Univerzální deska pro ESP8266 ESP-01

Pro experimenty s ESP8266 konkrétně s modulem ESP-01 jsem navrhl a vyrobil jednoduchou univerzální desku. Deska obsahuje měnič, který je nastaven na výstupní napětí 3.3V. Měnič pochází z eBay. Dále tlačítko, které slouží k aktivaci bootloaderu pro update firmware. Všechny GPIO porty jsou vyvedeny na svorkovnici. Dále je zde konektor pro připojení sériové linky. Deska je navržena jako jedno stranná. Lze ji vyrobit např. metodou transferu toneru jednoduše i v domácích podmínkách.

Zapojení není třeba dále komentovat.

Schéma zapojení

Plošný spoj

Hotová deska

Veškeré soubory jsou k dispozici na:
https://github.com/ok1cdj/ESP8266-LUA/tree/master/ESP-01-board

ESP8266: WI-FI a internet do každého zařízení V.

V tom článku si ukážeme praktické použití. Uděláme teploměr s čidlem DS18B20, který bude v pravidelných intervalech odesílat data na thingspeak.com. Thingspeak je otevřená cloud platforma pro různá zařízení co sbírají data. Výhodu je, že odeslání dat je velmi jednoduché, není třeba žádná složitá autentizace. Z dat se automaticky vytváří graf. Je možné je pak exportovat. Nejdříve si musíte na thingspeak.com založit účet a vytvořit kanál kam budeme odesílat data. K danému kanálu je třeba získat API klíč pro zápis.

Zapojení je velmi jednoduché:

Dále pomocí IDE nahrajeme dva subory ds1820.lua a init.lua.
Soubor ds1820.lua čte teplotu z čidla a odesílá metodou GET data na server thingspeak.com. Zde nastavte váš API klíč pro zápis a periodu jak často chcete data odesílat. Výchozí hodnota je 1 minuta.

-- ds1820.lua
-- Measure temperature and post data to thingspeak.com
-- 2014 OK1CDJ
--- Temp sensor DS18B20 is conntected to GPIO0
pin = 3
ow.setup(pin)

counter=0
lasttemp=-999

function bxor(a,b)
   local r = 0
   for i = 0, 31 do
      if ( a % 2 + b % 2 == 1 ) then
         r = r + 2^i
      end
      a = a / 2
      b = b / 2
   end
   return r
end

--- Get temperature from DS18B20 
function getTemp()
      addr = ow.reset_search(pin)
      repeat
        tmr.wdclr()
      
      if (addr ~= nil) then
        crc = ow.crc8(string.sub(addr,1,7))
        if (crc == addr:byte(8)) then
          if ((addr:byte(1) == 0x10) or (addr:byte(1) == 0x28)) then
                ow.reset(pin)
                ow.select(pin, addr)
                ow.write(pin, 0x44, 1)
                tmr.delay(1000000)
                present = ow.reset(pin)
                ow.select(pin, addr)
                ow.write(pin,0xBE, 1)
                data = nil
                data = string.char(ow.read(pin))
                for i = 1, 8 do
                  data = data .. string.char(ow.read(pin))
                end
                crc = ow.crc8(string.sub(data,1,8))
                if (crc == data:byte(9)) then
                   t = (data:byte(1) + data:byte(2) * 256)
         if (t > 32768) then
                    t = (bxor(t, 0xffff)) + 1
                    t = (-1) * t
                   end
         t = t * 625
                   lasttemp = t
         print("Last temp: " .. lasttemp)
                end                   
                tmr.wdclr()
          end
        end
      end
      addr = ow.search(pin)
      until(addr == nil)
end

--- Get temp and send data to thingspeak.com
function sendData()
getTemp()
t1 = lasttemp / 10000
t2 = (lasttemp >= 0 and lasttemp % 10000) or (10000 - lasttemp % 10000)
print("Temp:"..t1 .. "."..t2.." C\n")
-- conection to thingspeak.com
print("Sending data to thingspeak.com")
conn=net.createConnection(net.TCP, 0) 
conn:on("receive", function(conn, payload) print(payload) end)
-- api.thingspeak.com 184.106.153.149
conn:connect(80,'184.106.153.149') 
conn:send("GET /update?key=YOURKEY&field1="..t1.."."..t2.." HTTP/1.1\r\n") 
conn:send("Host: api.thingspeak.com\r\n") 
conn:send("Accept: */*\r\n") 
conn:send("User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; esp8266 Lua; Windows NT 5.1)\r\n")
conn:send("\r\n")
conn:on("sent",function(conn)
                      print("Closing connection")
                      conn:close()
                  end)
conn:on("disconnection", function(conn)
                                print("Got disconnection...")
  end)
end

-- send data every X ms senconds to thing speak
tmr.alarm(0, 60000, 1, function() sendData() end )

Soubor initi.lua - se spustí automaticky po restartu. Připojí se k nastavené WIFI síti a počká na přidělení IP adresy a pak spustí skript ds1820.lua. Ve skriptu je třeba nastavit vaši síť.

--init.lua
print("Setting up WIFI...")
wifi.setmode(wifi.STATION)
--modify according your wireless router settings
wifi.sta.config("SSDID","PASSWORD")
wifi.sta.connect()
tmr.alarm(1, 1000, 1, function() 
if wifi.sta.getip()== nil then 
print("IP unavailable, Waiting...") 
else 
tmr.stop(1)
print("Config done, IP is "..wifi.sta.getip())
dofile("ds1820.lua")
end 
end)

Zdrojové kódy je možné také sthnout zde: https://github.com/ok1cdj/ESP8266-LUA/tree/master/Thermometer-DS18B20-Thingspeak

Jak je vidět ESP8266 s LUA firmwarem je použitelné pro různé aplikace. Není problém v něm napsat jednoduchý klient i server, připojit různé periférie (momentálně 1-wire nebo i2c).

ESP8266: WI-FI a internet do každého zařízení IV.

Lua je odlehčený, reflexivní, imperativní a procedurální programovací jazyk navržený jako skriptovací jazyk s rozšiřitelnou sémantikou. Název je odvozen z portugalského slova pro měsíc. Jeho celá implementace se vejde do 100 kB. Pokud umíte něco naprogramovat v PHP nebo Pythonu nebude pro vás LUA žádný problém.


1. Proměnné
Rozlišujeme dva druhy proměnných. Globální a lokální. Globální existují všude a lokální pouze v bloku (funkci) kde vznikly. Název proměnné by měl začínat vždy písmenem a pozor jsou rozlišována velká a malá písmena.
Proměnné můžou být těchto typů: nill - nic, prázdná hodnota, čísla, znaky, stav (true/false - 0/1), řetězce, tabulky, funkce.
Příklad:
i=nill
k=1
flag=true
bname="ahoj"

2. Komentáře a klíčová slova
-- komentář
Klíčová slova:
and    break  do   else     elseif   
end    false  for  function if
in     local  nil  not      or
repeat return then true     until
while

3. Podmínky, funkce, cykly

Podmínka if
1.  if condition then
            block
   end
2.  if condition then
            block1
   else
            block2
   end
 
3.  if condition1 then
            block1
  elseif condition2 then
            block2
  elseif condition3 then
            block3
  else
            block4
  end

Funkce
1.  function Name()
            block
  end
 
2.  Name = function()
            block
   end

Cykly
1.  for variable = beginning, end, step do
            block
  end
   
2.  for variable, name  in table do
            block
   end
 
 3.  while condition do
            block
   end
 
 4.  repeat
            block
   until condition

Není  cílem popsat ze celou syntaxi jazyka LUA. Chtěl jsem pouze na příkladech ukázat, že je přehledná a jednoduchá. Více informací o jazyce LUA je v češtině třeba na root.cz nebo je k dispozici i kniha v češtině.

NodeMCU API implementuje rozhraní k funkcím čipu, kompletní popis je zde ve wiki.

Několik ukázek práce s API

Manipulace s GPIO
    pin = 1
    -- nastaví pin jako výstup
    gpio.mode(pin,gpio.OUTPUT)
    -- nastaví pin na log 1
    gpio.write(pin,gpio.HIGH)
    -- přečte a vypíše hodnotu pin
    print(gpio.read(pin))

Jednoduchý webserver
    srv=net.createServer(net.TCP) 
    srv:listen(80,function(conn) 
      conn:on("receive",function(conn,payload) 
        print(payload) 
        conn:send("<h1> Hello, NodeMcu.</h1>")
      end) 
      conn:on("sent",function(conn) conn:close() end)
    end)


Jak je vidět i vytvoření jednoduchého web serveru díky dobré implementaci v API zabere pár řádek kódu.

V příštím díle si ukážeme jak udělat WIFI teploměr s uploadem dat na thingspeak.com.

ESP8266: WI-FI a internet do každého zařízení III.

V minulém díle jsme rozchodili alternativní  LUA firmware NodeMCU a připojili modul k WIFI. Teď můžeme začít psát vlastní programy. Ve firmware je implementovaný jednoduchý filesystém. Pro programy a další soubory máme k dispozici cca 150 kB. LUA příkazy můžeme psát přímo do konzole. Tak se nám neuchovají pro příští použití. Lepší bude ukládat je do souboru.

Soubor vytvoříme takto:
-- otevře 'test.lua' in 'a+' mode
    file.open("test.lua", "a+")
-- zapíše slovo 'pokus' na konec souboru
    file.writeline('pokus')
    file.close() 

Tímto způsobem můžeme vytvářet soubory. Ale jak vidíte, je to poměrně krkolomné. Výhodnější bude když si pořídíme nějaké vývojové prostředí, které se  o zápis souborů postará za nás. Vývojových prostředí jsem vyzkoušel několik. Nejpropracovanější a nejvíce rozvíjené jsou teď asi dvě.

 Lua loader - aplikace pro Windows (funguje i na Linuxu od Wine)

ESPlorer - multiplatformní aplikace, vyžaduje Javu verze 8. Funguje na WIN i Linuxu. 

Obě aplikace jsou si dost funkčně podobné. ESPlorer umožňuje posílat i AT příkazy pro originální firmware a je připraven i pro použití s dalšími alternativními firmwary.

V příštím díle si ukážeme základy syntaxe jazyka LUA a API NodeMCU firmwaru.

ESP8266: WI-FI a internet do každého zařízení II.

V tomto článku popíšu jak do ESP8266, konkrétně modulu verze ESP-01 (do ostatních verzí to bude podobné) nahrát alternativní firmware. Já jsem začal používat firmware NodeMCU. Tento firmware je podle mě asi nejdál ze všech. Včera byly k tomuto firmware zveřejněny i zdrojové kódy což jeho vývoj asi ještě urychlí. Tento firmware v sobě obsahuje skriptovací jazyk LUA. V tomto jazyce pak můžeme psát svoje vlastní programy.

Pozor, celý modul je napájen z 3.3V a GPIO porty netolerují napětí 5V. Odběr při komunikaci přes WIFI může být až 250mA a napájení z interního stabilizátoru USB převodníku nemusí stačit pro správnou funkci a je třeba použít externí napájení.

Zapojení modulu pro flash firmware

Modul zapojíme podle schématu. Zatím nepřipojujeme GPIO0 na zem a vyzkoušíme nejdříve nějakým terminálovým programem (např. Coolterm) zda nám modul komunikuje i s originálním firmware. Rychlost by měla být 115200 bd (u některých hodně starých verzí 57600 bd). Na  AT+GMR by měl vrátit verzi fw.
Stáhneme aktuální firmware z:  
https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware/tree/master/pre_build/0.9.4/512k-flash

Nejčastěji se vyskytují moduly s 512k flash pamětí, ale jsou k dispozici i pro jiné velikosti.

Nyní budeme potřebovat nějaký nástroj pro nahraní nového firmware. 
Pro Linux např. https://github.com/themadinventor/esptool
Pro windows např. https://github.com/nodemcu/nodemcu-flasher


Modul připojíme podle schématu a GPIO0 připojíme na zem a a pak teprve připojíme napájení.

V linuxu použijeme příkaz:
./esptool.py -p /dev/<path-to-serial> write_flash 0x000000 nodemcu_512k.bin

Ve WIN nahrajeme aplikací.

Po odpojení GPIO0 a resetu napájení by měl modul začít komunikovat rychlostí 9600 bd.

Můžeme zkusit zadat příkazy pro připojení k WIFI a vypsání IP adresy.

Základní připojení k WIFI síti:
print(wifi.sta.getip())
--0.0.0.0
wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.config("SSID","password")
print(wifi.sta.getip())
--192.168.18.110

Modul by se měl připojit a získat IP adresu z DHCP serveru. Nyní můžeme začít vytvářet svoje vlastní programy.

V příštím díle si ukážeme jak s modulem efektivně komunikovat a jak vytvářet vlastní scripty.

ESP8266: WI-FI a internet do každého zařízení I.

Co je vlastně ESP8266 ? Modul pro převod sériové linky na WI-FI. Řeknete si, takových modulů na trhu je, ale tento se dá pořídit pod 5 USD. Ano, do 100 Kč včetně poštovného, pořídíte modul, který připojíte pomocí 4 vodičů ke stávajícímu zařízení a můžete komunikovat po WI-FI. Podporuje módy v b/g/n, zabezpečení  WPA/WPA2 a umí pracovat jako Station nebo AP. Přisel na trh jaře tohoto roku jak jinak než z Číny. Na začátku byl k dispozici jen čínský datasheet a nic moc informací. Nyní na internetu kupa informací a je uvolněno SDK a tím pádem je možné psát vlastní firmware. A také s několik alternativních firmware již objevilo. Ty to posouvají o hodně dál. Už není třeba připojovat další MCU, ale lze celý modul využít samostatně. Co vím tak jsou k dispozici například - Nodemcu LUA, Nodelua, Frankenstein, Micropython. Některé jsou ještě hodně syrové. Nejdále je momentálně asi Nodemcu LUA.

Různé verze, dnes jich je k dispozici asi 12

Zapojení vývodů ESP-01

U všech věcí kolem ESP8266 probíhá momentálně bouřlivý vývoj. Hodně informací je možné nalézt na fóru esp8266.com.

V příštím článku článku popíšu jak do modulu nahrát alternativní firmware, konkrétně  Nodemcu LUA a vytvořit jednoduché zařízení připojené do internetu.