Programarea ESP32 pentru IoT

Mai multe detalii Programarea ESP32 pentru IoT

In ultimele decenii, din ce in ce mai multe obiecte din industrie, comert, infrastructura si chiar de larg consum au fost dotate cu diverse aplicatii de automatizare, electronica si informatica. Multe dintre hotspoturile acestor sisteme includ deja inteligenta artificiala locala si numeroase facilitati pentru a ajuta inteligenta umana.

Treptat, in fabricile moderne, tot mai multe subsisteme au fost interconectate, schimband informatiile si imbunatatind considerabil productivitatea prin astfel de comunicatii de la masina la masina (M2M).

In acelasi timp, reteaua globala de comunicatii - Internetul - a crescut si s-a dezvoltat, conectand dispozitive desktop, laptop, tablete, dispositive smartphone, in special utilizatori umani.

Deci, pe de o parte, au existat masini care comunicau la nivel local si, pe de alta parte, oameni care comunicau la nivel global. Urmatorul pas a fost, desigur, fuziunea tuturor acestor schimburi de informatii intr-un nou nivel - Internetul Lucrurilor - IoT. Prin aceasta, dispozitivele asistate de calculator au castigat accesul global prin intermediul internetului, iar utilizatorii umani au avut acces la monitorizarea si comandarea acestora la orice distanta.

Analiza celor doua tipuri de capete ale canalelor de transmisie a informatiilor prezinta diferente de viteza foarte mari: dispozitivele informatice sunt cu multe ordine de viteza mai rapide decat operatorii umani. Cu toate acestea, se pare ca numai incepand cu anul 2009 raportul numeric a devenit favorabil primei categorii, astfel incat un domeniu foarte larg de conexiune la Internet este inca deschis. Se estimeaza ca numarul componentelor IoT va ajunge la 12 trilioane in 2030, ceea ce va genera probabil o a patra revolutie industriala, numita deja „Industry 4.0”. O sarcina uriasa, care necesita specialisti cu inalta calificare si solutii simple si cat mai putin costisitoare.

Un pas important in aceasta directie a fost aparitia unor microcontrolere cu conexiuni WiFi foarte ieftine, produse de Espressif Systems, care permit calificarea rapida independenta a celor care au deja cunostinte clasice despre IT si doresc sa faca parte din acest proces.

Aceasta carte nu are intentia de a trata comprehensiv teoria, ci de a oferi solutii practice si pe deplin functionale, sub forma unor programme complete. O mare parte din teorie este deja cunoscuta de unii dintre cititori, sau poate fi gasita in multe alte manuale. Dar programele prezentate aici includ un mare efort si au multe solutii originale urmarind una dintre paradigmele de baza ale programarii: „Keep i(o)t simple”.

Si - cel mai important lucru pentru o astfel de carte – toate programele au fost deja verificate de catre terti, in cazul de fata studenti de la Univesitatea Hyperion.

Autorul

Cuprinsul cărţii Programarea ESP32 pentru IoT

INTRODUCERE/ 9

PARTEA I. Comunicatii IOT folosind tehnologii HTML/JavaScript Clasice/ 11

1. PREZENTAREA GENERALA A CARTII SI A MODULELOR HARDWARE/ 12

1.1. Obiectivele generale ale lucrarii / 13

1.2. Structura si metodica utilizarii lucrarii / 18

1.3. Implementarea hardware. Cuplarea intrarilor si iesirilor modulului ESP32/ 19

1.4. Exemple de placi cu microcontrolere ESP /20

2. DEZVOLTAREA APLICATIILOR IOT CU ESP32 /ESP8266 UTILIZAND HTML / JAVASCRIPT /26

2.1. Instalarea mediului Arduino pentru microcontrolere ESP/ 26

2.2. Realizarea unui server simplu cu microcontroler ESP32/ 27

2.3. Alocarea unei adrese statice pentru accesul din exterior /29

2.4. Aplicatie pentru Android folosind MIT App Inventor / 34

3. COMANDA UNUI PORT GPIO PRIN WIFI /37

3.1. Realizarea unei pagini web pentru transmitere de comenzi dintr-un browser / 37

3.2. Realizarea unei aplicatii mobile pentru comanda ESP32 folosind MIT App Inventor / 40

3.3. Utilizarea unui port diferit de 80 / 43

4. TRANSMITEREA COMENZILOR ANALOGICE SI DIGITALE CATRE UN SERVER ESP32 DINTR-O APLICATIE MIT APP INVENTOR/ 47

4.1. Principiile generale ale transmisiilor analogice prin canale digitale /47

4.2. Realizarea conversiei digital-analogice prin PWM in Arduino ID/ 48

4.3. Comanda analogica in aplicatia MIT App Inventor/ 52

5. COMUNICATIE BIDIRECTIONALA INTRE CLIENT SI SERVER UTILIZAND MIT APP INVENTOR / 55

5.1. Cerinte privind comunicatiile bidirectionale client-server / 55

5.2. Reamprospatarea periodica a paginii web prin MIT App Inventor / 56

5.3. Aplicatie completa pentru comunicatii bidirectionale folosind MIT App Inventor / 58

5.4. Programul complet ESP32 pentru comunicarea bidirectionala cu un client MIT App Inventor/ 61

6. TRANSMITERE BIDIRECTIONALA PRIN INTERMEDIUL PAGINII WEB. TEHNOLOGIA AJAX /64

6.1. Metode si obiecte ale tehnologiei AJAX / 64

6.2. Exemplu de program pentru comanda unei iesiri digitale cu transmisie prin AJAX/ 69

6.3. Exemplu de program pentru controlul a doua iesiri digitale cu transmisie AJAX/ 73

7. REIMPROSPATAREA AUTOMATA A PAGINII WEB PRIN AJAX/78

7.1. Principiile reamprospatarii automate / 78

7.2. Exemplu de program cu reimprospatare automata prin AJAX/ 79

7.3. Controlul starii digitale si citirea valorilor digitale si analogice prin AJAX, cu reimprospatare/ 82

7.4. Program pentru controlul a doua stari logice si citirea a doua valori logice si o valoare analogica, folosind AJAX, cu reimprospatare/ 87

8. MONITORIZAREA SI COMANDA HTML/JS/CSS A VALORILOR ANALOGICE/ 94

8.1. Elemente de tip Progressbar proiectate prin CSS/ 94

8.2. Exemplu de program pentru monitorizarea a doua intrari digitale si a uneia analogice si controlul a doua iesiri digitale / 96

9. COMENZI DE LA CLIENT LA SERVER, CU CONFIRMARE DE PRIMIRE /100

9.1. Asigurarea coerentei in retelele perturbate / 100

9.2. Program cu confirmare/retransmitere a comenzilor pentru doua iesiri digitale si monitorizarea a patru intrari digitale si o intrare analogica/ 102

9.3. Elementele analogice de comanda de tip range /109

10. PROGRAMAREA ESP8266 / 32 FOLOSIND MEDIUL DE DEZVOLTARE ESP-IDF SI ECLIPSE/ 119

10.1. Instalarea mediului de dezvoltare ESP-IDF si setarea Toolchain/ 119

10.2. Testarea unui proiect exemplu /121

10.3. Instalarea si configurarea Eclipse / 123

PARTEA II. Comunicatiile IoT utilizand tehnologia MQTT / 127

11. UTILIZAREA TEHNOLOGIEI MQTT- MESSAGE QUEUING TELEMETRY TRANSPORT/ 128

11.1. Prezentare generala a tehnologiei MQTT /129

11.2. Instalarea si testarea bibliotecii PubSubClient/ 135

12. EXEMPLE DE APLICATII DEDICATE TEHNOLOGIEI MQTT / 138

12.1. Instalarea si utilizarea aplicatiei HelloIoT / 138

12.2. Comenzi ale unor iesiri digitale ale modulului ESP32/ 139

12.3. Comanda analogica prin PWM / 143

12.4. Citire intrari digitale si analogice/ 147

13. PROGRAMAREA COMUNICATIILOR MQTT UTILIZAND MEDIUL DE DEZVOLTARE NODE-/ 155

13.1. Instalarea Node-Red in Windows/ 156

13.2. Instalare mosquitto in windows /157

13.3. Realizarea de comunicatii MQTT prin Node-Red /158

13.4. Programare in Node-Red/ 158

14. COMANDA UNOR IESIRI UTILIZAND NODE-RED SI MOSQUITTO PE UN COMPUTER WINDOWS/ 160

14.1. Comanda iesirilor digitale/ 160

14.2. Controlul unei iesiri analogice folosind Node-Red/ 170

15. MONITORIZAREA UNOR INTRARI FOLOSIND NODE-RED SI MOSQUITTO PE UN CALCULATOR WINDOWS / 173

15.1. Monitorizarea intrarilor analogice folosind Node-Red/ 174

15.2. Monitorizarea unor intrari digitale folosind Node-Red /178

16. UTILIZAREA NODE-RED SI A BROKERULUI MOSQUITTO PE RASPBERRY PI/ 188

16.1. Instalare Raspbian pe Raspberry Pi/ 188

16.2. Instalare broker Mosquitto/189

16.3. Instalarea Node-Red / 190

16.4. Accesul brokerului prin Internet / 190

16.5. Instalarea Node-Red Dashboard pe Raspberry Pi/ 193

PARTEA III. Comunicatii prin Internet folosind tehnologia WebSockets /. 199

17. UTILIZAREA TEHNOLOGIEI WEBSOCKETS PE ESP32/ 200

17.1. Caracteristici generale ale tehnologiei WebSockets/202

17.2. Transmisia unei comenzi catre o iesire digitala/ 205

17.3. Comenzi pentru trei iesiri digitale/ 212

17.4. Comenzi analogice ale iesirilor, utilizand tehnica PWM / 216

18. MONITORIZAREA UNOR INTRARI PRIN TEHNOLOGIA WEBSOCKETS / 224

18.1. Monitorizarea unor intrari digitale prin WebSockets /224

18.2. Monitorizarea unei intrari analogice prin Websockets/ 231

18.3. Afisarea unei valori analoage prin text si progressbar/ 234

18.4. Afisarea unei valori analogice prin text, progressbar si gauge /237

18.5. Afisarea unei valori analogice prin text, progressbar, Gauge si Line Chart/ 242

Despre autor

Sever Spanulescu

Prof. dr. Sever Spânulescu este titularul cursului de Microcontrolere şi Rectorul Universităţii Hyperion din Bucureşti. Principalele contribuţii ştiinţifice sunt în domeniul analizei numerice și al electrodinamicii cuantice: efecte relativiste, retardare şi multipoli pentru împrăştierile Rayleigh şi Compton, efect fotoelectric şi generare de perechi electron-pozitron, elaborarea metodei şi realizarea calculului numeric al funcţiilor înalt transcendentale implicate în interacţiile fotonilor cu electroni legaţi.