Wifi розетка своими руками esp8266 01

Wi-Fi розетка с управлением через Интернет за 60 минут

В этом материале мы покажем, что Интернет вещей — это не так уж и сложно. Для этого за 60 минут соберем и оживим простейшую Wi-Fi розетку с управлением через Интернет.

5 минут: размышляем над задачей

Почему Wi-Fi? Потому что он у всех есть и не требует проводов, а значит, в пределах нашего помещения розетку можно будет перемещать в любой угол.

Раз розетка у нас смотрит в интернет, то помимо самой аппаратуры нам понадобится еще и нечто в этом самом Интернете. Причем разрабатывать что-то с нуля мы вот вообще не хотим, хотим максимально готовое.

Первое, что приходит в голову — для розетки берем микроконтроллер с ESP8266/ESP32, так как это очень известная и популярная платформа со встроенным Wi-Fi, а для бекэнда в Интернете готовый облачный сервис Azure IoT Central, для которого код писать вообще не надо.

Ну раз это первое пришло в голову — так и сделаем, у нас же всего 60 минут!

У автора была плата с обтекаемым названием ESP32 Dev Board, на которой установлен USB-UART конвертер CP2102 и модуль ESP-WROOM-3. Плату можно опознать по картинке ниже и по ключевику «ESP32» найти на известном китайском сайте.

• собственно сами розетки. Так как мы хотим больше приключений, возьмем сразу две штуки, ведь тогда продукт получится более конкурентоспособный! Автор статьи использовал корпус удлинителя с двумя гнездами.
• модуль реле на 220 В — возьмем готовый, двухканальный, с гальванической развязкой. Нам важно, чтобы реле переключались логическими сигналами с уровнем 3.3В. Выглядит так:
  
• пара кнопок, мы ведь не только из Интернета хотим включать/выключать розетки, но и кнопками на них;
• любой AC-DC преобразователь 220В — 5В для питания ESP32 Dev Board, например, такой:
  
• провода, чтобы все это соединить.

Впрочем, необходимый минимум из этого всего — только сама плата ESP32: можно просто подключить ее по USB, от которого и питать, и посмотреть по отладочному выводу или мультиметром на выводах, как она работает совместно с облаком. Правда, в этом случае такая «розетка» не будет выполнять свою основную функцию собственно розетки.

Для ESP32 понадобится прошивка. Вариантов для ее разработки немного:

• взять стандартный тулчейн от производителя. Установка несложная, но и не особо простая. Подчеркиваю также то неприятное обстоятельство, что IDE в этом случае в комплект средств разработки не входит, и собирать все нужно будет с командной строки.
• прослойка для Arduino. Это очевидно проще и быстрее, все ставится и настраивается из самой IDE Arduino. В качестве минуса — не вдаваясь в подробности, нет полноценной готовой библиотеки для работы именно с IoT Central, но мы это обстоятельство обойдем.

20 минут: подготовим облачный сервис

Заходим по ссылке. Понадобится учетная запись Microsoft, с которой следует залогиниться. Подписка Azure для пробной 7-дневной версии — не нужна, но лучше все-таки ее оформить, чтобы взять один из стандартных ценовых планов, где время использования не ограничено и есть два бесплатных устройства.

Выбираем слева Мои приложения — Новое приложение, далее Пользовательские приложения и заполняем поля:

• Имя приложения: любое удобное;
• URL-адрес: любой, но он должен быть уникальным;
• Шаблон приложения: пользовательское приложение;
• Ценовой план: стандартный 1 или бесплатный;

Если выбрали стандартный ценовой план, ниже создайте подписку Azure и выберите расположение, ближайшее к вам (для России — Европа).

Нажмите кнопку Создать

В меню выберите Шаблоны устройств — Создать, как показано на рисунке ниже.

Далее Устройство IoT — Следующий: Настроить. В поле Имя шаблона устройства введите Socket. Нажмите Далее: проверка, Создать.

В появившемся диалоге выберите Импорт модели и выберите файл Socket.json, прилагающийся к данной статье.

Что только что произошло? Фактически, мы объявили для IoT Central «язык» («шаблон»), на котором говорит наша розетка при обмене данными с облаком, а именно, если развернем параметры каждой возможности (в оригинале — Capability), увидим следующее:

• каждая из двух розеток передает сообщение телеметрии, в котором закодировано состояние: 0 — выключено, 1 — включено;
• каждая из двух розеток принимает команду с параметром типа Boolean (true — включено, false — выключено).

Почему в телеметрии 0/1, а в команде true/false? Это связано с особенностями визуализации в IoT Central, короче говоря, телеметрию в виде 0/1 на картинках можно отобразить нагляднее, чем true/false.

Откуда взялся файл Socket.json? Автор подготовил его заранее, введя описание всех возможностей розетки в самом IoT Central, затем просто сохранил шаблон в файл, используя встроенную функцию экспорта.

Теперь по поводу визуализации. Нашему устройству неплохо бы сделать красивый дашборд, с которого мы будем посылать на него команды включения/выключения и видеть его состояния. Для этого нажмем в списке возможностей устройства пункт Представления и выберем плитку Визуализация устройства.

В разделе Телеметрия выберите Socket1State, нажмите + Телеметрия и выберите Socket2State, затем нажмите Добавить плитку. На появившейся плитке нажмите иконку и выберите Диаграмма состояний из меню. Нажмите Сохранить.

Теперь нам нужно «опубликовать» наш шаблон, т.е. перевести его из черновика в состояние, когда им можно будет пользоваться. Для этого нажмите соответствующую кнопку (Опубликовать). Подтвердите публикацию, нажав в появившемся окне кнопку Опубликовать.

Пока что мы только опубликовали шаблон устройства, теперь заведем запись для нашего конкретного устройства. Для этого переходим в главном меню в раздел Устройства и нажимаем кнопку + Создать. В появившемся окне изменяем только шаблон устройства на Socket. Нажимаем кнопку Создать и кликаем по имени появившегося устройства. Нажмем кнопку Подключить в верхней части окна и в появившемся окне видим всю необходимую информацию, которую нам нужно будет использовать в прошивке устройства, чтобы оно могло «разговаривать» с IoT Central. В поле Тип проверки подлинности выберем Подписанный URL-адрес (SAS) (так проще). Итого нам понадобятся:

• Область идентификатора — это идентификатор нашего приложения IoT Central;
• Идентификатор устройства — не требует пояснений;
• Первичный ключ — считаем, что это «пароль» этого конкретного устройства.

С этими данными устройство должно обратиться к сервису регистрации устройств (Device Provisioning Service, DPS) для получения адреса IoT Hub, еще одного сервиса Azure. Зачем еще IoT Hub? Дело в том, что IoT Central работает «поверх» IoT Hub, являясь как бы «оберткой» для него. Вся последующая коммуникация будет происходить именно с этим IoT Hub.

Проблема в том, что простые в использовании библиотеки Arduino не включают готового клиента DPS. Ну раз так, то возьмем систему с Windows 10, и получим этот адрес IoT Hub вручную. Утилита dps-keygen умеет это делать, правда для ее запуска понадобится node.js.

Раз так, установим последнюю версию node.js с официального сайта с параметрами по умолчанию, затем запустим стандартную командную строку Windows и выполним команды (естественно, подставив нужные данные из нашего приложения IoT Central):

npm i -g dps-keygen dps-keygen -si:область_идентификатора -di:идентификатор_устройства -dk:первичный_ключ_устройства

Порядок аргументов в последней строке не имеет значения.

Нас предупредят, что эта возможность «deprecated» и не «best practices», но нам очень надо, и не «best», а «fast», иначе не уложимся за 60 минут, которые обещал автор, поэтому продолжаем. На выходе будет строка подключения, которую мы позже укажем в прошивке розетки:

Отлично! Мы готовы к сборке стенда.

15 минут: достаем компоненты из ящика и собираем стенд

Сгребаем в охапку все провода, компоненты, и собираем их, как показано на схеме ниже. Можно как припаивать провода, так и соединять через разъемы — дело вкуса. В любом случае особое внимание уделяем высоковольтной части. Автор сделал разъемные соединения, где это было возможно, остальное — припаял.

Результат немного угрожающий, но для стенда вполне работоспособный:

Такой вид в общем-то вполне нормален для всяких самоделок, но если под рукой (совершенно случайно!) есть 3D-принтер, можно сделать что-то более презентабельное:

Как и обещал, две кнопки, две розетки.
Между прочим, если задумаете поменять пины на Dev Board, рекомендую эту картинку для понимания, что на каких пинах есть:

Также из-за ошибки трассировки на плате автора был не подключен пинов GND около кнопки EN (RST), так что такие моменты тоже неплохо бы проверить (на вашей плате).

Ну и для справки, схема соединений сигнальных проводов в виде таблицы (для удобства сборки):

15 минут: подготовка инструментов и сборка прошивки

Будем собирать прошивку на Windows 10 (любой сборки, но авторы категорически рекомендуют LTSC).

1. Загрузим и установим Arduino IDE.
2. Загрузим и установим драйверы моста UART-USB, распаянного на плате. В случае автора это был CP2102 (на нем самом написано).
3. Запустим Arduino IDE и перейдем в меню Файл — Настройки. В поле Дополнительные ссылки для Менеджера плат вводим https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json. Это позволит установить поддержку ESP32 прямо из Arduino с сайта производителя чипа. Нажмем OK и закроем диалог.
4. Перейдем в меню Инструменты — Плата — Менеджер плат, в поиске введем esp32. В появившемся пункте нажимаем Установить.
5. Из прилагающегося архива распаковываем каталог GetStarted и открываем скетч GetStarted.ino.
6. Находим следующие строки и внутри кавычек соответственно прописываем SSID Wi-Fi сети и пароль:

const char* ssid = ""; const char* password = "";

static const char* connectionString = "";

if (sntp_enabled()) sntp_stop();