Управление машинкой через WiFi с помощью ESP8266 NodeMCU. Arduino Tank управление через Wi-Fi
Добрый день!
Недавно заинтересовался идеей создания «умного дома». Так как из необходимых компонентов в моем распоряжении пока что имеются только arduino и телефон на андроиде, решено было начать с создания пульта управления и связи его с остальной частью системы.
Моё видение системы выглядит так:
Думаю стоит совместить домашний и веб-серверы, прикупив статический айпишник, но на первое время сойдет и так. Начнем с простого – научимся удаленно управлять светодиодом и LCD-дисплеем.
Web-server
На веб-сервере создаем БД с двумя таблицами – leds и texts. Таблица leds содержит 2 поля – id и status. Она содержит одну запись с актуальным состоянием светодиода. Таблица texts содержит 2 поля – id и text. Она также содержит одну запись с текстом, который в данный момент отображается на LCD-дисплее.Теперь напишем пару скриптов, которые будем вызывать с телефона и передавать информацию для БД. Пишем на php.
Скрипт led.php (управление светодиодом):
Скрипт msg.php (управление LCD-дисплеем):
Я думаю, что из комментариев ясно, как работают эти скрипты. Это все, что находится на веб-сервере. Теперь перейдем к домашнему серверу (или говоря проще, компьютеру, к которому подключен ардуино).
Домашний сервер
На нем будет постоянно работать программка (можно даже назвать ее – демон), посылающая запросы к БД и при изменении находящейся там информации, посылающая на COM-порт с ардуино соответствующую команду. Программку напишем на языке Processing:Import processing.serial.*; //библиотека для работы с COM-портом
import de.bezier.data.sql.*; //библиотека для работы с БД MySQL
Serial port;
MySQL dbconnection;
int prevLEDState = 0; //предыдущее состояние светодиода
String prevS = ""; //предыдущий текст, отпаврленный на LCD-дисплей
void setup()
{
port = new Serial(this, "COM4", 9600); //инициализируем COM-порт 4 (на не прицеплена ардуина), скорость обмена - 9600 бод
port.bufferUntil("\n");
String user = "имя_пользователя";
String pass = "пароль";
String database = "имя_бд";
dbconnection = new MySQL(this, "ваш_домен.ru", database, user, pass); //соединяемся с БД
dbconnection.connect();
}
void draw()
{
//следим за информацией о светодиоде в БД
dbconnection.query("SELECT * FROM leds WHERE id = "1""); //делаем запрос к таблице leds
while (dbconnection.next()) //обходим выборку из результата запроса
{
int n = dbconnection.getInt("status"); //получаем значение из поля status
if (n != prevLEDState) //если оно изменилось по сравнению с предыдущем "тактом" работы программы, то посылаем команду на COM-порт
{
prevLEDState = n;
port.write("1"); //первый переданный символ будет означать код выполняемой операции: 1 - управление светодиодом, 2 - управление LCD-дисплеем
port.write(n);
}
}
//следим за информацией о LCD-дисплее в БД
dbconnection.query("SELECT * FROM texts WHERE id = "1""); //делаем запрос к таблице texts
while (dbconnection.next())//обходим выборку из результата запроса
{
String s = dbconnection.getString("text"); //получаем значение из поля text
if (s != prevS)
{
prevS = s;
port.write("2");
port.write(s);
}
}
delay(50); //делаем задержку в 50 мс, чтобы не слать запросы непрерывно
}
Пояснять этот код я тоже не стану, все и так понятно.
Еще 1 важный момент. Чтобы программа с нашего компьютера могла обращаться к БД, расположенной на удаленном сервере, надо это разрешить. Вводим наш ip в список разрешенных:
Приложение для телефона
Телефон у меня андроиде, для него и пишем. Не буду сильно вдаваться в подробности (очень хорошо как о установке среды программирования, так и о написании первого приложения написано вот в этой статье - ссылка).Внешний вид приложения выглядит довольно скромненько, но в данном случае это не главное:
Приведу только отрывки кода программы под Android. Функция, вызывающая скрипт, управляющий светодиодом:
public void changeLED()
{
try
{
URL url1 = new URL("http://ваш_домен.ru/led.php");
HttpURLConnection urlConnection = (HttpURLConnection) url1.openConnection();
try {
InputStream in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream());
}
finally {
urlConnection.disconnect();
}
}
catch (Exception e)
{
}
}
Функция, отсылающая текст для отображения на LCD-дисплее:
public void submitMsg()
{
final EditText tt = (EditText) findViewById(R.id.editText1);
try
{
URL url1 = new URL("http://ваш_домен.ru/msg.php?msg="+tt.getText());
HttpURLConnection urlConnection = (HttpURLConnection) url1.openConnection();
try {
InputStream in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream());
}
finally {
urlConnection.disconnect();
}
}
catch (Exception e)
{
}
}
Ну и главная функция, в которой происходит привязка обработчиков событий к кнопкам:
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
final Button btn1 = (Button) findViewById(R.id.button1);
btn1.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
public void onClick(View v) // клик на кнопку
{
changeLED();
}
});
final Button btn2 = (Button) findViewById(R.id.button2);
btn2.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
public void onClick(View v) // клик на кнопку
{
submitMsg();
}
});
}
И еще один важный момент – добавить разрешение приложению на выход в интернет. Для этого в файл AndroidManifest.xml (он находится в директории нашего андроид-приложения) надо добавить строчку:
Экспортируем наше приложение в файл APK и устанавливаем на телефон. Пульт управления умным домом готов!
Arduino
Ну и наконец последнее, но не по значению – подключение ардуино и ее прошивка. Схема подключения LCD-экрана и светодиода к Arduino Uno выглядит следующим образом:
Резистор берем на 220 Ом. Более подробно про подключение LCD-экрана можно прочитать здесь - ссылка
А вот как это все выглядит в реальности:
Правда красиво?
Задача ардуино состоит в прослушивании того, что программа-демон на домашнем сервере посылает на COM-порт, к которому и подключена ардуино (хотя фактически подключение идет по USB-кабелю, но компьютер распознает его как последовательный порт). После получения каких-либо данных с компьютера, контроллер по первому символу переданной информации распознает код команды (т.е. чем сейчас предстоит управлять – LCD-дисплеем или светодиодом). Далее в зависимости от кода и следующей за ним информации выполняется либо включение/выключение светодиода, либо вывод на дисплей переданного сообщения. Итак, вот собственно код:
#include
Я думаю, пояснений он не требует, так как я очень подробно все расписал в комментариях. Единственное, что стоит отметить, так это некоторые ограничения на передаваемые для вывода на дисплей строки. Они не должны содержать пробелов (это ограничение накладывается несовершенством моего алгоритма) и не должны содержать кириллицы (т.к. она поддерживается не всеми дисплеями, а если и поддерживается, то требует передачи кодов символов в своей собственной кодировке, преобразовывать символы в которую нет никакого желания).
Заключение
Ну вот и все. Оказалось, что это довольно просто.Видео того как все работает:
Платы Arduino и подобные микроконтроллеры делают творчество более доступным, чем когда либо, пишут . Вне зависимости от целей использования – для автоматизации вашего дома или контроля светодиодных лент, или даже для защиты вашей собственности, эти удивительные маленькие технические устройства являются сердцевиной большинства электронных девайсов формата «сделай сам».
Если вам необходимо дать команду вашему Arduino изменить положение перемычек контакта (например, включить свет), то Arduino потребует от пользователя нажать на физическую кнопку или применить сенсор. Для многих проектов использование силы давления человеческого пальца или аналогичных методов управления устройствами вполне приемлемо, но что необходимо применить, если вам захотелось только собрать схему с возможностью дистанционного доступа?
Данная статья дает краткое описание шести способов соединения вашего устройства на платформе Android с любой совместимой платой Arduino.
1. ArduinoDroid позволяет создавать скетчи
Первое устройство в нашем списке — ArduinoDroid . Это приложение работает через USB On The Go (OTG), соединяющее ваше мобильное устройство с Arduino через USB кабель. Одно из преимуществ USB кабеля – это отсутствие необходимости соединения с интернетом или Bluetooth для функционирования устройства.
Приложение является полнофункциональным IDE, которое предоставляет пользователю возможность написания кода на смартфоне, сделать загрузку ранее написанных скетчей, которые хранятся в Dropbox или Google drive и затем начать процесс компиляции.
Преимущества использования приложения ArduinoDroid очевидны. Наличие под рукой IDE позволяет оперативно вносить изменения в поля, а процесс прикрепления устройства Android является менее сложным и трудоемким, чем попытки сбалансировать громоздкий ноутбук на руках!
Явный недостаток приложения ArduinoDroid заключается в том, что написание кода на вашем девайсе может быть не очень комфортным занятием, особенно если вы будете использовать для этих целей смартфон. Вместе с тем, это слабое место приложения не является столь ярко выраженным, когда на одной чаше весов – удобство иметь под рукой ультра-портативный способ программирования на вашей плате без необходимости наличия интернет соединения, а на другой чаше весов – не слишком комфортный метод написания кода.
С другой стороны, наличие ArduinoDroid является недорогим способом обучения основам Arduino, поскольку клон платы Arduino и USB On The Go стоят несколько долларов. Для тех, кому редко доступен компьютер, приложение ArduinoDroid является отличной альтернативой!
2. Arduino Bluetooth Controller
Следующая программа в нашем списке – удачно названный Контроллер Arduino Bluetooth . Это приложение имеет большую значимость относительно триггеров на изменения в загруженных скетчах, и меньшую значимость для программирования Arduino. Контроллер Arduino по Bluetooth посылает данные на вашу плату по Bluetooth, что дает вам возможность послать серийные данные нажатием кнопки. Вам потребуется модуль Bluetooth для вашей платы, хотя модуль HC-06 широко используется и доступен всего лишь за $3.
Заслуживает упоминания тот факт, что программа загружается на английском языке, хотя на картинках Play Store указан итальянский язык!
3. Приложение Blynk для разработки проектов
Приложение Blynk является отличной разработкой для создания проектов. Гибкость и простота приложения обеспечивают интуитивный подход к триггеру событий на вашей плате. Работа с Blynk требует наличия соединения с интернетом, поскольку приложение использует свой собственный сервер. Вы можете использовать либо Wi-Fi, либо мобильные данные для обеспечения доступа к приложению Blynk, и эта возможность отлично подходит для смартфонов.
Одно из самых сильных мест приложения – это вариативность подключений к устройству. При наличии поддержки практически всех разработческих плат, вы можете соединиться с сервером на беспроводной основе, или используя ethernet и даже компьютер через USB. Сервис отлично документирован, а его интуитивное приложение обеспечивает простоту интеграции кастомизированного контроля над вашим проектом. Библиотека Blynk для Arduino IDE следит за всеми коммуникациями.
Если вы предпочитаете включать вашу кофемашину с использованием смартфона до того, как встали с постели рано утром, это приложение, действительно, для вас!
Blynk является не единственным сервисом в этой категории. Стоит обратить внимание и на такой исключительно кастомизированный сервис как Thinger.io и практически безлимитный, хотя и чрезвычайно трудный OpenHAB . Из этих трех сервисов Blynk является самым быстрым при запуске и работе, хотя в долгосрочной перспективе изучение OpenHAB является отличной идеей.
4. Коммуникация с нуля
Описанные выше приложения предполагают использование уже существующих сервисов, которые оказывают вам помощь в обеспечении различных вариантов соединения. Что необходимо предпринять для осуществления полного и тотального контроля над каждым аспектом ваших приложений к устройствам Android? Почему бы вам не решить этот вопрос самостоятельно и с нуля?
Проблема обеспечения контроля над пакетом приложений решается просто через открытие USB связи и взаимообратную передачу серийных данных между приложениями и платой Arduino. Этот вариант обеспечения контроля является одним из лучших для знакомства с Android Studio и созданием приложений в целом.
Следует заметить, что при наличии методов и способов создания приложений для устройств на платформе Android без кода, заслуживает внимание и изучение основ кодирования программного обеспечения на Java.
5. Превратить ваш Arduino в сервер
Альтернативным способом обеспечения коммуникации с вашей платой является превращение ее в крошечный сервер. Ключевое преимущество такой трансформации платы в сервер является появление возможности коммуникации с платами с любого устройства, которое может осуществлять навигацию по IP адресу или отправлять веб-запрос. Это потребует прикрепления Ethernet shield к вашей плате к домашней сети.
Если у вас нет Ethernet shield, то аналогичный эффект может быть достигнут через Wi-Fi shield или через плату, соединенную с Wi-Fi, подобно NodeMCU.
Если код node.js является вашим джемом (jam), есть смысл взглянуть на проект arduino-android github . Еще раз повторим, что приложения для Android разработаны на основе открытого кода, и все, что необходимо сделать вам — это установить сервер node.js на выбранной вами Arduino плате.
6. Инфракрасный контроль
Если вы в поиске универсального инструмента коммуникации с вашим Arduino или вам хотелось бы сыграть роль легендарного секретного агента Макгайвер, то снимите инфракрасный приемник (ИТ) с вашей старой стереоустановки или VHS плеера и используете его для коммуникации с вашей Arduino платой!
Передавать прошивки, обновления и прочие данные путём паяльника и проводов – не лучшее решение для Ардуино. Однако микроконтроллеры для arduino wi-fi стоят недёшево, да и нужда в них есть далеко не всегда, отчего пользователи предпочитают их не использовать в своих проектах без надобности.
Но вот очередной китайский продукт захватил рынок, wi-fi jammer esp8266 своими руками можно присоединить к плате Ардуино или другой системе, и вы получите стабильное соединение с рядом других преимуществ. Так давайте разберёмся с arduino uno wi-fi, и стоит ли покупать данный модуль, а также, что вообще собой представляет подобный микроконтроллер на wi-fi ардуино.
Сейчас большая часть пользователей ардуино уже не беспокоится о цене подобных девайсов, хотя ещё 3 года назад arduino wi-fi модуль считался роскошью. Всё это благодаря wi-fi jammer esp8266, производители которого ввели на рынок совершенно новый продукт, поражающей своей функциональностью и, одновременно с тем, являющийся достаточно дешёвым, что внесло весомую лепту и создало конкуренцию в этом направлении.
Таким образом, arduino wi-fi esp8266 сейчас считается самым доступным модулем на рынке, как и все его собратья. Так, цена на зарубежных площадках стартует от 2-х долларов, что позволяет пачками закупать данные модули и не перепрошивать их тысячу раз, перепаивая контакты, чтобы сохранить работоспособность.
Сначала данный wi-fi модуль ардуино использовался, в основном, как arduino wi-fi shield, так как являлся наиболее дешёвым вариантом и ничем не уступал оригинальному. Устройство действительно практически легендарное, ведь весомых минусов за его стоимость не найти. Имеется множество библиотек, в том числе и пользовательских, а также поддерживает работу через Serial шины и простейшие АТ и АТ+ команды. Благодаря этому никакой семантики пресловутого С99, как это часто бывает с другими сторонними микроконтроллерами, изучать не нужно.
Соответственно, даже новичок разберётся за секунды, а профессионал сможет применить уже заготовленные библиотеки. Среди других достоинств отмечается:
- Процессор на 160 МГц, однако он 32-битный, что накладывает определённый отпечаток на производительность. Но стоит помнить, что модуль всё же применяется в связке с платами Ардуино, которые сами по себе режут высокие частоты и съедают большую часть ресурсов неизвестно для чего.
- Производитель, выпустивший wi-fi модуль esp8266, интересные проекты на этом не закончил, и сейчас имеется целая линейка микроконтроллеров проверенного качества.
- Современные стандарты защиты сети. Конечно, WPA и WPA2 уже давно не столь безопасны, как хотелось бы, но их наличие не может не радовать в таком дешёвом контроллере.
- 16 портов вывода, в том числе 10-битный, позволяющий поэкспериментировать с платой.
Что ещё важнее, с коробки вас ждёт постоянная память до 4 мегабайт, в зависимости от типа платы, а это в разы упрощает работу с большими библиотеками и даже некоторыми медиа-файлами. Ведь на большинстве плат ардуино и 1 мегабайт считается непозволительной роскошью.
Характеристики esp8266 wi-fi безусловно радуют, особенно в сравнении с его более дорогими конкурентами, но у пользователя, не имевшего ранее опыта с данными платами, возникнет вопрос о том, как же его подключить. Дело в том, что модуль имеет гораздо больше пинов, чем привыкли видеть новички, а, соответственно, у тех начинается паника. Однако, если разобраться в ситуации, то на деле в этом нет ничего сложного. Достаточно запастись припоем и паяльником и просто почитать инструкцию.
Как подключить Wi-Fi модуль к Arduino
Давайте же рассмотрим подключение esp8266 esp 12e и что такое esp8266 мост wi-fi uart. Ведь именно подключение и настройка модуля вызывают больше всего вопросов.
В первую очередь определитесь, какая версия микроконтроллера у вас на руках. В первой встраиваются светодиоды около пинов, а на второй, которую стали выпускать совсем недавно, сигнальные огни находятся около антенны.
Перед подключением стоит подгрузить последнюю прошивку, позволяющую увеличивать скорость обмена пакетами до 9600 единиц информации в секунду. А проверять соединение мы будем через кабель usb-ttl и соответствующий терминал от CoolTerm.
Пины для подключения вышеописанного кабеля стандартные, а вот питание идёт через 3.3 вольтовый пин с Ардуино. Важно помнить, что максимальную силу тока, которую подаёт плата, невозможно поставить выше 150 мА, а esp8266 esp 07 и esp8266 witty cloud wi-fi модуль для arduino требуют 240 Ма.
Однако, если другого источника тока нет, можете использовать и стандартный вариант от Ардуино, но мощность платы пострадает. Хотя, при не сильной загрузке, достаточно и 70 мА, будьте готовы к внезапным перезагрузкам микроконтроллера в пиковые моменты нагрузки и пишите софт соответственно, чтобы он фильтровал и разбивал файлы, не перегружая плату.
Еще один вариант подключения ниже. Важно - контакты RX-TX соединяются перекрестием. Так как уровни сигналов модуля ESP8266 3.3В, а Arduino 5В, нам нужно использовать резистивный делитель напряжения для преобразования уровня сигнала.
Прописываем Wi-Fi модуль в Arduino
Как известно, при должном опыте можно и шилд esp8266 ex 12e сопрячь со смартфоном, но у новичков и прописка esp8266 esp 12 в системе Ардуино вызывает трудности. На деле достаточно подключить модуль и проверить его работоспособность, скинув несколько штатных команд АТ через меню отладки.
Например, можно добавить мигание штатным светодиодом (для схемы подключения выше):
#define TXD 1 // GPIO1/TXD01 void setup() { pinMode(TXD, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(TXD, HIGH); delay(1000); digitalWrite(TXD, LOW); delay(1000); }
Как только плата подтвердит, что видит микроконтроллер в системе, можно начинать полноценную работу с ним. Однако стоит отметить, что если сама плата ардуино используется в проекте лишь для подключения данного контроллера – это иррационально.
Достаточно USB-UART преобразователя, так как esp8266 не использует «мозги» ардуино, а своей флеш-памяти ему вполне хватит для хранения пары базовых библиотек и прошивок. Соответственно, тратиться лишний раз на вспомогательную плату нет никакого смысла, если вы можете просто подпаять его к преобразователю и дальше использовать в проекте. При этом, подключив вспомогательный источник питания и не беспокоясь, что данные перестанут передаваться в самый ответственный момент из-за недостатка мощности системы.
Важное замечание! Для последней схемы скетч загружаем в Arduino как обычно, но так как модуль ESP8266 подключен к контактам 0 и 1, программирование становится невозможным. Компилятор будет показывать ошибку. Отсоедините провода идущие к ESP8266 от контактов 0 и 1, произведите программирование, а после верните контакты на место и нажмите кнопку сброса в Arduino.
С модулем Wi-Fi.
На Arduino Uno WiFi предусмотрено всё для удобной работы с микроконтроллером: 14 цифровых входов/выходов (6 из них могут использоваться в качестве ШИМ-выходов), 6 аналоговых входов, разъём USB, разъём питания, разъём для внутрисхемного программирования (ICSP) и кнопка сброса микроконтроллера.
Изюминка платы - модуль WiFi ESP8266, который позволяет Arduino обмениваться информацией с другими модулями по беспроводным сетям стандартов 802.11 b/g/n.
ESP8266 позволяет прошивать плату Arduino без использование USB-шнура в режиме OTA (Firmware Over The Air - «микропрограммы по воздуху»).
Видеообзор платы
Подключение и настройка
Для начало работы с платой Arduino Uno WiFi в операционной системе Windows скачайте и установите на компьютер интегрированную среду разработки Arduino - Arduino IDE.
Что-то пошло не так?
Настройка модуля WiFi
Прошивка Arduino по WiFi
Arduino Uno WiFi имеет в своём запасе ещё один приятный бонус - возможность загружать скетчи без использование USB-шнура в режиме OTA (Firmware Over The Air). Рассмотрим подробнее как это сделать.
Для этого необходимо войти в меню: Инструменты Порт и выбирать нужный порт.
Так как мы прошиваем Arduino по WiFi, плата определиться как удалённое устройство с IP-адресом
Среда настроена, плата подключена. Можно переходить к загрузке скетча.
Arduino IDE содержит большой список готовых примеров, в которых можно подсмотреть решение какой-либо задачи. Выберем среди примеров мигание светодиодом - скетч «Blink».
Прошейте плату нажав на иконку загрузки программы.
После загрузки светодиод начнёт мигать раз в секунду. Это значит, что всё получилось.
Теперь можно переходить к примерам использования .
Примеры использования
Web-сервер
Поднимем простой web-сервер, который будет отображать страницу с текущими значениями аналоговых входов.
web-server.ino /* Пример простого web-сервера, работающего на Arduino Uno WiFi. Сервер показывает значения на аналоговых входах и обновляет информацию каждые две секунды. Обратитесь к серверу по адресу http://Пример вывода значений с аналоговых пинов
" ) ; client.print ("- "
)
;
for
(int
analogChannel =
0
;
analogChannel <
4
;
analogChannel++
)
{
int
sensorReading =
analogRead(analogChannel)
;
client.print
("
- на аналоговом входе " ) ; client.print (analogChannel) ; client.print (": " ) ; client.print (sensorReading) ; client.print ("" ) ; } client.println ("
Элементы платы
Микроконтроллер ATmega328P
Сердцем платформы Arduino Uno WiFi является 8-битный микроконтроллер семейства AVR - ATmega328P.
Микроконтроллер ATmega16U2
Микроконтроллер ATmega16U2 обеспечивает связь микроконтроллера ATmega328P с USB-портом компьютера. При подключении к ПК Arduino Uno WiFi определяется как виртуальный COM-порт. Прошивка микросхемы 16U2 использует стандартные драйвера USB-COM, поэтому установка внешних драйверов не требуется.
Пины питания
VIN: Напряжение от внешнего источника питания (не связано с 5 В от USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, если к устройству подключён внешний адаптер.
5V: На вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора платы. Данный стабилизатор обеспечивает питание микроконтроллера ATmega328. Запитывать устройство через вывод 5V не рекомендуется - в этом случае не используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы из строя.
3.3V: 3,3 В от стабилизатора платы. Максимальный ток вывода - 1 А.
GND: Выводы земли.
IOREF: Вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения, плата расширения может переключиться на соответствующий источник питания либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с 5 В, так и с 3,3 В устройствами.
Порты ввода/вывода
Цифровые входы/выходы:
пины 0 – 13
Логический уровень единицы - 5 В, нуля - 0 В. Максимальный ток выхода - 40 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
ШИМ:
пины 3 , 5 , 6 , 9 , 10 и 11
Позволяют выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала.
АЦП:
пины A0 – A5
6 аналоговых входов, каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 значений). Разрядность АЦП - 10 бит.
TWI/I²C:
пины SDA и SCL
Для общения с периферией по синхронному протоколу, через 2 провода. Для работы - используйте библиотеку Wire .
SPI:
пины 10(SS) , 11(MOSI) , 12(MISO) , 13(SCK) .
Через эти пины осуществляется связь по интерфейсу SPI. Для работы - используйте библиотеку SPI .
UART:
пины 0(RX) и 1(TX)
Эти выводы соединены с соответствующими выводами микроконтроллера ATmega16U2, выполняющей роль преобразователя USB-UART. Используется для коммуникации платы Arduino с компьютером или другими устройствами через класс Serial .
Светодиодная индикация
Разъём USB Type-B
Разъём USB Type-B предназначен для прошивки платформы Arduino Uno WiFi с помощью компьютера.
Разъём для внешнего питания
Разъём для подключения внешнего питания от 7 В до 12 В.
Регулятор напряжения 5 В
Когда плата подключена к внешнему источнику питания, напряжение проходит через стабилизатор MPM3610 . Выход стабилизатора соединён с пином 5V . Максимальный выходной ток составляет 1 А.
Регулятор напряжения 3,3 В
Стабилизатор MPM3810GQB-33 с выходом 3,3 вольта. Обеспечивает питание модуля WiFi ESP8266 и выведен на пин 3,3V . Максимальный выходной ток составляет 1 А.
ICSP-разъём для ATmega328P
ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega328P. С использованием библиотеки SPI данные выводы могут осуществлять связь с платами расширения по интерфейсу SPI. Линии SPI выведены на 6-контактный разъём, а также продублированы на цифровых пинах 10(SS) , 11(MOSI) , 12(MISO) и 13(SCK) .
ICSP-разъём для ATmega16U2
ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega16U2.
Микросхема ESP8266 – один из самых популярных инструментов для организации беспроводной связи в проектах умного дома. С помощью беспроводного контроллера можно организовывать связь по интерфейсу WiFi, обеспечивая проектам Arduino выход в интернет и возможность дистанционного управления и сбора данных. На основе ESP8266 созданы такие популярные платы как WeMos и NodeMcu, а также огромное количество самодельных проектов. В этой статье, мы узнаем, что из себя представляет ESP82266, какие бывают ее разновидности, как работать с ESP8266 в среде Arduino IDE.
ESP8266 – микроконтроллер с интерфейсом WiFi, который имеет возможность исполнять программы из флеш-памяти. Устройство было выпущено в 2014 году китайской фирмой Espressif и практически сразу же стало популярным.
Контроллер недорогой, обладает небольшим количеством внешних элементов и имеет следующие технические параметры:
- Поддерживает Wi-Fi протоколы 802.11 b/g/n с WEP, WPA, WPA2;
- Обладает 14 портами ввода и вывода, SPI, I2C, UART, 10-бит АЦП;
- Поддерживает внешнюю память до 16 МБ;
- Необходимое питание от 2,2 до 3,6 В, потребляемый ток до 300 мА в зависимости от выбранного режима.
Важной особенностью является отсутствие пользовательской энергонезависимой памяти на кристалле. Программа выполняется от внешней SPI ПЗУ при помощи динамической загрузки необходимых элементов программы. Доступ к внутренней периферии можно получить не из документации, а из API набора библиотек. Производителем указывается приблизительное количество ОЗУ – 50 кБ.
Особенности платы ESP8266:
- Удобное подключение к компьютеру – через USB кабель, питание от него же;
- Наличие встроенного преобразователя напряжения 3,3В;
- Наличие 4 Мб флеш-памяти;
- Встроенные кнопки для перезагрузки и перепрошивки;
- Все порты выведены на плату на две гребенки с шагом 2,5 мм.
Сферы применения модуля ESP8266
- Автоматизация;
- Различные системы для умного дома: Беспроводное управление, беспроводные розетки, управление температурой, дополнение к сигнализационным системам;
- Мобильная электроника;
- ID метки;
- Детские игрушки;
- Mesh-сети.
Распиновка esp8266
Существует огромное количество разновидностей модуля ESP8266. На рисунке представлены некоторые из них. Наиболее популярным вариантом является ESP 01.
Исполнение программы требуется задавать состоянием портов GPIO0, GPIO2 и GPIO15, когда заканчивается подача питания. Можно выделить 2 важных режима – когда код исполняется из UART (GPIO0 = 0, GPIO2 = 1 и GPIO15 = 0) для перепрошивки флеш-карты и когда исполняется из внешней ПЗУ (GPIO0 = 1, GPIO2 = 1 и GPIO15 = 0) в штатном режиме.
Распиновка для ESP01 изображена на картинке.
Описание контактов:
- 1 – земля, 8 – питание. По документации напряжение подается до 3,6 В – это важно учесть при работе с Ардуино, на которую обычно подают 5 В.
- 6 – RST, нужна для перезагрузки микроконтроллера при подаче на него низкого логического уровня.
- 4 – CP_PD, также используется для перевода устройства в энергосберегающий режим.
- 7 и 0 – RXD0 и TXD0, это аппаратный UART, необходимый для перепрошивки модуля.
- 2 – TXD0, к этому контакту подключается светодиод, который загорается при низком логическом уровне на GPIO1 и при передаче данных по UART.
- 5 – GPIO0, порт ввода и вывода, также позволяет перевести устройство в режим программирования (при подключении порта к низкому логическому уровню и подачи напряжения) .
- 3 – GPIO2, порт ввода и вывода.
Распиновка ESP-12
Основные отличия Ардуино от ESP8266
- ESP8266 имеет больший объем флеш-памяти, при этом у ESP8266 отсутствует энергонезависимая память;
- Процессор ESP8266 быстрее, чем у Ардуино;
- Наличие Wi-Fi у ESP8266;
- ESP8266 потребляеn больше тока, чем для Ардуино;
Программирование ESP8266 в Arduino IDE
Программный комплект разработчика esp8266 включает в себя:
- Компилятор из пакета GNU Compiler Collection.
- Библиотеки, стеки протоколов WiFi, TCP/IP.
- Средство загрузки информации в программу контроллера.
- Операционная IDE.
Изначально модули ESP8266 поставляются с прошивкой от фирмы-изготовителя. С ее помощью можно управлять модулем с внешнего микроконтроллера, реализовывать работу с Wi-Fi как с модемом. Также существует множество других готовых прошивок. Некоторые из них позволяют настраивать работу модуля при помощи WEB-интерфейса.
Можно программировать из среды Arduino IDE. При ее помощи можно легко писать скетчи и загружать их в ESP8266, прошивать ESP8266, при этом не требуется сама плата Ардуино. Arduino IDE поддерживает все виды модулей ESP8266.
В настоящий момент для ESP8266 можно реализовать следующие функции:
- Основные функции языка Wiring. Управлять портами GPIO можно точно так же, как и пинами на плате Ардуино: pinMode, digitalRead, digitalWrite, analogWrite. Команда analogRead(А0) позволяет считать значения АЦП. При помощи команды analogWrite (pin, value) можно подключить ШИМ на нужном выходе GPIO. При value=0 ШИМ отключается, максимальное значение достигает константы, равной 1023.С помощью функций attachInterrupt, detachInterrupt можно выполнять прерывание на любом порте GPIO, кроме 16.
- Тайминг и delay. Используя команды millis и micros можно вернуть мс и мкс, которые прошли с момента старта. Delay позволяет приостановить исполнение программы на нужное время. Также функция delay(…) позволяет поддерживать нормальную работу Wi-Fi, если в скетче присутствуют большие элементы, которые выполняются более 50 мс. Yield() – аналог функции delay(0).
- Serial и Serial1 (UART0 и UART1). Работа Serial на ESP8266 аналогична работе на ардуино. Запись и чтение данных блокируют исполнение кода, если FIFO на 128 байт и программный буфер на 256 байт заполнены. Объект Serial пользуется аппаратным UART0, для него можно задать пины GPIO15 (TX) и GPIO13 (RX) вместо GPIO1(TX) и GPIO3(RX). Для этого после функции Serial.begin(); нужно вызвать Serial.swap();. Аналогично Serial1 использует UART1, который работает на передачу. Необходимый пин для этого GPIO2.
- Макрос PROGMEM. Его работа аналогична работе в Ардуино. Позволяет перемещать данные read only и строковые постоянные во flash-память. При этом в ESP8266 не сохраняются одинаковые константы, что приводит к дополнительной трате флеш-памяти.
- I2C. Перед началом работы с шиной I2C выбираются шины с помощью функции Wire.pins(int sda, int scl).
- SPI, OneWire – поддерживаются полностью.
Использование esp8266 для связи Ардуино по WiFi
Перед подключением к Ардуино важно помнить, что у ESP8266 напряжение питания не может быть выше 3,6, в то время как на пате Ардуино напряжение равно 5 В. Соединять 2 микроконтроллера нужно с помощью резистивных делителей. Перед подключением модуля нужно ознакомиться с распиновкой выбранного ESP8266. Схема подключения для ESP8266-01 представлена на рисунке.
3,3 В с Ардуино – на Vcc&CH_PD на модуле ESP8266, Земля с Ардуино – к земле с ESP8266, 0 – TX, 1 – RX.
Для поддержки стабильной работы ESP8266 необходим источник постоянного напряжения на 3,3 В и максимальный ток 250 мА. Если питание происходит от конвертера USB-TTL, могут происходить неполадки и сбои в работе.
Работа с библиотекой Wi-Fi для ESP8266 схожа с библиотекой для обыкновенного шилда. Имеется несколько особенностей:
- mode(m) – для выбора одного из трех режимов: клиент, точка доступа или оба режима единовременно.
- softAP(ssid) – нужен для создания открытой точки доступа.
- softAP(ssid, password) – создает точку доступа с паролем, который должен состоять не менее чем из 8 знаков.
- WiFi.macAddress(mac) и WiFi.softAPmacAddress(mac)– определяет МАС адрес.
- WiFi.localIP() и WiFi.softAPIP() – определение IP адреса.
- printDiag(Serial); – позволят узнать данные о диагностике.
- WiFiUDP – поддержка передачи и приема multicast пакета в режиме клиента.
Работа выполняется по следующему алгоритму:
- Подключение USB-TTL к USB и к ESP.
- Запуск Arduino IDE.
- Выбрать в меню инструменты нужный порт, плату, частоту и размер flash-памяти.
- Файл - Примеры - ESP8266WiFi - WiFiWebServer.
- Записать в скетче SSID и пароль сети Wi-Fi.
- Начать компиляцию и загрузку кода.
- Дождаться окончания процесса прошивки, отсоединить GPIO0 от земли.
- Поставить скорость 115200.
- Произойдет подключение, будет записан адрес IP.
- Открыть браузер, ввести в адресной строке номер IP/gpio/1
- Посмотреть монитор порта, если к выходу GPIO2 подключен светодиод, он должен загореться.
NodeMCU на базе esp8266
NodeMCU – это платформа, основанная на базе модуля esp8266. Используется для управления схемой на расстоянии при помощи интернета через Wi-Fi. Плата малогабаритная, компактная, стоит дешево, на лицевой стороне имеется разъем для USB. Рядом кнопки для отладки и перезагрузки микроконтроллера. Также установлен чип ESP8266. Напряжение питания – от 5 до 12 В, желательно подавать более 10 В.
Большим преимуществом платы является ее малое энергопотребление. Нередко их используют в схемах с автономным питанием. На плате расположены всего 11 портов общего назначения, из них некоторые имеют специальные функции:
- D1 и D2 – для интерфейса I2C/ TWI;
- D5-D8- для интерфейса SPI;
- D9, D10 – для UART;
- D1-D10 – могут работать как ШИМ.
Платформа имеет современное API для аппаратного ввода и вывода. Это позволяет сократить количество действий во время работы с оборудованием и при его настройке. С помощью прошивки NodeMCU можно задействовать весь рабочий потенциал для быстрой разработки устройства.
WeMos на базе esp8266
WeMos – еще один вид платформы, основанный на базе микроконтроллера esp8266. Соответственно, имеется Wi-Fi модуль, поддерживается Arduino IDE, имеется разъем для внешней антенны. Плата имеет 11 цифровых входов/выходов, которые (кроме D0) поддерживают interrupt/pwm/I2C/one-wire. Максимальное напряжение питания достигает 3,3 В. Также на платформе присутствует USB разъем. Аналоговый вход 1 с максимальным напряжением 3,2В.
Для работы с модулем нужно установить драйвер CH340 и настроить Ардуино IDE под ESP8266. Для этого нужно в меню настройки в строке «дополнительная ссылка для менеджера плат» добавить адрес http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json.
После этого требуется найти пакет esp8266 by ESP8266 и установить его. Затем нужно выбрать в меню инструменты микроконтроллер Wemos D1 R2 и записать нужный скетч.
Выводы по ESP8266
С помощью плат на основе микросхемы ESP8266 вы можете добавить в свои проекты возможности “большого интернета”, сделав их гораздо более интеллектуальными. Дистанционное управление, сбор и анализ данных на сервере, обработка голоса и работа с изображением – все это становится доступным, когда мы подключаем наш проект по WiFi к интернету. В следующих статьях мы подробно рассмотрим то, как можно программировать устройства на базе esp8266, а также уделим внимание таким популярным платам как WeMos и NodeMcu.