SilverLight: Arduino -gebaseerde omgewingsmonitor vir bedienerkamers: 3 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Eens het ek die taak gekry om te soek na 'n omgewingsondersoek om die temperatuur in die bedienerkamer van my onderneming te monitor. My eerste idee was: waarom nie net 'n Raspberry PI en 'n DHT -sensor gebruik nie; dit kan binne minder as 'n uur opgestel word, insluitend die OS -installasie. Hiervoor het ek die koue reaksie gekry van geblinddoeke, baasspelerige mense dat ons dit nie sal doen nie, want dit sal duurder wees om dit op te stel as om 'n toestel te koop. Om 'n deel van my lewe soos beknopte mense soos hierdie te aanvaar, was een ding en ek het EATON -rommel van Ebay bestel en dit bel, maar ek het op daardie oomblik besluit dat ek 'n volledig Open Source Arduino vir my eie bedienerkamer sal bou. toestel wat baie beter sal wees as wat ek pas bestel het.

Hierdie projek het die naam SilverLight, moenie my vra waar ek die name vandaan kry nie:) Ek het net na die blink half -akriel boks gekyk en besluit met hierdie naam, dit het niks te doen met die mikrohoof -produk waarna ek agtergekom het nie.

Stap 1: Hardeware -ontwerp

Kommersiële hardeware -oorsig.

Ok, ek begin nie eers met wie se goeie idee was om 'n omgewingsmonitor in 'n ups te plaas nie, maar daar is natuurlik 'n mark daarvoor, laat ons kyk wat dit kan doen:

Omgewingsmoniteringstoestel VERENIGBAARHEID

Die 10/100Mb netwerk-MS, PXGUPS, PXGPDP en PXGMS.

Die 10/100Mb ConnectUPS-X, ConnectUPS-BD en ConnectUPS-E met FW V3.01 en hoër. AFMETINGE (LXWXH)

2,26 x 1,48 x 1,15 (duim) 57,6 x 37,6 x 29,3 (mm) GEWIG

1,19 oz (34 g)

Dit is baie nuttige inligting, nie waar nie? Moenie bekommerd wees nie, want hulle kan nie veel doen nie. Om eers aan die gang te kom, moet u UPS nog 'n duur addon-kaart hiervoor hê wat dit verbind met die omgewingsensor wat u afsonderlik koop, gewoonlik met 'n standaard CAT5-kabel (probeer nie eens iets in die poort aansluit nie, want daar is niks standaard nie daaroor). Hulle beweer dat die toestel 10 minute nodig het om 'op te warm', dit was in werklikheid ure, en sodra dit voila gedoen het, verskyn dit in hul java -koppelvlak wat stadig bygewerk word, en ons het temperatuur en humiditeit. Vanaf hierdie punt was dit maklik om op waarskuwings gebaseerde toestande op te stel, maar wie gee om, laat ons iets beters bou.

Hierdie projek is 'n samevoeging van verskeie van my projekte: Natalia weerstasie, Shadow of Phoenix. Die boks kan die volgende omgewingsbeperkings monitor:

• Temperatuur/humiditeit/hitte -indeks
• LPG, rook, alkohol, propaan, waterstof, metaan en koolstofmonoksiedkonsentrasies in die lug (MQ2)
• Songevoeligheid (brand die lig in die bedienerkamer?)
• Motion PIR -sensor (u kan selfs nou die ligte outomaties aan- of uitskakel danksy die bewegingsensor wanneer iemand die kamer binnekom)

Al hierdie data word mooi op 'n LCD -skerm vertoon terwyl dit ook na 'n rekenaar (Orange PI Zero) oorgedra word vir verdere verwerking en waarskuwings. Alhoewel dit moontlik sou wees om digitale sensors soos die DHT en die digitale pen van die MQ2 direk by die OrangePI aan te sluit, verkies ek altyd om spesiale mikros vir hierdie take te gebruik, en as u ook die LCD moet opdateer en ander lae vlakke moet doen Die Arduino is net onverbeterlik en kan jare lank ononderbroke hardloop (dit is eintlik nog nie 'n enkele Arduino wat 24/7 loop nie). Die OrangePI met sy tekortkominge (laat ons eerlik wees, dit is 'n rekenaar van $ 10), soos onbruikbaar vir swaar werk, geen bsd -ondersteuning nie, geïntegreerde wifi is opgeblase, ens.

Dit is 'n baie eenvoudige hardeware wat die volgende komponente benodig:

• Arduino PRO Micro
• LCD skerm 2x16 karakter RGB
• AC-DC isolerende skakelaar kragmodule 220V tot 5V HLK-5M05 (dit is baie goed vir Arduino/ESP-projekte), dit is die 5V/5W weergawe!
• 2x300ohm weerstande
• 2x led (rooi/groen)
• PIR bewegingsensor
• MQ2 sensor
• DHT22
• LDR
• 2X10Kohm weerstand
• Gonser
• Oranje PI Zero
• mini USB datakabel

Ek het nie eers die moeite gedoen om 'n PCB hiervoor te maak nie; ek het net 'n gewone broodbord gebruik, want die komponente kan eenvoudig aan die Arduino gekoppel word (sien foto's hierby aangeheg):

-DHT22 benodig 'n 10K pullup na VCC (digitaal)

-LDR benodig 'n 10K -aftrek na GND (analoog)

-MQ2 kan direk gekoppel word aan enige analoog pen (analoog) <verkies om analoog te gebruik, waarom nie, as ons 'n MCU met analoog penne het, waar ons die presiese waarde kan kry in plaas van 'n pot aan die agterkant van die toestel aan te pas om HOOG of LAAG daaruit, as gevolg van die kleefwerk in my ontwerp wat in elk geval ontoeganklik is. Kyk hier:

-PIR kan direk aan enige pen (digitaal) gekoppel word

-LCD: kan met 4 penne aangedryf word, kan gekoppel word aan enige pen (digitaal) benodig +2 RS/E (digitaal)

-Buzzer: kan direk gekoppel word aan enige Arduino -penne (digitaal)

Die pinout wat ek gebruik het, kan in die kode gesien word. Dit is redelik eenvoudig om alles aanmekaar te koppel; u kan dit ook een vir een doen, seker maak dat 1 sensor perfek werk, en gaan dan na die volgende een. /gnd vir 'n sensor, tot dusver het dit nooit een van my toestelle doodgemaak nie). Wat ek hier sou opgemerk het dat daar te veel VCC en GND's vir my opgestapel was, ek kon dit nie deur 'n eindstrook druk nie, so ek het hulle almal gesoldeer.

Vergeet ook nie van die ander DHT's van my ander projekte nie: as u die DHT -biblioteek in u kode plaas en die DHT -sensor nie gekoppel is nie of DHT gekoppel is (bv. 11 gedefinieer in kode wat u gebruik 22), kan dit tot die program lei vir ewig aan die begin hang.

Oor die PIR -bewegingsopsporingsensors, soos u op my foto kan sien, is daar baie vals vervalsings hiervan; ek sou dit selfs moeilik vind om 'n regte een van Ebay te koop. Die vervalsings werk net so goed, selfs op die lang termyn, maar hul kring word weerspieël, wat veroorsaak dat die + en - penne omgedraai word; dit is ook maklik om te herken: blou PCB, nie die gewone groen nie, ontbreek die etikette vir die potmeters. Ek was gelukkig om 'n ware in my boks te vind, anders sou die verandering van die posisie die 2 leds vir my dek. Ek het agtergekom dat beide potte tot halfpad by my werk. Dit gee u 'n lang genoeg reikafstand, ook as daar beweging is, word die digitale been ongeveer 'n minuut lank in die hoë posisie gehou, sodat u nie die kode hoef op te maak nie. Op die valses is dit maklik om te bepaal watter kant die - en + kyk net na die ooreenstemmende bene vir die elektrolitiese kappies wat aan die penne gekoppel is.

Om die boks te sny, gebruik ek 'n diamantkop (wat 'n oormaat was, maar goed werk) en 'n gewone boormasjien. Hierdie aansluitkaste is maklik om mee te werk, en alhoewel ek nie daarvan hou om vas te plak nie, het ek nie skroewe en boute byderhand gehad toe ek dit kon bou nie. dieselfde gom sonder filament daarin).

Stap 2: Sagteware -ontwerp

Die Arduino -kode is ook eenvoudig; dit trek basies al die sensorlesings aan die begin van elke lus. Skakel die LED's aan as daar beweging of rook is en speel ook 'n alarmgeluid op die gonser as daar rook is (dit is die enigste blokkeerkode, so ek het dit kort gemaak), vertoon dan die data op die LCD en stuur dit uiteindelik oor die rekenaar met 'n tydperk van 10 sekondes om die hawe nie te oorstroom nie.

Hierdie projek gebruik 'n eenrigtingkommunikasie van Arduino-> OrangePI, daar is geen opdragte van enige aard nie. Alhoewel dit heeltemal moontlik sou wees om dit te doen, net soos ek dit in een van my ander projekte gedoen het, waar die rekenaar LCD_PRINT1 of LCD_PRINT2 kan stuur om een reël van die LCD -skerm met sy eie boodskap te oorskryf (bv. Ip -adres, uptyd, stelseldatum, CPU -gebruik), die skermoppervlakte is so klein om data van drie sensors te wys dat ek nie eers gepla het nie. Die SOL- en SMK-waardes kan beide tot 4 syfers 0000-1023 styg, wat al 8 waardevolle karakters op die skerm bevat.

Met die LCD kan u 'n klein truuk in die kode sien dat na elke gemete waarde 'n afdruk van wit spasies ("") toegepas word, dan skuif ek die wyser na vaste posisies om die nuwe ikone en data te plaas. Dit is daar omdat die LCD nie so slim is om syfers te verstaan nie, dit teken net wat dit kry, en as u byvoorbeeld 'n sonwaarde van 525 gehad het, wat skielik tot 3 afgeneem het, sal dit 325 vertoon wat die ou rommel op die skerm laat daar.

'N C -beheerkode wat op die OrangePI loop en die omgewingsdata aanteken en e -poswaarskuwings stuur indien nodig.

Die OrangePI gebruik Armbian (wat op die oomblik van skryf op grond van Debian Stretch) is. Ek sal dit in die sagtewaregedeelte insluit, aangesien dit 'n probleem was wat dit opgelos het. Hier is die gemiddelde stroomafvoer van die toestel:

0,17 A - slegs Arduino + sensors

0.5-0.62 A - OrangePI -opstart

0.31 A - Oranje PI in ledig

0.29 A - Oranje PI is afgeskakel (kan dit nie regtig afskakel nie, dit het nie ACPI of iets dergeliks nie)

0.60 A - Stres toets 100% CPU -gebruik op 4 kerns

Ek het hierdie OrangePI al lankal in 'n boks. Met die ou kern het die toestel soveel stroom afgetap (soos die meter gesê het, het 'n hoogtepunt van ongeveer 0,63 A bereik) wat die PSU waarskynlik nie kon voorsien dat dit eenvoudig nie kon opstart nie, die opstartproses was vas en ek het die 2 ethernet -LED's aangeskakel voortdurend en niks doen nie.

Dit is nogal irriterend, aangesien die HLK-5M05 beweer dat dit 5W op 5V kan doen, sodat dit 1 Amp kan lewer, maar met hierdie toestelle wat uit China kom, weet u nooit, die 0,63 A-piek was baie laer as die nominale maksimum waarde. Ek het dus eenvoudige herlaai -toetse uitgevoer, vanaf 10 herlaai sou die OrangePI slegs twee keer suksesvol begin, wat my amper van die projek laat weggooi het, aangesien ek nie van 'n buggy inkonsekwente gedrag in stroombane hou nie. Dus het ek begin soek, miskien is daar 'n manier om die kragverbruik tydens opstart vanaf sagteware te verlaag (aangesien dit toe net 'n probleem was) en 'n artikel gevind oor die aanpassing van die script.bin, maar dit was vir die Orange PI PC en die lêers ontbreek in die stoor, so as laaste uitweg het ek die magiese 'geskikte opgradering' gedoen om die firmware, kern en al die ander op te gradeer, in die hoop dat dit minder sal dreineer en die toestel kan begin en:

Linux silverlight 4.14.18-sunxi #24 SMP Fri Feb 9 16:24:32 CET 2018 armv7l GNU/Linux

Linux silverlight 4.19.62-sunxi #5.92 SMP Wo 31 Julie 22:07:23 CEST 2019 armv7l GNU/Linux

Dit het gewerk! Dit is gewoonlik die lui java -ontwikkelaars om hardeware na 'n sagtewareprobleem te gooi, maar in hierdie geval het ons 'n hardewareprobleem met sagteware opgelos, wat 'n groot sukses. Ek het nog 20 herlaai -toetse gedoen, en die toestel het elke geval begin. Ek sou nog steeds opmerk dat die kragopname van die aanskakel van die Opi (aansluit/ontkoppel) so groot is dat dit die Arduino te alle tye sal herstel ('n eenvoudige herlaai sal net die LCD flikker, maar geen verdere probleme veroorsaak nie), maar hierdie probleem bly weggesteek aangesien die 2 saam gestarte sal word.

Ek het ook na die kernmodules gekyk:

usb_f_acm u_serial g_serial libcomposite xradio_wlan mac80211 lima sun8i_codec_analog snd_soc_simple_card gpu_sched sun8i_adda_pr_regmap sun4i_i2s snd_soc_simple_card_utils TTM sun4i_gpadc_iio snd_soc_core cfg80211 snd_pcm_dmaengine industrialio snd_pcm snd_timer snd sun8i_ths soundcore cpufreq_dt uio_pdrv_genirq UIO thermal_sys pwrseq_simple

Wat het ons werklik hiervan nodig? Ok, die PWR en termika kan nuttig wees, maar klank, seriële poort, wifi (reeds gebreek), ons hoef dit nie alles op die swartlys te plaas nie. Ek sal later ook 'n pasgemaakte kern met slegs die nodige modules skep.

Wat ons wel nodig het en dit word nie standaard gelaai nie, is die CDC ACM om met die Arduino te kommunikeer, dit moontlik te maak met:

eggo "cdc-acm" >> /etc /modules

Hierna kan u die verbinding reeds toets met:

skerm /dev /ttyACM0 9600

U moet binne 10 sekondes sien dat die statusdata gestuur word.

Waarskuwings en monitering

Met die waarskuwings het ek net die stelsel () oproepe in die C -kontrolekode ingedien, wat die data van die reeks ontvang, sodat geen eksterne gereedskap nodig is nie. Enkele voorbeeldwaarskuwings:

- Die temperatuur styg tot 30 grade

- Humiditeit is meer as 70 % (nie gesond vir die bedieners nie)

- Beweging in die kamer opgespoor (dit kan irriterend wees as u in u bedienerkamer aanhou)

- Rook of gas word opgespoor (waarskuwings van meer as 100 kan ernstig opgeneem word, ek het met hierdie sensor rondgespeel en dit word aangeskakel vir baie dinge, byvoorbeeld dat rook langs die sensor met soldeerbout 'n bietjie meer as 50 veroorsaak het terwyl die volgende sigaret gerook het o dit het tot 500 gestyg, dit het selfs gas van gereelde deodorant van ver af opgespoor)

Om historiese data te bewaar, het ek nie die moeite gedoen om 'n instrument te ontwikkel nie, want waarom sou ek die wiel weer uitvind as ons uitstekende moniteringsraamwerke daar het? Ek sal 'n voorbeeld toon van hoe ek dit kan integreer in my persoonlike gunsteling, Zabbix:

apt-get installeer zabbix-agent

Voeg by aan die einde van: /etc/zabbix/zabbix_agentd.conf

UserParameter = silverlight.hum, head -1 /dev/shm/silverlight-zbx.log | awk -F "," '{print $ 1}'

UserParameter = silverlight.tmp, head -1 /dev/shm/silverlight-zbx.log | awk -F "," '{print $ 2}' UserParameter = silverlight.sol, head -1 /dev/shm/silverlight-zbx.log | awk -F "," '{print $ 4}' UserParameter = silverlight.mot, head -1 /dev/shm/silverlight-zbx.log | awk -F "," '{print $ 5}' UserParameter = silverlight.smk, head -1 /dev/shm/silverlight-zbx.log | awk -F "," '{print $ 6}'

Die bestuur van zabbix_agentd -p moet nou die regte waardes teruggee:

silverlight.hum [t | 41]

silverlight.tmp [t | 23] silverlight.sol [t | 144] silverlight.mot [t | 0] silverlight.smk [t | 19]

Die hitte -indeks, ek versamel dit, maar ek sien geen praktiese gebruik nie, so dit word net aangeteken. In die C -beheerkode het ek twee aanmeldfunksies geïmplementeer, die eerste sal al die data in gebruikersvriendelike formaat aanteken:

[SILVERLIGHT] Data ontvang op 2019-09-10 23:36:08 => Humiditeit: 44, temp: 22, hallo: 25, sonkrag: 0, beweging: 0, rook: 21

[SILVERLIGHT] Data ontvang op 2019-09-10 23:36:18 => Humiditeit: 44, temp: 22, hallo: 25, sonkrag: 0, beweging: 0, rook: 21 [SILVERLIGHT] data ontvang op 2019-09 -10 23:36:29 => Humiditeit: 44, Temp: 22, Hi: 25, Son: 0, Beweging: 0, Rook: 22 [SILVERLIGHT] Data ontvang op 2019-09-10 23:36:39 => Humiditeit: 44, Temp: 22, Hi: 25, Solar: 0, Beweging: 0, Rook: 21

Die tweede een:

leegte logger2 (teken *teks) {

LêER *f = fopen ("/dev/shm/silverlight-zbx.log", "w"); if (f == NULL) {printf ("Kon nie geheue -loglêer oopmaak nie! / n"); terugkeer; } fprintf (f, "%s", teks); fclose (f); terugkeer; }

Dit sal 'n 1 liner log in die geheue plaas (onnodige rw -bewerkings op die sdcard uitskakel) wat die volgende keer altyd oorgeskryf sal word. Hierdie log bevat slegs die 6 datakolomme en geen tydstempel nie; dit is maklik leesbaar vir Zabbix.

As 'n laaste bonus: hoe om die Arduino direk vanaf die OrangePI te programmeer, sodat u nie elke keer na die toestel hoef te stap en u skootrekenaar aan te sluit nie.

Daar is 2 maniere:

Maklike manier: installeer volledige Arduino IDE en biblioteke gebruik 'n afstandskerm, soos X11, met aanstuur, Xrdp, Xvnc, Nxserver, ens

-Harde manier: installeer die Arduino IDE en gebruik die opdragreël

Ons gaan hierdie keer die moeilike manier doen, aangesien ek nie daarvan hou om X11 op bedieners te installeer nie. Hiervoor benodig u 6 komponente:

1, Arduino IDE vir ARM 32 bit ->

2, Python-reeks-> apt-get install python-serial

3, Arduino Makefile -projek -> git -kloon

4, DHT -biblioteek

5, definisies van Sparkfun -bord

6, SilverLight.ino, hoofkode

Om dit makliker te maak, het ek die lêers wat vir die laaste 4 punte benodig is (sketsboek.tgz) gebundel, sodat u slegs die eerste 2 benodig

Eerstens is dit die beste om 'n gereelde gebruiker met rw -toegang tot die USB -poort te skep:

adduser silwer

usermod -a -G dialout silwer

SCP die sketchbook.tgz na die toestel in die tuisgids van die nuutgeskepte gebruiker en haal dit daar uit:

cd /huis /silwer

teer xvzf sketsboek.tgz

Om 'n bietjie te verstaan wat onder die enjinkap aan die gang is as u die grafiese IDE gebruik:

Die bouwerk van die bou van 'n Arduino -skets by die gebruik van die Arduino IDE word beskryf op die Arduino -webwerf https://www.arduino.cc/en/Hacking/BuildProcess en in meer detail hier: https://www.arduino.cc/ af/Hacking/BuildProcess

Oor die algemeen is die standaard Arduino -bouproses:

Kombineer.ino -lêers in die hoofsketslêer. Transformasie van die hoofsketslêer: voeg die #include -verklaring by; maak funksieverklarings (prototipes) van alle funksies in die hoofsketslêer; voeg die inhoud van die main.cx -lêer van die teiken by die hoofsketslêer. Stel die kode saam vir objeklêers. Koppel die voorwerplêers om 'n.hex -lêer te produseer wat gereed is om dit na die Arduino op te laai.

Daar is 'n paar klein verskille tussen die Arduino-standaardbouproses en die bouproses met behulp van Arduino-Makefile:

Slegs een.ino -lêer word ondersteun. Funksieverklarings word nie outomaties in die.ino -lêer geskep nie. Die gebruiker moet sorg vir die opstel van die korrekte funksieverklarings.

Die kern van die bouproses is die Makefile. Moenie bekommerd wees nie, alles is vir u voorberei; dit is 'n bietjie ingewikkelder as u op hierdie manier saamstel vir nie -standaardborde soos die SparkFun -reeks.

BOARD_TAG = promicro

ALTERNATE_CORE = SparkFun BOARD_SUB = 16MHzatmega32U4 ARDUINO_PORT =/dev/ttyACM0 USER_LIB_PATH =/home/silver/sketchbook/biblioteke ARDUINO_DIR = /opt/arduino-1.8.9 include /home/silver/sketchbook/Ar

En al wat u hoef te tik is a: laai op (wat eers die.hex -lêers bou en dan avrdude gebruik om dit op te laai), dit sal eindig met iets soos:

mkdir -p bou-promicro-16MHzatmega32U4

maak herstel maak [1]: Gaan na gids '/home/silver/sketchbook'/home/silver/sketchbook/Arduino-Makefile/bin/ard-reset-arduino --caterina/dev/ttyACM0 make [1]: Leaving directory ' /home/silver/sketchbook 'make do_upload make [1]: Entering directory'/home/silver/sketchbook '/opt/arduino-1.8.9/hardware/tools/avr/bin/avrdude -q -V -p atmega32u4 - C /opt/arduino-1.8.9/hardware/tools/avr/etc/avrdude.conf -D -c avr109 -b 57600 -P/dev/ttyACM0 / -U flits: w: build -promicro -16MHzatmega32U4/sketsboek. hex: i Koppel aan programmeerder:. Gevind programmeerder: Id = "CATERIN"; tipe = S sagteware weergawe = 1.0; Geen hardeware weergawe gegee nie. Die programmeerder ondersteun die verhoging van outomatiese addr. Die programmeerder ondersteun gebufferde geheue -toegang met buffergrootte = 128 grepe. Programmeerder ondersteun die volgende toestelle: Toestelkode: 0x44 avrdude: AVR-toestel geïnitialiseer en gereed om instruksies te aanvaar avrdude: Handtekening van toestel = 0x1e9587 (waarskynlik m32u4) avrdude: leesinvoerlêer "build-promicro-16MHzatmega32U4/sketchbook.hex" avrdude: skryfflits (11580 grepe): avrdude: 11580 grepe flits geskryf avrdude: safemode: Sekerings OK (E: CB, H: D8, L: FF) avrdude gedoen. Dankie.

Wel, dankie avrdude, en nou word ons Arduino herstel en geprogrammeer met die nuwe kode, wat u plaaslik met vi of u gunsteling redakteur kan redigeer, geen IDE's nodig nie. Ek sou daarop let dat u die C -beheerprogram, die skerm of enige ander toegang tot die arduino moet sluit terwyl u dit oplaai, anders kom die poort terug as /dev /ttyACM1 na die herstel.

Stap 3: Sluiting en Todo -lys

Alhoewel ek hierdie omgewingsensorboks vir bedienerkamers geskep het, kan u dit vir chemie/elektroniese laboratoriums, pakhuise, gewone kamers en enigiets anders gebruik. En ja, aangesien dit TCP/IP gebruik, is dit 'n IoT -toestel, G ek moes dit ook by die titel geplaas het om dit meer ondernemend te maak:)

U kan die hardeware en sagteware maklik verander om die ligte in die kamer outomaties aan te skakel. Kyk na my ander projek: Shadow of Phoenix, hoe werk dit vir die beheer van ligte? U het al die hardeware byderhand om dieselfde te doen (dit gebruik houers om die ligte aan te hou solank daar beweging binne 'n tydperk, as daar weer beweging is, word 'n timer gestamp).

Met die OrangePI met 'n volledige stapel Armbian, is die moontlikhede onbeperk, u kan 'n plaaslike webkoppelvlak skep wat van nuuts af in php geskryf is om historiese data op grafieke te vertoon. Is dit nie alreeds beter dat u 'n volledig oopbronapparaat het wat u bedienerkamer monitor nie, waarop u trots kan wees as u dit self bou!