====== WiFi teploměr s ESP8266 ====== ===== Zadání ===== Seznamte se s Wi-Fi čipem ESP8266 a jeho vývojovým prostředím. Vytvořte aplikaci Wi-Fi teploměru s čidlem DS18B20, která bude v definovaném intervalu pomocí GET požadavku odesílat aktuální teplotu na server ThingSpeak nebo do vlastního PHP skriptu s vizualizací. ===== Úvod ===== ==== ESP8266 ==== ESP8266 je ultra low coast čínský modu pro převod sériové linky na Wi-Fi. Tento modul s cenou do 3$ disponuje mimo jiné 32 bitovým procesorem s několika GPIO piny a podporuje módy v b/g/n, zabezpečení WPA/WPA2 a umí pracovat jako Station nebo AP. Jednou z nesporných výhod jsou i rozměry, které jsou pro verzi ESP8266 ESP-01 25 x 14 mm. {{ :2015:esp8266-ds18b20:esp8266-espxx.jpg?nolink |Porovnání velikostí verzí modulů}} Modul samotný je schopen komunikovat s okolním světem již z výroby zavedeným firmwarem, který se ovládá pomocí AT příkazů přes sériovou linku připojenou rychlostí obvykle 115200 baudů za sekundu. Tyto jednoduché příkazy samy o sobě dostačují pro správnou funkci zařízení, které chceme připojit k síti. Avšak skutečné možnosti modul odhalil až s uvolněním dokumentace a SDK, díky čemuž umožnil vytvářet vlastní firmware. Mezi ty nejpokročilejší patří Nodemcu LUA. Tato distribuce využívá LUA jazyk, který byl navržen v roce 1993 jako odlehčený skriptovací jazyk, pro jednoduchá zařízení. Pro vytváření programů v jazyku C je nejlepší variantou zvolit rozšíření pro Arduino, pro které existuje i překladač. Toto prostředí jsem využil i já k vypracování projektu. ==== DS18B20 ==== Teplotní čidlo Dallas DS18B20 je 9-12 bitový digitální teploměr s rozsahem -55 až 125°C. Teploměr komunikuje po 1-Wire sběrnici, čímž se stává více než vhodným pro použití s modulem ESP8266 ESP-01, který má pouze 2 GPIO piny. ===== Zapojení ===== Zapojení modulu ESP je snadné, samotná deska má 2 napájecí piny, 2 GPIO piny, sériovou linku a resetovací a enable pin. Pozor ovšem na úroveň napětí, která nesmí přesáhnout 3V3. {{ :2015:esp8266-ds18b20:zapojeni.png?nolink |Zapojení}} Digitální teploměr DS18B20 byl zapojen v zapojení s vnějším napájením. V případě že chceme modul přeprogramovat je nutné, pro povolení programovaní, připojit pin GPIO0 na zem. Toto musí být provedeno ještě před připojením napájení, jinak nemusí k naprogramování dojít. {{ :2015:esp8266-ds18b20:20160117_001637.jpg?nolink&600 | Náhled na zapojení protipu}} ===== Program ===== Pro vytvoření programu bylo využito rozšíření pro Arduino a vhodné knihovny pro komunikaci s digitálním teploměrem DS18B20. ==== Inicializace ==== === Knihovny === Inicializace použitých knihoven pro obsluhu ESP88226 a DS18B20 komunikující po 1-wire sběrnici. #include #include #include === Informace o připojení === Nastavení informací o Teplotním čidle, SSID a heslu sítě, na které bude zařízení připojeno a informace a přístupový API klíč pro ThingSpeak.com. #define ONE_WIRE_BUS 2 OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS); // Inicializace DS18B20 na pinu GPIO2 DallasTemperature DS18B20(&oneWire); const char* ssid = "vaclav"; // Nastavení připojení k síti const char* password = ""; const char* host = "api.thingspeak.com"; // Informace pro připojení k thingspeak.com const char* APIkey = "CM4O1WWET8RHAT99"; bool scnd = false; === Připojení k síti === Inicializace sériové komunikace a připojení k sítí. void setup() { Serial.begin(115200); // Otevření komunikace po sériové lince delay(10); Serial.println(); Serial.print("Connecting to "); Serial.println(ssid); WiFi.begin(ssid, password); // Inicializace připojení k síti while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) { // Potvrzení připojení k síti delay(500); Serial.print("."); } Serial.println(""); Serial.println("WiFi connected"); Serial.println("IP address: "); Serial.println(WiFi.localIP()); Serial.println(); } ==== Hlavní smyčka ==== V této smyčce se provádí změření a odeslání teploty na server ThingSpeak.com void loop() { delay(30000); // Měření a odesílání teploty probíhá v intervalu cca 30s float temp; DS18B20.requestTemperatures(); // Získání informace o teplotě teploty temp = DS18B20.getTempCByIndex(0); Serial.print("Temperature: "); Serial.println(temp); char charVal[12]; dtostrf(temp, 8, 2, charVal); // Konverze vyčtené teploty do stringu // (hodnota, počet míst, počet desetinných míst, // umístění stringu) if(scnd){ Serial.print("connecting to "); Serial.println(host); WiFiClient client; const int httpPort = 80; if (!client.connect(host, httpPort)) { Serial.println("connection failed"); return; } String url = "/update?key="; // Vytvoření URL pro odeslání informace o teplotě url += APIkey; url += "&field1="; url += charVal; Serial.print("Requesting URL: "); Serial.println(url); // Odeslání požadavku na server client.print(String("GET ") + url + " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + host + "\r\n" + "Connection: close\r\n\r\n"); delay(10); Serial.println(); while (client.available()) { String line = client.readStringUntil('\r'); Serial.print(line); // tisk informací přijatých ze serveru } Serial.println(); Serial.println("connection completed"); // potvrzení ukončení odesílání Serial.println(); Serial.println(); } else { Serial.println("uncorrect first temperatue"); Serial.println(); // Ošetření nesprávnosti první změřené hodnoty po připojení scnd=true; // k napájení } } ===== Funkce ===== Princip funkce zařízení funguje na jednoduchém principu, kdy se zařízení připojí k lokální Wi-Fi síti, jejíž údaje má uložené v programové syntaxi a následně s intervalem 30 sekund opakuje cyklus změření teploty, vytvoření URL pro odeslání informace na server ThingSpeak.com, odeslání informace a přijetí odpovědi ze serveru. Na následujícím obrázku je možné vidět výpis ze sériové komunikace modulu s počítačem. {{ :2015:esp8266-ds18b20:odpoved.png?nolink |Záznam sériové kominikace}} Dále zde uvádím 24 hodinový záznam měření teploty v grafu ze serveru ThingSpeak.com. {{ :2015:esp8266-ds18b20:teplota.png?nolink |Záznam teploty 24hodin}} Vzhledem k dlouhé době opakovaní měření teploty a odezvy serveru na novou hodnotu na místo video záznamu o funkci přikládám odkaz na záznam posledních 24 hodin měření teploty, kdy je čidlo umístěno na stole v mém pokoji v místě mého trvalého bydliště. [[https://thingspeak.com/channels/78922|Aktuální záznam teploty na ThingSpeak.com]] Záznam bude aktuální po dobu, kdy zvládnou baterie dodávat dostatek proudu pro modul ESP8266. ===== Závěr ===== Modul ESP8266 byl sám o sobě pro mne rozuzlením podstaty Internetu věcí (IoT - Internet of Things), až v momentě, kdy jsem do ruky dostal desku o rozměru něco přes 2x1 cm jsem si uvědomil jak snadné je dnes připojit k procesoru Wi-Fi modul, ba co k samotnému modulu připojit zařízení, které tento modul napájený například z malé baterie, může obsluhovat.