Настройка программного обеспечения esp8266 в arduino ide

ESP-07

Особенности этого модуля — керамическая антенна и разъем для внешней антенны, металлический экран.

Подключение к IoT

Аппаратная часть

Работа с этим модулем, к сожалению, прошла не слишком гладко. Ни один из возможных вариантов подключения не сработал, и я, уже отчаявшись, решила удалять его описание из статьи. Но тут мне дали новый модуль и сказали попробовать еще раз — о чудо, он заработал с первого раза! В чем было дело и как сломался первый модуль, который я мучила, — неизвестно, но скорее всего он был убит нещадной статикой. Мораль этого лирического отступления такова — если у вас что-то не заработало по инструкции, написанной ниже, не вините инструкцию — сначала прозвоните и проверьте все контакты, а потом попробуйте на другом модуле.

1) Собираем схему

На фото этого и следующего модуля уже можно заметить резисторы. После неведомой поломки уже решила перестраховаться и поставила килоомники, хотя и без них все должно работать.

2) Переводим в режим программирования (необходимо каждый раз выполнять перед прошивкой модуля)

2.1) Отключаем питание от модуля2.2. Подключаем пин GPIO 0  к GND

2.2) Подключаем пин GPIO 0  к GND

2.3) Подключаем модуль к питанию

2.4) Железо готово, приступаем к программной части.

Программная часть

1) Выбираем плату: Tools (Инструменты) -> Board(Плата) Generic ESP8266 Module.

2) Вставляем подготовленный код.

3) Задаем данные для подключения Wi-Fi и идентификатор своего объекта на платформе.

4) Компилируем и загружаем скетч на плату.

5) Для обычной работы модуля (не для режима прошивки) пин GPIO 0 должен быть свободен, поэтому отключаем его от GND.

6) Переподключаем питание ESP-07 (например, вытаскиваем и вставляем обратно адаптер).

7) Видим появление данных на платформе.

В Китае

Работа с устройством

Вставьте microSD карту памяти (макс. 32 ГБ) в установленный на монтажной плате адаптер и подключите все устройство к любому USB-совместимому порту (или источнику питания 5 В). Мы подали питание на устройство. Следует удостовериться, что выбранный USB порт способен обеспечить выходной ток 1 А, – модуль ESP-12E потребляет большой ток при передаче файлов.

Как только устройство получит питание, будет создана беспроводная Wi-Fi точка доступа с именем «SD Reader». Подключитесь к этой точке доступа, используя пароль, который указан в исходном коде (скетче). Затем, в зависимости от того, какое устройство вы используете для подключения к точке доступа, откройте соотвествующее приложение: если вы подключаетесь с ПК, можно использовать ПО FileZilla или WinSCP, если вы подключаетесь с Android-устройства, то можно использовать приложение AndFTP.

В приложении настройте учетные данные. Например, для AndFTP потребуется ввести имя пользователя и пароль (по умолчанию в исходном коде имя пользователя и пароль «esp8266») и адрес хоста – 192.168.12.7. После настройки подключитесь к FTP серверу; как только подключение будет установлено, вы сможете загружать любые файлы с SD-карты памяти, а также загружать файлы со своего телефона на SD-карту памяти (Рисунок 7).

Рисунок 7.	Подключение к FTP серверу на ESP-12E с Android -смартфона.

В видеоролике ниже вы можете посмотреть порядок сборки, настройки и работы устройства

Прежде чем прийти к выводу, что в целом такого типа устройства очень удобны, давайте сделаем шаг назад.

Несмотря на то, что устройство выполняет свою функцию, оно очень медленное. Для передачи четырех файлов (каждый примерно по 100 Кбайт) потребуется около 30 секунд. Если взять файл большего размера (около 10 Мбайт), то его передача займет около 3-4 минут. Есть некоторые способы  оптимизации и увеличения скорости обмена данными до 450 Кбит/с, а в случае применения Wi-Fi модуля на ESP32 – скорость обмена данными может достигать 1 Мбит/с.

Автор называет две основные причины, по которым он не пытался оптимизировать устройство. Во-первых, хотелось наряду с FTP-сервером иметь возможность использовать интерфейс USB для обмена данными, но данный интерфейс не поддерживается в ESP8266 или ESP32. Во-вторых, низкая скорость передачи данных по FTP. По этой же причине не имеет смысла использовать ESP32 вместо ESP-12E.

Тем не менее, вероятно, одну из проблем можно решить, если использовать Wi-Fi модуль ESP32 S2, который поддерживает полноскоростной USB интерфейс.

Обновление прошивки ESP8266

Модуль ESP8266 замечателен тем, что не требует специального программатора — обновление прошивки производится на том же железе, на котором вы подключаете модуль ESP8266 к компьютеру, т.е. тоже через USB-TTL конвертер (ну или Arduino или RPi). Для обновление прошивки на модуле ESP8266 проделайте следующее:

для Win систем подойдет XTCOM UTIL (удобно работать, если прошивка состоит из одного файла), мультиплатформенный esptool (требуется python, нужно указывать параметры в командной строке),  FLASH DOWNLOAD TOOL (много настроек, удобно прошивать прошивки, состоящие из нескольких файлов, позволяет «собрать» прошивку в один файл из нескольких). Также вы найдете и другие программы для прошивки ESP8266 — попробуйте разные и пользуйтесь той, которая вам больше понравится.

3. Отключите от последовательного порта вашу терминальную программу

4. Отключите CH_PD от питания, подключите GPIO0 модуля к GND, подключите обратно CH_PD модуля.

5. Запускайте программу для прошивки модуля и загружайте новую прошивку в модуль ESP8266.

Загрузка прошивки в модуль обычно осуществляется на скорости 115200, но режим прошивки модуля поддерживает автоопределение скорости и прошивка может быть осуществлена на скорости от 9600 и выше. Максимальная скорость зависит от многих факторов (вашего USB-TTL конвертера, длины проводов и прочего) и может быть определена экспериментально на конфигурации именно вашего оборудования.

Все последние версии прошивок загружаются с нулевого адреса (0x00000).

В статье Обновление прошивки ESP8266 подробно описана загрузки прошивки в модуль с помощью программы XTCOM_UTIL.

Использованная литература

Breaking changes summary

• BREAKING: WString: return bool instead of unsigned char ()
• BREAKING: wifi: remove pseudo-modes for shutdown, expose ()
• BREAKING: Disable WiFi at boot by default (, , )
• BREAKING: base64::encode() compat with esp32: no newlines by default ()
• BREAKING: Use IRAM_ATTR in place of ICACHE_RAM_ATTR ()
• BREAKING: Upgrade to upstream newlib 4.0.0 release (64 bits time_t) ()
• BREAKING: Change servo defaults to safer defaults ()
• BREAKING: Add Print::availableForWrite method ()
• BREAKING: Change return EEPROM.end() to bool ()
• BREAKING: Change return type of channel() ()
• BREAKING: Change return type of RSSI() ()
• BREAKING: Add Wrong Password wifi status case ()
• BREAKING: analogWriteRange 8-bit default ()
• BREAKING: HTTPClient: RequestHandler: Pass String by const reference ()

Как быстро подключить ESP8266

В минимальный набор для подключения и прошивки модуля ESP8266 входит:

2. Убедиться два раза, что питающее напряжение для модуля составляет 3,3 вольта.

Внимание! Допустимый диапазон напряжения питания модуля ESP8266 от 3,0 до 3,6 вольт. Подача повышенного напряжения питания на модуль гарантированно приведет к выходу ESP8266 из строя

Питающее напряжение может быть и существенно ниже 3 вольт, заявленных в документации

Внимание! 

Внимание!

ESP8266 — подключение

Красный — питание 3,3в

Черный — GND

Желтый — на стороне ESP8266 — RX, на стороне USB-TTL — TX

Зеленый  — на стороне ESP8266 — TX, на стороне USB-TTL — RX

Оранжевый — CH_PD (CHIP ENABLE) — должен быть всегда подтянут к питанию

Синий — GPIO0 — подключен через выключатель к земле для включения режима перепрошивки модуля. Для обычного старта модуля GPIO0 можно оставить никуда не подключенным.

Розовый на правой схеме — нестабилизированное питание 5-8 вольт

4. Для старта модуля разорвите цепь GPIO0 — GND и можете подавать питание (причем именно в таком порядке: сначала убеждаемся, что GPIO0 «висит в воздухе», затем подаем питание на VCC и CH_PD)

Внимание! В вышеприведенных, реально работающих, примерах подключения ESP8266 используется подключение выводов ESP8266 «напрямую» к земле и питанию, либо «висячее в воздухе», как у нас никуда не подключен RESET, что является абсолютно неправильным и пригодно только для пары первых экспериментов, хотя и вполне работоспособно на подавляющем большинстве модулей. «Напрямую» к питанию подключается только вывод VCC, остальные выводы: CH_PD, RESET, GPIO0, GPIO2, должны быть подтянуты (pullup) к питанию (VCC) через резистор от 4,7 до 50 кОм

«Напрямую», к минусу (общему проводу) питания подключаем только GND, а GPIO0 подтягиваем (pulldown) тоже через резистор до 10k к GND для перевода модуль в режим загрузки прошивки. Если вы планируете и дальше экспериментировать с ESP8266, то сделайте , впрочем так же как и для любых других микроконтроллеров. Детальное описание pullup и pulldown выходит за рамки данной статьи, но вы сможете легко нагуглить описание правильного подключения портов ввода-вывода. «» подключение позволит вам избежать множества «чудес» и проблем и будет неизбежно необходимым при возникновении затруднений с запуском или перепрошивкой модуля ESP8266.

Компоненты умного дома

Теперь я хотел бы подробнее остановится на компонентной схеме умного дома. Все компоненты уместились в следующей схеме:

Компоненты умного дома

Слева-направо: сначала идет ваше устройство на ESP8266, далее это прошивка ESP Easy (ее ставим на ESP8266), прошивку подключаем к MQTT-брокеру (например WQTT.ru или свой брокер на своем сервере), веб-сервис WQTT.ru уже имеет подключение к Алисе (на своем брокере это подключение придется сделать самостоятельно, что в общем несложно, потому что это наша привычная работа программиста), далее сервер логики Node RED, который подключен к MQTT-брокеру и управляет всем умным домом. И в конце можно поставить Homebridge для связи умного дома с Homekit.

Как вы наверное догадались, homebridge с голосовыми помощниками не обязательные компоненты. Главное это MQTT-брокер и Node RED. Эти два сервера вам обеспечат практический полный функционал и доступ к настройке любой логики.

Думаю общая картинка умного дома уже появилась и можно переходить к самим компонентам в отдельности. В этой статье рассмотрим MQTT-брокер и само устройство. В следующих статьях будем рассматривать настройку прошивки ESP Easy и Node RED. Этого будет достаточно, чтобы запустить простейший вариант умного дома.

В качестве устройства у нас будет светодиод, который встроен в ESP8266 и сидит на пине GPIO2. Этот светодиод будет имитировать освещение в гостиной например. Также подключим кнопку, которая будет включать этот светодиод. И еще в нашем устройстве будут два датчика: DHT11 и BMP085 (влажности и барометр с термометром). 

В логику (которая будет хранится в Node RED) заложим управление кнопкой и светодиодом, оповещение по телеграму о резком похолодании в комнате и вывод значений датчиков в Homekit и Алису.

Распиновка ESP8266 NodeMCU

С внешним миром ESP8266 NodeMCU соединяют всего 30 выводов. Ниже показана распиновка отладочной платы.

Рисунок 6 – Распиновка ESP8266 NodeMCU

Для простоты мы сгруппируем выводы с аналогичными функциями.

Выводы питания – на плате расположено четыре вывода питания, а именно: один вывод VIN и три вывода 3.3V. Если у вас есть стабилизированный источник напряжения 5 В, вывод VIN можно использовать для непосредственного питания ESP8266 и его периферии. Выводы 3.3V – это выходы встроенного стабилизатора напряжения. Эти выводы могут использоваться для подачи питания на внешние компоненты.

GND – это вывод земли отладочной платы ESP8266 NodeMCU.

Выводы I2C используются для подключения всех видов датчиков и периферийных устройств на шине I2C в вашем проекте. Поддерживаются и I2C Master, и I2C Slave. Работа интерфейса I2C может быть реализована программно, а тактовая частота составляет максимум 100 кГц. Следует отметить, что тактовая частота I2C должна быть выше самой низкой тактовой частоты из ведомых устройств.

Выводы GPIO На ESP8266 NodeMCU имеется 17 выводов GPIO, которые можно назначать программно на различные функции, такие как I2C, I2S, UART, PWM, дистанционное инфракрасное управление, светодиодный индикатор и кнопка. Каждый включенный вывод GPIO может быть настроен либо на внутреннюю подтяжку к земле или к шине питания, либо установлен на высокоимпедансное состояние. При конфигурировании на вход для генерирования прерываний процессора он может быть настроен на срабатывание либо по фронту, либо по спаду.

Вывод ADC подает сигнал на имеющийся в NodeMCU, встроенный 10-разрядный прецизионный аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения (SAR ADC). С помощью этого АЦП могут быть реализованы две функции: проверка напряжения питания на выводе VDD3P3 и проверка входного напряжения на выводе TOUT (но не одновременно).

Выводы UART ESP8266 NodeMCU имеет 2 интерфейса UART, то есть UART0 и UART1, которые обеспечивают асинхронную связь (RS232 и RS485) и могут обмениваться данными со скоростью до 4,5 Мбит/с. Для связи можно использовать UART0 (выводы TXD0, RXD0, RST0 и CTS0), который поддерживает управление потоком. UART1 (вывод TXD1) поддерживает только сигнал передачи данных, поэтому он обычно используется для печати журнала событий.

Выводы SPI ESP8266 имеет два интерфейса SPI (SPI и HSPI), поддерживающих и ведомый (slave), и ведущий (master) режимы. Эти интерфейсы SPI также поддерживают следующие функции SPI:

• 4 режима синхронизации передачи SPI;
• до 80 МГц и тактовые частоты, полученные делением 80 МГц;
• до 64 байт FIFO.

Выводы SDIO ESP8266 имеет защищенный цифровой интерфейс ввода/вывода (SDIO, Secure Digital Input/Output Interface), который используется для прямого подключения карт SD. Поддерживаются 4-битный 25 МГц SDIO v1.1 и 4-битный 50 МГц SDIO v2.0.

Выводы PWM На плате имеется 4 канала широтно-импульсной модуляции (PWM). Выход ШИМ может быть реализован программно и использован для управления двигателями и светодиодами. Частотный диапазон ШИМ регулируется от 1000 мкс до 10000 мкс, то есть от 100 Гц до 1 кГц.

Выводы управления используются, как ни странно, для управления ESP8266. Эти выводы включают в себя вывод включения микросхемы EN, вывод сброса RST и вывод пробуждения WAKE.

• Вывод EN – микросхема ESP8266 включена, когда на вывод EN подается высокий логический уровень. При низком логическом уровне микросхема работает на минимальной мощности.
• Вывод RST используется для сброса микросхемы ESP8266.
• Вывод WAKE используется для вывода чипа из глубокого сна.

Подключение ESP8266 через Arduino

Если у вас под рукой не оказалось USB-TTL конвертера на 3,3в, но есть Arduino со встроенным USB-TTL конвертером, то можно использовать такую схему подключения

ESP8266 подключение через Arduino

На что обратить внимание:

1. Arduino Reset подключен к GND (синий провод) чтобы не запускался микроконтроллер на Arduino, в данном виде мы используем Arduino как прозрачный USB-TTL конвертер

2. RX и TX подключены не «на перекрест», а прямо — RX — RX (зеленый), TX — TX (желтый)

3. Все остальное подключено так же, как и в предыдущих примерах

Внимание! В этой схеме также требуется согласовывать уровни TTL 5 вольт Arduino и 3.3 вольта на ESP8266, однако неплохо работает и так. Внимание! На Arduino может быть установлен стабилизатор питания, который не выдержит ток, требуемый для ESP8266, поэтому прежде, чем производить подключение сверьтесь с даташитом на тот стабилизатор, который установлен именно у вас

Не подключайте другие энергопотребляющие компоненты одновременно с ESP8266 в связи с риском выхода из строя встроенного в Arduino стабилизатора питания

Внимание! На Arduino может быть установлен стабилизатор питания, который не выдержит ток, требуемый для ESP8266, поэтому прежде, чем производить подключение сверьтесь с даташитом на тот стабилизатор, который установлен именно у вас. Не подключайте другие энергопотребляющие компоненты одновременно с ESP8266 в связи с риском выхода из строя встроенного в Arduino стабилизатора питания

Прикладное ПО

• Данные датчиков – система не привязана к конкретным датчикам. Для каждого датчика формируется уникальный идентификатор. Для радио-датчиков их идентификатор дополняется до 16 бит нулями, для датчиков 1Wire на основании их внутреннего идентификатора вычисляется CRC16 и используется в качестве идентификатора датчика. Таким образом, все датчики имеют идентификаторы длиной 2 байта.
• Данные о зонах отопления – число зон не фиксировано, максимальное количество ограничено используемым модулем реле. С учетом этого ограничения так же разрабатывался WEB интерфейс.
• Целевая температура и расписание – я постарался сделать максимально гибкие настройки, можно создать несколько схем отопления и можно даже на каждую зону назначить свою схему настроек.

Перевод ESP-8266 в режим загрузки обновления

Для перевода ESP-8266 в режим загрузки прошивки нужно:

• Отключить питание модуля и извлечь из USB порта USB-to-RS-232 конвертер.
• Замкнуть PIN GPIO0 на GND. Я использовал Dupont кабель. Кнопку нет смысла использовать. Вот здесь есть тонкий момент. На некоторых схемах используют две кнопки Flash и Reset и нажимают их попеременно для ввода в режим заливки обновления. В официальной документации дан вариант, который я описал. Но при этом я брикнул ESP8266 и пока не нашел способа восстановить.
• Включить питание модуля.
• Немного подождать и подключить USB-to-RS-232 конвертер.

Если нарушить последовательность, то программатор не найдет ESP-8266 модуль!

• Запускаем ESP8266 Flash Download Tool.
• Выбираем ESP8266 и задаем правильный порт и скорость.
• Ничего не вводим и нажимаем Start

• Если ESP 8266 корректно переведен в режиме скачивания прошивки, то практически мгновенно будет выдан статус Finish. И в «detected info» отобразится информация:
  • flash vendor: E0h : N/A
  • flash devID: 4016h
  • QUAD;
  • 32Mbit crystal;
  • 26 Mhz

Сообщения о режимах запуска и причине сброса/перезагрузки

При каждом запуске ESP8266 считывает данные с контактов , 2 и 15. От считанных значений зависит, в каком именно режиме запустится ESP8266.

При каждом запуске ESP8266 печатает в консоли информацию о причине сброса и текущем режиме. Например:

rst cause2, boot mode:(3,6)

Примечание: Контакт GPIO2 используется как выходной TX-контакт, и при загрузке у него активируется подтягивающий резистор.

Сообщения о причине сброса/перезагрузки

Сообщения о режиме запуска

Примечание: Номер = ((GPIO15 << 2) | (GPIO0 << 1) | GPIO2);

ESP8266 — режимы работы

Одной из важнейших функций, которую обеспечивает ESP8266, является способность не только подключаться к существующей Wi-Fi сети и работать как веб-сервер, но также создавать собственную сеть, позволяя другим устройствам подключаться к нему и получать доступ к веб-страницам.

Работа ESP8266может осуществляться в трех разных режимах:

1. Станция (STA)
2. Точка доступа (AP)
3. Комбинированный

Режим станции

Модуль ESP8266, который подключается к существующей WiFi сети (созданной беспроводным маршрутизатором), называется Станция (STA).

Профессиональный цифровой осциллограф
Количество каналов: 1, размер экрана: 2,4 дюйма, разрешен…

Подробнее

В режиме станции ESP8266 получает IP-адрес от беспроводного маршрутизатора, к которому он подключен. С этим IP-адресом он может настроить веб-сервер и доставлять веб-страницы на все подключенные устройства в существующей сети Wi-Fi .

Режим точка доступа

Модуль ESP8266, который создает свою собственную WiFi сеть и действует как концентратор (точно так же как маршрутизатор WiFi) для одной или нескольких станций, называется Точкой доступа (AP).

В отличие от WiFi-роутера, он не имеет подключения к проводной сети. Максимальное количество станций, которые могут подключиться к нему, ограничено пятью.

В режиме точка доступа ESP8266 создает новую WiFi сеть и устанавливает SSID (имя сети) и IP-адрес для нее. С помощью этого IP-адреса он может доставлять веб-страницы на все подключенные устройства в своей собственной сети.

Подключение

Переключение ESP8266 в режим станции выполняется при помощи функции begin(). Параметрами для этой функции служат SSID и пароль к ней, чтобы чип можно было подключить к определенной точке доступа.

WiFi.begin(ssid, password)

По умолчанию, если ESP8266 будет отключен от WiFi-сети, то потом снова попробует к ней подключиться. Писать для этого отдельный код не нужно. Имитировать отключение можно, к примеру, просто сбросив точку доступа. ESP8266 сообщит об отключении, а потом попробует автоматически подключиться.

begin()

В библиотеке ESP8266WiFi представлено несколько вариантов функции begin(). Процесс совмещения нескольких функций в одной называют «перегрузкой функции». Один вариант был показан выше – это WiFi.begin(ssid, password). Перегрузка дает гибкость в количестве и типе параметров, задаваемых в функции.

Самый простой вариант функции begin() – это…

WiFi.begin()

Вызов этой функции скомандует ESP8266 переключиться в режим станции и подключиться к последней использованной точке доступа на основе данных, сохраненных во flash-памяти.

Ниже – синтаксис еще одного варианта функции begin() со всеми возможными параметрами:

WiFi.begin(ssid, password, channel, bssid, connect)

Параметр ssid – символьная строка, содержащая SSID точки доступа, к которой мы хотим подключиться (может содержать не более 32 символов). Параметр password – это пароль к точке доступа в виде символьной строки, которая может содержать от 8 до 64 символов. Параметр channel – канал точки доступа; на тот случай, если вы хотите работать через специальный канал (в противном случае этот параметр нужно проигнорировать). Параметр bssid – MAC-адрес точки доступа (тоже опционально). Параметр connect – это параметр с булевым значением; если задать в нем false, это скомандует модулю сохранить другие параметры, не подключаясь к точке доступа.

config()

Отключает DHCP-клиент (от «dynamic host configuration protocol», что значит «протокол динамической настройки узла») и выставляет IP-настройки станции на пользовательские значения. Эти IP-настройки, в отличие от настроек DHCP, будут статическими.

WiFi.config(local_ip, gateway, subnet, dns1, dns2)

При успешном изменении настроек функция вернет true. Если настройки задать нельзя (например, если чип не переключен в режим станции или станции + точки доступа), функция вернет false.

В функции можно указать следующую информацию:

• local_ip – IP-адрес для стационарного интерфейса ESP8266
• gateway – IP-адрес шлюза (роутера) для доступа к внешним сетям
• subnet – маска подсети, диапазон IP-адресов в локальной сети
• dns1, dns2 – опциональные параметры для IP-адресов DNS-серверов, которые хранят директории доменных имен (вроде www.google.co.uk) и преобразовывают их в IP-адреса

Пример:

 1 #include <ESP8266WiFi.h>
 2 
 3 const char* ssid = "********";
 4 const char* password = "********";
 5 
 6 IPAddress staticIP(192,168,1,22);
 7 IPAddress gateway(192,168,1,9);
 8 IPAddress subnet(255,255,255,);
 9 
10 void setup(void)
11 {
12   Serial.begin(115200);
13   Serial.println();
14 
15   Serial.printf("Connecting to %s\n", ssid);     //  "Подключение к "
16   WiFi.begin(ssid, password);
17   WiFi.config(staticIP, gateway, subnet);
18   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
19   {
20     delay(500);
21     Serial.print(".");
22   }
23   Serial.println();
24   Serial.print("Connected, IP address: ");       //  "Подключено, IP-адрес: "
25   Serial.println(WiFi.localIP());
26 }
27 
28 void loop() {}

Пример данных, которые могут быть показаны в мониторе порта:

Connecting to sensor-net
.
Connected, IP address: 192.168.1.22

Станции с статическими IP-адресами, как правило, быстрее подключаются к сети. У кода выше подключение занимает примерно 500 мс (в мониторе порта показана только одна точка). Дело в том, что получение IP-настроек при помощи DHCP-клиента отнимает время, а в нашем случае этот шаг попросту пропущен. Если во всех трех параметрах (local_ip, gateway и subnet) указать «0.0.0.0», это снова активирует DHCP. Снова подключитесь к устройству, чтобы получить новые IP-адреса.

Техзадание

Итак, было решено разработать устройство – многофункциональный контроллер бассейна. Он должен уметь:

• Управлять подогревом бассейна через теплообменник, включая/выключая газовый котел для нагрева воды.
• Не допускать перегрева теплообменника, контролируя наличие потока воды бассейна во вторичном контуре и превышения температуры вторичного контура.
• Отображать статистику нагрева в реальном времени (температура на входе и выходе обоих контуров).
• Записывать (логгировать) значения температур во флеш-память. Отображать данные за
  определенный период в виде графика.
• С помощью реле уметь включать/выключать насосы бассейна и хлоратор.
• Управлять всеми параметрами устройства дистанционно, через встроенный микро-веб сервер.

Было еще искушение прикрутить Blink, MQTT. Но от этих «наворотов» на первом этапе
было решено отказаться. И тем более, не хотелось бы выносить возможность управления куда-то наружу. Встроенного веб сервера для моих целей вполне достаточно. А безопасность обеспечивается тем, что в домашнюю сеть из внешнего мира можно войти только через VPN.

Опрос датчиков

При старте устройства происходит поиск датчиков температуры по шине OneWire и занесение их адресов в массив tempSensAddr. Датчики заносятся в порядке их отклика по шине и порядок в дальнейшем не меняется. Запоминается индекс последнего датчика в массиве (устройство умеет работать с 4мя или меньшим количеством датчиков):

Согласно даташиту, датчики требуют не менее 750 ms задержки между запросом значения температуры и получением ответа от датчика. Поэтому в коде введена задержка с небольшим запасом.

Однако, эта задержка, когда всё устройство просто ждет ответа, приемлема на старте, но абсолютно неуместно ждать каждый раз при регулярном опросе датчиков. Поэтому был написан следующий хитрый код, вызываемый каждые 50 ms по таймеру:

В начале каждого цикла tempMeasureCycleCount происходит запрос к датчикам на чтение их значений. После того как проходит около 50 таких циклов (а в сумме это 50*20 = 1000 ms = 1 sec), происходит чтение значения каждого датчика, по одному за раз. Вся работа разбита на кусочки, чтобы код, работающий в прерывании по таймеру, не отнимал много времени у контроллера.

Значение датчика потока вычисляется следующим образом. По прерыванию на пине, на котором висит датчик мы увеличиваем значение счетчика тиков, пришедших с датчика потока:

В том же таймере, где опрашиваются сенсоры температуры, раз в секунду мы берем это значение тиков и переводим в литры, используя константу FLOW_SENSOR_CONST, значение которой можно найти в характеристиках датчика:

Wishlist

• remove dependency on EEPROM library
• move HTML Strings to PROGMEM
• cleanup and streamline code (although this is ongoing)
• if timeout is set, extend it when a page is fetched in AP mode
• add ability to configure more parameters than ssid/password
• maybe allow setting ip of ESP after reboot
• add to Arduino Library Manager
• add to PlatformIO
• add multiple sets of network credentials
• allow users to customize CSS
• rewrite documentation for simplicity, based on scenarios/goals

Development

• ESP32 support
• rely on the SDK’s built in auto connect more than forcing a connect
• add non blocking mode
• easy customization of strings
• hostname support
• fix various bugs and workarounds for esp SDK issues
• additional info page items
• last status display / faiilure reason
• customizeable menu
• seperate custom params page
• ondemand webportal
• complete refactor of code to segment functions
• wiif scan icons or percentage display
• invert class for dark mode
• more template tokens
• progmem for all strings
• new callbacks
• new callouts / filters
• shared web server instance
• latest esp idf/sdk support
• wm is now non persistent, will not erase or change stored esp config on esp8266
• tons of debugging output / levels
• disable captiveportal
• preload wiifscans, faster page loads
• softap stability fixes when sta is not connected

Структура проекта

Libraries — others

• Resolve «PWM-locked» / «phase-locked» waveform merge leftover in Servo lib ()
• Add I2S class support ()
• At MDNS.end() also release services ()
• AVRISP: Prevent nullptr dereference on OOM ()
• HTTPClient: fix error handling ()
• LEAmDNS: one instance for all interfaces ( — )
• Add the missing ‘rename’ method wrapper in SD library. ()
• Update to ESP8266HTTPClient.cpp for no Content-Length ()
• BREAKING: Change servo defaults to safer defaults ()
• Hook up custom timestamp proc for SD/SDFS ()
• BREAKING: Change return EEPROM.end() to bool ()
• httpclient: remove deprecated API ()
• Avoid float-double-conversion ()
• Use direct member initialization instead of ctr initialisation ()
• Basic authentication with ESP8266httpUpdate ()

Бизнес-логика в коде приложения

В первой части статьи я уже описывал бизнес-логику приложения. Напомню, что под бизнес-логикой я понимаю обработку событий с периферии и с облака. При обработке происходит или управление периферией, или передача атрибутов Capability в облако. 

Считывание показаний температуры с датчика

В отличие от примера для ESP8266, в этом примере добавляются события от настоящего датчика. Это взаимодействие организовано в виде передачи сообщений через очередь (FreeRTOS Queue) между двумя тасками/потоками: основным таском с управлением и мониторингом остальной периферии и таском, считывающим данные с датчика температуры. В основном таске создаётся очередь temperature_events_q, а также запускается таск, считывающий температуру.

В основном таске внутри бесконечного цикла на каждой итерации происходит попытка получить значение температуры из очереди и записать в переменную temperature_value. Если значение переменной temperature_value поменялось, то новое значение температуры отправляется в облако и отображается в UI приложения:

Подробнее о работе с тасками и очередями вы можете прочитать в 3 и 4 главе книги «Mastering the FreeRTOS Real Time Kernel», рекомендуемой на странице с ресурсами в документации FreeRTOS.

Светодиодная индикация

Помимо нового источника событий в коде бизнес-логики меняется управление RGB светодиодом при установке значения температуры подогрева “чайника” в коллбэке Thermostat Heating Setpoint Capability, а также в начале и завершении процесса подогрева. 

ESP8266

Микроконтроллер ESP8266 самодостаточен, легко программируется как Arduino (то есть это С++ и среда Arduino IDE), имеет на борту Wi-Fi, компактный и есть множество модификаций под разные нужды. Также есть его развитие, это ESP32, который более мощный. В общем идеальный контроллер. Недостаток лишь в напряжении питания (не пять вольт, а 3.3 вольта).

К контроллеру ESP8266 можно по проводам (причем довольно длинным, несколько метров) можно подключать разные датчики и исполнительные устройства по таким протоколам как 1-Wire, I2C. Почему именно эти протоколы? Потому что они очень простые и популярные (спасибо Arduino).

То есть, датчик или устройство по проводу подключается к ESP8266, который в свою очередь подключается по Wi-Fi к вашему серверу. Сервер можно писать на любом языке, например на платформе NodeJS. Но желательно использовать готовые сервера, о которых я расскажу позже. Ваш сервер позволит настроить любую логику работы умного дома.

Например можно в электрощитке разместить ESP8266 и реле. На это реле повесить освещение. А на стене повесить ESP8266 и кнопку. При помощи кнопки включать/выключать освещение. Обработчик нажатия на кнопку находится на сервере. Еще можно несколько датчиков температуры (улица, комнаты)по проводам подключить к ESP8266. На входную водопроводную трубу можно разместить датчик расхода воды и подключить к еще одному ESP8266. Контроллер стоит от 80 рублей, так что вешать их можно до упора (где этот упор не ясно, наверное зависит от роутера и помех на частоте 2.4 ГГц).

NodeMCU 0.9

Номера контактов, напечатанные на самой плате, не соответствуют номерам GPIO-контактов ESP8266. Чтобы упростить использование этой платы, были заданы следующие константы:

static const uint8_t D0   = 16;
static const uint8_t D1   = 5;
static const uint8_t D2   = 4;
static const uint8_t D3   = ;
static const uint8_t D4   = 2;
static const uint8_t D5   = 14;
static const uint8_t D6   = 12;
static const uint8_t D7   = 13;
static const uint8_t D8   = 15;
static const uint8_t D9   = 3;
static const uint8_t D10  = 1;

То есть, если вы хотите использовать 5-ый контакт NodeMCU, используйте номер контакта D5, и он будет преобразован в 14-ый GPIO-контакт ESP8266.

Похожие записи:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивление. закон ома для цепей переменного тока Ретро проводка в современном доме Где используется фидерный кабель Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине