Дружимся с ESP
Последние пару лет практически все прототипирование несложных IoT-устройств я делаю на NodeMCU, хотя зачастую она и великовата по размеру, и дороговата, и избыточна по функционалу. А все потому, что имела неудачный опыт с ESP-01, которая совершенно не поддавалась прошивке. Сейчас пришло время преодолеть этот барьер и освоить другие железки, от которых мне нужно следующее — Wi-Fi и пины для подключения периферии.
В этой статье разберем подключение к платформе Интернета вещей наиболее популярных плат с интерфейсом Wi-Fi. Их можно использовать, чтобы управлять своим устройством дистанционно или чтобы снимать показания с сенсоров через интернет.
Несколько представленных в статье модулей (ESP-01, ESP-07, ESP-12E, ESP-12F) и плат (Goouuu Mini-S1, WeMos D1 mini и NodeMCU V2) базируются на контроллере ESP8266, использование которого позволяет простым и дешевым способом добавить в своё устройство беспроводную связь через Wi-Fi.
Так выглядит модельный ряд модулей на базе чипа ESP8266.
Последняя плата из тех, о которых я расскажу (ESP32 WROOM DevKit v1), построена на контроллере семейства ESP32 — более продвинутой по своим возможностям версии ESP8266.
Все представленные модели можно программировать и загружать прошивки через Arduino IDE точно так же, как при работе с Arduino.
Настройка среды программирования Arduino IDE
По умолчанию среда IDE настроена только на AVR-платы. Для платформ, представленных ниже, необходимо добавить в менеджере плат дополнительную поддержку.
1) Открываем среду программирования Arduino IDE.
http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json, https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json
4) В пункте меню Tools (Инструменты) -> Board (Плата) выбираем Boards manager (Менеджер плат).
Находим в списке платформы на ESP8266 и нажимаем на кнопку Install (Установить).
6) Надпись INSTALLED сообщает, что дополнения успешно установлены.
7) Аналогичным образом устанавливаем дополнение для ESP32.
8) Теперь нам доступны к программированию платформы с модулем ESP8266 и ESP32.
9) Для подключения плат к платформе Интернета вещей используем библиотеку EspMQTTClient. Чтобы ее установить, в пункте меню Tools (Инструменты) выбираем Manage Libraries (Управлять библиотеками). Находим и устанавливаем библиотеку EspMQTTClient. Может появиться сообщение об установке дополнительных библиотек. Выбираем “Install all”.
Примечание — Также для работы с платами понадобится установить драйверы CH340 (WeMos и Goouuu) и CP2102 (для остальных). Их отсутствие повлияет на то, найдет ли Arduino IDE COM-порт, к которому подключена плата.
Код прошивки
Для прошивки всех используемых ниже модулей используем один и тот же код.
- Установка Wi-Fi соединения
- Подключение к объекту на платформе Rightech IoT Cloud по протоколу MQTT
- Отправка рандомных значений по температуре («base/state/temperature») и влажности («base/state/humidity») каждые 5 секунд (PUB_DELAY)
- Получение сообщений о переключении света («base/relay/led1»)
#include "Arduino.h" #include "EspMQTTClient.h" /* https://github.com/plapointe6/EspMQTTClient */ /* https://github.com/knolleary/pubsubclient */ #define PUB_DELAY (5 * 1000) /* 5 seconds */ EspMQTTClient client( "", "", "dev.rightech.io", "" ); void setup() < Serial.begin(9600); >void onConnectionEstablished() < client.subscribe("base/relay/led1", [] (const String &payload) < Serial.println(payload); >); > long last = 0; void publishTemperature() < long now = millis(); if (client.isConnected() && (now - last >PUB_DELAY)) < client.publish("base/state/temperature", String(random(20, 30))); client.publish("base/state/humidity", String(random(40, 90))); last = now; >> void loop() Работоспособность кода будем проверять на платформе Rightech IoT Cloud, именно поэтому в качестве адреса MQTT-брокера указан dev.rightech.io. Идентификаторами клиентов служат идентификаторы объектов, созданных на платформе. Под каждую проверку я завела на платформе отдельный объект, именно поэтому во всех скринах кодов, которые будут далее представлены, отличается только строка .
Прим. — Можно подключаться и к одному и тому же объекту, тогда можно использовать один и тот же код для прошивки всех плат без изменений, однако следите, чтобы в таком случае платы не подключались к одному и тому же объекту одновременно, иначе случится коллизия.
Модули на базе ESP8266
Для работы с модулями на базе ESP8266 есть два варианта:
- Работа с AT командами (в стандартной прошивке Wi-Fi модуль общается с управляющей платой через «AT-команды» по протоколу UART);
- Wi-Fi модуль как самостоятельный контроллер (все представленные модули очень умные: внутри чипа прячется целый микроконтроллер, который можно программировать на языке C++ через Arduino IDE).
В статье будем рассматривать второй вариант — прошивка модулей в виде самостоятельного полноценного устройства. Здесь также есть два варианта прошивки с точки зрения железа:
Рассмотрим второй вариант — использовать адаптер на базе чипа CP2102 (например, такой https://www.chipdip.ru/product/cp2102-usb-uart-board-type-a?frommarket=https%3A%2F%2Fmarket.yandex.ru%2Fsearch%3Frs%3DeJwzSvKS4xKzLI&ymclid=16146772489486451735000001). Обязательно обратите внимание на то, чтобы адаптер позволял выдавать выходное напряжение 3.3 В, не больше!
1. ESP-01
ESP-01 — самый популярный модуль на ESP8266. PCB антенна обеспечивает дальность до 400 м на открытом пространстве.
Внешний вид
Питание
Родное напряжение модуля — 3,3 В. Его пины не толерантны к 5 В. Если вы подадите напряжение выше, чем 3,3 В на пин питания, коммуникации или ввода-вывода, модуль выйдет из строя.
Подключение периферии
2 порта ввода-вывода общего назначения
Распиновка
Подключение к IoT
Аппаратная часть
Обзор модуля ESP-01 на чипе ESP8266
Китайская компания Espressif в 2014 году, начала продавать Wi-Fi модули, на чипах ESP8266. который сразу завоевал большую популярность у радиолюбителей из-за своей дешевизны и большими возможностями. На сегодняшний день существует большое количество различных модулей основанных на чипе ESP8266, в этой статье расскажу о ESP-01.
Технические параметры
► Напряжение питания: 3 В ~ 3.6 В
► Максимальный рабочий ток: 220 мА
► Поддержка беспроводного стандарта: 802.11 b / g / n
► Рабочая частота: 2.4 ГГц
► Режимы: P2P (клиент), soft-AP (точка доступа)
► Количество GPIO: 2.
► Flash память: 1024 кб.
► Выходная мощность в режиме 802.11b: +19.5dBm
► Поддержка беспроводного стандарта: 802.11 b / g / n
► Габариты: 24.8мм х 14.3мм х 8мм
Общие сведения о ESP-01
По сути, чип ESP8266 представляет собой миниатюрный микроконтроллер с Wi-Fi передатчиком, который может функционировать в условиях полной автономии, без дополнительной платы Arduino. С помощью модуля ESP-01 можно передавать данные о температуре, влажности, включать реле и так далее. Для удобства использования чипа ESP8266, производитель изготовил серию модулей от ESP-01 по ESP-14. Первый в этой серии, это модуль ESP-01 (существует еще ESP-01S, о нем чуть позже), являющийся одним из известным, из-за свой цены и небольшими размерами, всего 14,3 мм на 24,8 мм. Но в нем, есть два недостатка, это ограниченное количество программированных выводов GPIO и их неудобное расположение (неудобно макетировать).
Модуль ESP-01 представляет собой небольшую плату, черного цвета, на которой расположены два основных чипа, это микроконтроллером ESP8266 и flash память на 1 Мб. Рядом расположен кварцитовый резонатор и напечатанная антенна. На плате установлены два светодиода, красный и голубой. Красный светодиод, светится когда на модуле есть питание, а синий мигает при выполнении команд (в NSP-01S удален красный светодиод, из-за постоянного потребления электроэнергии). Для подключения модуля ESP-01, предусмотрено восемь выводов (два ряда по четыре вывода, шагом 2.54 мм), два из готовых являются цифровым входами-выходом, поддерживающие широтно импульсную модуляцию. Хотя модуль имеет по умолчанию два вывода GPIO, можно использовать другие доступные контакты, если у вас есть необходимый инструмент для пайки.
Назначение выводов
► GND: «-» питание модуля
► GPIO2: (Digital I / O программируемый)
► GPIO0: (Digital I / O программируемый, также используется для режимов загрузки)
► RX: UART прием
► TX: UART передача
► CH_PD: (включение / отключение питания, должны быть выведены на 3.3 В непосредственно или через резистор)
► RST: сброс, необходимо потянуть к 3.3В
► VCC: «3.3В» питание модуля
Подключение модуля
Для работы модуля ESP-01, необходим источник питания постоянного тока, который должен выдавать 3.3 В и током не менее 250 мА. К сожалению, штатный стабилизатор установленный на Arduino не способен выдать необходимой ток для работы ESP-01 (если решите все равно подключить ESP-01, ждите нестабильную работу и постоянную перезагрузку). Кроме того, логические сигнал, данного модуля, рассчитан на 3.3 В, то есть на вывод RX необходимо подавать напряжение 3.3В, а с вывода TX будет напряжение равное 3.3 В (так же и для других выводов). Если необходимо подключить модуль к Arduino или другим контроллерам, которые выдают на логический вывод 5 В, необходимо использовать резисторы или модуль логических уровней, если подключать напрямую, модуль выйдет из строя.
Внимание! ESP-01 очень капризные к питанию, необходимо использовать внешний стабилизатор напряжения на 3.3В, в качестве первого примера буду использовать адаптер USB
С таблице выше, видно, что модуль ESP-01 может работать в нескольких режимах сна, с минимальным потреблением тока, вызываются они программном путем, кроме последнего «Power Off», чтобы задействовать данный режим, необходимо установить перемычку, между GPIO16 и RST, позже приведу пример.
Установка ESP8266 в IDE Arduino
► Скачиваем с сайта arduino.cc программу IDE Arduino
► Далее, необходимо установить ESP плату в IDE Arduino, для этого запускаем программу IDE Arduino, открываем: Файл -> Настройка.
► В новом открытом окне, в поле «Дополнительные ссылки для Менеджера плат:» добавляем ссылку: