Table Of ContentПроекты домашней
автоматики на ESP8266
Используйте возможности этого крошечного
Wi-Fi-чипа для создания захватывающих умных
домашних проектов.
Каталин Батрину
Об авторе
Каталин Батрину окончил Политехнический университет Бухареста по
специальности «Электроника, телекоммуникации и информационные технологии».
Последние 16 лет он работал разработчиком программного обеспечения в области
телекоммуникаций. Он работал со старыми протоколами и новейшими сетевыми
протоколами и технологиями, поэтому он испытал все недавние преобразования в
телекоммуникационной отрасли. Он реализовал множество
телекоммуникационных протоколов, от адаптаций доступа и магистральных
коммутаторов до высокопроизводительных коммутаторов операторского класса на
различных аппаратных платформах от Wintegra и Broadcom.
Интернет вещей стал для него естественной эволюцией, и теперь он сотрудничает
с разными компаниями, чтобы построить мир завтрашнего дня, который сделает
нашу жизнь более комфортной и безопасной. Используя ESP8266, он создал
прототипы устройств, таких как контроллеры полива, интеллектуальные розетки,
оконные ставни, цифровые адресные элементы управления освещением,
элементы управления окружающей средой, и все они управляются
непосредственно из мобильного приложения через облако. Брокер MQTT с мостом
и сервером WebSockets был даже разработан для ESP8266. Скоро эти устройства
станут частью нашей повседневной жизни, и мы все будем наслаждаться их
функциональностью.
Незабудьтезатемследитьзаегоблогом https://myesp8266.blogspot.com иза
новойплатформойкакуслугой, которуювыскорообнаружитена
https://iotcentral.eu.
Оглавление
Предисловие 1
Глава 1. Начало работы с ESP8266 7
Начиная с микросхемы ESP8266 8
Установка Arduino IDE 9
Загрузка программы Arduino IDE 9
Настройка Arduino IDE 11
Установка ESP8266 SDK 13
Как установить библиотеку 17
Библиотеки из репозитория Ардуино 18
Библиотеки нет в репозитории 19
Пришло время для вашей первой программы 20
Увидеть результат 22
Подключение ESP8266 к Wi-Fi 24
Получение данных из Интернета 26
Отправка данных в Интернет 35
Резюме 41
Глава 2: Создание и настройка собственного сервера MQTT 42
Транспорт телеметрии очереди сообщений - MQTT 42
Качество обслуживания 43
Безопасность 43
Сохранять сообщения и последнюю волю 44
Основная терминология 44
Подстановочные знаки в темах 46
Представляющий брокер Mosquitto 47
ESP8266 и MQTT 51
Публикация данных с ESP8266 53
Получение сообщений MQTT в ESP8266 56
Защита Mosquitto 59
Резюме 64
Глава 3: Создание домашнего термостата с ESP8266 65
SPIFFS 65
Объекты SPIFFS 67
Объект каталога 69
Файловый объект 70
Датчик температуры 73
Резюме 85
Table of Contents
Глава 4: Устройствауправленияс ESP8266 86
Использование библиотеки WiFiManager 86
Добавлениепараметровнастраницунастройки WiFiManager
и сохранение их в файл 94
ESP8266 иинфракраснаясвязь 98
Компоненты устройства 99
Программы и библиотеки для этого проекта 100
Резюме 104
Глава 5: Использование ESP8266 для создания системы безопасности 105
Пассивный инфракрасный датчик 105
Как работают PIR 105
Тестирование модуля PIR 109
Подключение модуля PIR к Интернету 113
Код безопасности ESP8266 PIR 122
Резюме 126
Глава 6: Защита ваших данных 127
Включение шифрования на mosquitto 127
Установка пакета openssl 127
Создание собственных сертификатов 128
Защита соединения между ESP8266 и брокером MQTT 131
Работа офлайн 135
Сохранение данных на SD-карту 140
Резюме 143
Глава 7: Связь в реальном времени 144
Веб-сокеты 144
Детали протокола 144
Потоковая передача данных с ESP8266 145
Акселерометр ADXL345 146
Подключение к ESP8266 147
Код ESP8266 148
Код бэкэнда 156
Общедоступная веб-страница 158
Резюме 159
Глава 8: Добавление мобильного приложения в умный дом 160
Установка Docker и использование контейнеров 160
Получение проявочного образа 163
Образы Docker 164
Настройка местного брокера 168
Спецификации кода ESP8266 171
Резюме 177
[ ii ]
Предисловие
Стехпор, какбылпостроенпервыйдом, человексознательностаралсяегоулучшить,
сделатьболеекомфортнымибезопасным. Домашняяавтоматизацияилидомотика
существуютуженесколькодесятилетийсточкизренияосвещенияипростого
управленияприборами, итольконедавнотехнологиидогналиидеювзаимосвязанного
мира, позволяющегополныйконтрольнадвашимдомомизлюбогоместа, чтобы
статьреальностью.
ESP8266 - недорогой чип, позволяющий эффективно создавать систему домашней
автоматики.
В этой книге будет продемонстрировано несколько простых в реализации проектов
домашней автоматики - от управления реле до считывания всех видов параметров,
таких как температура, влажность, освещенность или присутствие,которые позволят
отправлять данные из модулей ESP8266 в ваше частное облако. Более того, вы
спроектируете и создадите безопасное облако и мобильное приложение, которые
обеспечат комфорт и безопасность . К концу этой книги вы сможете создавать свои
собственные взаимосвязанные устройства для лучшей жизни.
Нарынкедоступномножествовариантов, ивыможетевыбратьсвойсобственный
модуль ESP8266 взависимостиотпотребностейвашегопроекта. Некоторыеиз
широкораспространенныхпроектовдомашнейавтоматикивключаютсоздание
портативногомонитораокружающейсреды, беспроводногоудаленного
ЖК-дисплея, диммера / переключателяпеременноготока Air Gesture,
интеллектуальныхгаражныхворот Wi-Fi, освежителявоздуха IoT идымовой
пожарнойсигнализациисподключениемкИнтернету.
Домашняяавтоматикаопределенноникуданеденется, посколькупродолжает
удовлетворятьпотребностипотребителей, которыеищутболееэффективныеспособы
доступакинформациииуправлениядомашнейсредой.
С домашней автоматизацией вы можете управлять своим устройством так, как хотите.
О чем эта книга
Вглаве 1 «Началоработыс ESP8266» рассказываетсяобосновахработыс
микросхемой ESP8266 Wi-Fi, втомчислеотом, каквыбратьмодульикакнастроить
микросхему ESP8266. Выузнаете, какнастроитьплату ESP8266, чтобыееможно
былоиспользоватьвоставшейсячастикниги. Выбудетезнать, каквыбрать
правильныймодуль ESP8266, посколькунарынкедоступномножествовариантов.
Послеэтоговыизучитеосновычипа ESP8266 Wi-Fi инаучитесьсчитыватьданныес
датчика, подключенногокчипу.
Вглаве 2 «Созданиеинастройкасобственногосервера MQTT» рассказываетсяо
созданииинастройкесервера MQTT дляиспользованияс ESP8266. Вэтойглавевы
узнаете, какполучить, скомпилировать, установитьинастроитьсервер MQTT,
которыйбудетиспользоватьсявглавахвкачествецентральногошлюза MQTT.
Предисловие
Вглаве 3 «Созданиедомашнеготермостатаспомощью ESP8266» рассказывается, как
создатьдомашнийтермостатспомощью ESP8266. Выузнаете, какизмерить
температуруввашемдомеспомощьютермостата, какотобразитьэтутемпературуна
экране, атакжекакотрегулироватьтемпературувсоответствиисвашими
пожеланиями.
Глава 4, Управляющиеустройстваиз ESP8266, показывает, какуправлятьбытовой
техникой, котораячастоприсутствуетвдоме, например, лампами, светодиодамии
другимиприборами. Выузнаете, какуправлятьнесколькимибытовымиприборами,
используятолькомикросхему Wi-Fi ESP8266. Благодарявозможностиподключения
чипак Wi-Fi высможетеудаленноуправлятьвсемиустройствами.
Глава 5, Использование ESP8266 для создания системы безопасности, описывает,
как построить полную систему безопасности на основе ESP8266. Вы узнаете, как
подключиться к элементам модуля ESP8266, которые необходимы для системы
безопасности, таким как датчики движения, камеры и сигнализация. После этого
вы сможете построить полную систему безопасности на основе этих элементов.
Глава 6, Защита ваших данных. Эта глава посвящена добавлению SSL для
безопасной связи между модулями ESP8266 и брокером. Вы научитесь шифровать
пакеты, чтобы защитить данные и убедиться, что ваше общение остается
конфиденциальным.
В главе 7, Связь в реальном времени, есть несколько случаев использования, когда
вам нужно видеть данные, полученные с датчиков в реальном времени,
регистрировать значения в базе данных или отображать их на красивом графике.
Глава 8 «Добавлениемобильногоприложениявумныйдом». Чтобызавершить
путешествиевмирумногодомаиуправлятьсвоимдомомстелефона, вы
создадитемобильноеприложениедля Android.
Что вам понадобится для этой книги
Чтобыначатьработус ESP8266, вампонадобитсярядпрограммныхи аппаратных
компонентов.
Микросхема ESP8266 и ее модуль, датчики, такие как ADXL345, датчики
температуры, датчики PIR и кабели, инструменты для пайки. В каждой главе я
старался сделать хорошую картинку и дать хорошее описание.
Для программ нам потребуется ПК с установленной Windows и VirtualBox. Для
приложения Arduino IDE с версией SDK не ниже 1.5.3 для ESP8266, Lubuntu Linux
16.04 установлен в Virtual Box, Docker установлен в Virtual Box, InfluxDB и Grafana
установлены в Virtual Box.
[ 2 ]
Предисловие
Для кого эта книга
Эта книга предназначе над лялюдей,кото рыех отят реализ оватьнед орогиеп роекты
домашней а втоматикисисп ользованиеммикросхемыW i-Fi E SP8266,а также
полн остьюавтома тизироват ь свой дом Ба зовоепонимани еплатыбылобы
дополнительнымп реимуществом. .
[ 3 ]
1
Начало работы с ESP8266
НевозможнонеслышатьобИнтернетевещей(IoT),которыйначинаетпроникатьвнаши
домаинашу жизньвместеснеобходимостьюежедневнопотреблятьиконтролировать
огромноеколичество данных.УвсехнасестьсмартфонсподключениемкИнтернету,и
мыможеммгновеннонаходить людейповсемумируисвязыватьсясними.
Еслимыможемобщатьсяиобсуждатьслюдьмиповсемумиру,почемубыне
контролироватьнашидома,нашимашиныинашиофисыснашегосмартфона?
ИменноздесьнасценувыходитIoT,которыйпозволяетнамподключатьк
Интернету практическилюбойобъект.
Внастоящеевремянарынкеестьнесколькомикросхем,способныхподключатьсяк
Интернету,ноодинмаленькийчеловечекпривлеквниманиеразработчиковсвоими
характеристикамииценой.
ЭтоESP8266,недорогоймикроконтроллерМКсподдержкойTCP / IPиWi-Fi,
разработанныйEspressIf Systems,компанией,расположеннойвШанхае,имыузнаем о
нембольшевэтойкниге.Вэтойглавем ырассмотримследующиетемы:
Установка Arduino IDE
Настройка IDE Arduino для ESP8266
Открытие ESP8266
Подключение вашего ESP к сети Wi-Fi
Начало работы с ESP8266 Глава 1
Знакомство с микросхемой ESP8266
ESP8266 -этонедорогой32-битныймикроконтроллерRISCсвозможностьюподключения
кWi-Fi,способныйработатьначастотах80или160МГц.Онимеет64КБайтОЗУдля
инструкцийи96КБайтОЗУданных.
Дляпрошивкиидругогохранилищаданныхкнемуподключенавнешняяфлеш-память
QSPI,размер которойможетварьироватьсяот512КБдо4МБ.Самчипимеет16
контактовввода/вывода общегоназначения(GPIO),нонекоторыеизнихиспользуются
дляподключенияфлэш-памятиQSPI.Остальныеконтактыподдерживают
последовательныйпериферийныйинтерфейс(SPI), I2C, I2S,универсальныйасинхронный
приемник/передатчик(UART)иодин10-битныйАЦП.
ВозможностиWi-FiсоответствуютIEEE 80.11 b / g / nиобеспечиваютаутентификацию
WPA / WPA2иWEP,нотакжемогутподключатьсякоткрытымсетям.
ДляэтойглавывампонадобитсятольковыбранныйвамимодульESP8266,посколькув
настоящее времядоступномножествопроизводителейитиповплат.
Теперьформ-факторвашейплатызависитотограниченийвашегопроекта,нодля
началаработыс этимчипоммыможемиспользоватьоднуизследующихплат:
ПлатаWitty ESP12-F
NodeMCU v1.0
WeeMos D1 mini
Любаяплатабудетработатьнормально,ноесливыновичок,ябы
порекомендовалвамначатьсплатыWitty ESP12-F,потомучтовнейужеесть:
LDR (фоторезистор) подключенный к аналоговому входу А0
Светодиод RGB, подключенный к GPIO 15, GPIO 12 и GPIO13
Кнопка, подключенная к GPIO 4
Позже, когдамыдобавимдругиедатчикик ESP8266, этотмодульможнобудетзаменить
любымдругиммодулей ESP8266.
[ 8 ]
