TinyLiDAR jūsu garāžā!: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

DIY WiFi garāžas durvju atvēršanas projekts

IoT pasaule tikai sāk eksplodēt - katrs tehnoloģiju uzņēmums visā pasaulē cenšas izdomāt, kā viņi iederēsies šajā jaunajā pasaulē. Tā ir tik liela iespēja! Tāpēc šajā pamācībā, saskaņā ar šo IoT tēmu, mēs apskatīsim, kā jūs varat izveidot savu IoT demonstrētāju, kas patiesībā ir noderīgs;)

TL; DR kopsavilkums

• iestatiet uzticamu darbplūsmu ESP32 WiFi moduļa kodēšanai
• zibspuldzi
• salieciet to uz maizes dēļa
• lejupielādējiet mūsu lietojumprogrammas kodu un izpakojiet to
• pievienojiet savus WiFi akreditācijas datus un statisko IP
• savienojiet to ar savu WiFi tīklu
• rediģējiet sliekšņus un uzstādiet to savā garāžā
• pievienojiet to garāžas durvju atvērēja kontaktiem
• un noklikšķiniet prom!
• LOJUMS NAV VAJADZĪGS (izņemot tapas, lai izlauztu dēļus, ja nepieciešams)

Nepieciešamas detaļas

• tinyLiDAR lidojuma attāluma sensora moduļa laiks
• Wipy3.0 vai līdzīga uz ESP32 balstīta WiFi plate
• Optiski izolēts cietvielu relejs (Omron G3VM-201AY1) garāžas durvju atvērēja vadībai
• 470 omu rezistors (5% 1/8 vati vai lielāki ir labi)
• Īslaicīgs spiedpogas slēdzis BOOT (GPIO0) tapai, lai atjauninātu programmaparatūru uz ESP32 plates
• USB uz seriālo atslēgu, lai augšupielādētu kodu un mijiedarbotos ar REPL ESP32 (izmantojiet 3.3v I/O versiju)
• Maizes dēlis + vadi
• Barošanas avots: no 3.3V līdz 5V pie 500mA vai vairāk. Barošanas avotam un microUSB sadales panelim varat izmantot microUSB mobilā tālruņa lādētāju, lai to pievienotu maizes dēlim.

1. darbība: IoT Kas?

Neapšaubāmi, jūs jau esat dzirdējis par terminu IoT visos plašsaziņas līdzekļos, bet ko tas nozīmē?

Brīvi runājot, tas nozīmē visu veidu sensoru un kontrolējamu lietu pieslēgšanu internetam. Mūsdienās internets ir bezvadu savienojuma sinonīms, un tāpēc mums ir viss elektroniskais, kas pēkšņi kļūst bezvadu savienojums, izmantojot kaut kādu bezvadu saiti, piemēram, WiFi/BT/LoRa/SigFox utt. Kad ir izveidots savienojums ar internetu, mēs varam nojaust un/vai kontrolēt šīs lietas no mūsu iecienītākā mobilā kontroliera, piemēram, mūsu mobilā tālruņa, vai automatizēt tās, izmantojot kādu lietotni, kas darbojas kaut kur serverī (ti, mākonis).

Lai gan lielākie uzņēmumi pēdējā laikā tirgo vairāk balss vadību, AI un mākoņa savienojumu; visa tā īstenošanas pamati joprojām ir tie paši. Lai kāds no šiem jēdzieniem būtu iespējams, jums ir jāpievieno sava "lieta" bezvadu saitei. Tātad, sāksim ar pamatiem un uzzināsim, kā savienot tinyLiDAR lidojuma attāluma sensoru ar zemu izmaksu WiFi moduli un pēc tam rādīt, lai nosūtītu datus turp un atpakaļ pa tīklu. Līdz šīs pamācības beigām jums būs sava garāžas durvju tālvadības pults ar WiFi, ar reāllaika monitoru, lai pārbaudītu, vai durvis ir atvērtas vai aizvērtas.

Tehniski runājot, kā parādīts iepriekšējā blokshēmā, šis projekts īsteno mikropitona tīmekļa serveri, kas darbojas uz ESP32 WiFi moduļa, izmantojot “websockets” sakaru protokolu, lai pārsūtītu datus uz priekšu un atpakaļ no jebkuras mobilās tīmekļa pārlūkprogrammas. Papildus tam mums ir tinyLiDAR lidojuma attāluma sensora laiks, kas veic mērījumus pēc pieprasījuma, lai jūs varētu pārbaudīt, vai garāžas durvis ir atstātas atvērtas.

2. darbība. Izmēģiniet - nē, izmēģiniet to tūlīt

Tas viss ir salīdzinoši jauna elektronikas joma, tāpēc, lai lietas darbotos pareizi, būs jāveic daudz eksperimentu. Mēs ceram, ka jūs varēsit balstīties uz šo kodu bāzi un izveidot dažus interesantākus savus IoT projektus.

Viss šajā rakstā izmantotais kods šīs rakstīšanas laikā strādāja labi. Tomēr, tā kā inovācijas ātrums IoT telpā pieaug, līdz šī raksta lasīšanai lietas var būt mainījušās. Jebkurā gadījumā, risinot problēmas un pielāgojot tās savām vajadzībām, jūs vismaz nonāksit šajā jaunajā aizraujošajā telpā un sāksit domāt kā IoT inženieris!

Gatavs? Sāksim ar pirmo soli, lai izveidotu savu stabilu attīstības vidi.

3. darbība: Micropython un ESP32

ESP32 WiFi moduļus izveidoja Espressif, un tie ir daudz uzlabojušies kopš to pirmās paaudzes ESP8266 moduļiem, kas bija tikai pirms dažiem gadiem. Šīm jaunajām versijām ir daudz vairāk atmiņas, spēcīgāks procesors un vairāk funkciju nekā sākotnējiem moduļiem, un tās joprojām ir zemas izmaksas. Iepriekš redzamā diagramma ļauj jums saprast, cik daudz viņi varēja iepakot šajā mazajā ESP32 mikroshēmā. Pats ESP32 IC ir divkodolu mikrokontrolleris ar 802.11b/g/n WiFi radio un arī Bluetooth 4.2 radio. Moduļos, kuru pamatā ir ESP32, parasti tiks pievienota antena, papildu FLASH atmiņa un jaudas regulatori.

Ņemiet vērā, ka šajā pamācībā sakot ESP32 modulis, mēs atsaucamies uz Pycom Wipy3.0 plates, kuru pamatā ir ESP32 mikroshēma/modulis. Pēc mūsu pieredzes, šķiet, ka Pycom plates ir augstākas konstrukcijas kvalitātes nekā parasti pieejamie zemo izmaksu ESP32 moduļi. Izstrādājot, vienmēr ir noderīgi samazināt pēc iespējas vairāk mainīgo, tāpēc izvēlējāmies Pycom plates, nevis zemu izmaksu ģenēriskos medikamentus.

OEM lietojumprogrammām ESP32 kodēšana parasti tiek veikta C valodā, bet, par laimi, mums ir arī daudz iespēju izvēlēties, tāpēc, ja nevēlaties, jums nebūs jāsamazina līdz šim līmenim. Mēs izvēlējāmies izmantot mikropitonu visai mūsu kodēšanai šajā pamācībā.

Mikropitons, kā jūs jau domājāt, ir pilnas Python programmēšanas valodas apakškopa, kas nodrošina dažas mazāk pazīstamas meklētājprogrammas un vietnes, piemēram, Google, YouTube un Instagram;)

Micropython sākotnēji tika izmantots kā starta projekts STM32 procesorim, bet tagad ir kļuvis ļoti populārs daudziem dažādiem mikrokontrolleriem. Šeit mēs izmantojam jaunāko oficiālo Pycom ESP32 mikropitona portu.

4. solis: ātrāks ceļš

Mikropitona kodam ir vienkārša priekšējā gala lietotāja saskarne ar nosaukumu REPL, kas apzīmē lasīšanas – novērtēšanas – drukāšanas cilpu. ESP32 REPL parasti darbojas ar 115.2Kbaud, jo tam ir piekļūts caur seriālo portu. Iepriekš redzamajā attēlā parādīta šī REPL uzvedne, ko apzīmē trīs bultiņas, kas gaida tiešās komandas. Tas ir vienkāršs veids, kā izmēģināt mūsu vienkāršās komandas, un lielākā daļa kodētāju to izmanto savas programmatūras izstrādei, taču mēs atklājām, ka tas ir sāpīgi lēns ceļš. Tāpēc mēs nolēmām šo pamācību darīt citādi …

Tā kā ESP32 moduļiem ir ātrs WiFi savienojums, mums vienkārši jāpiekļūst modulim, izmantojot WiFi, izmantojot FTP serveri, kas jau ir iestrādāts standarta mikropitona kodā. Tas ļaus mums izmantot FTP klientus, piemēram, FileZilla, lai vienkārši vilkt un nomest kodu uz ESP32.

Tāpēc, lai to izdarītu, vispirms ir jāiegūst ESP32 modulis jūsu WiFi tīklā. Wipy3.0 moduļi pēc noklusējuma darbina nelielu piekļuves punktu, lai jūs varētu tiem tieši pieslēgties no klēpjdatora vietnē 192.168.4.1. Skatiet sīkāku informāciju šeit, ja jums patīk šī metode.

Mēs savā laboratorijā strādājam pie galddatoriem, tāpēc vēlējāmies, lai ESP32 moduļi tiktu savienoti ar mūsu tīklu. Lai to izdarītu, mums vienkārši jāpiešķir modulim statiska IP adrese un paroles informācija, lai pieteiktos mūsu WiFi tīklā.

5. darbība: lejupielādējiet tūlīt

Lejupielādējiet lietojumprogrammas kodu tūlīt un izpakojiet failus datora pagaidu mapē. Pēc tam sāciet rediģēt skripta failus mywifi.txt un boot.py, izmantojot savus WiFi tīkla akreditācijas datus.

Btw - mūsu iecienītākais teksta redaktors joprojām ir SublimeText. To var lejupielādēt šeit.

Jums arī vajadzētu lejupielādēt TeraTerm termināla programmatūru un FileZilla FTP programmatūru tūlīt, ja tā vēl nav jūsu datorā.

Jums būs jāiestata FileZilla, kā parādīts iepriekš attēlos. Arī vietnes pārvaldniekā jums ir jāpievieno jauna vietne ESP32 pieteikumvārdam, izmantojot izvēlēto statisko IP adresi, kā parādīts iepriekš. Lietotājs ir "micro" un parole ir "python". Ir svarīgi izmantot pasīvo FTP un ierobežot to tikai ar atsevišķiem savienojumiem. Mēs atklājām, ka augšupielādes ātruma ierobežošana palīdzēja arī novērst augšupielādes aizkavēšanos. Lai gan tas nav parādīts attēlos, būtu lietderīgi saistīt SublimeText programmu ar failu tipiem, lai varētu rediģēt kodu, veicot dubultklikšķi uz FTP ekrāna kreisās puses. Lai to izdarītu, vienkārši dodieties uz izvēlni Iestatījumi un failu rediģēšanas/failu tipu asociācijās ievadiet savas SublimeText exe faila atrašanās vietu katrai asociācijai. Piemēram, mūsējais bija:

js "C: / Sublime Text Build 3065 x64 / sublime_text.exe"

. "C: / Sublime Text Build 3065 x64 / sublime_text.exe" htm "C: / Sublime Text Build 3065 x64 / sublime_text.exe" html "C: / Sublime Text Build 3065 x64 / sublime_text.exe" py "C: / Sublime Teksta būve 3065 x64 / sublime_text.exe "css" C: / Sublime Text Build 3065 x64 / sublime_text.exe"

Kopējiet šīs instrukcijas iegūtos lietojumprogrammu failus savā datorā jaunā mapē ar nosaukumu "FTP", kā mēs to darījām. Vēlāk būs vieglāk vilkt no šejienes FileZilla iekšpusē.

Parasti ir laba ideja, lai ESP32 darbinātu pašu jaunāko programmaparatūru. Pycom moduļu jaunināšana, lai izmantotu jaunāko mikropitonu, ir ļoti vienkārša, un to var izdarīt apmēram 3 minūtēs, izmantojot to programmaparatūras atjaunināšanas rīku.

Vienkārši noteikti iestatiet USB COM portu uz seriālo dongli un atceliet ātrgaitas režīma izvēli, kā parādīts attēlā "Sakari" iepriekš. Mūsējais bija COM ports 2. Ņemiet vērā, ka, lai ESP32 moduļi nonāktu šajā jaunināšanas režīmā, jums būs jānospiež GPIO0/sāknēšanas poga (uz P2 tapas), vienlaikus nospiežot un atlaižot pogu Atiestatīt.

6. darbība: aparatūras laiks

Tagad būtu īstais laiks pieslēgt aparatūru uz maizes dēļa, kā parādīts iepriekš attēlotajā shematiskajā diagrammā.

Pēc tam, kad tas viss ir pabeigts. Sāciet termināļa programmatūru ar atbilstošo COM portu USB seriālajam donglim, iestatiet to uz 115,2Kbaud.

Ieslēdzot, modulim vajadzētu parādīt pazīstamo REPL uzvedni, kas parāda trīs bultiņas ">>>".

Tagad dodieties uz rediģēto failu mywifi.txt un nokopējiet visu saturu (CTRL+C). Pēc tam dodieties uz termināļa REPL ekrānu un nospiediet taustiņu kombināciju CTRL+E, lai nokļūtu izgriešanas un ielīmēšanas režīmā. Pēc tam ar peles labo pogu noklikšķiniet, lai ielīmētu saturu REPL ekrānā, un pēc tam nospiediet taustiņus CTRL+D, lai izpildītu ielīmēto.

Tūlīt jāsāk atpakaļskaitīšana, lai teiktu, ka tā mēģina izveidot savienojumu ar jūsu WiFi tīklu. Iepriekš redzamais ekrānuzņēmums parāda veiksmīga savienojuma ziņojumu.

Kad esat izveidojis savienojumu, varat izmantot FileZilla, lai izveidotu savienojumu ar FTP serveri moduļos ar statisko IP adresi, kuru izvēlējāties jau failos mywifi.txt un boot.py.

7. solis: Vai joprojām esat kopā ar mums?

Ja līdz šim viss ir kārtībā, tad labi jums! Smagais darbs ir paveikts:) Tagad tā būs gluda burāšana - vienkārši sagrieziet un ielīmējiet, un jūs sāksit darboties, lai pēc tam varētu to uzstādīt savā garāžā.

Lai rediģētu kādu no kodiem, varat divreiz noklikšķināt uz FileZilla FTP loga kreisās puses, un tas sāks SublimeText. Saglabājiet izmaiņas un pēc tam velciet to uz labo pusi, kas ir ESP32 logs.

Pagaidām vienkārši velciet failus no FileZilla kreisās puses uz labo pusi, lai katru failu augšupielādētu atsevišķi ESP32 modulī. Tas aizņem tikai dažas īsas sekundes, nevis minūtes, kā to dara parastā REPL metode. Lūdzu, ņemiet vērā, ka visiem failiem jābūt sakņu direktorijā ar nosaukumu "flash" Pycom plates iekšpusē. Jūs varat izveidot grāmatzīmi programmā FileZilla, lai būtu vieglāk šeit atgriezties nākamreiz.

Ja kādreiz rodas problēma, kad FileZilla karājas un tiek augšupielādēts laiks, jūs pamanīsit failu ESP32 pusē, kurā ir 0 baiti. Mēģinājums to pārrakstīt var padarīt jūs traku, jo tas nekad nebeidzas neatkarīgi no tā, ko mēģināt! Tas ir ļoti dīvains stāvoklis un notiek ļoti bieži. Labākais risinājums tam ir izdzēst 0 baitu failu un ieslēgt moduli. Pēc tam iegūstiet svaigu avota faila kopiju, lai to vēlreiz augšupielādētu ESP32 modulī. Ņemiet vērā, ka šeit galvenais ir jauna kopija. Kaut kā avota fails vienkārši netiks augšupielādēts pareizi, ja tas karājas šādi pat vienu reizi.

Mēs atklājām, ka tas palīdz katru failu atsevišķi vilkt uz ESP32 moduli, sākot ar sāknēšanu boot.py. Šis pirmais fails ir atbildīgs par jūsu moduļa iekļaušanu tīklā, tāpēc jums vairs nevajadzēs izgriezt un ielīmēt REPL. Tomēr jūs varat paņemt mapi www un vilkt to vienā kadrā. Tas vienmēr ir palīdzējis mūsu attīstībai. Visi šie faili tiek glabāti borta nemainīgajā zibatmiņas krātuvē ESP32 modulī, lai tie būtu tur pēc barošanas izslēgšanas. Tikai fyi - main.py tiks izpildīts pēc boot.py katru reizi, kad modulis tiek ieslēgts.

8. solis: uzlaušanas padomi

Apskatiet visu kodu un mēģiniet meklēt Google, lai atrastu neatpazīstamus atslēgvārdus. Kad viss ir sagatavots un darbojas, varat mēģināt mainīt visu, kas jums liekas, lai redzētu, ko tas dara.

Ja kaut kas noiet greizi, jūs vienmēr varat notīrīt kodu un/vai atkārtoti mirgot modulī apmēram 3 minūšu laikā, kā jau iepriekš.

Lai pārformatētu zibspuldzi un notīrītu visu kodu vienā reizē, ierakstiet REPL:

importēt OS

os.mkfs ('/flash')

Pēc tam veiciet barošanas ciklu vai nospiediet atiestatīšanas pogu uz Wipy plates.

Ņemiet vērā, ka ir arī vēl viens veids, kā apiet boot.py & main.py, ja jums kaut kas liek prātā. Vienkārši īslaicīgi pievienojiet tapu P12 3,3 V izejas tapai un nospiediet pogu Atiestatīt, kā parādīts iepriekš. Tas apiet visu jūsu kodu un vienu reizi dosies tieši uz REPL, lai jūs varētu noskaidrot lietas, neizdzēšot visu kodu no zibspuldzes.

Kad esat pabeidzis visu failu augšupielādi, vienkārši nospiediet ESP32 moduļa pogu Atiestatīt, lai to restartētu.

Jūs redzēsit pazīstamo atpakaļskaitīšanu REPL termināļa ekrānā, kad tas atkal piesakās jūsu WiFi tīklā. Atšķirība ir tāda, ka šis kods šoreiz tiek palaists no faila boot.py.

9. darbība: tīmekļa lapas

Mikroprocesora serverim ESP32 vajadzētu darboties, tāpēc izmēģiniet to, izmantojot darbvirsmas pārlūku vai mobilo ierīci.

Vienkārši dodieties uz savu statisko IP adresi, un jums vajadzētu redzēt līdzīgu ekrānu kā iepriekš.

No mūsu mikroprocesora servera, kas darbojas ar ESP32, tiek nodrošinātas divas tīmekļa lapas.

Pirmā ir noklusējuma lapa index.html, kas sniedz vienkāršu pogu ATVĒRT/AIZVĒRT, lai simulētu jūsu rīcībā esošo garāžas durvju atvērēju. Nospiežot to tīmekļa pārlūkprogrammā, tiks parādīta liela zila zobrata ikona. Tas ir apstiprinājums tam, ka interneta ligzdas savienojums tika izveidots veiksmīgi un jūs esat saņēmis apstiprinājumu no servera, ka jūsu komanda "prese" ir saņemta pareizi. Nospiežot šo pogu, Pycom panelī vajadzētu iedegties arī spilgti zaļai gaismas diodei. Websockets savienojums pārraida pogas stāvokļus, nosūtot vienkāršas īsziņas "nospiediet", kad to nospiežat, un "nospiediet", kad to atlaižat. Lai apstiprinātu, mikrouzraudzības serveris nosūta šo tekstu atpakaļ, bet tam pievieno "_OK", lai teiktu, ka tas ir saņēmis pareizi.

Kad esat pievienojis garāžas durvju atvērējam optiski izolētos cietvielu releja (SSR) spailes (skatiet attēla shematisko diagrammu), tad, nospiežot pogu, durvis tiks arī fiziski atvērtas/aizvērtas.

Dodiet tai dažas sekundes un mēģiniet vēlreiz, ja neredzat zilo zobrata ikonu, jo tā, iespējams, tiek atsāknēta. Ņemiet vērā, ka tīmekļa ligzda tiks automātiski aizvērta apmēram pēc 20 sekundēm, ja to neizmantojat, lai novērstu bloķēšanu. Ņemiet vērā arī to, ka tīmekļa ligzdas ir orientētas uz savienojumu, tāpēc, lai mainītu lapas, jums ir jāpārtrauc tīmekļa ligzda, pretējā gadījumā, iespējams, nevarēsit izveidot savienojumu vēlreiz, līdz noklikšķināsit uz ESP32 moduļa atiestatīšanas. Mūsu piemēra kodam ir daži veidi lai apturētu tīmekļa ligzdu: pieskarieties statusa tekstam, griešanās punktiem vai hipersaitei, lai pārietu uz nākamo lapu.

Otrā tīmekļa lapa ir paredzēta attāluma mērījumu nolasīšanai no tinyLiDAR lidojuma attāluma sensora laika. Vienkārši nospiediet pogu vienu reizi, un tā aptuveni 20 sekundes sāks straumēt attāluma rādījumus uz jūsu mobilo ierīci. Nospiežot uz leju, Pycom panelī iedegsies sarkana gaismas diode, lai jūs varētu pateikt, ka no šīs lapas tiek saņemta pogas nospiešanas komanda.

Abas lapas norāda, ka durvis ir atvērtas vai aizvērtas, nolasot attālumu no tinyLiDAR. Mainīgais doorThreshold ir jāiestata abos html failos skripta sadaļā, kā parādīts šeit:

//--------------------------

// **** Pielāgojiet pēc vajadzības **** var doorThreshold = 100; // attālums cm var ws_timeout = 20000; // maksimālais laiks ms, lai durvis varētu atvērt/aizvērt, pēc noklusējuma ir 20 sekundes // -------------------------- // --- -----------------------

Jums būs jārediģē šis garāžas uzstādīšanas slieksnis, lai tas varētu noteikt, kad garāžas durvis ir satītas un līdz ar to ATVĒRTAS vai nolaistas un līdz ar to AIZVĒRTAS. Kad esat rediģējis savu slieksni abos html failos, augšupielādējiet šos html failus vēlreiz un pārstartējiet to, lai pārbaudītu, vai viss joprojām darbojas pareizi.

Ja viss ir kārtībā, tagad varat doties uz priekšu un uzstādīt dēli otrādi garāžā, kā parādīts attēlā. Pievienojiet arī SSR 3. un 4. tapu pie sava garāžas durvju atvērēja. Polaritātei nav nozīmes, jo mēs izmantojam SSR MOSFET versiju - tai ir tikai jāsavieno kontakti, lai simulētu pogas klikšķi uz jūsu garāžas durvju pamatiekārtas.

10. solis: un viss

Apsveicam! Garāžas durvju atvēršana tagad ir tikpat vienkārša kā pieskaršanās tālrunim, un jūs varat pārbaudīt, vai tās tika atstātas vaļā, veicot mērījumus reālā laikā, izmantojot tinyLiDAR:)

Tagad varat arī izmantot ESP32 kopā ar tīmekļa ligzdām, izmantojot WiFi, gandrīz jebkuram, ko vēlaties. Lasiet vairāk par "websockets", ja neesat ar tiem pazīstami - tie patiešām ir diezgan ātri un ērti lietojami.

TinyLiDAR ieviešana ar ESP32 bija arī ļoti vienkārša, lai gan sensors sākotnēji bija paredzēts darbam ar Arduino UNO. Mums ir sarežģītāks termināļa GUI beta laidiens, kas palaiž lielāko daļu tinyLiDAR komandu ESP32 mikropitonā - skatīt attēlu iepriekš. Tas ir pieejams mūsu lejupielāžu sadaļā kopā ar atsauces rokasgrāmatu utt.

Apskatiet visu mūsu kodu, lai saprastu, kā viss notiek, un mēģiniet mainīt lietas, lai jūs varētu uz tā pamata darīt visu, ko vēlaties.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka par drošību šeit netika runāts. Drošība ir milzīga joma IoT, un tā ir jāuztver nopietni. Ja vēlaties izmantot šo projektu savā garāžā, jums jāuztur savas WiFi tīkla paroles spēcīgas un drošas. Tīmeklī ir daudz informācijas par drošību, tāpēc noteikti izlasiet jaunāko informāciju un sekojiet tai.

Paldies, ka lasījāt un priecīgu uzlaušanu! Priekā.