Visuelles Programmieren für Sonoff Basic

Ein Artikel, der beschreibt, wie Sie aus einem günstigen chinesischen Gerät einen programmierbaren Logik-Controller erstellen können. Dieses Gerät findet sowohl in der Hausautomatisierung als auch als praktisches Projekt im Informatikunterricht Anwendung.
Zur Information: Standardmäßig funktioniert das Sonoff Basic-Programm mit einer mobilen App über einen chinesischen Cloud-Service. Nach der vorgeschlagenen Umprogrammierung wird die gesamte weitere Interaktion mit diesem Gerät über den Browser möglich sein.

Abschnitt I. Sonoff mit dem MGT24-Service verbinden

Schritt 1. Erstellen eines Dashboards

Registrieren Sie sich auf der Website mgt24 (falls Sie noch nicht registriert sind) und melden Sie sich mit Ihrem Konto an.
Anmeldung

Um ein Dashboard für das neue Gerät zu erstellen, klicken Sie auf die Schaltfläche „+“.
Beispiel eines Dashboards

Sobald das Dashboard erstellt ist, erscheint es in Ihrer Liste der Dashboards.

Im Tab „Einstellungen“ des erstellten Dashboards finden Sie die Felder „Geräte-ID“ und „Authentifizierungsschlüssel“. Diese Informationen werden später zur Konfiguration des Sonoff-Geräts benötigt.
Beispiel-Tab

Schritt 2. Firmware des Geräts aktualisieren

Mit dem Werkzeug XTCOM_UTIL laden Sie die Firmware PLK Sonoff Basic auf das Gerät, hierfür benötigen Sie einen USB-TTL-Konverter. Hier finden Sie die Anleitung und Videoanleitung.

Schritt 3. Geräteeinrichtung

Versorgen Sie das Gerät mit Strom; sobald die LED leuchtet, drücken und halten Sie die Taste, bis die LED regelmäßig blinkt.
Zu diesem Zeitpunkt erscheint ein neues WLAN-Netzwerk mit dem Namen „PLC Sonoff Basic“. Verbinden Sie Ihren Computer mit diesem Netzwerk.
Entschlüsselung der LED-Anzeige

LED-Anzeige
Gerätezustand

periodisches doppeltes Blinken
keine Verbindung zum Router

leuchtet kontinuierlich
Verbindung zum Router hergestellt

periodisches gleichmäßiges Blinken
WLAN-Hotspot-Modus

ausgeschaltet
kein Strom

Öffnen Sie Ihren Internetbrowser und geben Sie in die Adresszeile „192.168.4.1“ ein, um auf die Netzwerkparameter-Einstellungsseite des Geräts zu gelangen.

Füllen Sie die Felder wie folgt aus:

• „Netzwerkname“ und „Passwort“ (um das Gerät mit Ihrem heimischen WLAN-Router zu verbinden).
• „Geräte-ID“ und „Autorisierungsschlüssel“ (um das Gerät im MGT24-Dienst zu authentifizieren).

Beispiel für die Netzwerkkonfiguration des Geräts

Speichern Sie die Einstellungen und starten Sie das Gerät neu.
Hier Videoanleitung.

Schritt 4. Anschluss der Sensoren (optional)

Die aktuelle Firmware unterstützt bis zu vier Temperatursensoren ds18b20. Hier Videoanleitung finden Sie Informationen zur Montage der Sensoren. Offensichtlich wird dieser Schritt der schwierigste sein, da er von Ihnen Handgeschick und einen Lötkolben erfordert.

Abschnitt II. Visuelle Programmierung

Schritt 1. Erstellung von Szenarien

Als Programmierumgebung wird Blockly, eine benutzerfreundliche Umgebung, verwendet, sodass Sie keine Programmierkenntnisse benötigen, um einfache Szenarien zu erstellen.

Ich habe spezielle Blöcke zum Lesen und Schreiben der Geräteeinstellungen hinzugefügt. Der Zugriff auf jeden Parameter erfolgt über den Namen. Für Parameter von entfernten Geräten werden zusammengesetzte Namen verwendet: „parameter@device“.
Dropdown-Menü der Parameter

Beispiel für ein Szenario zum zyklischen Ein- und Ausschalten der Last (1 Hz):


Beispiel für ein Szenario, das die Arbeit von zwei separaten Geräten synchronisiert. Das Relais des Zielgeräts spiegelt die Arbeit des Relais des entfernten Geräts wider.


Szenario für das Thermostat (ohne Hysterese):


Um komplexere Skripte zu erstellen, können Sie Variablen, Schleifen, Funktionen (mit Argumenten) und andere Konstrukte verwenden. Ich werde hier nicht alles ausführlich erklären, es gibt bereits einiges an Schulungsmaterial zu Blockly.

Schritt 2. Ausführungsreihenfolge der Skripte

Ein Skript läuft im kontinuierlichen Modus und wird sofort erneut gestartet, sobald es zu seinem Ende kommt. Dabei gibt es zwei Blöcke, die die Ausführung des Skripts vorübergehend anhalten können: «delay» und «pause».
Der Block «delay» wird für Millisekunden- oder Mikrosekundenverzögerungen verwendet. Dieser Block hält den zeitlichen Intervall strikt ein und blockiert die Arbeit des gesamten Geräts.
Der Block «pause» wird für Sekundenverzögerungen (auch kürzer möglich) verwendet und blockiert nicht die Ausführung anderer Prozesse im Gerät.
Wenn ein Skript einen unendlichen Loop enthält, in dessen Körper kein «pause»-Befehl steht, initiiert der Interpreter selbstständig eine kleine Pause.
Falls der zugewiesene Stack-Speicher erschöpft ist, stoppt der Interpreter die Ausführung eines solchen speicherintensiven Skripts (passen Sie auf rekursive Funktionen auf).

Schritt 3. Debbuging von Skripten

Um ein bereits auf das Gerät geladenes Skript zu debuggen, kann die Programmtreiberung Schritt für Schritt gestartet werden. Dies ist äußerst nützlich, wenn das Verhalten des Skripts nicht den Erwartungen des Autors entspricht. In diesem Fall ermöglicht die Treiberung dem Autor, schnell die Quelle des Problems zu finden und den Fehler im Skript zu beheben.

Skript zur Berechnung der Fakultät im Debugging-Modus:


Das Debugging-Tool ist sehr einfach und besteht aus drei Hauptschaltflächen: «Start», «Ein Schritt vorwärts» und «Stopp» (vergessen wir nicht den «Eintritt» und «Ausgang» aus dem Debugging-Modus). Neben der schrittweisen Treiberung kann an jedem Block ein Haltepunkt gesetzt werden (ein einfacher Klick mit der Maus auf den Block).
Um die aktuellen Werte der Parameter (Sensoren, Relais) auf dem Monitor anzuzeigen, verwenden Sie den Block «print».
Hier Übersichtsvideo über die Verwendung des Debuggers.

Bereich für Neugierige. Was steckt dahinter?

Um die Szenarien auf dem Zielgerät auszuführen, wurde ein Bytecode-Interpreter und ein Assembler mit 38 Instruktionen entwickelt. Ein spezialisierter Code-Generator wurde in den Quellen von blockly integriert, der visuelle Blöcke in Assembleranweisungen umwandelt. Anschließend wird dieses Assemblerprogramm in Bytecode umgewandelt und an das Gerät zur Ausführung übergeben.
Die Architektur dieser virtuellen Maschine ist ziemlich einfach, weshalb es keinen besonderen Sinn macht, sie im Detail zu beschreiben. Im Internet finden Sie zahlreiche Artikel über das Design einfacher virtueller Maschinen.
Für den Stack meiner virtuellen Maschine reserviere ich normalerweise 1000 Bytes, was mehr als ausreichend ist. Natürlich können tiefe Rekursionen jeden Stack erschöpfen, aber es ist unwahrscheinlich, dass sie in der Praxis nützlich sind.

Der resultierende Bytecode ist ziemlich kompakt. Zum Beispiel beträgt der Bytecode für die Berechnung der Fakultät nur 49 Bytes. Hier ist seine visuelle Darstellung:


Und hier ist sein Assemblerprogramm:

shift -1
ldi 10
call factorial, 1
print
exit
:factorial
ld_arg 0
ldi 1
gt
je 8
ld_arg 0
ld_arg 0
ldi 1
sub
call factorial, 1
mul
ret
ldi 1
ret

Wenn die assemblermäßige Darstellung keinen praktischen Wert hat, bietet der Tab „JavaScript“ hingegen eine vertrautere Ansicht als visuelle Blöcke:

function factorial(num) {
  if (num > 1) {
    return num + factorial(num - 1);
  }
  return 1;
}

window.alert(factorial(10));

Was die Leistung betrifft. Bei der Ausführung eines einfachen Blinkerskripts erhielt ich auf dem Oszilloskopbildschirm ein 47 kHz-Mäander (bei einer Prozessor-Taktfrequenz von 80 MHz).

Ich halte dies für ein anständiges Ergebnis, denn diese Geschwindigkeit ist fast zehnmal schneller als die von Lua und Espruino.

Abschließender Teil

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Einsatz von Skripten es uns nicht nur ermöglicht, die Logik eines einzelnen Geräts zu programmieren, sondern auch mehrere Geräte zu einem einzigen Mechanismus zu verbinden, bei dem die einen Geräte das Verhalten der anderen beeinflussen.
Ich möchte auch anmerken, dass die gewählte Methode zur Speicherung der Skripte (direkt in den Geräten, nicht auf einem Server) es erleichtert, bereits funktionierende Geräte auf einen anderen Server, beispielsweise einen Heim-Raspberry, umzuschalten. finden Sie die Anleitung.

Das ist alles, ich freue mich auf Ratschläge und konstruktive Kritik.

Quelle: habr.com