Elektronika

Dzisiejszy wpis będzie nietypowy. Spróbuję stworzyć listę doświadczeń podsumowujących kilka lat amatorskiego tworzenia projektów opartych o Arduino, ESP8266 i ESP32. Mam świadomość, że wiele osób podchodząc do pierwszych projektów zastanawia się, jak rozwiązać różne kwestie techniczne i musi wybrać jakąś drogę. Nie zawsze jest to łatwe i nawet nie zawsze wiadomo o co zapytać. Dlatego postaram się zebrać moje doświadczenia w postaci listy praktycznych porad.

Oczywiście nie należy traktować tej wiedzy, jako prawdy objawionej i jedynej słusznej, jak zresztą żadnych rad znalezionych w Internecie. To tylko owoc moich doświadczeń, mój wybór, na pewno wiele rzeczy da się zrobić inaczej i usprawnić. Poza tym wypracowywanie własnej ścieżki, to także przyjemna część tej zabawy.

Trzeba też mieć świadomość, że doświadczenia dotyczą w głównej mierze projektów związanych z tzw. inteligentnym domem, czyli automatyką budynkową lub “Internetem rzeczy”. Budowane urządzenia w przeważającej większości komunikują się za pośrednictwem sieci komputerowej - Ethernet lub WiFi. Dla innych typów projektów niektóre porady mogą nie mieć zastosowania.

Pracuję jako administrator systemów informatycznych. Cokolwiek to znaczy, istotne jest to, że przed ekranem monitora spędzam wiele godzin dziennie. Drugą istotną informacją jest to, że potrzebuję dużej przestrzeni ekranu na różne, szalenie ważne okienka. Oczywiście między oknami można się przełączać, można używać wirtualnych pulpitów, jednak wygoda jest najważniejsza i nic nie zastąpi jednoczesnego widoku wielu okien - choćby zdalnego pulpitu serwera, dokumentacji i pliku z notatkami. Dlatego przez długi czas używałem dwóch 23-calowych monitorów Full-HD, co było całkiem niezłym rozwiązaniem. Z czasem, jak to zwykle bywa, zaczęło brakować miejsca, gdzie można by coś jeszcze wcisnąć - konkretnie drugi zdalny pulpit. Takie wymagania pracy, co zrobić. Zacząłem się więc zastawiać nad trzecim monitorem. Na szczęście pojawił się inny pomysł - monitor o rozdzielczości 4K, ale na tyle duży, żeby nie trzeba było nic skalować i nadal wszystko było czytelne. Taki monitor powinien dać tyle samo przestrzeni, co 4 monitory Full-HD. Zacząłem więc poszukiwania.

Dzisiaj będzie szybki projekt - urządzenie do powiadamiania. Pod tym nieco tajemniczym tytułem kryje się urządzenie, które może mieć różne zastosowania. W moim przypadku będzie służyło jako dodatkowe powiadomienie o tym, że ktoś zadzwonił domofonem. Jeden z domofonów zlokalizowany jest na dużej hali, na której pracują głośne urządzenia i nie zawsze słychać dzwonek. Dlatego urządzenie poza wydawaniem dźwięku ma mrugać, żeby zwrócić na siebie uwagę. Ponieważ bramofony są dwa, więc dobrze było, gdyby po kolorze światła dało się odróżnić, przy którym z nich stoi gość.

Tworząc różne projekty, czy to z Arduino, czy z ESP8266, a nawet z użyciem Raspberry Pi, stykamy się z problemem - jak połączyć wszystkie przewody, żeby było w miarę elegancko i solidnie. Najlepszym przykładem może tu być użycie szyby 1-wire do podłączenia termometrów DS18B20. Specyfiką tego interfejsu jest możliwość podłączenia bardzo wielu termometrów (u mnie w domu jest ich aktualnie 16) do jednego przewodu (będąc precyzyjnym - do dwóch lub 3 przewodów). Ponieważ układ ma topologię mieszaną, jednak w większości gwiaździstą - wiele przewodów schodzi się w jednym punkcie i trzeba je podłączyć do Arduino.

Rozpoczął się sezon grzewczy. Tegoroczne lato nie rozpieszczało nas wysokimi temperaturami, podobnie jak początek jesieni, więc już na początku października przyszła pora na uruchomienie ogrzewania, pierwszy raz po zmianie kotła na gazowy . A jak uruchomić coś i nie wiedzieć co się dokładnie dzieje w środku? Co prawda pierwszy krok zrobiłem już dawno - na ważniejszych rurach, zaraz po zainstalowaniu nowego urządzenia, umieściłem termometry, z których odczyty trafiają do mojego systemu. Nie po to jednak kupiłem urządzenie, które obsługuje magistralę Ebus, żeby teraz tego nie wykorzystać. 

Zmieniłem ogrzewanie na gazowe. Być może nawet pojawi się o tym osobny wpis, jednak przy okazji montażu nowego kotła, konieczne było przeniesienie gniazdek zasilających. Przy tej okazji, postanowiłem nieco przebudować instalację. Zimą miałem spore problemy z jedną fazą, pechową tą, z której zasilany był kocioł na ekogroszek. Ostatecznie problem został rozwiązany przez wymianę przewodu biegnącego do domu, jednak uraz pozostał… Dlatego przy okazji zmian w kotłowni, postanowiłem zainstalować automatyczny przełącznik faz do zasilania kotła gazowego i mojej automatyki domowej (a konkretniej zasilaczy buforowych, które jej działanie podtrzymują).

Opisywałem ostatnio sterowanie radiowe urządzeniami na częstotliwości 433.92MHz z użyciem ESP8266, a konkretnie Nodemcu. Urządzenie było sporo mniejsze, niż konstruowana wcześniej wersja wykorzysująca Arduino i sieć ethernet , ale nadal dość duże. Postanowiłem zbudować jeszcze jedną, miniaturową wersję, jednak nieco okrojoną funkcjonalnie. Ostatnio nie oszczędzaliśmy miejsca, więc w obudowie zmieścił się nadajnik, odbiornik, a dodatkowo czujnik ciśnienia i jeszcze sporo miejsca. Tym razem użyjemy mniejszej płytki - WeMos D1 mini , a obudowa będzie znacznie mniejsza, mieszcząca jeden moduł - nadajnik lub odbiornik (lub coś innego).

Opisywałem niedawno popularny, analogowy system domofonowy 4+n . Pora zająć się jego integracją z systemem automatyki domowej. Stworzymy urządzenie (bramkę IP - system 4+n), które będzie pozwalało odczytywać stan wybranych parametrów systemu, jak i wykonywać pewne działania. Ze względu na bezpieczeństwo i fakt, że bramofony zamocowane są do metalowego płotu, zastosujemy pełną izolację elektryczną między systemem domofonowym a elektroniką i siecią ethernet.

Domofon jest już zainstalowany i sprawdzony w działaniu. Na początku przypomnę jego konfigurację, bo będzie ona miała wpływ na budowę urządzenia. Ponieważ jednak system w moim przypadku jest dość złożony, więc urządzenie będzie w miarę uniwersalne. Będzie można je zastosować do do systemu o podobnej złożoności lub prostszego.

Niedawno obiecałem napisać parę słów o sterowaniu modułem przekaźników z użyciem popularnego układu ESP8266 . Opiszę budowę urządzenia, które pozwoli sterować urządzeniami elektrycznymi, także zasilanymi 230V, przez WiFi. Oczywiście jego zastosowania są znacznie szersze. Można go użyć np. do sterowania roletami, czy otwierania bramy. Może także sterować kotłem gazowym lub na ekogroszek przez podłączenie w miejsce regulatora termostatycznego, co pewnie opiszę w jednym z kolejnych wpisów.

W pierwszej chwili chciałem użyć popularnej wersji ESP-01, której używam m.in. do konstrukcji internetowego termometru. Ostatecznie jednak zdecydowałem się na użycie NodeMCU v3, produkowanego przez LoLin. Nazwa producenta jest o tyle istotna, że płytka v3 LoLin jest większa niż standardowe NodeMCU, a co za tym idzie, inne będą wymiary obudowy urządzenia.

Im więcej w domu pojawia się urządzeń elektronicznych, związanych z automatyką domową, tym bardziej zaczyna nam zależeć, żeby przynajmniej część z nich działała przy zaniku zasilania z sieci. Awaryjne oświetlenie LED, switche ethernetowe dla działania komunikacji urządzeń, sterownik inteligentnego domu, elementy systemu alarmowego, kamery i rejestrator monitoringu - być może dobrze byłoby, żeby działały niezależnie od głównego zasilania. Dość naturalnym odruchem jest pomysł zastosowania UPSa. Niestety ten rodzaj zasilania awaryjnego, dla zasilania urządzeń wymagających napięcia stałego, jest czystym marnotrastwem - najpierw napięcie 230V prądu przemiennego zamieniane jest na 12V prądu stałego dla zgromadzenia w akumulatorach, potem zamienia się je na 230V, żeby zasilacz chronionego urządzenia znowu zamienił je na napięcie stałe. Nie jest to więc najlepsze rozwiązanie.

Dużo lepiej zastosować zasilacz buforowy. Jest to urządzenie, które podłącza się do napięcia 230V, które jest zamieniane na napięcie stałe - zwykle około 12V lub 24V. Poza funkcją zwykłego zasilacz prądu stałego, mamy jednak możliwość podłączenia akumulatora, z którego prąd będzie pobierany w przypadku zaniku zasilania sieciowego. Co więcej, zasilacz buforowy dba o ładowanie akumulatorów i podtrzymanie ich w stanie naładowanym. Zasilacz buforowy spełni więc w naszym przypadku rolę UPS, ale nie będzie konieczna konwersja napięcia na 230V i spowrotem.