Хабрахабр

Беспроводной датчик протечки воды на nRF52832, DIY проект

Приветствую всех читателей раздела «DIY или Сделай сам» на Habr! Сегодня хочу рассказать об очередном своем проекте, эта статья будет о датчике протечки воды на батарейном питании. Как и в предыдущих проектах, это устройство работает на микроконтроллере nRF52832. Есть три версии этого датчика, во всех трех версиях используются готовые модули с nRF52832, в этой статье речь пойдет о средней версии в котором используется модуль YJ-17103 от HOLYIOT.

Кратко опишу схемное решение и принцип работы.
Детектор жидкости реализован на микросхеме SN74LVC1G00 | Даташит. 3в через резистор 1М, так же в схему добавлена емкость. Электрод №1 датчика подключен к земле, электрод №2 датчика подключен к ножкам A и В микросхемы SN74LVC1G00 через резистор 100Oм, так же к этой линии подведено 3. Как только произойдет контакт с жидкостью и на ножках A и B будет низкий уровень, то сигнал на ножке Y микросхемы SN74LVC1G00 так же инвертируется, что вызовет прерывание, которое в свою очередь выведет МК из сна. Когда контакта с жидкостью нет на ножках микросхемы A и В логическая единица, соответственно на ножке Y подключенной к ножке МК (програмно настроенной на детектирование прерывания через встроенный компоратор) логический ноль. Детектирование жидкости с ножки МК через встроенный компоратор не планируется. В дальнейшем микросхема SN74LVC1G00 возможно будет заменена на микросхему SN74LVC1G14 | Даташит, а возможно и не будет :).

Как и в других своих статьях, немного затрону тему Mysensors и в этой статье. Как и все другием мои проекты, этот тоже является Arduino проектом и как и все проекты за последний год(примерно) этот так же сделан под проект Myssensors.

Данный протокол разработан сообществом для создания радио и проводных сетей. Mysensors это сообщество разработчиков програмного обеспечения с открытым исходным кодом. Стандартная Mysensors сеть состоит из гейта(шлюза), ретранстяторов и конечных устройств(ноды). Первоначально проект разрабатывался для платформы Arduino. Работа сети, обработка данных, выполнение сценариев и взаимодействие в другими устройствами осуществляется с помощью контролера УД. В одной сети может быть до 254 устройств, каждое из устройств может быть оснащено до 254-мя сенсорами, датчиками, исполнительными узлами. Некоторые из контролеров(Мажордомо) поддерживают работу с несколькими сетямии Mysensors(мультигейтовость), соответственно сетей может быть намного больше одной управляемых одним контролером.

Поддерживаемые аппаратные платформы: Linux / Raspberry Pi / Orange Pi | ATMega 328P | ESP8266 | ESP32 | nRF5x(Cortex M0, M4) | Atmel SAMD, используемое в Arduino Zero (Cortex M0) | Teensy3(MK66FX1M0VMD18) | STM32F1.

Поддерживаемые радиопередатчики: NRF24L01 | RFM69 | RFM95 (LoRa) | nRF5x

Поддерживаемый проводной тип связи: RS485

Поддерживаемые типы связи между гейтом и контролером: MQTT | Serial USB | WiFi | Ethernet | GSM

Устройство работает от батареек CR2430, CR2450 или CR2477. Вернемся к датчику протечки. Скорость передачи — 250Kbps, 10-15ms. Потребление во сне составляем менее 3мкА. Теоретически срок работы на одной батарейке примерно равен сроку саморазряда батарейки. Энергопотребление в момент передачи составляет не более 8мА. Питание осуществляется напрямую от батарейки, контроль уровня заряда батарейки производится непосредственно с пина VDD. На практике все конечно менее радужно, так как есть процедура регистрации, презентации, периодическая отправка уровня заряда, так что срок работы от одной батарейки скорее ближе к значению — срок саморазряда/2 :). Естественно светодиод может не использоваться вообще или использоваться частично. В датчике установлен RGB LED для индикации регистрации датчика в сети, для индикации сервисных режимов и для индикации детектирования протечки.

Поэтому из нюансов такого варианта это увеличенная ширина трасс, увеличенные расстояния между трассами, увеличенные площадки под межслойные переходы(для более удобного сверления отверстий), отсутствие заливки пустых областей из-за небольшой площади платы. Плату устройства была сделана для дальнейшего ее изготовления по методу ЛУТ. Позже был сделан вариант для заказа на производстве.

Верхняя крышка с местами для крепления платы и нижняя часть(ванночка) с 2 отверстиями под стальные контактные винты(герметизация возможна силиконовым герметиком под шляпку винтов или не требуется) и двумя трубками под кнопки (сброс и режимы) на плате. Корпус устройства был спроектирован из двух частей. После печати была выполнена обработка наждачной бумагой 320 и 1000 для подгонки стыков крышки и дна корпуса. Печать выполнялась на SLA 3D принтере ANICUBIC PHOTON.

Фотографии датчика

Код тестовой программы

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 (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

nRF52832 программно настроен на работу в режиме пониженного энергопотребления (DC-DC Mode), Вывод МК из сна по сигналу от микросхемы SN74LVC1G00 настроен через внутренний компаратор LPCOMP. Устройство так же имеет тактовую кнопку для реализации сервисных режимов, таких как привязка устройства, обнуление устройства и т.п. Кнопка заведена на ту же ножку МК что и детектор протечки. Обе линии разделены диодами Шотки. Микросхема SN74LVC1G00 в режиме мониторинга ничего не потребляет. Управление питанием микросхемы осуществляется с ножки МК.

На данный момент почти закончена разработка контролера протечки воды, с которым данные датчики должны работать.

Видео с демонстрацией работы датчика протечки

GitHub проекта
(гербер файлы, софт, модели корпуса, список компонентов)

Место где всегда с радостью помогут всем кто хочется познакомиться с MYSENSORS (установка плат, работа с микроконтроллерами nRF5 в среде Arduino IDE, советы по работе с протоколом mysensors, обсуждение новых авторских проектов — телеграмм чат @mysensors_rus.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть