Zielstellung:
eine Alarmanlage, autark für mehrere Wochen (mindestens 6 Wochen), Anbindung an das Internet, Versorgung mit einer Standard Powerbank (20 Ah)
Hardware:
Herzstück ist ein ESP32 Firebeetle, an diesem kann man direkt eine 18650 Zelle anschließen, die bei Einspeisung am USB Anschluss vom ESP auch gleich mit geladen wird. Die Powerbank speist eine 5V Schiene, an der 4 Mosfets und eine Verbindung zum USB Anschluss des ESPs vorhanden sind. Damit übernimmt die Powerbank im geschalteten Zustand des Relais auch sofort den Betriebsstrom vom ESP.
Zusätzlich ist noch ein Temperaturfühler auf der Platine installiert, der bei jeder Internetverbindung rein informativ die Temperatur mit übermittelt.
Als zentraler Sensor dient ein Pendel, das bei einer (nicht visuell erkennbarer !!!) Bewegung am Pendel eine Spannung induziert, welche dann mit einem Vorverstärker (Kaufteil, Doppel-Operationsverstärker Ama..., 0,5 mA Stromaufnahme) verstärkt wird. Dem schließt sich ein CMOS Trigger (4093) an. Danach folgt ein CMOS Monoflop (CD4538) der aus dem Signal einen ordentlichen Impuls macht. Am Ende sitzt dann ein Optokoppler als Schnittstelle zum ESP32 Firebeetle. Da die Spannung einer Zelle für den Vorverstärker zum Pendel nicht ausreicht, musste ich hier noch eine 2. Zelle spendieren.
Das Pendel war im letzten Jahrhundert schon einmal mit damals zeitgemäßer Elektronik in einem Lada montiert worden. Dort hat es unter anderem einmal den Diebstahl von extern montierten Nebelscheinwerfern verhindert. Beim Abschrauben der Scheinwerfer ging die Anlage (Intervall Autohupe) los.
Ausgangsseitig gibt eine von einer Powerbank gespeiste "5V Schiene", an der 4 P-Kanal Mosfets (NDP6020P) das + 5V Signal auf 4 Verbraucher schalten können. Diese 5 V Schiene ist auch mit einem Schließer von einem Relais , welches vom ESP angesteuert wird, mit dem USB Eingang des ESP verbunden.
Das bedeutet für den Fall, dass das Relais nicht gezogen ist und die 4 Mosfets ausgeschaltet sind, sich die Powerbank (in diesem Fall ausdrücklich gewünscht!) abschaltet.
Weiterhin ist noch ein Radarmodul und ein Fotowiederstand in einem externen Gehäuse montiert.
Anschlüsse:
Für den Kabelanschluss der verschiedenen Komponenten habe ich mir eine zentrale Aufnahme gedruckt, auf der 4 USB C Buchsen verschraubt und abgedeckt sind.
Funktion:
Der ESP liegt prinzipiell im Tiefschlaf. Aufgeweckt wird er durch Interrupts, 1. zeitgesteuerter Interrupt alle 10 Minuten oder 2. durch einen sofortigen Interrupt durch eine Pendelauslösung.
Bei einer Pendelauslösung wird das Relais betätigt (Powerbank schaltet dann wegen der ESP Last sofort ein und speist die 5V Schiene ein), es wird sofort das LTE Modem eingeschaltet, nach 20 s der akustische Alarm für 3 Minuten ausgelöst, wenn das LTE - WLAN vom Router vorhanden ist, wird der Raspi eingeschaltet (Zero W), der schickt Bilder in die Dropbox und der ESP schickt parallel dazu noch alle Statusmeldungen zu Thingspeak. (Bemerkung: Von der Auslösung bis zum Bild in der Dropbox vergehen ca. 2 Minuten).
Der 10 Minuten Zyklus: Alle 10 MInuten weckt der ESP kurz auf und misst mit dem Fotowiderstand das Licht. Dieser Lichtwert wird im RTC Speicher des ESP gespeichert und der ESP geht danach sofort wieder in den Tiefschlaf (0,5s Zyklus). Nach 10 Minuten weckt der ESP wieder auf und nimmt den nächsten Lichtwert. Wenn er jetzt die Veränderung des Lichtwertes über einen Grenzwert erkennt ("es wurde irgendwo Licht eingeschaltet"), wird nach einer kurzen Wartezeit der Radarsensor aktiviert, der ist dann für 40 s scharf. Wenn nichts im Radarbereich (ca. 10m) passiert, schaltet der ESP alle Ausgänge ab und geht danach wieder in den DeepSleep. Wenn doch etwas passiert, schaltet sich das LTE Modem und danach der Raspi ein und es wird ein Bild in die Dropbox übertragen (kein akustischer Alarm).
Alle 4 h aktiviert sich der ESP dann immer mit Messung der Temperatur und einem Bild (nur bei entsprechend hohem Lichtwert vom Fotowiederstand). Damit gibt es dann auch regelmäßig ein Lebenszeichen vom zu überwachendem Objekt.
Hinweis zum Relais, die Ansteuerung und der Abfall vom Relais ist so gestaltet, dass dieser immer stromlos bei deaktivierten Mosfets erfolgt. Damit soll die elektrische Lebensdauer vom Relais erhöht werden.
Die Programmierung vom ESP erfolgt über OTA.