Добавляем WiFi к Arduino Uno
В этом уроке мы подключим наш микроконтроллер Arduino Uno к Интернету, используя модуль ESP8266 WiFi.
Шаг 1. Комплектующие
Модуль ESP8266 WiFi представляет собой полноценную сеть Wi-Fi, а вы можете легко подключиться в качестве обслуживающего адаптера Wi-Fi, интерфейса беспроводного доступа в Интернет к любому устройству на основе микроконтроллера благодаря простому подключению через последовательный интерфейс или интерфейс UART.
Добавление этого модуля в проекты где используется Arduino откроет новые интересные возможности.
Детали, используемые в проекте Arduino WiFi мы перечислим ниже. Компоненты оборудования:
- Arduino UNO × 1
- ESP8266 ESP-01 × 1
- Перемычки (на выбор) × 1
- Резистор 10 кОм × 1
- Резистор 1 кОм × 2
Шаг 2. Суть проекта
Есть много способов использовать ESP866 для коммуникаций. Некоторые могут использовать его для отправки/получения данных онлайн или регулярной загрузки данных. В этом уроке мы покажем, как мы можем общаться с Arduino по беспроводной связи, используя ваш телефон (Android или iPhone). Всё будет сделано в автономном режиме, поэтому не нужно иметь подключение к интернету.
ESP8266 будет служить точкой доступа (режим AP), то есть он будет предоставлять доступ к сети Wi-Fi другим устройствам (станциям) и далее подключать их к проводной сети. Процесс этот довольно прост.
Распиновка ESP
Используйте свой телефон, чтобы отправить любую команду в Arduino, а с помощью ESP8266 все будет работать без проводов.
Шаг 3. Схема соединения
Мы можем соединить Ардуино и WiFi модуль двумя способами — первый с резисторами и второй вариант без резисторов. Остановимся на обеих схемах.
Вариант 1
Соединяем контакты, как описано на прилагаемой таблице контактов ниже:
Следуйте этим шагам:
- подключите красный провод к VIN (3,3 В) к питанию + 3,3 В от микроконтроллера;
- подключите черный провод к земле;
- подключите зеленый провод к TX модуля Wifi и микроконтроллера;
- подключите желтый провод к RX модуля Wi-Fi и микроконтроллера.
Подключите VIN к 3,3 В для включения питания, а также контакт ENABLE для включения модуля.
TX подключен к RX, что означает, что все, что мы хотим передать в ESP8266, получит Arduino UNO. И наоборот для RX в TX. Создав эту схему, мы теперь готовы запустить WiFi с Arduino UNO.
Вариант 2
Соедините контакты, соответственно этой таблице контактов ниже:
- подключите оба контакта ECC VCC / 3.3V / Power Pin и Enable (красные провода) к резистору 10 кОм, а затем к выводу питания Uno + 3.3V;
- соедините контакт заземления / заземления ESP (черный провод) с выводом заземления / заземления Arduino Uno;
- подключите TX ESP (зеленый провод) к контакту 3 Uno;
- подключите RSP (синий провод) ESP к резистору 1 кОм, затем к контакту 2 Uno;
- подключите RX (синий провод) ESP к резистору 1 кОм, затем к выводу GND заземления Uno.
О схеме
Вывод питания ESP на ESP11 имеет маркировку VIN, однако для некоторых версий это может быть 3,3 В или Power или VCC. Вам также нужно будет включить вывод ESP CH_EN или Enable, чтобы он работал.
Как мы уже обсуждали, — не используйте напряжение на ESP больше чем 3.3 В. ESP8266 строго использует 3,3 В. Более того, это разрушит модуль. Так как Arduino имеет 5 В, нам пришлось поставить делитель напряжения — это резисторы.
TX ESP подключен к RX Arduino Uno, что означает, что все, что мы хотим передать (TX) в ESP, получит (RX) от Uno, и наоборот. Создав эту схему, мы теперь готовы запустить WIFI с Arduino UNO.
Шаг 4. Настройка соединения
После того, как все настроено, вы заметите, что ваш ESP8266 Wifi будет доступен в радиусе действия вашего телефона.
1. Скачать TCP Client для Android
Вы можете скачать любой TCP-клиент, доступный в Play Store, но я использовал TCP-клиент от Sollae Systems
2. Со своего телефона подключитесь к вашему ESP8266 Wifi
Если ваш Wi-Fi ESP8266 не отображается в доступных сетях Wi-Fi, убедитесь, что ваш Arduino работает и все подключено правильно. Если нет, устраните неполадки вашего ESP, следуя документации модуля.
Обычно имя wifi / ssid начинается в ESP после его названия версии, у меня ESP11.
3. После подключения получите статический IP-адрес.
IP-адрес по умолчанию в режиме AP — 192.168.4.1.
Вы можете изменить статический IP-адрес, следуя этой Wifi.config() ссылке.
4. Откройте TCP Client, который вы загрузили ранее.
Создайте соединение, нажав кнопку «Подключить», добавьте IP-адрес ESP и порт 80 следующим образом:
80 — это порт, который я использовал для нашего сервера ESP, но вы можете изменить его, заменив 80 на любой номер порта из нашего кода в строке 23.
5. Подождите, пока на консоли TCP появится сообщение «Подключено».
Шаг 5. Общаемся с Arduino Uno через смартфон
После подключения отправьте запрос, введя следующий код для клиента TCP:
Или включите встроенный светодиод с помощью команды:
Или выключите встроенный светодиод с помощью команды:
Или просто скажите:
Вы можете изменить ответ от того, что отправляете, в зависимости от логики, которую вы вставили в код.
Важно: esp8266, LEDON, LEDOFF и HELLO — пользовательский идентификатор команды. Если вы используете что-то кроме этих, он вернет ErrRead. ErrRead означает, что из отправленного вами сообщения не найдено ни одного идентификатора команды. Сообщение ErrRead кодируется в строке 64.
Шаг 6. Код проекта
Скачать или скопировать код вы можете ниже:
Существуют разные типы ESP8266. Измените скорость передачи в коде в строке 16 в зависимости от того, что использует ваш ESP8266.
Весь наш запрос будет прочитан и разобран в функции loop():
Вы можете увидеть, что я использовал функцию find( , ), чтобы интерпретировать сообщение и сообщить Arduino, какой код вызывать. Если вы хотите связаться с Arduino UNO или попросить что-то сделать, просто добавьте свое условие. например:
Мы добавили некоторую функцию для связи с ESP8266:
Если вы знакомы с созданием мобильных приложений, веб-приложений, веб-служб или веб-разработкой в целом, вы можете создавать клиентские приложения, которые могут отправлять TCP-запросы в ESP. Примеры приложений, которые вы можете сделать: удаленное управление устройствами, веб-панель управления, чат-бот, приложение с кнопками и т.д
Подключение Ардуино к роутеру TL-MR3020
Удалённое управление Arduino через Web-интерфейс.
Предполагается, что на роутере установлена OpenWrt и система перенесена на флешку. Как это сделать я подробно описал здесь.
Если OpenWrt установлена, тогда переходим к основной задаче.
Существуют два способа подключения, первый — к UART роутера, второй — через USB.
Оба варианта работают одинаково, однако первый требует разбора роутера и подпаивания контактов:
Второй вариант проще, но придётся ипользовать usb-хаб.
Я опишу оба способа подключения и покажу как сделать простой веб-интерфейс для управления.
Кто будет подключать по usb, может сразу перейти сюда.
Вариант с UART
Вскрываем роутер. Крышка у него приклеена, поэтому берём что-то типа ножа и ковыряем по всему периметру. Пластик достаточно прочный, так что можно не боятся повредить.
Достаём плату и припаиваем три контакта RX, TX и GND, четвёртый контакт — это плюс (3,3V), он нам не нужен.
Теперь зальём в ардуину простенький скетч для проверки.
Будем посылать в ардуину символы a и b, в ответ на которые будет зажигаться и гаснуть D13.
Подключаем ардуину как на рисунке:
Ардуина TX ⇨ RX Роутера (синий)
Роутер TX ⇨ RX Ардуина (зелёный)
CND ⇨ CND
Не смотря на то, что чип роутера питается от 3,3V, а ардуина от 5V, никаких проблем не возникает, посему нет необходимости согласовывать уровни.
Подключаем сетевой кабель (или не подключаем если Вы соединяетесь по WIFI) и подаём питание на роутер и ардуину.
Заходим на роутер по ssh (на всякий случай)
Ради интереса смотрим существующие устройства:
В списке будет присутствовать ttyATH0, это и есть UART.
Установим утилиту для настройки порта:
Настроим порт командой…
Должно работать, если нет, то возвращаемся и проверяем что не так.
Если у Вас не установлен редактор nano, то исправим ситуацию.
Добавим в автозагрузку настройку порта:
В конец файла (перед exit 0) добавим строчку:
Перегружаем роутер и проверяем…
Поскольку при загрузке (да и в процессе работы) в консоль прилетают различные символы, нам надо их отфильтровывать, а также сделать обратную связь, чтоб в ответ на команду ардуина сообщала о выполнении.
Залейте в ардуину этот скетч: Не забывайте отсоединять провода RX,TX во время прошивки.
Перед управляющим символом (a,b) будем отправлять четыре символа служащие дескриптором Y+=Z, благодоря этому всё что не нужно отфильтруется и не будет случайных срабатываний.
Открываем параллельно ещё одну ssh-сессию и вводим там команду:
Здесь будет ответ ардуины.
И последнее, надо отвязать UART от отладочной консоли. Для этого надо в файле /etc/inittab закомментировать последнюю строчку:
Если что-то не работает, то возвращаемся к началу и проверяем что сделали не так.
С первым вариантом покончено, если подключение по usb не интересно, то переходите ниже.
Вариант с USB
Зальём в ардуину проверочный скетч:
Будем посылать в ардуину символы a и b в ответ на которые будет зажигаться и гаснуть D13.
Подключаем к роутеру хаб и втыкаем в него флешку и ардуину. Включаем.
Желательно чтобы хаб был с отдельным питанием. Некоторые хабы работают некорректно.
Заходим на роутер по ssh (на всякий случай)
Установим драйвера для всех существующих ардуин и утилиту для настройки порта stty:
Можно не перегружать, по идее устройство должно появиться сразу.
Проверим… если нет, тогда перегрузите.
У Вас может быть /dev/ttyACM0, тогда его и используйте в дальнейших командах и настройках.
Настроим порт командой…
Если при посылке пакета ардуина перегружается (диоды моргают, но D13 не горит), тогда нужно поставить электролитический косденсатор 
5-10мкФ между Reset и GND.
Не забудьте отключать его когда заливаете скетч.
Далее сделаем защиту от случайных срабатываний и обратную связь, чтоб в ответ на команду ардуина сообщала о выполнении.
Если редактор nano отсутствует, то установим.
Добавим в автозагрузку настройку порта:
В конец файла (перед exit 0) добавим строчку:
Теперь выключаем роутер и прошиваем в ардуину этот скетч:
Перед управляющим символом (a,b) будем отправлять четыре символа служащие дескриптором Y+=Z, таким образом отфильтруется случайный мусор и не будет случайных срабатываний.
После обработки команды, ардуина будет отправлять ответ.
Возвращаем ардуину в хаб и включаем роутер.
Открываем две параллельные ssh-сессии, в первой водим команду:
Здесь будет ответ ардуины.
Всё должно работать, если нет, то возвращаемся и внимательно проверяем.
Если всё получилось, то можно переходить к следующей части.
Интерфейс
Сделаем простой веб-интерфейс для управления двумя лампочками.
Выглядеть будет вот так… Можно понажимать.
Скачайте архив и распакуйте его в рабочую папку сервера, чтоб было так сервер/primer/.
Здесь подробная инструкция по установке сервера Lighttpd на OpenWrt.
Проверьте, чтоб в файле /etc/php.ini всё было так, как написано здесь!
Если Вы пользуете Win, то отключите всякие файрволы/антивирусы!
Установим и настроим небольшой прокси-сервер ser2net, он создаёт соединение между сокетом и устройством (/dev/ttyUSB0).
Как показала практика, через ser2net, php-файл работает лучше, нежели обращаясь к устройству напрямую.
Редактируем файл конфигурации:
Закомментируйте всё строчки в конце и сохраните.
Добавим ser2net в автозагрузку:
Добавьте в конец файла вот эту строку:
Должно получится так:
В примере используется устройство /dev/ttyUSB0, у Вас может быть другое! (ttyATH0 — консоль, ttyACM0 — мега)
Внимание! Строки инициализации должны быть записаны одной строкой (без переноса).
Прошейте в ардуину этот скетч:
Добавлены функции для второй лампочки и обновления. (к D12 подключите светодиод через резистор 200-1000 Ом)
Включаем/перегружаем роутер и в браузере заходим по аресу ваш_роутер/primer/
Если надпись stD серая, это значит что связь с ардуиной установлена, если красная, то связи нет.
Работа заключается в следующем:
index.html раз в три секунды (интервал можно изменить) запрашивает данные у ардуины (отправляя ей символ о) с помощью функции ajax (ajax позволяет не перегружать страницу).
Запрос передаётся php-файлу (box2.php) находящемуся на сервере, который в свою очередь обращается к ардуине через сокет ser2net.
Ардуина получает команду, обрабатывает её и отправляет ответ, который по той же цепочке возвращается html-страничке (index.html).
Html-страничка разбирает ответ и выводит значения на экран.
Если открыть ещё одну страничку (или зайти с другого устройства) и включить лампочку, то на первой страничке (в течении 3 сек.) тоже включится лампочка.
Для этого и нужно обновление.
Нажатие на лампочку работает так же как и «обновление», в ардуину отсылается символ включения или отключения (в зависимости от состояния лампочки), ардуина выполняет действие и посылает в ответ строку с флагами состояния (единица или ноль). Ответ разбирается в html-странице и в зависимости от флагов выводит картинку включённой или отключённой лампочки.
Для лучшего понимания откройте файл index.html из архива, и посмотрите комментарии.
Внимание! Если Вы редактируете файл на роутере, то удалите все комментарии, в противном случае могут возникнуть проблемы с русской кодировкой.
Если редактируете файлы на виндовс-машине, то пользуйтесь редактором Notepad++.
Если что-то не так, то возвращаемся и проверяем всё с удвоенным вниманием. Проверяем права на файлы, правильность путей и устройств.
В следующей части — «умный дом» на основе ардуино.
Вот тут можно скачать библиотеку для разгона Arduino.