another_esp8266_sensor_board
1.0.0
该回购包含用于家庭IoT项目的多功能ESP8266传感器设备的构建说明。
板V5，部分人口组成。 Kicad产生的图像。
该传感器板满足我的大部分家庭自动化硬件需求。它适合廉价，可广泛的外壳（不需要3D打印），并且可以通过锂离子电池（包括电压监控，充电，反极性和包含的保护电路）或USB供电，如果USB和电池同时连接USB，则可以使用适当的电源共享。在软件方面，我将事情尽可能高：用于大多数用法方案的Tasmota；在需要的地方。通信利用Wi-Fi或Lora上的MQTT协议（我将董事会用作远程LORA传感器，又用作Lora-MQTT桥）。
该板专为以下传感器以及电动机/泵控制（用于自动植物浇水）而设计。 GPIO引脚仍然易于访问，因此该板也可以用作许多其他传感器的基础。
ESP8266的使用有一些限制，特别是围绕可用的GPIO，只有一个ADC端口。这意味着并非所有潜在功能都可以同时获得。是的，可以通过端口分离器或使用其他微控制器（例如ESP32）来克服这些限制；但是，对我来说，一部分乐趣是看到我只能使用ESP8266做多少，最终结果适合我所有的用例。
 |  |
|---|---|
| V4，具有BME280（温度，压力和湿度），BH1750（LUX）和水分（通过音频插头）传感器。配备浇水泵（右下）；当前未连接。 | V5，带有BME280和MH-Z19C（CO 2 ）传感器 |
 |
|---|
| V5板的全新交付 |
您可以（应该？！）使用其他东西。我最初将其设计为了解物联网传感器和电路设计/制造的一种方式。我之所以坚持下去，是因为它在现成的板上提供了几个优势：
板可以直接从USB或锂离子电池供电。董事会V4和更早使用的Micro-USB； V5使用USB-C。董事会左侧的切口旨在容纳这样的1核18650爆炸案例（购买链接）。电池连接器是2针JST-PH（2mm螺距），但是如果您愿意，只需将电线直接焊接到连接器即可。
如果同时连接电池和USB，则功率共享电路可确保只有USB为板供电。电池与常见的3芯片TP4056模块的副本一起使用。如果您不使用电池并想绕过此电路（或者您不希望在USB连接时电池充电），则提供一个开关。该模块包括保护过度充电，过度递减，过电流和短路。请注意，在USB连接USB时，板的其余部分（而非电池）绕开了过电流和短路保护，因此电源共享电路是有效的。标准充电模块不包含电池极性保护，因此我还补充了它。
当跳线JP5（前）或JP6（背面）被桥接时，可以使用电池电压监视。这将正电池端子（通过电压分隔器）连接到ESP的唯一ADC引脚。该连接是可选的，因为水分传感器（当然还有其他传感器）也需要访问ADC。因此，与V5板同时监测电池电压和土壤水分传感器。
笔记
有一系列可能的LDO IC可供选择。由于其电流相对较高，掉落电压较低，因此我在XC6203P332PR上安顿下来。 V4董事会有两个替代监管机构的足迹，我打算测试稳定性，但不需要这些，并且在V5中被删除。
在PCB版本4上，我根据数据表将两个1μf触觉电容器与XC6203配对。几周后，我的两个木板上有一个电容器失败，导致了短路和大量烟雾（当时木板是在用USB驱动的）。在网上阅读了塔塔勒姆（Tantalum）恐怖故事后，我决定尝试将它们换成V5上的陶瓷，但没有其他问题。后来我发现这两个失败是我的错：我将零件相反！我敢肯定，有一个很好的理由是，塔塔勒姆斯（Tantalums）上的极性标记频段表示积极，而在铝制电容器和二极管上表示负面，表示负面，但它们却绊倒了这个新手。
方便地，XC6203P332PR也与白色ESP-12F适配器板兼容。它比提供的足迹要小，但仍然可以焊接到它上，几乎没有麻烦。如果使用板安装的调节器，请确保卸下板正面的中央零欧姆电阻。
我学会了关于ESP8266的电气灵敏度的艰难方法：在板的V3上，每当激活浇水电动机时，它都会重新启动。我在V4中使用组件重新定位（将电动机移至远离微控制器），在电动机连接旁边增加额外的电容器，增加功率痕迹宽度与信号迹线，并将地面平面上的循环降至最小，并将各组件的其余部分分开。
该板是为ESP-12F设计的。在焊接之前，我倾向于将芯片刷在程序板上，只是为了检查它的工作。
安装后，可以通过将USB-UART接口板连接到适当的引脚来以正常方式闪烁。
| 别针＃ | 港口 | 板连接 | 电阻* |
|---|---|---|---|
| 1 | 第 | 重置按钮 | |
| 2 | ADC | ADC（水分或电池） | |
| 3 | en | 芯片启用 | 主管或E-PU |
| 4 | IO16 | 深脚 | |
| 5 | IO14 | I2C SCL或SPI SCK | |
| 6 | IO12 | 水分VCC或SPI SDO-MISO | |
| 7 | IO13 | I2C SDA或SPI MOSI | |
| 8 | VCC | ||
| 15 | gnd | ||
| 16 | IO15 | Lora NSS | E-PD |
| 17 | IO2 | 板载LED和SPI SS | |
| 18 | IO0 | 闪存按钮 | e-pu |
| 19 | IO4 | 模式开关（GND：使用睡眠） | e-pu |
| 20 | IO5 | 水泵或Lora Dio | E-PD |
| 21 | rxd | CO 2 TX | |
| 22 | TXD | CO 2 rx |
*固定在引脚上的电阻：I：内部，E：外部，PU：上拉，PD：下拉
似乎有一些有关将RST连接到GPIO16的最佳方法的在线辩论，以便使用ESP8266的DeepSleep功能。我在谨慎的一边犯了错误，并在两者之间添加了二极管。
如果电压太低，ESP8266容易受到褐色的影响（可以在此处找到该问题的很好的解释）。首次应用功率时，调节器的电压的非瞬时增加，这可能导致引导问题。为了防止这种情况，我包括了一个可选的电压主管（TPS3839G33DBZ），该电压仅在电压高于适当的阈值时才将芯片启用销设置为高。但是，我还没有注意到Brown-Outs是一个问题，因此我有时会跳过此组件。
围栏中的一对配备洛拉的设备
在可用的GPIO方面，将ESP8266与Lora模块结合在一起是一种延伸。该板旨在与SX1276 LORA模块（示例链接）一起工作，并从这里大大依靠设计，通过将lora模块的三个销钉（Dio0、1和2）链接到ESP8266通过三个Diodes（分别是D9，D9，D10和D11），通过将所需端口链接到最小化所需端口。这种共享配置需要软件中的特殊处理。但是，对于简单的Lora通信，仅需要DIO0，因此对于迄今为止，我的Lora董事会已经桥接了D9，并且离开了D10和D11。
为了进行测试，您可以将普通的螺旋线天线（通常包括在模块购买）直接焊接到模块的天线销。不过，范围会很烂。为了获得更好的范围，请附上更高增益的天线（我使用此处购买的5DBI天线）。我在AE1上包括一个IPEX U.FL-R足迹。另外，SMA边缘安装的连接器非常适合板块J5板的边缘。这些可以如下连接（此示例使用板V4，但对于V5来说也是如此）：顶部和底部。
笔记
ESP8266上可用一个ADC，测量范围从0V到1V。为了测量较高的电压，因此需要电压分隔器。在V5上，ADC可以用于连接到音频插孔的外围设备，或者如果关闭JP11或JP5，则可以监视电池电压。
通过音频插孔的连接通过R1 =470kΩ（组件R7），R2 =200kΩ（组件R8）的分隔线。这允许测量高达3.3V的电压（3.3V降低至约0.985V；校准信号以提高精度）。
电池连接与组件R7串联增加了330kΩ（组件R10）电阻，从而导致R1 =800kΩ。这将测量范围提高到5V。
我选择使用4极音频插孔（型号PJ313E）将水分传感器连接到板上。目前，四极中只有三个连接；第四是备用未来功能的备用。从音频插头的底座到尖端开始，当前连接是：
| 极 | 联系 |
|---|---|
| 1 | gnd |
| 2 | 没有连接 |
| 3 | 3.3V（来自GPIO12，通过JP3） |
| 4 | 通过3.3V电压分隔器到达ADC |
我选择的插座（或者可能是插座和使用的插头的组合）遇到了一个问题：默认情况下，它无法与所有四个杆进行连接。这可以在此处的顶部图像中看到，其中最深的接触脚针（Pole 4）未偏转。为了解决问题，我将插座的突出塑料前部剪断/归档（底部图像）
小型水泵和必要的柔性管道广泛可用。如上所述，他们是电动的虫子。因此，为什么泵的连接器位于ESP的板的最远角落，并屏蔽了两个电容器。它通常由GPIO5供电，通过N通道MOSFET供电，也可以使用可选的按钮SW5手动操作。
为了简单起见，由于小泵似乎能够在相当宽的电压范围内运行，因此泵当前正在为板提供任何电压（由电源共享电路状态定义）的任何电压提供：如果连接了USB，则将为5V减去Diodes d2 and D8的向前电压；如果电池供电，则电池电压将减去D8滴。在实践中，这确实没有太大的不同：在USB与电池供电时，在给定时间内会抽更多的水。
对于泵的板连接，DC-002插座有一个足迹。我考虑使用USB插座，但认为这是误导性的，因为输出电压并不总是对USB期望的5V。在上图所示的板上，我跳过了动力杰克插座，然后简单地连接了双针头插座。
我之所以选择这个项目盒，是因为它便宜，广泛可用，并且适合PCB和18650电池的尺寸合适。
需要8毫米M2.6螺钉将木板连接到盒子上。
| 财产 | 模块 | 板连接 | 数据表 | 购买链接* |
|---|---|---|---|---|
| 温度，压力，湿度 | BME280 | 直接（2.54毫米标头） | 关联 | |
| 勒克斯 | BH1750 | 直接（2.00毫米标题） | 关联 | aliexpress |
| CO 2 | MH-Z19C | 直接（2.54毫米标头） | 关联 | aliexpress |
| 水分 | “电容性土壤水分传感器v1.2” | 音频插头 | 链接（较旧版本） | aliexpress |
*我过去从这些链接中购买了这些链接，但没有保证。我也不打算在不可避免的情况下更新它们。
这是一个非常方便的温度，湿度和压力传感器。使用传感器的当前安装点，它部分位于外壳的外部。我觉得这很方便，因为我不必担心盒子内的气流。如果当前的几何形状冒犯了您，或者您需要一个更健壮的设备，传感器不会冒险损坏，请考虑在连接点上重新设计，或者选择带有内置笼子的替代传感器。
您可能会发现，焊接销钉妨碍了正确关闭外壳盖的方式。如果是这种情况，您可以在焊接前修剪它们，就像我在这里所做的那样。
传感器可以通过I2C或SPI进行通信；大多数人似乎都使用I2C，您不需要进行董事会更改。如果您想要SPI接口，请在后部关闭几个焊接桥，以连接其他引脚。在V5上，其中一种连接也为水分传感器提供动力，因此，如果您要同时同时运行BME280（带有SPI接口）和水分传感器，则需要进行更改。
笔记
这是一个简单可靠的光电二极管，结合了I2C接口。您可以以各种形式的因子购买，而轻球版本对于我们的目的特别方便。修剪内置连接器的塑料部件，现在可以将其直接插入板V5中的标准的2mm-pitch引脚标头中。轻球可以从传感器上弹出，直接安装在围栏的顶部。
笔记
这是我使用的最昂贵的传感器，但我认为与更便宜的VOC替代方案相比，这是值得的。它通过UART总线（SO ESP8266 PINS RX和TX）进行通信。因此，如果您试图刷新ESP或使用其串行接口，则需要确保传感器连接。
要在板V5上使用MH-Z19C，您需要在后部连接两个焊接桥。事后看来，当您不想要那些桥接的桥接时，我想不出一个好的用例，所以我可能只将垫子换成以后的任何版本上的连续痕迹。
笔记
为了阻止水分传感器不断运行并排出电池，它直接由GPIO12供电。将JP3的右垫桥接到中心垫上以建立连接。它不会吸收太多电流，因此我没有直接从GPIO PIN直接为传感器供电的问题。如果事实证明将来是一个褐色/稳定性问题，则需要将这种连接替换为MOSFET。
该董事会是在KICAD设计的，由JLCPCB制造。 board_v*目录中提供了KICAD文件和JLCPCB所需的信息。
请使用示意图理解；我知道这是丑陋而迫切需要分为多个部分的丑陋。请记住，这是我的第一个PCB设计！
板V5布局
为了方便起见，我在可能的情况下将Tasmota用于所有设备。 tasmota无法处理Lora，因此对于这些设备，我使用Micropython。
Web安装链接
确保安装Tasmota图像的“传感器”版本。
这是来自此读数顶部的V4设备的一些tasmota屏幕截图。
| 
这是我从控制接口中的默认设置更改的主要设置。在此处阅读有关这些和其他设置的信息。
笔记
POWER2 ONOutput Hi而不是Relay 2 。然后，它将在Tasmota的启动过程中较早设置，并在微控制器进入深度睡眠时仍关闭。在这里查找我的Lora Micropython软件和说明：https：//github.com/brev-dev/lora_esp8266_sensor_mqtt_bridge。
尽管不受此存储库的覆盖，但这里有一些快速笔记，内容涉及这些设备在我完整的家庭设置中的位置。
我的家庭设置旨在实现这些目标：
为了在每个房间内进行温度控制，将辐射器插入了Tasmotizatized ESP8285智能插头中。
“集线器”是配备蚊子，肉眼，膨胀dB和Grafana的Raspberry Pi 4。我的鼻子流可以通过替换大部分（例如，乡亲耐心）来简化我的鼻子流，但我没有研究过。 InfluxDB和Grafana的组合用于存储和可视化历史数据（下面的示例），以及我们手机上的“ MQTT DASH”应用程序，以监视当前状态，更改温度和水分触发水平。 RPI软件堆栈利用Docker和IotStack来易于配置和维护。 Andreas Spiess在该主题上有一些很棒的视频，包括：＃255，＃295和＃352。
