ShIoTiny: малка автоматизация, интернет на нещата или „шест месеца преди ваканция“

Ключови точки или за какво става въпрос в тази статия

ТТъй като интересите на хората са различни и хората имат малко време, тогава накратко за съдържанието на статията.

СТази статия е преглед на проекта за контролер с минимална цена и възможности визуално програмиране чрез WEB браузър.

ПТъй като това е рецензионна статия, целяща да покаже „какво може да се изтръгне от контролер за пени“, не трябва да търсите дълбоки истини и подробни алгоритми в нея.

РРазглеждат се мотивацията, идеите и резултатите от изграждането на контролер, базиран на WiFI чип ESP8266.

предупреждение

Не исках да пиша тази статия. Изобщо не съм фен на писането на статии. Трябва да мислите за това, и то много. Помислете как да пишете по такъв начин, че броят на хората, които ви разбират погрешно, да бъде намален до минимум. Помислете как да не стигате до крайности. И има много повече за размисъл.
Но моите приятели казаха, че тъй като моите усилия в областта на IoT и друга малка автоматизация са интересни за тях, тогава те също могат да бъдат интересни за другите и за широката публика. Е, къде се събира публиката, която се интересува от това? Разбира се, на хъба. И ето ме тук. Стар читател и нов писател.

Не нося никаква отговорност за грешки, неточности, правописни грешки, неактуален стил на представяне и др., които може да не се харесат на читателя. Четете на свой собствен риск.

Също така веднага предупреждавам, че няма да обяснявам какво е MQTT, WiFi и UDP multicast и други неща, които не са пряко свързани с темата. В края на статията има няколко връзки.

Раждането на идея или някакъв текст

ЖЖивотът не е лесно нещо и Негово Величество Шансът играе важна роля в него. Затова искам да споделя как случайни събития, съчетани с естествен мързел, доведоха до доста интересна разработка на контролер, базиран на ESP8266.

НВсичко започна съвсем рутинно: исках да изградя система за контрол на водоснабдяването и поливането на градинските лехи и храсти в страната.

Но, тъй като мога да работя изцяло върху тръби, резервоари и кранове само във ваканция, до която оставаха повече от шест месеца - всичко беше ограничено до дискусии на работа с колеги, приятели и другари в неформална обстановка.

ТТемата за „малката автоматизация“ или, както обикновено се казва сред „тези ученици-хакери-хипстъри“ - темата за IoT - Internet of Things - ме интересува отдавна. Много преди самият интернет да се използва широко.

ЕДори като дете исках нещата да правят нещо „сами“. И би било желателно да мога да ги контролирам по някакъв начин от разстояние. Но по това време (80-те, началото на 90-те години на миналото хилядолетие) това беше доста трудно. Интернет не беше широко достъпен никъде по света, точно както никъде нямаше мобилни телефони, таблети или дори LCD дисплеи или USB флаш устройства. Така че трябваше да се ограничим до „превключватели за осветление“ и прости радио дистанционни управления. Но за онези времена и епохата не беше лошо и интересно.

НО, това са неща от миналото. Сега е 15 век. И всеки има смартфон в джоба си, интернет е достъпен почти навсякъде, където е необходим и не е необходим, а базата от налични електронни компоненти сега е такава, че само преди XNUMX години средният жител на планетата Земя не би и мечтал за това .

ПЕто защо, след като реших да изградя контролер за водни дела в дачата, насочих вниманието си към чипа ESP8266.
Първо, този чип е евтин. И ако един контролер не е достатъчен, можете да инсталирате два, три или пет. Второ, има WiFi на борда. Тоест можете да гледате какво се случва през интернет и дори да контролирате процеса от всеки смартфон. Разбира се, имате нужда от точка за достъп с достъп до интернет, но това не е проблем. Както и да е, той е почти навсякъде или е на път да бъде, включително в моята дача.

ПСлед като се потопих в прекрасния свят на проекти за ESP8266, бях изненадан да открия, че въпреки страхотните възможности на този чип, проектите върху него, с редки изключения, са разделени на два типа: това са или изключително примитивни програми като „щракнете превключвателите от вашия смартфон и се взирайте в състоянието на сензора за температури през интернет“; или добри и стабилни интерпретатори на JavaScript или Lua, но за съжаление, те консумират почти цялата памет и не ви позволяват да правите нищо сериозно.

ППървата ми идея беше проста като палачинки - да напиша проста програма за управление на помпи въз основа на състоянието на сензорите и това е. Но, като опитен валяк по отношение на скачането на рейка за внедряване на различни системи, разбрах, че определено няма да мога да предвидя предварително всички завои на алгоритъма, които бих искал или трябва да изправя по време на изграждането на водоснабдителна и напоителна система.

ДНе е много удобно да обработвате програмата в дачата, в тъмна плевня. Но трябва.
Какъв е изходът? Разбира се, първото нещо, което ми хрумна, беше да направя алгоритъма персонализиран. Един мой колега даде много съвети - какво да настроя и как. С това той уби първата ми идея в зародиш. Благодарение на него. Ако той не беше разкрил пред очите ми броя на параметрите, които ще трябва да конфигурирам, вероятно нямаше да откажа тази опция: създаване на страница с настройки на алгоритъма.

НУжасяващата картина на многобройните параметри на настройките и дори тези, които си влияят един на друг, ме отрезви. За пореден път разбрах, че не можеш да предвидиш всичко...

СЩе направя резервация веднъж: мързелив съм. Много мързелив! Откровено ме мързи да пренаписвам програмата всеки път. Ето защо възникна задачата - как бързо и лесно да зададете алгоритъм, за предпочитане без програмиране? Освен това този алгоритъм ще бъде доста сложен; ще има много параметри; ще бъде специфичен за моя случай и неподходящ за други. И наистина искам да направя устройството повече или по-малко универсално...

ПТъй като имаше още около шест месеца преди ваканция и всякакви работи по изпомпване на тръби, реших да отделя време и да помисля как да го направя удобно и красиво? Как да програмирам без програмиране? Как да направите без трилион параметри, които могат да се променят при конфигуриране?

ККакто обикновено, всичко вече беше измислено преди нас: разбрах, че искам да начертая алгоритъм под формата на квадратчета за действие и да ги свържа с комуникационни линии, които показват откъде и докъде летят данните. Е, като посочвам квадрата, искам да мога да конфигурирам някои от индивидуалните му параметри.

ИИдеята за дефиниране на алгоритъм чрез начертаването му в квадрати не е нова. Такива системи съществуваха през 80-те години; Сега има супер популярна система NodeRed, която е добре позната на тези, които вече са се присъединили към света на малката автоматизация/IoT.

НО, ето го проблемът: такива системи са предназначени за „големи компютри“. В най-лошия - на Raspberry PI. Но не и на ESP8266, който има само няколко десетки килобайта RAM и няма операционна система!

Ккакво да правя? И има само два изхода: напишете и нарисувайте програма на „голям компютър“ или лаптоп и след това я прехвърлете под някаква форма на ESP8266 или се опитайте да „бутнете невъзможното“ в самия контролер ESP8266.

ПСледователно максималната програма, която имах, беше следната: за да програмирате вашия контролер, не трябва да имате нужда от нищо друго освен лаптоп с WEB браузър! Тоест лаптоп с WEB браузър и моя контролер - това трябва да е достатъчно за пълна конфигурация и писане и рисуване на контролни програми.

И, както се оказа, беше напълно възможно да се приложи това!
Няма да ви отегчавам с всички подробности около развитието на проекта. Ще кажа само, че въз основа на думите, които ми хрумнаха и на езика по време на процеса на разработка, би било възможно да съставя отделен „Речник на нецензурния език, използван от работници в електронната индустрия" Но всичко свърши. По-точно, не всичко, но първият, най-труден етап, когато не е ясно дали идеята ви за живот ще бъде там или е просто делириумът на сив кастрат в лунна нощ.

ПЩе споделя резултата от това, което излезе и получи името „ShIoTiny контролер“.

И какво стана?

Хардуерна част Контролерът ShIoTiny е стандартен и прост: три входа, предназначени за сензори тип „сух контакт“ (бутони, рийд ключове, те също са сензори за нивото на водата в резервоара), един ADC вход, един вход за свързване на сензор за температура и влажност на Тип DHT22 или подобен. И накрая, три изхода под формата на превключващи релета за 220 волта, 1 ампер. Релето казва 10A, но аз съм реалист и няма да позволя 10 ампера през платката. И за управление на стартерите на помпата е достатъчен 1Amp. Всичко това се захранва от източник на захранване с напрежение от 5 до 9 волта.

ЧЧестно казано, добавих температурния датчик точно така, но на ADC се надявах да измервам напрежението на захранващата мрежа. Кой знае?

РРазбира се, всички входове, с изключение на входа за свързване на DHT22, са защитени от резистори и диоди: нямах желание да изгоря ESP8266, а диодите и резисторите струват само няколко копейки.

Фото Готовият продукт можете да видите в началото на статията. Поръчах няколко от тези дъски - какво ще стане, ако ги изгоря или трябва да режа краката на пистата?
Но, за щастие, не ми се наложи.

ФТози продукт, разбира се, е красота и величие. Но за удобство по-долу е представена схема на чертеж на свързване на симулатори на сензори и задвижващи механизми към платката.

Ввместо сензори за ниво има бутони Input1..3, вместо стартери има светодиоди, свързани към релето Relay1..3. Е, променлив резистор на ADC за симулиране на входното напрежение.
ККогато релето е изключено, червеният светодиод свети. И когато е включен, е зелен. Така че го отстраних на масата.

КВ допълнение към всичко това, от лявата страна на платката има конектор за захранване, а отдясно два сервизни бутона: Reset и AP. Е, има DIP ключ, който превключва устройството в режим на програмиране. Конекторът за програмиране ESP8266 чрез USB-UART адаптер също е наличен.

Някои пояснения за бутоните. Какво е Нулиране - и така е ясно. И тук е бутонът AP необходимо за превод ShIoTiny за да отворите режим на точка за достъп (режим на конфигуриране или режим на конфигуриране). Защо е необходимо това? Е, например, объркали сте мрежовите си настройки и искате да ги промените. Натиснете бутона AP за няколко секунди (докато красивият син светодиод светне). След това вземете вашия смартфон или лаптоп, включете WiFi и вижте там отворена точка за достъп с името esp_8266_xxxx и се свържете с нея. След това отидете в браузъра на вашия смартфон или лаптоп и въведете в адресната лента: 192.168.4.1. Ако всичко е наред, ще бъдете отведени до страницата на контролера на ShIoTiny и можете да го конфигурирате отново.

ККакто виждаме, хардуерът не е нищо сложно. Следователно о софтуерна част.

ВЩе опиша всички странности на изпълнението, но по-късно. Някой ден. И днес ще разгледам софтуера само „отвън“, тоест от гледна точка на потребителя - себе си или някой друг, който е поел риска да използва моя занаят (има и такива каскадьори).

С От гледна точка на потребителя, устройството е HTTP сървър, който е достъпен през WiFi. Всички настройки, програмиране и т.н. се извършват с WEB браузър.

ИИ така, отидохме на страницата на контролера. какво виждаме И виждаме раздела „Контрол и състояние“, който показва текущото състояние на използваните устройства: входове, изходи, ADC, DHT22. Освен това се показват параметрите на връзката към точката за достъп (ако работим в режим WiFi станция); параметри на точката за достъп (ако работим в режим WiFi точка за достъп) или и двете. Освен това параметрите на връзката с MQTT брокера се показват, ако се използва MQTT протокол.

ККакто виждаме, нищо особено или интересно. Няма нищо, върху което дори да щракнете! Въпреки че... Има още два раздела! Конфигуриране на мрежови настройки мрежи и редактор на програмни схеми ElDraw.

Ктака че познахте, мрежи - това е настройка на мрежата, но не само. Има още няколко интересни параметъра. Нека щракнем върху раздела мрежи и там ще видим приблизително това, което е показано на фигурата.
ННастройване на името и паролата на точката за достъп за всеки режим - WiFi станция и WiFi точка за достъп. Всичко изглежда ясно. Както и предназначението на бутона „Сканиране на WiFi“ доста прозрачен.
А ето падащия списък „ShIoTiny режим“ изисква пояснение. Факт е, че по никакъв начин не можах да реша кой режим ще ми е по-удобен за работа. И затова той предостави 5 режима на работа на устройството.

ПНека изброим накратко тези режими на работа.

Конфигурационен режим — режим на конфигурация. Това е отворен режим на точка за достъп с фиксиран адрес 192.168.4.1 и име esp_8266_xxxx.

Режим на станция — режим на WiFi станция, свързана към вашата точка за достъп.

AP режим — режим на затворена точка за достъп. Вие сами задавате името и паролата.

Режим AP+Station - това е едновременното активиране на режим AP + режим Station.

Единичен режим — работа изобщо без мрежова връзка. Самотен контролер, понасящ тежкия си дял...

В всеки от режимите с изключение на „Режим на конфигуриране“, можете да блокирате WEB страница, като поставите отметка в квадратчето „Заключване на уеб в режим станция“. Това е някак от съображения за сигурност.

ННастройките на MQTT са очевидни: сървър, порт, парола, отворена връзка или от SSL. Тук няма да навлизам в подробности.

КОсвен всичко друго, контролерът ShIoTiny може да изпраща и получава пакети със специален формат чрез мултикаст. Настройките му също са очевидни: групов адрес и порт.
Разбира се, ако опишете всички нюанси на настройките, ще получите отделна статия, но това не е част от моите планове.

Ида, с раздел мрежи всичко е повече или по-малко ясно. Нека да преминем към основната функция на контролера - редактор на програмни схеми ElDraw.

Ткато докоснете раздела ElDraw, ще видим нещо като следното. Разбира се, ако устройството няма заредена верига, тогава полето за верига ще бъде празно.

Сляво - палитра от елементи или възли (възли).
Справа - поле за схема или просто „схема“.
СВ горната част има бутони за зареждане и разтоварване на диск и към устройството, както и бутони за редактиране.

ДЗа тези, които са работили с редактори, управлението като цяло е очевидно. Трябва да добавите елемент към диаграмата - вземете го с мишката и го плъзнете от палитрата към диаграмата. Ако трябва да премахнете елемент или връзка от диаграмата, щракнете върху него или върху него с мишката и натиснете клавиша НА. Трябва да свържем елементите - вземаме входа на един елемент и го свързваме с изхода на друг.

ЕИма и мащабиране (SHIFT+колело на мишката). За съжаление, не е възможно да копирате елементи и групи от елементи. Но това не ме притеснява особено.

КОсвен това, поради логически причини, входът на възел може да бъде свързан само към един изход на друг възел. Но изходът на един възел е с няколко входа на други възли. Входовете винаги са отляво на възлите. Изходите са винаги отдясно.

ККакви възможности имаме за внедряване на алгоритми?
ВВъзможностите са доста обширни. Палитрата съдържа възли, представляващи целия хардуер на контролера ShIoTiny: входове, релета, ADC, DHT11/22.

ДИма логически и аритметични възли за обработка на данни.

ЧЗа да можем да работим с устройството през Интернет, има възли за абониране и публикуване на параметри на MQTT брокера.

ЕАко искаме няколко контролера на ShIoTiny да обменят информация помежду си, можем да използваме възли за изпращане и получаване на параметри, използвайки UDP multicast протокола.

КОсвен това има таймерни възли; контролни възли за обработка на събития.

ПЩе ви дам няколко примера. Например, искате ли данните за температурата и влажността да се публикуват на MQTT сървър на всеки 30 минути? Нищо не може да бъде по-просто. Нека нарисуваме така.

Жмем бутон „Качване“. Всичко!
ЕАко сте конфигурирали правилно връзката с MQTT брокера в раздела Networking, тогава това е всичко!
Кна всеки половин час температурата ще се публикува на брокера в темата /T, а влажността - в темата /H. Или, ако зададете собствени имена на теми, тогава под тях.
ЗОчевидният въпрос е: защо 18000 е 30 минути? Защото всички времена се измерват в десети от секундата.

ТСега искате да добавите към тази схема възможността за включване на релето Relay1 през интернет и дори за определено време? Няма проблем. Нека завършим рисунката така.

ОПет щракнете върху бутона „Качване“. Всичко! Сега, в допълнение към факта, че на всеки половин час температурата и влажността ще бъдат публикувани на брокера на MQTT, ще бъде възможно да включите релето Relay1. Да, не просто го включете, но точно за 10 минути. Можете да активирате релето, като публикувате темата /r1cmd, зададена на 1. И реалното състояние на релето ще бъде публикувано в темата /r1status.

ВИскате ли не само да включите, но и да изключите релето предсрочно? Да, каквото кажеш. Картината по-долу показва как да направите това!

ППринципът ясен ли е? Просто рисувате алгоритъма с мишката! И напишете няколко настройки: време, име на тема и това е всичко. Това е много по-ясно от писането на куп код.

КМежду другото, подчертаването на връзки в различни цветове не е „Photoshop“ - това е една от функциите на редактора. Можете да оцветите връзките както желаете, за да не се объркате.

Но, и това не е всичко! За отстраняване на грешки в алгоритъма има бутон „Старт на монитора“. Колкото и да е странно, той включва режим „монитор“. В този режим състоянието на всички изходи на всички възли периодично се чете от контролера ShIoTiny и се показва на диаграмата. Приблизително като на снимката по-долу.

ТТова означава, че можем да видим в „почти реално време“ какво имаме на входа и изхода на всеки възел. Много помага, когато нещо не е ясно.

ЕИма още много „трикове и функции“, които бих искал да опиша, но моята съвест няма да ви позволи да си губите времето за тях в една статия. Основната реализирана идея вече е ясна: минимум персонализирани параметри - максимална яснота.

Полет в мехлема

КРазбира се, искам да няма муха в мехлема, но светът не е идеален. Моят редактор и моят контролер не са перфектни. Открих две основни характеристики, които все още не съм успял да премахна.

ВПърво, понякога се появяват проблеми при преместване на елементи в групи. Но това не пречи много на работата. По-скоро „функция“, отколкото „бъг“.

И, второ, при определени условия, след зареждане на веригата в устройството с помощта на бутона „Качване“, тя се рестартира. Това не пречи на живота, но страницата на редактора трябва да се актуализира.

Заключение

ННадявам се, че ви е харесала идеята да рисувате алгоритми, вместо да пишете програми. Ето как случайни мисли, идеи и спорове понякога пораждат напълно жизнеспособни развития.

НО, според мен обемът на статията надхвърли всички разумни граници. Така че ще свърша за днес.
ПНека само да кажа, че остават само няколко седмици до ваканцията и съм напълно готов да премина от отстраняване на грешки на контролера на масата към отстраняване на грешки „на полето“.
ЕАко някой се интересува от моите идеи или подробности за разработката, нека ми пише: [имейл защитен]

ВВинаги ще се радвам на коментари и критики, ако, разбира се, е уместно.

Жприветстваме вашите отзиви, коментари и предложения.

Връзки, препратки и колети

ESP8266
WiFi
MQTT
UDP мултикаст

По искане на работниците

ВПубликувам необработената документация и фърмуера (binar).

https://github.com/shiotiny/ShIoTinyBin

фърмуер: https://github.com/shiotiny/ShIoTinyBin/blob/master/bin/esp-07-shiotiny.bin

Шофиране: https://github.com/shiotiny/ShIoTinyBin/blob/master/doc/esp-07-shiotiny.png

Описание на компонентите и кратки обяснения: https://github.com/shiotiny/ShIoTinyBin/blob/master/doc/ShIoT-esp8266-nodes.pdf

Инструкции „как се шие“ има.

Източник: www.habr.com