1. WiFi - Temperatura y Humedad
El dispositivo de Temperatura-Humedad es la introducción al manejo de estados de sensores con valores numéricos diferentes a los estados binarios de encendido y apagado.
El dispositivo incorpora el sensor DHT11 que entrega valores de temperatura y humedad en un mismo pin. Por lo que inicialmente el módulo ESP8266 versión ESP-01 es suficiente para cumplir con el objetivo.
Sin embargo, si posteriormente se incorpora necesidad de usar dispositivos alimentados con baterías.
Para la operación a baterías es necesario considerar:
- Intervalos de lectura ajustables, por ejemplo 15 minutos o 1 hora
- Operación en modo de ahorro de energía o "sleep" disponible en los módulos
- Varios modos de ahorro de energía para el ESP8266: Modem-Sleep, Light-Sleep y Deep-Sleep
La operación del ESP8266 en modo de ahorro de energía requiere el uso de un pin para reiniciar luego de finalizado el periodo "sleep" no disponible en la versión ESP-01. En consecuencia el dispositivo se desarrolla usando el módulo ESP07 que tienes más pines de conexión.
Adicionalmente se requiere un pin para lectura analógica y el módulo ESP-07 dispone de un pin analógico con lecturas de valores de voltaje en rango [0,1] VDC de 10 bits, 1024 muestras [0,1023].
Referencia: https://www.espressif.com/sites/default/files/9b-esp8266-low_power_solutions_en_0.pdf
Implementación versión 1
La versión 1 del prototipo mostrada en la imagen se ha realizado en una placa perforada, alimentada por 5VDC, que se incoporan en una caja eléctrica.
Luego se monta sobre una caja eléctrica tipo Dexon para uso regular.
Premisas para desarrollo en la versión 1
- Diseño de dispositivos con conexión inalámbrica WIFI
- Conoce los datos para conexión a la red a WIFI y broker MQTT
- Dispone de acceso a un broker MQTT local
- Dispone de Arduino IDE para cargar las instrucciones en el ESP8266
- Emplea diseños abiertos tipo: Open Hardware y Open Software
- Dispone de los componentes en el mercado local
- Considera componentes alternos a los no disponibles en el mercado local
- Identifica las etapas de desarrollo e inconvenientes en la implementación.
Resultados de implementación a baterías
Con el prototipo operando a baterías se registraron la lecturas de temperatura y humedad cada 5 segundos, obteniendo hasta 4600 muestras consecutivas antes del apagado del dispositivo.
Temas para desarrollo posterior
- Como siguiente actividad, se analizará ampliar el tiempo "sleep" con intervalos de lecturas mayores, revisar las fases de ejecución del código y reducción de tareas para optimización de uso de energía.
- Otros dispositivos tipo actuadores combinado con sensores
2. Esquemático con ESP-01
Como ejercicio inicial se realizó el dispositivo usando el módulo ESP-01, que luego se actualiza al modelo ESP-07
2.1 Ensamble en Protoboard ESP01
2.2 Circuito impreso – PCB ESP01
3. Esquemático con ESP-07
El prototipo desarrollado con el módulo ESP-07 aprovecha el pin de lectura de valores analógicos y el modo de ahorro de energía.
3.1 Sensor
El sensor usado para temperaturas ocupa el GPIO4, pin 14, de forma semejante al usado en el prototipo con el módulo ESP-01.
El sensor de voltaje de batería usa el convertidor analógico-digital ADC marcado como A0 o pin 2. El pin analógico tiene rango de operación entre 0 y 1 VDC, por lo que se usa un divisor de voltaje de la batería. El divisor consume constantemente energía de la batería, motivo por el que se añade un interruptor para solo activarlo cuando se realice lectura de estado de la batería.
3.2 Actuador
El interruptor se puede implementar de varias formas, sin embargo, por disponibilidad local de componentes se usó un transistor PNP, que se activa con la señal enviada en GPI05 por medio de un optoacoplador.
El opto-acoplador se usa también en actuador binario con toma-corriente.
3.3 Baterías
Las baterías usadas son de tipo Ni-MH, por disponibilidad local y capacidad de recarga.
Se descartó el uso de bancos de baterías para celulares a pesar de tener disponibilidad, por su tamaño y el interés de realizar mediciones de consumo en el experimento luego con baterías no recargables AA.
Por generalidad con los dispositivos previos, se mantiene en el esquema el módulo de alimentación AC. Observe que no se encuentran conectados al diagrama principal.
3.2 Ensamble en Protoboard
Para probar el circuito se ensambla en un protoboard teniendo como guía el diagrama del circuito del punto anterior.
Para la conexión del módulo ESP-07 se adaptó a una placa perforada con pines que permitían insertarlos en el proto. La adaptación con pines funciona, sin embargo, para implementación considero que es preferible soldar directamente el módulo a la placa definitiva.
Al soldar el módulo a la placa definitiva se limita la posibilidad de actualización de instrucciones, lo que genera la necesidad de disponer de control sobre GPIO0 y los Tx-Rx. Se añadieron los conectores presentados en el esquemático como sección de Modo programación.
3.3 Circuito impreso – PCB
El diseño se ha realizado en dos placas por flexibilidad de ensamble al usar una fuente de alimentación AC o un porta baterías. La placa de fuente de alimentación se puede reemplazar por un cargador USB, conectando a la primera placa del dispositivo a los conectores +5VDC-
