antena externa, que pode ser útil quando colocada no porão. Observe que você deve soldar novamente o "resistor" SMD de 0 ohm para selecionar a antena externa em vez da antena de cerâmica embutida padrão. Eu recomendo comprar microcontroladores LOLIN na loja oficial do LOLIN AliExpress porque existem muitas placas Wemos / LOLIN falsas ou antigas por aí.
• Perfboard: Uma protoplaca de 50 mm * 50 mm será suficiente para caber todas as peças. O circuito é muito simples para fazer um PCB.:)

Observe que a bateria está conectada à entrada de 3,3V. Embora o D1 Mini tenha um LDO integrado para operação USB / LiPo, não precisamos disso quando ele é alimentado por 3V de 2 baterias alcalinas AAA. Com esta conexão, meu D1 Mini foi capaz de completar sua tarefa com apenas 1,8 V de tensão de alimentação.

Etapa 2: O Código

O programa poderia ser melhor ou mais simples, mas suas partes foram comprovadas em meus outros projetos.

O esboço usa as seguintes bibliotecas:

ESP8266WiFi.h: Padrão para placas ESP8266.

Gsender.h: Biblioteca de remetentes do Gmail de Borya, pode ser baixada aqui.

O fluxo do programa é bastante simples.

• ESP começa.
• Lê a memória RTC para verificar se é a primeira vez ou não
• Conecta-se ao WiFi usando a função cleverwifi (). Isso se conecta ao WiFi usando o endereço MAC do roteador (BSSID) e o número do canal para uma conexão mais rápida, tenta novamente sem eles após 100 tentativas malsucedidas e vai dormir após 600 tentativas. Esta função foi derivada do esboço de economia de consumo de energia WiFi de OppoverBakke, mas sem salvar os dados de conexão para a parte RTC neste aplicativo.
• Verifica a tensão da bateria com o ESP integrado nos recursos ADC_MODE (ADC_VCC) / ESP.getVcc (). Isso não requer divisor de tensão externo ou qualquer fiação para A0. Perfeito para tensões abaixo de 3,3 V, que é o nosso caso.

• Envia um novo e-mail com Gsender.h. Eu adicionei variáveis e texto personalizado ao assunto e strings de mensagem para relatar a tensão da bateria, o tempo decorrido desde a primeira detecção e conselhos sobre a substituição da bateria. Não se esqueça de alterar o endereço de e-mail do destinatário.

  • Dorme

    • Se for bem-sucedido, ele dorme "para sempre" com ESP.deepSleep (0); Fisicamente, ficará em modo de espera até que o nível da água esteja alto. Tecnicamente, isso leva algumas horas ou no máximo alguns dias, o que não drenará a bateria com os poucos uA de corrente de suspensão. Quando a água acabar, o interruptor de bóia abrirá e o ESP será desligado completamente, e o consumo de corrente será 0.
    • Se não obtiver êxito, ele entrará em hibernação por 20 minutos e, em seguida, tentará novamente. É possível ter uma queda de energia CA no caso de uma tempestade de verão. Ele conta as reinicializações e as armazena na memória RTC. Esta informação é usada para relatar o tempo decorrido desde a primeira tentativa de alarme. (Observe que, ao testá-lo com alimentação USB e monitor serial, o RTC pode manter o valor da contagem do ciclo entre os downloads também.)

Etapa 3: Montagem e instalação

Depois de testar o código em uma placa de ensaio, eu o soldei em um pequeno pedaço de perfboard.

Usei 2 peças de terminais de parafuso de 2 pólos com passo de 5,08 mm costuradas juntas, um cabeçote fêmea para o ESP, um capacitor e alguns jumpers.

Observe que o resistor SMD com o número "0" próximo à antena de cerâmica deve ser soldado novamente aos blocos vazios próximos a ele para selecionar a antena externa.

Então coloquei tudo em uma pequena caixa de junção elétrica IP55. Os fios da chave flutuante são conectados por meio de um prensa-cabo.

A caixa é colocada em uma altura segura, onde a água pode (espero) nunca alcançá-la, então usei um par de um fio de cobre relativamente grosso de 1 mm ^ 2 (17AWG) para conectar a chave flutuante. Com esta configuração, o ESP poderia iniciar e enviar a mensagem mesmo com tensão de entrada de 1,8 V.

Após a instalação, este silencioso sentinela fica de guarda, mas espero que não precise enviar um alarme em breve …