Ding-dong! Jestem pewien, że masz w domu klasyczny dzwonek do drzwi, który spełnia swoje zadanie, ale nie zawsze go słyszymy: możemy być w kącie, odkurzać na pełnych obrotach, mieć słuchawki na uszach lub po prostu być otoczeni tak dużym hałasem, że nie słyszymy powiadomienia od dostawcy. Pomysł przekształcenia tego dzwonka w inteligentny dzwonek , który powiadamia Cię na telefonie (i zegarku, jeśli nosisz) to genialny plan, dzięki któremu nigdy więcej nie przegapisz dostawy ani gości.
Co więcej, niektórzy chcą pójść o krok dalej i zażądać, aby dzwonek odtwarzał tradycyjny dźwięk, włączał diodę LED i, najlepiej, wysyłał SMS-a po naciśnięciu przycisku. Rodzi to kilka uzasadnionych pytań: czy należy użyć dwóch mikrokontrolerów połączonych przez Wi-Fi (na przykład dwóch ESP32), czy też zdecydować się na coś prostszego, jak połączenie radiowe? Czy należy wykorzystać istniejący dzwonek z zasilaniem 230 V, czy zbudować zupełnie nowy? W poniższych akapitach wyjaśnię różne podejścia, komponenty, bezpieczny montaż oraz proponowane rozwiązanie programowe wykorzystujące MQTT, OpenHAB i Pushbullet , aby projekt był dopracowany, atrakcyjny i funkcjonalny, a jednocześnie nie przytłaczający.
Architektura: od dwóch mikrokontrolerów do RF przez WiFi
Rozważając projekt, pierwszą rzeczą, jaka przychodzi na myśl, jest użycie dwóch mikrokontrolerów w tej samej sieci domowej: jednego modułu wewnątrz, drugiego na zewnątrz, komunikujących się przez Wi-Fi. To działa, owszem, ale może być nieco przesadne i kosztowne, jeśli używasz dwóch ESP32 tylko do dzwonka do drzwi. Prawdziwy cel jest bardzo prosty: zewnętrzny przycisk, który uruchamia wewnętrzną logikę, która następnie obsługuje całą resztę (dźwięk, diodę LED, powiadomienia mobilne, a nawet SMS-y).
Lżejszym rozwiązaniem jest umieszczenie prostego nadajnika i odbiornika radiowego między zewnętrznym przyciskiem a wewnętrznym mikrokontrolerem. Zaletą jest to, że strona przycisku nie wymaga pełnego mikrokontrolera: dzięki niedrogiemu modułowi RF , baterii i dobrze zaprojektowanemu obwodowi, sygnał jest wysyłany po naciśnięciu. Wewnątrz domu mikrokontroler z obsługą Wi-Fi odbiera alert z odbiornika RF i zajmuje się resztą: wydaje dźwięk „ding-dong”, aktywuje diodę LED, wysyła powiadomienie oraz, w razie potrzeby, uruchamia wysyłanie wiadomości SMS za pośrednictwem usługi zewnętrznej.
Jeśli wolisz zachować istniejące okablowanie i korzystać z dzwonka 230 V , istnieje inne doskonałe rozwiązanie: wykrywanie obecności napięcia podczas dzwonienia. To wykrywanie, realizowane z izolacją galwaniczną, zasila logikę mikrokontrolera Wi-Fi, który transmituje zdarzenie i powiadamia Cię o tym. W ten sposób nie wymieniasz dzwonka , a jedynie go ulepszasz.
Użytkownicy, którzy wahają się przed samodzielnym montażem, mogą również kupić system typu „wszystko w jednym”. Na rynku dostępne są bezprzewodowe, inteligentne wideodomofony z ochroną IP65 i kamerami 1080P, pełniące funkcję wideodomofonów i systemów komunikacji dwukierunkowej. Niektóre sklepy oferują nawet opcję „Udostępnij” na stronie produktu, a wiele z nich oferuje formularze „Czy widziałeś niższą cenę?”, w których należy podać, czy produkt był dostępny w sklepie stacjonarnym , region i inne szczegóły, aby ustalić, czy możliwe jest dostosowanie ceny. Krótko mówiąc, istnieją bardzo kompletne rozwiązania komercyjne , ale jeśli lubisz majsterkować, rozwiązanie „zrób to sam” będzie tańsze i bardziej konfigurowalne.
Bezpieczne wykrywanie 230 V: optoizolator na ratunek
Wiele konwencjonalnych dzwonków do drzwi jest zasilanych napięciem 230 V tylko wtedy, gdy ktoś naciska przycisk. Kluczem do bezpiecznego „nasłuchiwania” tego zdarzenia jest całkowite odizolowanie źródła zasilania od obwodów logicznych. W tym miejscu z pomocą przychodzą optoizolatory : urządzenia, które przesyłają sygnał za pośrednictwem światła między dwoma oddzielnymi obwodami, zapewniając brak bezpośredniego połączenia elektrycznego między siecią a elektroniką zasilaną napięciem 3,3 V.
Aby ułatwić sobie zadanie, możesz kupić gotową płytkę drukowaną , która wykrywa napięcie 230 V i zapewnia bezpieczne wyjście dla mikrokontrolera. Takie płytki zazwyczaj zawierają optoizolator i odpowiedni rezystor, chroniąc mikrokontroler. To szybkie i solidne rozwiązanie, jeśli nie chcesz projektować go od podstaw. Jeśli lubisz budować, inną opcją jest samodzielne odtworzenie układu z wykorzystaniem kilku łatwo dostępnych komponentów , zachowując zasadę fizycznego oddzielenia zasilania od logiki.
Zwróć uwagę na okablowanie i odstępy: zaleca się pozostawienie sporego odstępu na płytce między szyną 230 V a zasilaczem mikrokontrolera. Jeśli pracujesz na płytce perforowanej, zapewnij odpowiedni odstęp i, jeśli to możliwe, zamknij wszystko w dobrze zaprojektowanej obudowie, aby zapobiec niepożądanemu kontaktowi. Transoptory, z samej swojej natury, zapewniają spokój ducha, który pozwala spać spokojnie.
Kolejnym ważnym elementem jest zasilanie: mikrokontroler, którego będziemy używać, pracuje z napięciem 3,3 V. Jeśli nie masz dostępnego zasilacza 3,3 V, możesz obniżyć napięcie z 5 V za pomocą stabilizatora LM317T , dostosowując je prawidłowo do stabilnego napięcia 3,3 V. Taka kombinacja (zasilanie 5 V + stabilizator) jest bardzo powszechna w projektach DIY; jest niedroga i skuteczna.
Praktyczne wyposażenie: ESP-01, obudowa 3D i wiązka przewodów
Aby dodać łączność Wi-Fi do systemu, klasycznym i dobrze znanym rozwiązaniem jest ESP-01 . Jest mały, niedrogi, łatwy w programowaniu i, przede wszystkim, idealnie nadaje się do dzwonka do drzwi . W porównaniu z ESP32, który jest idealny do większych projektów, ESP-01 oferuje więcej niż tylko odczyt zdarzeń, połączenie sieciowe, publikację MQTT i wyzwalanie powiadomień.
Podczas montażu fizycznego przydatne może okazać się umieszczenie wszystkich elementów w obudowie drukowanej w technologii 3D , co zapewnia kompaktową i bezpieczną konfigurację. Połączenie płytki drukowanej ESP-01 z płytką zasilania (oraz gniazdem na listwę zaciskową) pozwala na niemal idealne dopasowanie całości do przestrzeni tradycyjnego dzwonka do drzwi. Pozwala to na umieszczenie elektroniki blisko dzwonka i zachowanie estetyki domu bez konieczności stosowania nieestetycznych dodatków.
Okablowanie jest również ważne. Zaleca się podłączenie przewodu fazowego dzwonka , przewodu fazowego elektroniki (który musi być oddzielny, aby mikrofon był zawsze zasilany, nawet gdy dzwonek nie jest wciśnięty) oraz przewodu neutralnego do wyraźnie oznaczonej kostki zaciskowej. W ten sposób można wykryć, kiedy zasilanie dociera do dzwonka, a jednocześnie utrzymać inteligentny system w trybie online, aby wysyłać zdarzenia i powiadomienia. Pamiętaj o zasadach: wszystko musi być na swoim miejscu , z fizycznym oddzieleniem zasilania od logiki.
Dla majsterkowiczów montaż układu na płytce perforowanej sprawdza się znakomicie, o ile zachowane są bezpieczne odległości. Niektórzy obiecują, że kiedyś przejdą na niestandardowe płytki PCB, ale tymczasem dobrze wykonana płytka perforowana jest doskonała . Jeśli chcesz udokumentować projekt, możesz zapisać schemat w swoim ulubionym narzędziu (na przykład pliku EAGLE), co znacznie ułatwia jego udostępnianie i przeglądanie.
Oprogramowanie i powiadomienia: przerwania, MQTT, OpenHAB i Pushbullet
Przejdźmy do „mózgu”. W sekcji oprogramowania układowego ESP-01 skutecznym sposobem wykrywania zdarzenia jest użycie przerwania wyzwalanego zboczem . Praktyczny szczegół: zdefiniuj pin 3 (pin RX portu szeregowego) jako pin przerwania, tak aby po wykryciu obecności napięcia przez detektor (lub czujnik optyczny) uruchamiana była procedura oznaczająca stan brzęczyka.
Typowa konfiguracja w wielu przykładach wykorzystuje wiersz taki jak: `attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(sensePin), onDoorbellStateChange, FALLING); `. Procedura, oznaczona `ICACHE_RAM_ATTR` w oprogramowaniu układowym ESP8266/ESP-01, może wyglądać mniej więcej tak: `void ICACHE_RAM_ATTR onDoorbellStateChange() { lastTrueState = millis(); doorbellState = true; }` . Zapisuje to czas wyzwalania i ustawia stan „ktoś zadzwonił” na wartość true.
W pętli głównej, po upływie rozsądnego czasu, flaga jest resetowana, aby zezwolić na nowe powiadomienia. Wiąże się to z kontrolą czasu, taką jak `if (doorbellState && (now – lastTrueState) > 5000) { doorbellState = false; isStateSent = false; }` . Gwarantuje to, że po upływie 5 sekund od ostatniego wywołania zdarzenie zostanie uznane za zamknięte, a powiadomienia będą mogły zostać ponownie wysłane, jeśli ktoś naciśnie przycisk. Zapobiega to otrzymywaniu powiadomień spamowych po jednym długim naciśnięciu lub odbiciu.
W przypadku integracji z automatyką domową i standardami inteligentnego domu , protokół MQTT jest niezwykle wygodny. Możesz skonfigurować swojego brokera i zintegrować go z OpenHAB , gdzie utworzysz „rzecz” i odpowiadający jej „element” reprezentujący stan dzwonka (na przykład WYŁ./WŁ.). Następnie skonfigurujesz powiadomienia za pomocą preferowanej usługi: Pushbullet to klasyk, a alert jest aktywowany za pomocą reguły, która aktywuje się, gdy element zmieni się z WYŁ. na WŁ.
Szkielet tej reguły w OpenHAB mógłby wyglądać następująco: `rule "RuleName" when Item ItemName changed from OFF to ON then val actions = getActions("pushbullet", "ItemNamePushbulletBot") if (actions !== null) { actions.sendPushbulletNote("Główny dzwonek", "Główny dzwonek", "Ktoś jest przy głównych drzwiach") } end` . Mówiąc prościej: gdy tylko element zostanie WŁĄCZONY, wysyłasz notatkę do swoich urządzeń. Jeśli potrzebujesz SMS-a, możesz zastąpić `Pushbullet` usługą SMS lub bramką, która ma powiązanie dostępne na platformie automatyki domowej.
Dla tych, którzy wolą nie dotykać oryginalnego dzwonka i chcą go obejrzeć na telefonie komórkowym, warto pamiętać, że na rynku dostępne są bezprzewodowe wideodomofony z kamerami 1080P i stopniem ochrony IP65. Oferują one wbudowaną funkcję wideodomofonu, a w wielu sklepach znajdują się nawet przyciski „ Udostępnij ” na stronie produktu oraz popularny formularz „Czy znalazłeś niższą cenę?” , aby utrzymać konkurencyjne ceny. Mogą nawet zapytać, czy widziałeś/aś go w sklepie stacjonarnym, i podać dane dotyczące Twojego województwa , aby ocenić ofertę. Stanowią one wygodną alternatywę , choć ich koszt zazwyczaj nie jest porównywalny z dobrze wykonaną instalacją typu „zrób to sam”.
Kolejna praktyczna wskazówka programowa: urządzenie powinno utrzymywać stabilne połączenie Wi-Fi i automatycznie łączyć się ponownie z brokerem MQTT w przypadku jego utraty. ESP zazwyczaj zawierają procedurę „połącz ponownie w razie braku połączenia” i korzystają z timera, aby zapobiec zawieszaniu się urządzenia w nieskończoność podczas prób ponownego połączenia. Oprogramowanie nadzorujące może uchronić Cię przed niejednym problemem w prawdziwym życiu.
Diodę LED wskaźnika można ustawić tak, aby migała synchronicznie ze zdarzeniem (na przykład przez 5 sekund po nawiązaniu połączenia), a następnie wyłączyła się. Aby uzyskać bardziej subtelny efekt, użyj słabnącego migotania PWM , sygnalizującego „połączenie w toku” i krótkiego, ciągłego światła, sygnalizującego „połączenie zarejestrowane”. Te wizualne sygnały, choć nie są niezbędne, są pomocne, gdy nie masz telefonu pod ręką.
Osoby rozważające wysyłanie wiadomości SMS powinny pamiętać, że istnieją usługi i interfejsy API, które umożliwiają wysyłanie wiadomości za pomocą prostego wywołania HTTP z mikrokontrolera (MCU) lub, co jeszcze lepsze, z serwera automatyki domowej . To drugie rozwiązanie zmniejsza obciążenie mikrokontrolera i centralizuje logikę (na przykład wysyłanie wiadomości SMS tylko wtedy, gdy dom jest w trybie „poza domem”). Co więcej, za każdą transmisję wiadomości SMS zazwyczaj pobierana jest opłata, dlatego warto wdrożyć prostą regułę antyspamową , aby zapobiec wysyłaniu więcej niż jednej wiadomości co X minut.
Nawiasem mówiąc, jeśli zintegrujesz wszystko z OpenHAB (lub podobnymi platformami), oddzielisz „wykrywanie i publikowanie” (MCU) od „automatyzacji i powiadomień” (serwer). Taki podział obowiązków ułatwia utrzymanie systemu: mikrokontroler koncentruje się na jednym zadaniu, podczas gdy bardziej elastyczny serwer obsługuje powiadomienia, filtry, reguły i historyczne rejestry połączeń .
Po zakończeniu okablowania i przetestowaniu go na stole, nadszedł czas na instalację: może być konieczne doprowadzenie nowego przewodu do dzwonka, aby zapewnić ciągłe zasilanie inteligentnego urządzenia. W wielu domach istniejąca rura instalacyjna to umożliwia, wymagając jedynie niewielkiej regulacji do najbliższej puszki przyłączeniowej. Bezpieczeństwo pracy jest kluczowe: odłącz zasilanie, zidentyfikuj przewody , sprawdź przepisy, a w razie wątpliwości skontaktuj się ze specjalistą.
Jeśli czujesz, że czegoś Ci brakuje, kolejnym krokiem może być zmierzenie liczby naciśnięć dzwonka (podstawowa telemetria), użycie czujnika ruchu PIR , udostępnienie danych systemowi (na przykład poprzez MQTT do bazy danych szeregów czasowych), a nawet nagranie klipu kamerą IP w momencie aktywacji dzwonka. Nie jest to ściśle częścią głównego projektu, ale automatyzacja przynosi te korzyści.
Jeśli chodzi o wykończenie, zadbaj o dobrą wentylację obudowy wydrukowanej w technologii 3D , aby regulator (jeśli używasz LM317T) się nie przegrzewał. Niewielki radiator i odstęp między komponentami będą pomocne. Dodatkowo, oznaczenie wewnątrz „fazy dzwonka”, „fazy zasilania” i „neutralnego” znacznie ułatwi przyszłe modyfikacje lub rozbudowy, zapobiegając domysłom po powrocie do projektu po miesiącach.
Wracając do początkowej dyskusji (dwa mikrokontrolery kontra RF), jeśli martwisz się o pobór mocy przez przycisk zewnętrzny i chcesz maksymalnie uprościć sprawę , kombinacja RF + mikrokontroler wewnętrzny wygrywa: nadajnik zewnętrzny może być minimalny i energooszczędny, a wszystko pozostaje „gotowe” w środku, dzięki stabilnemu zasilaniu. Jeśli wolisz uniknąć połączenia radiowego i masz już okablowanie do dzwonka , detekcja 230 V z optoizolatorem i pojedynczym mikrokontrolerem jest prosta, solidna i przejrzysta.
Na koniec kilka dobrych praktyk: udokumentuj schemat (nawet jeśli to tylko zdjęcie prototypu z adnotacjami), prześlij kod do swojego repozytorium i dodaj plik README z wyprowadzeniami. Drobne szczegóły, takie jak wskazanie, że pin 3 (RX) jest używany jako przerwanie, zapobiegną problemom, jeśli ktoś, lub nawet Ty, zdecyduje się aktywować port szeregowy bez sprawdzenia. A jeśli udostępnisz projekt, tym lepiej : inni będą mogli go skopiować, ulepszyć lub podsunąć Ci pomysły.
Z pewnością istnieje rozwiązanie zarówno dla twórców, którzy chcą zachować swój „ding-dong” i otrzymywać alerty, jak i dla tych, którzy preferują kompletny system komercyjny z kamerą i certyfikatem IP65. Jeśli zdecydujesz się na samodzielny montaż , połączenie bezpiecznego czujnika, ESP-01, zasilacza 3,3 V z LM317T, obudowy 3D, przerwania krawędziowego, MQTT, OpenHAB i Pushbullet zapewni Ci niezawodny, rozszerzalny i przede wszystkim spersonalizowany inteligentny dzwonek do drzwi, z możliwością dodania SMS-ów lub dowolnego innego kanału bez konieczności przebudowy systemu.
