👩🏻‍🔬 🚲 🐫 Sensor de vazamento de água sem fio no nRF52832, projeto DIY 🦀 💯 💡

Saudações a todos os leitores da seção faça você mesmo ou faça você mesmo em Habr! Hoje eu quero falar sobre o meu próximo projeto, este artigo será sobre um detector de vazamento de água a bateria. Como nos projetos anteriores, este dispositivo é executado no microcontrolador nRF52832. Existem três versões deste sensor, nas três versões são utilizados módulos prontos com nRF52832; neste artigo, falaremos sobre a versão intermediária que usa o módulo YJ-17103 da HOLYIOT.

O detector de fluido é implementado no chip SN74LVC1G00 | Datashit . Descreverei brevemente o design do circuito e o princípio de operação. O eletrodo do sensor n ° 1 está conectado ao terra, o eletrodo do sensor n ° 2 está conectado às pernas A e B do chip SN74LVC1G00 através de um resistor de 100 Ohm, 3,3V através de um resistor de 1M também é conectado a esta linha, uma capacitância também é adicionada ao circuito. Quando não há contato com o líquido nas pernas do microcircuito A e B, a unidade lógica, respectivamente, na perna Y conectada à perna MK (configurada programaticamente para detectar interrupções através do comparador embutido) é lógica zero. Assim que o contato com o líquido ocorre e as pernas A e B são baixas, o sinal na perna Y do microcircuito SN74LVC1G00 também é invertido, o que causará uma interrupção e, por sua vez, removerá o MK do sono. No futuro, o chip SN74LVC1G00 poderá ser substituído pelo chip SN74LVC1G14 | Datashit , e talvez não :). A detecção de fluido das pernas MK através do comparador embutido não está planejada.

Como todos os meus outros projetos, este também é um projeto do Arduino e, como todos os projetos do ano passado (aproximadamente), este também foi feito para o projeto Mysensors. Como nos meus outros artigos, abordarei um pouco o assunto dos Mysensors neste artigo.

Mysensors é uma comunidade de desenvolvedores de código aberto. Este protocolo é desenvolvido pela comunidade para criar redes de rádio e com fio. O projeto foi desenvolvido originalmente para a plataforma Arduino. Uma rede padrão de Mysensors consiste em um gate (gateway), retransformadores e dispositivos finais (nós). Em uma rede, pode haver até 254 dispositivos, cada um dos dispositivos pode ser equipado com até 254 sensores, sensores e unidades de atuação. A operação de rede, processamento de dados, execução de scripts e interação em outros dispositivos é realizada usando o controlador UD. Alguns dos controladores (Majordomo) suportam o trabalho com várias redes e Mysensors (multi-gate), portanto, pode haver muito mais redes do que uma controlada por um controlador.

Plataformas de hardware suportadas : Linux / Raspberry Pi / Orange Pi | ATMega 328P | ESP8266 ESP32 nRF5x (córtex M0, M4) | Atmel SAMD usado no Arduino Zero (Cortex M0) | Teensy3 (MK66FX1M0VMD18) | STM32F1.

Transmissores de rádio suportados : NRF24L01 | RFM69 RFM95 (LoRa) | nRF5x

Tipo de comunicação com fio suportada : RS485

Comunicação suportada entre o portão e o controlador : MQTT | USB serial | Wifi | Ethernet GSM

De volta ao sensor de vazamento. O dispositivo é alimentado por baterias CR2430, CR2450 ou CR2477. O consumo de sono é inferior a 3μA. Velocidade de transmissão - 250Kbps, 10-15ms. O consumo de energia no momento da transmissão não é superior a 8mA. Teoricamente, a duração da bateria em uma única bateria é aproximadamente igual ao tempo de autodescarga da bateria. Na prática, é claro, tudo é menos otimista, já que há um registro, apresentação, envio periódico do nível de carga, para que a vida útil da bateria seja mais próxima do valor - tempo de autodescarga / 2 :). A energia é fornecida diretamente da bateria, o nível da bateria é controlado diretamente do pino do VDD. Um LED RGB está instalado no sensor para indicar o registro do sensor na rede, para indicar os modos de serviço e para detectar a detecção de vazamentos. Naturalmente, o LED não pode ser usado de todo ou em parte.

A placa do dispositivo foi fabricada para sua fabricação posterior, de acordo com o método LUT. Portanto, a partir das nuances desta opção, é um aumento da largura dos trilhos, maiores distâncias entre os trilhos, maiores áreas para transições entre camadas (para uma perfuração mais conveniente dos furos), ausência de preenchimento de áreas vazias devido à pequena área da placa. Mais tarde, uma opção foi feita para um pedido em produção.

A caixa do dispositivo foi projetada em duas partes. A tampa superior com locais para montagem da placa e a parte inferior (banho) com 2 furos para os parafusos de contato de aço (é possível vedar com selante de silicone para a cabeça do parafuso ou não é necessário) e dois tubos para botões (reset e modos) na placa. A impressão foi feita em uma impressora ANICUBIC PHOTON SLA 3D. Após a impressão, as lixas 320 e 1000 foram processadas para encaixar as juntas da tampa e da parte inferior do corpo.

Fotos do sensor

Código de teste

wl_standart_test.ino

bool button_flag; bool send_flag; bool detection; bool nosleep; byte timer; bool AckG; bool AckB; bool AckL; bool PRESENT_ACK; bool flag_lq; unsigned long SLEEP_TIME = 172800000; //48 hours //unsigned long SLEEP_TIME = 3600000; //1 hour unsigned long oldmillis; unsigned long newmillis; unsigned long interrupt_time; unsigned long SLEEP_TIME_W; uint16_t currentBatteryPercent; uint16_t batteryVoltage = 0; uint16_t battery_vcc_min = 2300; uint16_t battery_vcc_max = 3000; int16_t linkQuality; #define MY_DISABLED_SERIAL #define MY_RADIO_NRF5_ESB #define MY_RF24_PA_LEVEL (NRF5_PA_MAX) //#define MY_PASSIVE_NODE #define MY_NODE_ID 86 #define MY_PARENT_NODE_ID 0 #define MY_PARENT_NODE_IS_STATIC #define MY_TRANSPORT_UPLINK_CHECK_DISABLED #define INTR_PIN 3 //(PORT0, gpio 5) #include <MySensors.h> // see https://www.mysensors.org/download/serial_api_20 #define W_L_SENS_CHILD_ID 0 #define LINK_QUALITY_CHILD_ID 253 MyMessage sensMsg(W_L_SENS_CHILD_ID, V_VAR1); //MyMessage voltMsg(CHILD_ID_VOLT, V_VOLTAGE); void preHwInit() { pinMode(POWER_PIN, OUTPUT); digitalWrite(POWER_PIN, HIGH); wait(3000); pinMode(RED_LED, OUTPUT); digitalWrite(RED_LED, HIGH); pinMode(GREEN_LED, OUTPUT); digitalWrite(GREEN_LED, HIGH); pinMode(BLUE_LED, OUTPUT); digitalWrite(BLUE_LED, HIGH); pinMode(PIN_BUTTON, INPUT); pinMode(W_L_SENS, INPUT); //pinMode(24, OUTPUT); //pinMode(20, OUTPUT); } void before() { NRF_POWER->DCDCEN = 1; NRF_UART0->ENABLE = 0; digitalWrite(BLUE_LED, LOW); sleep(50); digitalWrite(BLUE_LED, HIGH); } void presentation() { sendSketchInfo("EFEKTA ST WL Sensor", "1.1"); present(W_L_SENS_CHILD_ID, S_CUSTOM, "SWITCH STATUS"); present(LINK_QUALITY_CHILD_ID, S_CUSTOM, "LINK_QUALITY"); } void setup() { digitalWrite(BLUE_LED, LOW); wait(100); digitalWrite(BLUE_LED, HIGH); wait(200); digitalWrite(BLUE_LED, LOW); wait(100); digitalWrite(BLUE_LED, HIGH); lpComp(); detection = false; SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME; wait(100); sendBatteryStatus(); wait(100); send(sensMsg.set(detection), 1); wait(2000, 1, V_VAR1); } void loop() { if (nosleep == 0) { oldmillis = millis(); sleep(SLEEP_TIME_W); } if (detection) { if (digitalRead(PIN_BUTTON) == 1 && button_flag == 0 && digitalRead(W_L_SENS) == 0) { //back side button detection button_flag = 1; nosleep = 1; } if (digitalRead(PIN_BUTTON) == 1 && button_flag == 1 && digitalRead(W_L_SENS) == 0) { digitalWrite(GREEN_LED, LOW); wait(10); digitalWrite(GREEN_LED, HIGH); wait(50); } if (digitalRead(PIN_BUTTON) == 0 && button_flag == 1 && digitalRead(W_L_SENS) == 0) { nosleep = 0; button_flag = 0; digitalWrite(GREEN_LED, HIGH); lpComp_reset(); } if (digitalRead(W_L_SENS) == 1 && digitalRead(PIN_BUTTON) == 0) { //sens detection newmillis = millis(); interrupt_time = newmillis - oldmillis; SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME_W - interrupt_time; send(sensMsg.set(detection), 1); wait(3000, 1, V_VAR1); if (AckG == 1) { while (timer < 10) { timer++; digitalWrite(BLUE_LED, LOW); wait(20); digitalWrite(BLUE_LED, HIGH); wait(30); } timer = 0; AckG = 0; wait(200); } else { while (timer < 10) { timer++; digitalWrite(RED_LED, LOW); wait(20); digitalWrite(RED_LED, HIGH); wait(30); } timer = 0; send(sensMsg.set(detection), 1); wait(3000, 1, V_VAR1); if (AckG == 1) { while (timer < 10) { timer++; digitalWrite(BLUE_LED, LOW); wait(20); digitalWrite(BLUE_LED, HIGH); wait(30); } timer = 0; AckG = 0; } else { while (timer < 10) { timer++; digitalWrite(RED_LED, LOW); wait(20); digitalWrite(RED_LED, HIGH); wait(30); } timer = 0; } lpComp_reset(); } } if (SLEEP_TIME_W < 60000) { SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME; sendBatteryStatus(); } } else { //if (detection == -1) { SLEEP_TIME_W = SLEEP_TIME; sendBatteryStatus(); } } void receive(const MyMessage & message) { if (message.type == V_VAR1) { if (message.sensor == W_L_SENS_CHILD_ID) { if (mGetCommand(message) == 1) { if (message.isAck()) { AckG = 1; } else { } } } } if (message.type == I_BATTERY_LEVEL) { if (message.sensor == 255) { if (mGetCommand(message) == 3) { if (message.isAck()) { AckB = 1; } else { } } } } if (message.type == V_VAR1) { if (message.sensor == 255) { if (mGetCommand(message) == 1) { if (message.isAck()) { AckL = 1; } else { } } } } } void sendBatteryStatus() { wait(100); batteryVoltage = hwCPUVoltage(); wait(20); if (batteryVoltage > battery_vcc_max) { currentBatteryPercent = 100; } else if (batteryVoltage < battery_vcc_min) { currentBatteryPercent = 0; } else { currentBatteryPercent = (100 * (batteryVoltage - battery_vcc_min)) / (battery_vcc_max - battery_vcc_min); } sendBatteryLevel(currentBatteryPercent, 1); wait(3000, C_INTERNAL, I_BATTERY_LEVEL); if (AckB == 1) { AckB = 0; flag_lq = 1; } else { sendBatteryLevel(currentBatteryPercent, 1); wait(3000, C_INTERNAL, I_BATTERY_LEVEL); if (AckB == 1) { AckB = 0; flag_lq = 1; } } //send(powerMsg.set(batteryVoltage), 1); //wait(2000, 1, V_VAR1); //sleep(10000); // if (flag_lq == 1) { linkQuality = calculationRxQuality(); wait(50); sendSignalStrength(linkQuality, 1); wait(2000, 1, V_VAR1); if (AckL == 1) { AckL = 0; } else { sendSignalStrength(linkQuality, 1); wait(2000, 1, V_VAR1); if (AckL == 1) { AckG = 0; } } flag_lq = 0; } } void lpComp() { NRF_LPCOMP->PSEL = INTR_PIN; NRF_LPCOMP->ANADETECT = 1; NRF_LPCOMP->INTENSET = B0100; NRF_LPCOMP->ENABLE = 1; NRF_LPCOMP->TASKS_START = 1; NVIC_SetPriority(LPCOMP_IRQn, 15); NVIC_ClearPendingIRQ(LPCOMP_IRQn); NVIC_EnableIRQ(LPCOMP_IRQn); } void s_lpComp() { if ((NRF_LPCOMP->ENABLE) && (NRF_LPCOMP->EVENTS_READY)) { NRF_LPCOMP->INTENCLR = B0100; } } void r_lpComp() { NRF_LPCOMP->INTENSET = B0100; } #if __CORTEX_M == 0x04 #define NRF5_RESET_EVENT(event) \ event = 0; \ (void)event #else #define NRF5_RESET_EVENT(event) event = 0 #endif void lpComp_reset () { s_lpComp(); detection = false; NRF_LPCOMP->EVENTS_UP = 0; r_lpComp(); } //****************************** very experimental ******************************* bool sendSignalStrength(const int16_t level, const bool ack) { return _sendRoute(build(_msgTmp, GATEWAY_ADDRESS, NODE_SENSOR_ID, C_SET, V_VAR1, ack).set(level)); } int16_t calculationRxQuality() { int16_t nRFRSSI_temp = transportGetReceivingRSSI(); int16_t nRFRSSI = map(nRFRSSI_temp, -85, -40, 0, 100); if (nRFRSSI < 0) { nRFRSSI = 0; } if (nRFRSSI > 100) { nRFRSSI = 100; } return nRFRSSI; } //****************************** very experimental ******************************* extern "C" { void LPCOMP_IRQHandler(void) { detection = true; NRF5_RESET_EVENT(NRF_LPCOMP->EVENTS_UP); NRF_LPCOMP->EVENTS_UP = 0; MY_HW_RTC->CC[0] = (MY_HW_RTC->COUNTER + 2); } }

MyBoardNRF5.h

 #ifndef _MYBOARDNRF5_H_ #define _MYBOARDNRF5_H_ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif // __cplusplus #define PINS_COUNT (32u) #define NUM_DIGITAL_PINS (32u) #define NUM_ANALOG_INPUTS (8u) #define NUM_ANALOG_OUTPUTS (8u) #define PIN_LED1 (27) #define PIN_LED2 (25) #define PIN_LED3 (26) #define RED_LED (PIN_LED1) #define GREEN_LED (PIN_LED2) #define BLUE_LED (PIN_LED3) #define PIN_BUTTON (14) #define W_L_SENS (8) #define POWER_PIN (7) #define PIN_SERIAL_RX (12) #define PIN_SERIAL_TX (11) #ifdef __cplusplus } #endif #endif

O nRF52832 é configurado de forma programática para operar no modo de baixa energia (modo DC-DC) O MC é acordado do modo de suspensão por um sinal do microcircuito SN74LVC1G00 por meio do comparador LPCOMP interno. O dispositivo também possui um botão de relógio para implementar modos de serviço, como emparelhamento, redefinição do dispositivo etc. O botão é acionado no mesmo pé MK do detector de vazamento. Ambas as linhas são separadas por diodos Schottky. O chip SN74LVC1G00 no modo de monitoramento não consome nada. O gerenciamento de energia do microcircuito é realizado a partir das pernas do MK.

No momento, o desenvolvimento de um controlador para vazamento de água com o qual esses sensores devem funcionar está quase terminado.

Vídeo mostrando o sensor de vazamento

Projeto Github
(arquivos gerber, software, modelos de casos, lista de componentes)

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Sensor de vazamento de água sem fio no nRF52832, projeto DIY

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