epaper-display/3_SENSOR_lorawan-ds18b20-local-lmic/src/main.cpp

#include <lmic.h>
#include <hal/hal.h>
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <HCSR04.h>

// HC-SR04 Ultraschallsensor Pins
#define TRIG_PIN 12
#define ECHO_PIN 13

// Batterie-Messung (LilyGO T3 V1.6.1)
#define BATTERY_PIN 35  // ADC1_CH7 für Batterie-Messung
#define BATTERY_ADC_MULTIPLIER 2.0  // Spannungsteiler 1:1 (2× Faktor)

// Tank-Konfiguration (Füllstandsmessung)
#define TANK_HEIGHT 160.0        // Tank-Höhe in cm (innen)
#define SENSOR_MOUNT_OFFSET 14.0 // Montageabstand: Sensor über Tank-Oberkante in cm
#define SENSOR_MIN_DISTANCE 2.0  // HC-SR04 Mindestabstand (technische Grenze)

// Deep Sleep Konfiguration (Batteriebetrieb)
#define ENABLE_DEEP_SLEEP false  // true = Deep Sleep aktiv, false = Deep Sleep deaktiviert (für Tests)
#define SLEEP_INTERVAL 300        // Sleep-Zeit in Sekunden (1800 = 30 Minuten)
#define DISPLAY_ON_TIME 10000    // Display-Anzeigedauer in ms (30000 = 30 Sekunden)
#define uS_TO_S_FACTOR 1000000   // Umrechnung Mikrosekunden zu Sekunden

HCSR04 distanceSensor(TRIG_PIN, ECHO_PIN);

// OLED-Display (I2C: SDA 21, SCL 22 beim LilyGO T3 V1.6.1)
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET -1
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

// LoRaWAN Keys (hier deine echten Werte eintragen)
static const u1_t PROGMEM APPEUI[8]  = { 0x01, 0x00, 0x00, 0xD0, 0x7E, 0xD5, 0xB3, 0x70 };
static const u1_t PROGMEM DEVEUI[8]  = { 0xB2, 0xA1, 0x05, 0xD0, 0x7E, 0xD5, 0xB3, 0x70 };
static const u1_t PROGMEM APPKEY[16] = { 0xA1, 0xB2, 0xC3, 0xD4, 0xE5, 0xF6, 0x07, 0x18, 0x29, 0x38, 0x47, 0x56, 0xAB, 0xCD, 0xEF, 0x12 };

void os_getArtEui(u1_t *buf) { memcpy_P(buf, APPEUI, 8); }
void os_getDevEui(u1_t *buf) { memcpy_P(buf, DEVEUI, 8); }
void os_getDevKey(u1_t *buf) { memcpy_P(buf, APPKEY, 16); }

static osjob_t sendjob;
const unsigned TX_INTERVAL = 30; // Nicht verwendet bei Deep Sleep

// RTC Memory für Deep Sleep (bleibt beim Sleep erhalten)
RTC_DATA_ATTR int bootCount = 0;
RTC_DATA_ATTR bool joinedNetwork = false;

// Globale Variablen
unsigned long displayStartTime = 0;
bool dataSent = false;
bool userDataScheduled = false; // Flag: Nutzdaten (nicht nur MAC) wurden gesendet

// LoRa Pinout für LilyGO T3 V1.6.1
const lmic_pinmap lmic_pins = {
  .nss = 18,
  .rxtx = LMIC_UNUSED_PIN,
  .rst = 23,
  .dio = {26, 33, 32}
};

// Forward-Deklaration
void do_send(osjob_t* j);

// Deep Sleep aktivieren
void goToSleep() {
  #if ENABLE_DEEP_SLEEP
    Serial.println(F("=== Deep Sleep aktivieren ==="));
    Serial.print(F("Schlafdauer: "));
    Serial.print(SLEEP_INTERVAL);
    Serial.print(F(" Sekunden ("));
    Serial.print(SLEEP_INTERVAL / 60);
    Serial.println(F(" Minuten)"));

    // Display ausschalten
    display.clearDisplay();
    display.display();
    display.ssd1306_command(0xAE); // Display OFF

    // Deep Sleep konfigurieren
    esp_sleep_enable_timer_wakeup(SLEEP_INTERVAL * uS_TO_S_FACTOR);

    Serial.println(F("Gehe in Deep Sleep..."));
    Serial.flush();

    // Deep Sleep starten
    esp_deep_sleep_start();
  #else
    Serial.println(F("=== Deep Sleep DEAKTIVIERT (Test-Modus) ==="));
    Serial.print(F("Nächste Messung in "));
    Serial.print(SLEEP_INTERVAL);
    Serial.println(F(" Sekunden..."));

    // Variablen zurücksetzen für nächste Messung
    dataSent = false;
    displayStartTime = 0;
    userDataScheduled = false;

    // Warte SLEEP_INTERVAL Sekunden, dann sende erneut
    os_setTimedCallback(&sendjob, os_getTime() + sec2osticks(SLEEP_INTERVAL), do_send);
  #endif
}

void do_send(osjob_t* j) {
  // Batteriespannung messen
  uint16_t batteryRaw = analogRead(BATTERY_PIN);
  float batteryVoltage = (batteryRaw / 4095.0) * 3.3 * BATTERY_ADC_MULTIPLIER;

  // Batterie-Prozent berechnen (LiPo 3.0V = 0%, 4.2V = 100%)
  float batteryPercent = ((batteryVoltage - 3.0) / (4.2 - 3.0)) * 100.0;
  if (batteryPercent < 0) batteryPercent = 0;
  if (batteryPercent > 100) batteryPercent = 100;

  // Distanz messen (in cm)
  float distance = distanceSensor.dist();

  // Prüfen ob Messung gültig ist
  if (distance < 0) {
    Serial.println(F("Fehler beim Messen der Distanz!"));
    distance = 0;  // Fehlerfall: 0 senden
  }

  // Füllstand berechnen
  // Gesamtabstand bei leerem Tank = Montageabstand + Tank-Höhe
  float emptyDistance = SENSOR_MOUNT_OFFSET + TANK_HEIGHT;

  // Füllhöhe = Leerer Tank - gemessene Distanz
  float fillHeight = emptyDistance - distance;

  // Korrektur: Negativ = leer, über Tank-Höhe = voll
  if (fillHeight < 0) fillHeight = 0;
  if (fillHeight > TANK_HEIGHT) fillHeight = TANK_HEIGHT;

  // Füllstand in Prozent
  float fillPercent = (fillHeight / TANK_HEIGHT) * 100.0;

  // Warnung bei kritischem Abstand (zu nah am Sensor)
  bool tooClose = (distance < (SENSOR_MOUNT_OFFSET + SENSOR_MIN_DISTANCE));

  // Distanz in mm umrechnen und als uint16_t speichern (0-65535 mm = 0-65.5 m)
  uint16_t distanceMm = (uint16_t)(distance * 10);

  // Füllstand in mm für LoRaWAN
  uint16_t fillHeightMm = (uint16_t)(fillHeight * 10);

  Serial.println(F("--- Messung ---"));
  Serial.print("Batterie: "); Serial.print(batteryVoltage, 2); Serial.print("V (");
  Serial.print(batteryPercent, 0); Serial.println("%)");
  Serial.print("Distanz: "); Serial.print(distance); Serial.println(" cm");
  Serial.print("Füllhöhe: "); Serial.print(fillHeight); Serial.println(" cm");
  Serial.print("Füllstand: "); Serial.print(fillPercent, 1); Serial.println(" %");
  if (tooClose) {
    Serial.println(F("WARNUNG: Flüssigkeit zu nah am Sensor!"));
  }

  // Display aktualisieren
  display.clearDisplay();

  // Header: iotwave.de
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println(F("iotwave.de"));
  display.drawLine(0, 10, 128, 10, SSD1306_WHITE);

  // Füllstand groß anzeigen
  display.setTextSize(3);
  display.setCursor(0, 16);
  display.print(fillPercent, 0);
  display.println(F("%"));

  // Füllhöhe klein anzeigen
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 48);
  display.print(F("Fuellhoehe: "));
  display.print(fillHeight, 1);
  display.println(F("cm"));

  // Distanz anzeigen
  display.setCursor(0, 56);
  display.print(F("Distanz: "));
  display.print(distance, 1);
  display.println(F("cm"));

  display.display();

  // Display-Timer starten (nur beim ersten Mal)
  if (displayStartTime == 0) {
    displayStartTime = millis();
    Serial.println(F("Display-Timer gestartet"));
  }

  // Prüfen ob LMIC bereit ist zum Senden
  if (LMIC.opmode & OP_TXRXPEND) {
    Serial.println(F("OP_TXRXPEND, nicht gesendet"));
  } else {
    // LoRaWAN Payload vorbereiten (8 Bytes):
    // Byte 0-1: Distanz in mm (uint16_t)
    // Byte 2-3: Füllhöhe in mm (uint16_t)
    // Byte 4-5: Füllstand in % * 10 (z.B. 855 = 85.5%)
    // Byte 6-7: Batteriespannung in mV (uint16_t)
    uint16_t fillPercentInt = (uint16_t)(fillPercent * 10);
    uint16_t batteryMv = (uint16_t)(batteryVoltage * 1000);

    uint8_t payload[8] = {
      highByte(distanceMm),     // Distanz High Byte
      lowByte(distanceMm),      // Distanz Low Byte
      highByte(fillHeightMm),   // Füllhöhe High Byte
      lowByte(fillHeightMm),    // Füllhöhe Low Byte
      highByte(fillPercentInt), // Füllstand % High Byte
      lowByte(fillPercentInt),  // Füllstand % Low Byte
      highByte(batteryMv),      // Batterie High Byte
      lowByte(batteryMv)        // Batterie Low Byte
    };

    // Debug: Payload anzeigen
    Serial.print(F("LoRa Payload (Hex): "));
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
      if (payload[i] < 16) Serial.print("0");
      Serial.print(payload[i], HEX);
      Serial.print(" ");
    }
    Serial.println();

    LMIC_setTxData2(1, payload, sizeof(payload), 0);
    Serial.println(F("LoRa Payload gesendet"));
    userDataScheduled = true; // Markiere dass Nutzdaten gesendet wurden
  }
}

void onEvent(ev_t ev) {
  switch(ev) {
    case EV_JOINING:
      Serial.println(F("Beitritt läuft..."));
      break;
    case EV_JOINED:
      Serial.println(F("Netzwerkbeitritt erfolgreich"));
      joinedNetwork = true; // Merken für nächsten Boot
      // Warte 5 Sekunden, damit MAC-Commands abgeschlossen werden
      os_setTimedCallback(&sendjob, os_getTime() + sec2osticks(5), do_send);
      break;
    case EV_TXCOMPLETE:
      Serial.println(F("Nachricht übertragen."));

      // Debug: Frame Counter
      Serial.print(F("Frame Counter: "));
      Serial.println(LMIC.seqnoUp - 1);

      if (LMIC.txrxFlags & TXRX_ACK) {
        Serial.println(F("ACK empfangen"));
      }

      if (LMIC.dataLen > 0) {
        Serial.print(F("Downlink empfangen: "));
        Serial.print(LMIC.dataLen);
        Serial.println(F(" Bytes"));
      }

      // Prüfe ob echte Nutzdaten gesendet wurden
      if (userDataScheduled) {
        Serial.println(F("Nutzdaten erfolgreich gesendet"));
        // Markiere Daten als gesendet
        if (!dataSent) {
          dataSent = true;
          Serial.print(F("Übertragung abgeschlossen. Display bleibt noch "));
          Serial.print((DISPLAY_ON_TIME - (millis() - displayStartTime)) / 1000);
          Serial.println(F(" Sekunden an..."));
        }
      } else {
        Serial.println(F("Nur MAC-Commands gesendet, warte auf nächstes TX..."));
        // Sende Nutzdaten erneut nach 3 Sekunden
        os_setTimedCallback(&sendjob, os_getTime() + sec2osticks(3), do_send);
      }
      break;
    default:
      Serial.print(F("Ereignis: ")); Serial.println(ev); break;
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(1000);

  // Boot-Zähler erhöhen
  bootCount++;
  Serial.println(F("\n=== ESP32 aufgewacht ==="));
  Serial.print(F("Boot-Nummer: "));
  Serial.println(bootCount);

  // Wakeup-Grund anzeigen
  esp_sleep_wakeup_cause_t wakeup_reason = esp_sleep_get_wakeup_cause();
  if (wakeup_reason == ESP_SLEEP_WAKEUP_TIMER) {
    Serial.println(F("Aufgewacht durch Timer (5 Minuten vergangen)"));
  } else {
    Serial.println(F("Erster Start oder Reset"));
    bootCount = 1;
    joinedNetwork = false;
  }

  // OLED Display initialisieren
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.clearDisplay();

  // Kurzer Startup-Screen (nur 1 Sekunde, Batterie sparen!)
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println(F("iotwave.de"));
  display.setCursor(0, 20);
  display.print(F("Boot #"));
  display.println(bootCount);
  display.setCursor(0, 35);
  display.println(F("Initialisiere..."));
  display.display();
  delay(1000);

  // LMIC initialisieren
  os_init();
  LMIC_reset();
  LMIC_setClockError(MAX_CLOCK_ERROR * 1 / 100);

  // OTAA Join starten
  LMIC_startJoining();

  Serial.println(F("Starte LoRaWAN..."));

  // Variablen zurücksetzen
  dataSent = false;
  displayStartTime = 0;
  userDataScheduled = false;
}

void loop() {
  os_runloop_once();

  // Prüfe ob Display-Zeit abgelaufen ist und Daten gesendet wurden
  if (dataSent && displayStartTime > 0) {
    unsigned long currentTime = millis();
    unsigned long elapsedTime = currentTime - displayStartTime;

    // Nach DISPLAY_ON_TIME (30 Sekunden): Deep Sleep
    if (elapsedTime >= DISPLAY_ON_TIME) {
      Serial.println(F("Display-Zeit abgelaufen, gehe in Deep Sleep..."));
      goToSleep();
    }
  }
}