„TinyLiDAR“jūsų garaže!: 10 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

„Pasidaryk pats“„WiFi“garažo durų atidarymo projektas

Daiktų interneto pasaulis tik pradeda sprogti - kiekviena technologijų kompanija visame pasaulyje bando išsiaiškinti, kaip jie tilps į šį naują pasaulį. Tai tiesiog didžiulė galimybė! Taigi, kad tai būtų pamokoma, laikydamiesi šios interneto temos, aptarsime, kaip galite sukurti savo paties daiktų interneto demonstratorių, kuris iš tikrųjų yra naudingas;)

TL; DR santrauka

• nustatykite patikimą ESP32 „WiFi“modulio kodavimo eigą
• blykstelėk
• surinkite jį ant savo duonos lentos
• atsisiųskite mūsų programos kodą ir išpakuokite jį
• pridėkite savo „WiFi“prisijungimo duomenis ir statinį IP
• prijunkite jį prie „WiFi“tinklo
• redaguokite slenksčius ir pritvirtinkite savo garaže
• prijunkite jį prie garažo vartų atidarymo kontaktų
• ir spustelėkite!
• LYDYMAS NEREIKALINGAS (išskyrus kaiščius, skirtus pertraukiamosioms plokštėms, jei reikia)

Būtinos dalys

• tinyLiDAR skrydžio atstumo jutiklio modulio laikas
• „Wipy3.0“arba panaši „ESP32“pagrindu sukurta „WiFi“plokštė
• Optiškai izoliuota kietojo kūno relė (Omron G3VM-201AY1) garažo durų atidarytuvui valdyti
• 470 omų rezistorius (tinka 5% 1/8 vatų ar didesnis)
• Trumpas mygtuko mygtukas BOOT (GPIO0) kaiščiui atnaujinti programinę -aparatinę įrangą ESP32 plokštėje
• USB į serijinį raktą, norint įkelti kodą ir bendrauti su REPL ESP32 (naudokite 3.3v įvesties/išvesties versiją)
• Duonos lenta + laidai
• Maitinimas: nuo 3.3V iki 5V esant 500 mA ar didesniam. Maitinimo šaltinį ir „microUSB“pertraukimo plokštę galite naudoti naudodami „microUSB“mobiliojo telefono įkroviklį, kad galėtumėte prijungti prie savo duonos lentos.

1 žingsnis: IoT Ką?

Neabejotinai jau girdėjote apie terminą „IoT“visose žiniasklaidos priemonėse, bet ką tai reiškia?

Laisvai kalbant, tai reiškia, kad prie interneto prijungiami įvairūs jutikliai ir valdomi dalykai. Šiais laikais internetas yra belaidžio ryšio sinonimas, todėl mes turime viską elektroninį, kuris staiga tampa belaidžiu ryšiu per tam tikrą belaidį ryšį, pvz., „WiFi“/„BT“/„LoRa“/„SigFox“ir pan. Prisijungę prie interneto, galime jausti ir (arba) valdyti šiuos dalykus iš mūsų mėgstamiausio mobiliojo valdiklio, pvz., mobiliojo telefono, arba automatizuokite juos naudodami programą, kuri veikia kažkur serveryje (ty debesyje).

Nors didesnės įmonės pastaruoju metu parduoda daugiau balso valdymo, AI ir debesų ryšio; viso to įgyvendinimo pagrindai vis dar yra tie patys. Turite prijungti savo „daiktą“prie belaidžio ryšio, kol bet kuri iš šių sąvokų yra įmanoma. Taigi pradėkime nuo pagrindų ir sužinokime, kaip prijungti „tinyLiDAR“skrydžio atstumo jutiklį prie nebrangaus „WiFi“modulio, o tada parodyti, kaip siųsti duomenis pirmyn ir atgal per tinklą. Pasibaigus šiai instrukcijai, turėsite savo veikiantį belaidį garažų vartų nuotolinio valdymo pultą su realaus laiko monitoriumi, kad patikrintumėte, ar durys atidarytos ar uždarytos.

Techniškai kalbant, kaip parodyta aukščiau esančioje blokinėje schemoje, šis projektas įgyvendina mikropitono žiniatinklio serverį, veikiantį ESP32 „WiFi“modulyje, naudojant „websockets“ryšio protokolą, kad būtų galima perduoti duomenis iš bet kurios mobiliosios interneto naršyklės. Be to, mes turime mažą „LiDAR“skrydžio atstumo jutiklio laiką, kuris pagal poreikį atlieka matavimus, kad galėtumėte patikrinti, ar garažo durys nebuvo atidarytos.

2 žingsnis: Išbandykite - tikrai ne, išbandykite dabar

Visa tai yra palyginti nauja elektronikos sritis, todėl norint, kad viskas veiktų tinkamai, reikės daug eksperimentuoti. Tikimės, kad galėsite remtis šia kodų baze ir sukurti įdomesnius savo paties IoT projektus.

Visas šiame straipsnyje naudojamas kodas gerai veikė šio rašymo metu. Tačiau didėjant naujovių greičiui daiktų interneto erdvėje, viskas gali pasikeisti, kai perskaitysite tai. Bet kokiu atveju, spręsdami problemas ir pritaikydami jas savo reikmėms, jūs bent jau pateksite į šią įdomią naują erdvę ir pradėsite mąstyti kaip daiktų interneto inžinierius!

Pasiruošę? Pradėkime nuo pirmo žingsnio, kaip sukurti savo stabilią plėtros aplinką.

3 žingsnis: „Micropython“ir ESP32

„ESP32 WiFi“modulius sukūrė „Espressif“ir jie labai patobulėjo nuo jų pirmosios kartos ESP8266 modulių, kurie buvo vos prieš kelerius metus. Šios naujos versijos turi daug daugiau atminties, stipresnio procesoriaus ir daugiau funkcijų nei originalūs moduliai ir vis dar yra pigios. Aukščiau pateikta schema leidžia suprasti, kiek jie sugebėjo supakuoti į šį mažą ESP32 lustą. Pats ESP32 IC yra dviejų branduolių mikrovaldiklis su 802.11b/g/n „WiFi“radiju ir „Bluetooth 4.2“radiju. ESP32 moduliai paprastai pridės anteną, papildomą FLASH atmintį ir galios reguliatorius.

Atminkite, kad sakydami ESP32 modulį šioje instrukcijoje, turime omenyje „Pycom Wipy3.0“plokštes, kurių pagrindą sudaro ESP32 mikroschema/modulis. Mūsų patirtis rodo, kad „Pycom“plokštės yra kokybiškesnės nei įprasti pigūs ESP32 moduliai. Kuriant visada naudinga sumažinti kuo daugiau kintamųjų, todėl pasirinkome „Pycom“plokštes, o ne pigius generinius vaistus.

OEM programoms ESP32 kodavimas paprastai atliekamas C kalba, bet, laimei, mes taip pat galime pasirinkti iš daugybės variantų, kad jums nereikėtų nusileisti iki šio žemo lygio, jei to nenorite. Mes pasirinkome naudoti „mikropitoną“visam mūsų kodavimui šioje instrukcijoje.

„Micropython“, kaip jūs galėjote numanyti, yra visos „Python“programavimo kalbos, kuri įgalina kai kurias mažiau žinomas paieškos sistemas ir svetaines, pvz., „Google“, „YouTube“ir „Instagram“, pogrupis;)

„Micropython“prasidėjo kaip „Kickstarter“projektas, iš pradžių skirtas STM32 procesoriui, tačiau dabar tapo labai populiarus daugeliui skirtingų mikrovaldiklių. Čia naudojame naujausią oficialų „Pycom ESP32“mikropitono prievadą.

4 žingsnis: greitesnis kelias

Mikropitono kodas turi paprastą priekinę GUI, vadinamą REPL, reiškiančią „Read – Eval – Print Loop“. ESP32 REPL paprastai veikia 115,2 Kbaud, nes jis pasiekiamas per nuoseklųjį prievadą. Aukščiau esančiame paveikslėlyje rodomas šis REPL raginimas, pažymėtas trimis rodyklėmis, laukiančiomis tiesioginių komandų. Tai paprastas būdas išbandyti mūsų paprastas komandas ir dauguma koduotojų ją naudoja kurdami savo programinę įrangą, tačiau pastebėjome, kad tai yra skausmingai lėtas kelias. Todėl mes nusprendėme tai padaryti kitaip, kad gautume šią pamoką…

Kadangi ESP32 moduliai turi greitą „WiFi“ryšį, mums tereikia prieiti prie modulio per „WiFi“per FTP serverį, kuris jau yra įterptas į standartinį „Micropython“kodą. Tada mes galėsime naudoti FTP klientus, tokius kaip „FileZilla“, kad tiesiog nuvilktume kodą į ESP32.

Taigi, norėdami tai padaryti, pirmiausia turime prijungti ESP32 modulį prie „WiFi“tinklo. Įjungus „Wipy3.0“modulius, pagal numatytuosius nustatymus veikia mažas prieigos taškas, kad galėtumėte tiesiogiai prie jų prisijungti iš nešiojamojo kompiuterio 192.168.4.1. Jei jums patinka šis metodas, skaitykite daugiau informacijos čia.

Savo laboratorijoje dirbame su staliniais kompiuteriais, todėl norėjome, kad ESP32 moduliai būtų prijungti prie mūsų tinklo. Norėdami tai padaryti, mes tiesiog turime suteikti moduliui statinį IP adresą ir slaptažodį, kad galėtume prisijungti prie „WiFi“tinklo.

5 veiksmas: atsisiųskite dabar

Atsisiųskite programos kodą dabar ir išpakuokite failus į laikiną kompiuterio aplanką. Tada pradėkite redaguoti „mywifi.txt“ir „boot.py“scenarijaus failus naudodami savo „WiFi“tinklo prisijungimo duomenis.

Btw - mūsų mėgstamiausias teksto redaktorius vis dar yra „SublimeText“. Jį galima atsisiųsti čia.

Taip pat turėtumėte atsisiųsti „TeraTerm“terminalo programinę įrangą ir „FileZilla FTP“programinę įrangą dabar, jei jos dar neturite savo kompiuteryje.

Turėsite nustatyti „FileZilla“, kaip parodyta aukščiau esančiose nuotraukose. Taip pat svetainės tvarkyklėje turite „pridėti naują svetainę“ESP32 prisijungimui naudodami pasirinktą statinį IP adresą, kaip parodyta aukščiau. Vartotojas yra „micro“, o slaptažodis - „python“. Svarbu naudoti pasyvų FTP ir apsiriboti tik atskirais ryšiais. Mes nustatėme, kad įkėlimo greičio apribojimas taip pat padėjo išvengti įkėlimo strigčių. Nors neparodyta paveikslėliuose, būtų naudinga susieti „SublimeText“programą su failų tipais, kad galėtumėte redaguoti kodą dukart spustelėdami kairę FTP ekrano pusę. Norėdami tai padaryti, tiesiog eikite į meniu Nustatymai ir failų redagavimo/failo tipo asociacijose įveskite kiekvienos susiejimo „SublimeText“exe failo vietą. Pavyzdžiui, mūsų buvo:

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 Teksto kūrimas 3065 x64 / sublime_text.exe "css" C: / Sublime Text Build 3065 x64 / sublime_text.exe"

Nukopijuokite šios instrukcijos išgautus programos failus į naują kompiuterio aplanką „FTP“, kaip ir mes. Vėliau bus lengviau vilkti iš čia „FileZilla“viduje.

Paprastai gera idėja, kad ESP32 veiktų naujausia programinė įranga. „Pycom“modulių atnaujinimas, kad būtų naudojamas naujausias „mikropitonas“, yra labai paprastas ir gali būti atliktas maždaug per 3 minutes naudojant jų programinės įrangos atnaujinimo įrankį.

Tiesiog būtinai nustatykite USB COM prievadą į serijinį raktą ir panaikinkite didelės spartos režimo pasirinkimą, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje „Ryšys“. Mūsų buvo COM 2 prievadas. Atminkite, kad norėdami įjungti ESP32 modulius į šį atnaujinimo režimą, turėsite paspausti GPIO0/įkrovos mygtuką (ant P2 kaiščio), paspausdami ir atleisdami Reset mygtuką.

6 žingsnis: aparatinės įrangos laikas

Dabar būtų tinkamas laikas prijungti aparatūrą prie duonos lentos, kaip parodyta aukščiau esančioje vaizdinėje schemoje.

Po to, kai visa tai baigta. Paleiskite terminalo programinę įrangą naudodami tinkamą COM prievadą, skirtą USB serijiniam raktui, nustatykite 115,2 Kbaud.

Įjungus, modulis turėtų parodyti pažįstamą REPL raginimą, kuriame rodomos trys rodyklės ">>>".

Dabar eikite į redaguotą mywifi.txt failą ir nukopijuokite visą turinį (CTRL+C). Tada eikite į „REPL“terminalo ekraną ir paspauskite „CTRL+E“, kad įjungtumėte iškirpimo ir įklijavimo režimą. Tada dešiniuoju pelės mygtuku spustelėkite, kad įklijuotumėte turinį į REPL ekraną, tada paspauskite CTRL+D klavišus, kad įvykdytumėte tai, ką įklijavote.

Ji turėtų pradėti skaičiuoti iš karto, kad pasakytų, jog bando prisijungti prie jūsų „WiFi“tinklo. Aukščiau pateiktas ekrano vaizdas rodo sėkmingo ryšio pranešimą.

Prisijungę galite naudoti „FileZilla“, kad prisijungtumėte prie FTP serverio moduliuose statiniu IP adresu, kurį pasirinkote jau savo failais mywifi.txt ir boot.py.

7 žingsnis: vis dar su mumis?

Jei iki šiol viskas gerai, tai tau gerai! Sunkus darbas padarytas:) Dabar bus sklandus plaukiojimas - tik krūva supjaustytų ir įklijuotų ir pradėsite veikti, kad galėtumėte jį sumontuoti savo garaže.

Norėdami redaguoti bet kurį kodą, galite dukart spustelėti kairę FTP lango pusę „FileZilla“ir jis paleis „SublimeText“. Išsaugokite pakeitimus ir vilkite jį į dešinę pusę, kuri yra ESP32 langas.

Kol kas tiesiog vilkite failus iš kairės į dešinę „FileZilla“pusę, kad kiekvieną failą įkelti atskirai į ESP32 modulį. Tai užtrunka tik kelias trumpas sekundes, o ne minutes, kaip tai daro įprastas REPL metodas. Atminkite, kad visi failai turėtų būti „Pycom“plokštės viduje esančiame šakniniame kataloge „flash“. Galite padaryti žymę „FileZilla“, kad būtų lengviau čia grįžti kitą kartą.

Jei kada nors susidursite su problema, kai „FileZilla“kabo ir baigiasi įkėlimo laikas, ESP32 pusėje pastebėsite failą, kuriame yra 0 baitų. Bandymas perrašyti gali išprotėti, nes jis niekada nesibaigia, kad ir ką bandytum! Tai labai keista būsena ir pasitaiko labai dažnai. Geriausias sprendimas yra ištrinti 0 baitų failą ir įjungti modulį. Tada gaukite šviežią šaltinio failo kopiją ir vėl įkelkite į ESP32 modulį. Atminkite, kad čia svarbiausia yra nauja kopija. Kažkaip šaltinio failas tiesiog nebus tinkamai įkeliamas, jei jis šitaip užkabins net vieną kartą.

Mes nustatėme, kad tai padeda vilkti kiekvieną failą atskirai į ESP32 modulį, pradedant nuo boot.py. Šis pirmasis failas yra atsakingas už jūsų modulio įtraukimą į tinklą, todėl jums nebereikės iškirpti ir įklijuoti į REPL. Tačiau galite paimti aplanką www ir nuvilkti jį vienu kadru. Tai visada mums padėjo vystantis. Visi šie failai saugomi integruotoje „ESP32“modulio „flash“atmintinėje, todėl jie bus ten po maitinimo išjungimo. Tiesiog fyi - main.py bus vykdomas po boot.py kiekvieną kartą, kai modulis įjungiamas.

8 žingsnis: įsilaužimo patarimai

Pažvelkite į visą kodą ir pabandykite ieškoti „Google“nepažįstamų raktinių žodžių. Kai viskas bus paruošta ir paleista, galite pabandyti pakeisti tai, ką jaučiate, kad pamatytumėte, ką tai daro.

Jei kas nors negerai, visada galite išvalyti kodą ir (arba) pakartotinai paleisti modulį maždaug per 3 minutes, kaip tai padarėte anksčiau.

Jei norite iš naujo suformatuoti blykstę ir išvalyti visą kodą vienu metu, įveskite REPL:

importuoti

os.mkfs ('/flash')

Tada atlikite maitinimo ciklą arba paspauskite „Wipy“plokštės atstatymo mygtuką.

Atkreipkite dėmesį, kad yra ir kitas būdas apeiti „boot.py“ir „main.py“. Tiesiog laikinai prijunkite kaištį P12 prie 3,3 V išvesties kaiščio ir paspauskite Reset mygtuką, kaip parodyta aukščiau. Tai apeis visą jūsų kodą ir vieną kartą eis tiesiai į REPL, kad galėtumėte išsiaiškinti viską, neištrindami viso kodo iš blykstės.

Įkėlę visus failus, tiesiog paspauskite ESP32 modulio mygtuką „Atstatyti“, kad jį paleistumėte iš naujo.

REPL terminalo ekrane pamatysite pažįstamą atgalinę atskaitą, kai ji vėl prisijungia prie jūsų „WiFi“tinklo. Skirtumas tas, kad šiuo metu šis kodas paleidžiamas iš failo boot.py.

9 veiksmas: tinklalapiai

„ESP32“mikroschemų serveris dabar turėtų būti paleistas, todėl išbandykite jį naudodami darbalaukio naršyklę arba mobilųjį įrenginį.

Tiesiog eikite į savo statinį IP adresą ir turėtumėte pamatyti ekraną, panašų į aukščiau pateiktą.

Yra du tinklalapiai, teikiami iš mūsų mikrovaldyklės, kuri veikia ESP32.

Pirmasis yra numatytasis puslapis index.html, kuriame pateikiamas paprastas mygtukas ATIDARYTI/UŽDARYTI, kad būtų imituojamas jūsų turimas garažo durų atidarytuvo tipas. Kai paspausite jį žiniatinklio naršyklėje, pamatysite didelę mėlyną krumpliaračio piktogramą. Tai patvirtinimas, kad „Websocket“ryšys buvo sėkmingai užmegztas ir iš serverio gavote patvirtinimą, kad jūsų komanda „press“buvo gauta teisingai. Paspaudus šį mygtuką, „Pycom“lentoje taip pat turėtų užsidegti ryškiai žalias šviesos diodas. „Websockets“ryšys perduoda mygtuko būsenas siųsdamas paprastus tekstinius pranešimus „paspauskite“, kai jį paspausite, ir „paspauskite“, kai jį atleisite. Patvirtinimui mikrovaldiklis siunčia šį tekstą atgal, bet prideda „_OK“, kad pasakytų, jog jį gavo teisingai.

Prijungę optiškai izoliuotas kietojo kūno relės (SSR) gnybtus prie garažo durų atidarytuvo (žr. Paveikslėlio schemą), paspaudus mygtuką, durys taip pat bus fiziškai atidaromos/uždaromos.

Skirkite keletą sekundžių ir bandykite dar kartą, jei nematote mėlynos krumpliaračio piktogramos, kuri gali būti paleista iš naujo ar pan. Atminkite, kad žiniatinklio lizdas automatiškai užsidarys maždaug po 20 sekundžių, jei jo nenaudosite, kad išvengtumėte užrakinimo. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad žiniatinklio lizdai yra orientuoti į ryšį, todėl, norėdami pakeisti puslapius, turite sustabdyti žiniatinklio lizdą, kitaip gali būti, kad negalėsite vėl prisijungti, kol nepaspausite ESP32 modulio atstatymo. Mūsų pavyzdiniame kode yra keli būdai Norėdami sustabdyti žiniatinklio lizdą: bakstelėkite būsenos tekstą, besisukančius taškus arba hipersaitą, kad pereitumėte į kitą puslapį.

Antrasis tinklalapis skirtas nuskaityti atstumo matavimus iš mažo „LiDAR“skrydžio atstumo jutiklio laiko. Tiesiog vieną kartą paspauskite mygtuką ir maždaug 20 sekundžių pradės transliuoti atstumo rodmenis į jūsų mobilųjį įrenginį. Kai paspausite, „Pycom“lentoje užsidegs raudonas šviesos diodas, kad galėtumėte pasakyti, kad jis gauna mygtuko paspaudimo komandą iš šio puslapio.

Abiejuose puslapiuose nurodoma, kad durys atidarytos arba uždarytos, skaitant atstumą nuo tinyLiDAR. Kintamasis „doorThreshold“turi būti nustatytas abiejuose scenarijaus skilties html failuose, kaip parodyta čia:

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

// **** Koreguokite pagal poreikį **** var doorThreshold = 100; // atstumas cm var ws_timeout = 20000; // maksimalus laikas ms, kad būtų galima atidaryti/uždaryti duris, yra 20 sekundžių // -------------------------- // --- -----------------------

Turėsite redaguoti šią garažo sąrankos slenkstį, kad ji galėtų aptikti, kada garažo vartai yra suvynioti, todėl ATVERTI arba nuleisti, taigi uždaryti. Atlikę abiejų html failų slenksčio pakeitimus, įkelkite šiuos html failus dar kartą ir paleiskite iš naujo, kad įsitikintumėte, jog viskas vis dar veikia gerai.

Jei viskas gerai, dabar galite eiti ir sumontuoti lentą aukštyn kojomis savo garaže, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Prijunkite 3 ir 4 SSR kaiščius ir prie garažo durų atidarytuvo. Poliškumas nėra svarbus, nes mes naudojame SSR MOSFET versiją - tereikia sutrumpinti kontaktus, kad būtų imituotas jūsų garažo durų pagrindo paspaudimas.

10 žingsnis: ir viskas

Sveikinu! Atidaryti garažo duris dabar taip paprasta, kaip paspausti telefoną, ir jūs galite patikrinti, ar jis buvo atidarytas, ar ne, atlikdami matavimus realiuoju laiku su tinyLiDAR:)

Dabar taip pat galite naudoti ESP32 su interneto jungtimis per „WiFi“beveik viskam, ko norite. Skaitykite daugiau apie „žiniatinklio lizdus“, jei nesate su jais susipažinę - jie tikrai gana greiti ir lengvai naudojami.

Įdiegti „tinyLiDAR“su ESP32 taip pat buvo labai paprasta, nors jutiklis iš pradžių buvo sukurtas veikti „Arduino UNO“. Mes turime sudėtingesnę terminalo GUI beta versiją, kuri paleidžia daugumą mažų „LiLAR“komandų ESP32 mikropitone - žr. Paveikslėlį aukščiau. Tai galima rasti mūsų atsisiuntimų skyriuje kartu su nuorodų vadovu ir kt.

Peržiūrėkite visą mūsų kodą, kad suprastumėte, kaip viskas susideda, ir pabandykite pakeisti dalykus, kad galėtumėte remtis juo ir daryti viską, ko norite.

Atminkite, kad apie saugumą čia nebuvo kalbama. Saugumas yra didžiulė daiktų interneto sritis, į kurią reikia žiūrėti rimtai. Jei norite naudoti šį projektą savo garaže, turėtumėte išlaikyti stiprius ir saugius „WiFi“tinklo slaptažodžius. Žiniatinklyje yra daug informacijos apie saugumą, todėl būtinai perskaitykite naujausią informaciją ir sekite naujienas.

Ačiū, kad skaitote ir laimingas įsilaužimas! Sveikinimai.