Умный WiFi выключатель света
Немного лирики в начале. Идея «умного» выключателя света совсем не нова и, наверное, это первое, что приходит в голову тем, кто начал знакомство с платформой Arduino и элементами IoT. И я этому не исключение. Поэкспеременировав с элементами цепей, моторчиками и светодиодами хочется сделать нечто более прикладное, что востребовано в повседневной жизни и, самое главное, будет удобно в использовании, а не останется жертвой эксперимента в неугоду комфорту.
В этой статье я расскажу, как я сделал выключатель, который будет работать как обычный (т.е. что обычно закреплен на стене) и в то же время позволит управлять им через WiFi (или через Интернет, как это сделано в данном случае).
Итак, составим список того, что понадобится для осуществления задуманного. Сразу скажу, я намеревался не тратиться сильно на комплектующие и выбирал компоненты по отзывом на форумах и соотношению цены к качеству. Поэтому некоторые компоненты возможно покажутся тут неуместными для опытных электролюбителей, но прошу не судить строго, т.к. я только новичек в электромеханике и буду очень признателен за комментарии более опытных специалистов.
| № | Наименование | Описание | Цена |
|---|---|---|---|
| 1 | HLK-PM01 | Адаптер 220VAC в 5VDC | 4,02€ |
| 2 | SSR-40DA | Твердотельное реле для управления током в цепи | 3,35€ |
| 3 | AMS1117-3.3 | Понижатель напряжения c 5V на 3V | 1,29€ |
| 4 | ESP8266-01 | Микроконтроллер с WiFi | 2,35€ |
| Итого: | 11,01€ | ||
Так же мне понадобились: сервер, с помощью которого выключатель будет управляться через Интернет, Arduino Uno, с помощью которого я программировал ESP, роутер и расходные материалы как провода, клеммы и т.д., всё это может варироваться от вкусов и никак не повлияет на конечный результат.
Цены взяты из Ebay, где я их и покупал.
А вот как выглядят элементы из таблицы:
Теперь можно составить и схему подключения:
Как вы наверное заметили, схема очень простая. Все собиратся легко, быстро и без пайки. Эдакий рабочий прототип, с которым не нужно долго возиться. Всё связано проводами и клеммами. Единственный минус это то, что реле не влезло в гнездо выключателя. Да, изначально я планировал запихнуть всё это в стену за выключателем, чтобы смотрелось эстетично. Но к моему сожалению места в гнезде оказалось мало и реле просто напросто не влезло ни вдоль, ни поперек:
Поэтому временно я вынес реле за гнездо, до тех пор пока не найду подходящую коробку выключателя с розеткой чтобы спрятать железо внутрь. Но нет ничего более постоянного, чем временное, не правда ли? Поэтому все это выглядит сейчас вот так:
Изолента спасёт от удара током… надеюсь.
А теперь поговорим о програмной части.
И прежде чем приступать к разбору кода и деталей, я приведу общую схему реализации управления лампочкой.
Надеюсь, я когда нибудь все перепишу и связь будет основана на более быстром протоколе нежели HTTP, но для начала сойдет. Удаленно лампочка меняет свое состояние приблизительно за 1-1.5 секунды, а с выключателя моментально, как и подобает порядочному выключателю.
Программировании ESP8266-01
Самый простой способ сделать это — с помощью Arduino. Скачать необходимые библиотеки для Arduino IDE можно с GitHub. Там же все инструкции по установке и настройке.
Далее нам нужно подключить ESP к компьютеру, для этого понадобится либо USB to Serial Адаптер (типа FTDi, CH340, FT232RL) либо любая Arduino платформа (у меня была Arduino Uno) с выходами RX и TX.
Стоит отметить, что ESP8266-01 питается от 3.3 Вольта, а значит ни в коем случае не подключайте его к питанию Arduino, которые (часто) питаются от 5 Вольт, напрямую иначе все сгорит к чертям. Можно использовать понижатель напряжения, который приведен в таблице выше.
Схема подключения проста: подключаем TX , RX и GND ESP к RX, TX и GND адаптера/Arduino соотвественно. После этого, собственно, подключение готово к использованию. Микроконтроллер можно программировать используя Arduino IDE.
- На Uno есть выход для 3.3В, но его оказалось недостаточно. При подключении к нему ESP, все вроде работает, индикаторы горят, но связь с COM портом теряется. Поэтому я использовал другой источник питания на 3.3В для ESP.
- К тому же у UNO не возникло никаких проблем при общении с ESP, с учетом того, что UNO питался от 5В, а ESP от 3В.
А вот и сама программа для ESP:
#include #include #include #include #include extern "C" < // эта часть обязательна чтобы получить доступ к функции initVariant #include "user_interface.h" >const char* ssid = "WIFISSID"; // Имя WiFi const char* password = "***************"; // Пароль WiFi const String self_token = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"; // токен для минимальной безопасности связи const String serv_token = "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"; // токен для минимальной безопасности связи const String name = "IOT_lamp"; // имя выключателя, читай лампочки const String serverIP = "192.168.1.111"; // внутренний IP WEB сервера bool lamp_on = false; bool can_toggle = false; int button_state; ESP8266WebServer server(80); // веб сервер HTTPClient http; // веб клиент const int lamp = 2; // Управляем реле через GPIO2 const int button = 0; // "Ловим" выключатель через GPIO0 // функция для пинга лампочки void handleRoot() < server.send(200, "text/plain", "Hello! I am " + name); >// функция для недействительных запросов void handleNotFound() < String message = "not found"; server.send(404, "text/plain", message); >// Да будет свет void turnOnLamp() < digitalWrite(lamp, LOW); lamp_on = true; >// Да будет тьма void turnOffLamp() < digitalWrite(lamp, HIGH); lamp_on = false; >// Отправляем серверу события ручного вкл./выкл. void sendServer(bool state) < http.begin("http://"+serverIP+"/iapi/setstate"); String post = "token="+self_token+"&state="+(state?"on":"off"); // По токену сервер будет определять что это за устройство http.addHeader("Content-Type", "application/x-www-form-urlencoded"); int httpCode = http.POST(post); http.end(); >// Изменяем состояние лампы void toggleLamp() < if(lamp_on == true) < turnOffLamp(); sendServer(false); >else < turnOnLamp(); sendServer(true); >> // Получаем от сервера команду включить void handleOn() < String token = server.arg("token"); if(serv_token != token) < String message = "access denied"; server.send(401, "text/plain", message); return; >turnOnLamp(); String message = "success"; server.send(200, "text/plain", message); > // Получаем от сервера команду выключить void handleOff() < String token = server.arg("token"); if(serv_token != token) < String message = "access denied"; server.send(401, "text/plain", message); return; >turnOffLamp(); String message = "success"; server.send(200, "text/plain", message); > // Устанавливаем MAC чтобы давать одинаковый IP void initVariant() < uint8_t mac[6] = ; wifi_set_macaddr(STATION_IF, &mac[0]); > void setup(void) < pinMode(lamp, OUTPUT); pinMode(button, INPUT_PULLUP); // Важно сделать INPUT_PULLUP turnOffLamp(); WiFi.hostname(name); WiFi.begin(ssid, password); // Ждем пока подключимся к WiFi while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) < delay(500); >// Назначем функции на запросы server.on("/", handleRoot); server.on("/on", HTTP_POST, handleOn); server.on("/off", HTTP_POST, handleOff); server.onNotFound(handleNotFound); // Стартуем сервер server.begin(); > void loop(void) < server.handleClient(); // Проверяем нажатие выключателя button_state = digitalRead(button); if (button_state == HIGH && can_toggle) < toggleLamp(); can_toggle = false; delay(500); >else if(button_state == LOW) < can_toggle = true; >> - Очень важно объявить пин GPIO0 как pinMode(button, INPUT_PULLUP), т.к. в схеме мы не используем резистор для этой кнопки. А у ESP есть свои «вшитые» для этих самых целей.
- При отлове состояния кнопки желательно установить задержку при считывании чтобы избежать ложного срабатывания в момент нажатия.
Программировании WEB сервера
Тут можно дать волю своей фантазии и использовать любые доступные средства для создания сервиса который будет обрабатывать запросы присылаемые выключателем и отправлять запросы на включение/выключение.
Я использовал для этих целей Yii. Я выбрал этот фреймворк по нескольким причинам, мне нужна была авторазация (т.к. портал доступен в Интернете) и управление ролями (для будущих экспериментов), а еще он мне просто нравится. И теперь мой портал управления выглядит так:
Для управления лампочкой в зоне досегаемости сети, хватило бы и самого сервера на ESP. Но хочется ведь иметь логи, логику и другие устройства в будущем, поэтому лушче все же использовать отдельный серер для управления.
Это всё что касается портала, думаю нет смысла писать о нем больше, но если возникнут вопросы, то с радостью отвечу на них в комментариях.
Вместо заключение
Спасибо, если дочитали статью до конца и, возможно, нашли в ней что либо для себя полезное. Буду рад советам и критике. В целом, мне до сих пор кажется, что узкое место в цепи это Адаптер на 5В и буду рад, если Вы поделитесь своим опытом решения подобных задач. Что касается ESP8266-01, то пока он не вызвал у меня никаких нареканий кроме как особого использования пинов GPIO. Работает пока стабильно вторую неделю. Успехов в проектах.