Smart-MailBox V3

Es war Einmal

Als erstes Elektronik-Bastelprojekt 2019 und damit mein erstes Maker Projekt musste damals der Briefkasten irgendwie smart werden.

Also Brief eingeworfen und sofort Nachricht aufs Handy bekommen.

• V1: schlechter Versuch mit Ultraschall Sensoren und einem esp8266-dev-board, dass gerade mal 2 Wochen durchgehalten hat.
• V2: mit Magnet Sensor mit esp8266-E-module bis zur v2.x und einigen Modifikationen wenigstens 4-6 Monaten Laufzeit auch von 2019 und bis vor kurzem im Einsatz

V3

Nicht aus der Not heraus – sondern als Auftragsarbeit. Aber auf dem Weg habe ich mir auch noch eine eigene V3 gebaut bzw die Lochplatine als Vorversion der Ätzplatine jetzt bei mir im Einsatz.
Hier stand alles für die premium Version(Ätzplatine) unter:

• möglichst Consumer-freundlich
• möglichst klein
• möglichst lange Akku Laufzeit – was auch der größte Schmerz werden sollte

Der Plan

Komponenten alle so aussuchen, dass sie möglichst wenig Strom im DeepSleep brauchen
sonst alles wie früher bauen und auf eine Platine ätzen, bohren und löten.
ESP32 muss es dieses mal aber sein, weil der in einen tieferen DeepSleep kann, als der esp8266.
Beim Testen hat sich dann aber bald rausgestellt dass dieser einfache plan gleich einige Schwachstellen hat

der Alptraum: Energieverbrauch

• Schaltung entworfen, gesteckt und gebaut -> 2mA
• Hallsensoren blöd, waren 3441 und hatten wirklich wie im Datasheet 2 unverschämte Milliampere. leider 1000 mal zu viel -> neue 1702er geordert, 3 Wochen gewartet
• LDO auf dem Steckbrett noch einen Ruhestrom der ganzen Schaltung von ca. 80µA
• nach dem Zusammenbauen plötzlich 350µA
• nach tagelangem Testen, Recherchieren, aus und Einlöten: die LDOs haben plötzlich mehr Strombedarf
• Gecheckt, dass das Datenblatt nicht ganz passt. 250mA sollen sie können. 240mA braucht der IC. sollte das nicht passen? passt aber nicht, auch nach mehrfachem Tauschen gegen frische LDOs
• Last-Test: 180mA 30sec. schon hat ein frischer LDO 2000µA idle statt wie vorher 1,4 µA. prima !!
• Also 2 auf einmal eingelötet und den Ruhestrom auf knapp 4µA erhöht
• Tagelang im ausgebauten Zustand mit 4µA zufrieden
• Beide LDOs eingelötet und wieder prima, der Ruhestrom ist auf 132µA – WTF!
• Aber nach vielen Tests war es mir sehr verdächtig ,dass die 132µA absolut stabil waren. sehr verdächtig!
• War die Strategie mit den 10K Pullups – wie es die ganze Welt tut doch nicht für meinen Fall geeignet?
• Pullups/Pulldowns gegen 4.2MegaOhm getauscht + Spannungsteiler auch auf ähnlich viel MegaOhms rauf und runter auf 12.3 µA. FUCK YEAH!

Die beiden Geräte, die gebaut werden haben also ein theoretisches
650mAh Akku (11.7µA idle gemessen) => 6,34 Jahre pures Standby
800mAh Akku (12.3µA idle gemessen) => 7,42 Jahre pures Standby

Mehr Stand-by wäre zwar schöner, aber ich wüsste gerade nicht wie ich es härter versuchen sollte.

• ESP32 kann nicht weniger verbrauchen und einen anderen Controller möchte ich auf keinen Fall benutzen, da ich ja auch MicroPython bestehe (außer esp8266 und der verbraucht mehr im Deep Sleep)
• Einen stabiler LDO statt 2 Minderwertigen könnte mir durchaus 1 µA sparen, aber da lass ich es doch erstmal über 5 Jahre laufen!
• Magnetfeldsensoren mit weniger als 3µA konnte ich nach stundenlangen Recherchen nicht finden
• Spannungsteiler und Pullups noch großer machen bringt für beides Instabilität für Spannungsmessung und Betrieb
• Größer Akku ist dann auch nicht schöner als Akku nach 5 Jahren laden, oder?

WhatsApp anbinden (oder auch nicht)

Mein SmartHome ist seit Jahren ganz zufrieden mit Telegram, aber hier muss es dann doch WhatsApp sein.
Long Story Hhort – nach vielen Stunden frickeln: Computer sagt: NEIN
Mit kostenlosem Account – auch wenn es in METAs extrem unsortierten Doku nirgends drin steht. geht nicht. bzw nur, wenn man alle 24h eine Nachricht an den bot zurück schreibt – was hier natürlich wenig brauchbar ist.

Dann eben Signal

Das gibt’s auch beim Auftraggeber aufm Handy – das kann man prima auf z.b seine überwiegend nutzlose Festnetz Nummer registrieren und auf dem PC zum registrieren in nem Emulator kurz zum einrichten laufen lassen. Danach braucht das nicht mehr gestartet werden.

Gehostet bei mir auf dem Server Http-Client geschrieben, der mit einem fertigem Signal Client läuft. Braucht zwar statt Telegram 10 Sekunden statt einer aber darum soll es bei Papierpost eh nicht gehen.

Ätzen und in “schick” machen

Nach einem Monat erfolgreien Tests habe ich dann die Platine gefertigt.

• Leiterdesign mit Laserdrucker auf Hochglanzfolie (apothekenumschau ist doch mal zu was gut) + bisschen mit permanentmarker ausbessern
• Mit was nahe bei 100° Toner übertragen – Bügeleisen tut
• Keine Eisen-3-Oxid Sauerrei machen und einfach mit dem Natriumpersulfat ätzen
• Löcher rein – und mehr Probleme

SideQuest: Löcher bohren

Ohne viel Worte: ich hab für 10 Löcher 3 der winzigen Bohrer “frei Hand” abgebrochen. Also brauchte es jetzt halt noch einen mini Bohrständer für den Billig-Dremel.

EspNow statt Wifi

Es hat sich leider sehr bald auch noch rausgestellt, dass beim Auftraggeber kein Wlan am Briefkasten zur Verfügung steht. Durch eine glückliche Fügung habe ich beim MicroPython recherchieren aber gemerkt, dass in der aktuellen Beta derzeit eine neue Funktechnologie zur Verfügung steht.
WHAT?: ja, ist scheinbar schon immer in esp8266 und esp32 da – ging seit Jahren aber nur per C-Code zu erreichen. jetzt aber auch für mich. Dann könnten wir das fehlende Wlan umgehen und noch ein eigenes Gateway mit bauen, dass dann mit EspNow Empfängt – näher am Haus ist und dann mit Wlan weiter reicht.
So soll es geschehen!

Ein “dringendes” AddOn 😉

Die Tests mit EspNow haben mich stabilitätsmäßig und reichweitentechnisch übrigens sehr beeindruckt. Da jetzt an meiner eigenen Version der V3 alles zum testen ähnlich sein muss und sie nun auch auch mit EspNow läuft – ergeben sich da auf einmal Möglichkeiten – und zufällig sind gerde zwei mini Servos aus Hongkong in der Post gewesen. Ich lasse hier das Video sprechen, da man das mit Worten nicht ausreichend beschreiben kann: ich denke das wird selbsterklärend sein.

Wohin sendet das denn jetzt alles?

• Auftragsversion: edge-device >espnow> Gateway (im Aussenbereich wasserdicht versteckt) >WiFi/http> mein Server > lokaler signal client > signal
• Meines: edge-device >espnow> Gateway(mit schild) >wifi/mqtt> mein Server/NodeRed mit Telegram bot-client > Telegram

Wiedermachen / Nachbauen ?

Es war zwar ein absoluter Hussle 50mal Komponenten neu einzulöten und rauszufinden wieso es immer noch zu viel Strom verbraucht.

Aber das Ergebnis ist doch absolut brauchbar und bis auf die Größe an der Leistung an einem Produkt das man so auch kaufen könnte.

• Nachmachen!

Falls es in einer fernen Zukunft tatsächlich Interesse daran gibt, hiervon was weiter zu verwenden, bin ich absolut bereit Ratschläge zu geben und Folgendes zu veröffentlichen – ich spare mir das aber soweit, bis das wirklich jemand möchte.

• Schaltpläne und Co
• 3D-Models
• Software / Docker Images
  • Edge Device
  • Gateway
  • Server