WiFi vossenjacht – 20 vosjes met ESP8266

Voor een aantal activiteiten heb ik in 2016 een vossenjacht technologiespel bedacht. In de eerste instantie was het de bedoeling om voor jongeren van stichting De Jonge Onderzoekers in Amersfoort een alternatieve vossenjacht te bedenken. Deze jongeren zijn erg geïnteresseerd in technologie, dus wilde ik wat andere technieken gebruiken in combinatie met een normale radiovossenjacht. Dit heeft geresulteerd in een modulair spel, waarbij de verschillende onderdelen op een verschillende manier kunnen worden ingezet. Zo kan het spel aangepast worden aan de doelgroep en de omgeving waarin het gespeeld wordt.

Later is gebleken dat dit spel ook heel goed tijdens de JOTA ingezet kan worden. Dat heb ik dus ook al een paar keer gedaan in Steenwijk.

Dit artikel gaat alleen over het onderdeel Wifi vossen.

Doel

Ik wilde de spelers laten vossenjagen met een Wifi analyzer app op een smartphone (Android, want Iphone lijkt dit niet te kunnen). Ik wilde meerdere accespoints op accu’s laten werken, om een bijzondere situatie te krijgen in gebieden waar je helemaal geen Wifi of iets dergelijks verwacht.

Uitdenken en ontwerp

De eerste accespoints die ik ging testen, waren oude routers. Deze dingen slurpen energie en zijn erg groot. Bovendien is de bedrijfsspanning 12 Volt en dat vergde meercellige (dus grote) accu’s. Ik kreeg van een collega de tip, om eens te kijken naar de ESP-12 modules. Deze modules hebben een ESP8266 chip, wat een complete microcontroller is met geheugen en Wifi (2,4GHz). Deze modules bleken erg goedkoop en de werkten op 3,3V met een stroomopname die lager ligt dan 200mA.

Een enkele Lipo accu heeft een uitgangsspanning die tussen ca. 3 en 4,2V ligt, afhankelijk van hoever de accu al ontladen is. Het grootste deel van de LiPo capaciteit ligt boven de werkspanning van de ESP, dus dat bood kansen! Mij leek een enkele 18650 cel per vosje wel ideaal.

Ik heb hier ook met David PE1MUD over nagedacht en heb wat tips ontvangen. Ik heb getest met switched mode spanningsregelaars, maar die dingen hebben een forse dropout. Die kwamen pas op gang als je ca. 4V er in stopte. Ik vond een ultra low-drop lineaire spanningsregelaar, die al bij 3,4V een uitgangsspanning gaf van 3,3V! Een klein nadeel was dat een lineaire spanningsregelaar wat vermogensverlies heeft (hij stookt het spanningsverschil gewoon op in warmte). Maar eigenlijk mag dit geen naam hebben. Wat moet worden weggestookt, is minder dan 900mV maximaal en bij max 200mA stelt dat niks voor (180mW).

Vervolgens ben ik bij leveranciers op zoek gegaan naar ultra low-drop spanningsregelaars. De LP3982 was een ideale regelaar. Betrekkelijk goedkoop (< 1 euro) en goed verkrijgbaar. De maximale drop-out spanning is 120mV. Maximale belasting is 300mA. Uitvoering is VSSOP SMD. Daar heb ik adapter PCB’s voor gekocht, waar ik ook wat randcomponenten op kon solderen, zoals getekend in onderstaand schema.

Ik heb het niet getest, maar tegenwoordig bestaat de WMOS-D1 module. Mogelijk is deze al helemaal geschikt en is een losse voeding niet eens meer nodig. Wie dat eens wil testen, graag. Ik verneem graag de bevindingen dan. Ook voor wat betreft de stroomopname, omdat er een UART op zit.

Rond de ESP-12 heb ik twee headers gesoldeerd. Eén voor de serial UART (programmeren) en de andere voor het enablen van het programmeren. Aan de ingang is nog een zekering geplaatst en een aan/uit schakelaar. Het complete schema ziet er zo uit:

Software

Ik heb de ESP geprogrammeerd in de Arduino IDE. Je moet dan wel de ESP als board toevoegen. Het programma heb ik uit de examples gehaald. Dat was een accespoint voorbeeld. Deze heb ik wat aangepast voor vossenjagen. Zo pas ik de SSID namen aan per vosje en heb ik gevonden hoe ieder vosje een andere Wifi kanaal kan gebruiken.

Regels die je aan kan passen zijn:

const char *ssid = “Vosnaam1”; //Vul hier de SSID in die jagers in de netwerklijst/wifianalyser zien.

wifi_set_channel(6); //set WiFi channel (1-13); //Kies hier het gewenste Wifi kanaal in waarop de ESP gaan zenden.

Constructie

Alles moest snel gebouwd worden, omdat ik met een deadline zat. Ik was uitgenodigd om een spel te organiseren voor een teambuilding. Daar had ik 20 vosjes voor bedacht. Even PCB’s ontwerpen en bestellen was er niet bij. Het schema is vrij eenvoudig op een gaatjesboard te solderen. Dat heb ik dan ook gedaan. Ik had nog van die hele slechte desoldeerlitze. Leker dik gevlochten platte koperdraad. Dat heb ik als massavlakken gebruikt.

De batterijhouder is speciaal gemaakt voor 18650 cellen. Ik had echter cellen met protectiecircuit gekocht (zeer aan te raden!). Deze zijn iets langer, waardoor ze niet goed in de batterijhouder pasten. Met een combinatietang heb ik de batterijlippen iets plat geknepen en dan pasten de cellen wel goed.

De behuizing is van grijze PVC. Dat heeft geen negatieve invloed op het signaalbereik. Ik kon geen RF demping bemerken, ondanks vaak wordt geadviseerd om witte PVC te nemen. Ik heb gewone dikwandige 50mm buis genomen, wat is afgedopt. De onderdop is verlijmd, de bovendop zorgt voor de toegang tot de PCB en de accu. Deze wordt vastgehouden met een ingekorte schroef met oog. De reden om de onderzijde te verlijmen, ipv de bovenzijde, is om het beter spatwaterdicht te krijgen. Anders zou de onderdop vol lopen.

In de bovendop is wel een UV bestendig touwtje bevestigd, die in de opening is afgekit om de spatwaterdichtheid te behouden. Hier kan de vos aan opgehangen worden. Dit is echt nodig tijdens regenbuien, om er zeker van te zijn dat hij rechtop hangt.

Onderop de vosjes zijn QR codes geplakt. Bij het vinden worden deelnemers met een smartphone naar een website geleid, om daar een opdracht te lezen. Deze QR codes zijn geplastificeerd met brede transparante tape, om de stickers tegen water te beschermen. De QR codes zijn om die reden ook met een laserprinter geprint. Een QR op de zijkant van de vos werkt niet! Heel apart, maar als een QR code verbogen wordt om een cilinder, is deze bijna niet meer te scannen. Dus vandaar een kleine sticker aan de onderzijde.

Ik heb naast de vosjes ook nog enkele lege hulsen PVC van wat gewicht voorzien. Deze zijn verder uiterlijk gezien identiek aan de vosjes en kunnen als spelelement ingevoegd worden (nepvossen voor strafpunten, boobytrap, etc.)

Resultaat

De vosjes hebben een bereik van ca. 50m (afhankelijk van de plaatsing). De accu gaat iets minder dan 24 uur mee, uitgaande van een goede Japanse 2600mAh accucel (niet zo’n lichte nepcel van 3000000000000000000000000000000000000mAh uit China).

Geschatte kosten per Wifi vos

De PVC behuizing kost ca. 4,-, de ESP module in China minder dan 2,-, batterijhouder, PCB, schakelaar ca. 2,-, spanningsregelaar en componenten ca. 1,-. Overig (lijm, touw, sticker) ca. 1,-.

Afgerond ongeveer een tientje per vos, plus natuurlijk nog de accu. De Keeppower accu’s zijn wat duurder (2600mAh is ca. 6,-), maar wel goed. En daar heb je natuurlijk ook nog een lader bij nodig. Beiden heb ik gekocht bij NKON.

Ik kan deze vossen niet gebouwd leveren. Hopelijk helpt dit artikel je op weg met het zelf bouwen. Ik stel reacties onder dit artikel heel erg op prijs. Ik hoor het ook graag als je zelf vosjes gebouwd hebt.