ESP8266:Примеры/Смарт-система для орошения растений на базе ESP8266

Содержание

Введение

Модули

AT-команды

Прошивки

Примеры

Проекты

Типовые проблемы

Библиотеки

Перевод: Максим Кузьмин (Cubewriter)

Перевел 2780 статей для сайта.

Контакты:

• Skype: cubewriter
• E-mail: cubewriter@gmail.com
• Максим Кузьмин на freelance.ru

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Черновик

Смарт-система для орошения растений на базе ESP8266

Эта статья рассказывает, как при помощи модуля ESP8266 и сервиса EasyIoT Cloud собрать автоматическую систему для орошения растений. Эта система позволит удаленно управлять мотором водяной помпы и, следовательно, влажностью почвы. Благодаря этому проекту вы можете со спокойной душой отправиться в отпуск и поливать домашние растения, просто нажимая на кнопки в смартфоне или даже переключив систему в автоматический режим.

Введение

Функции, которыми будет оснащена наша система орошения растений:

• Удаленное управление водяной помпой
• Автоматическое орошение, если влажность почвы понизится до определенного уровня
• Автоматический/ручной режим
• Отображение данных о влажности почвы и статусе водяной помпы
• Запись логов о влажности почвы

Орошение можно запустить прямо из браузерного интерфейса, и в этом случае помпа начнет качать воду в течение 10 секунд. Кроме того, орошение можно выставить в автоматический режим. В этом случае вы задаете в браузерном интерфейсе пороговое значение для влажности почвы, и если значение упадет ниже заданного порога, через система на 10 секунд включит водяную помпу. Через 10 минут система снова проверит влажность почвы и, если потребуется, снова включит помпу.

[Видео – https://www.youtube.com/watch?v=NArYvZaukw8]

Пользовательский интерфейс EasyIoT Cloud:

Данные о влажности почвы:

Необходимые компоненты

• Один модуль ESP8266
• Одна водяная помпа
• Один датчик влажности почвы
• Один понижающий преобразователь напряжения на базе LM2596
• Один 12-вольтовый источник питания
• Один транзистор 2N2222 (типа NPN)
• Одна макетная плата MB102
• Один резистор на 5 кОм

Настройка EasyIoT Cloud

Зарегистрируйтесь в сервисе EasyIoT Cloud. Зайдя в сервис, создайте новый модуль для системы орошения. О том, как выставить новый тип модуля (в нашем случае – ZMT_IRRIGATOR), читайте в этом руководстве.

Программа

Программа написана в IDE Arduino. Она использует библиотеку «esp-mqtt» (это враппер-библиотека MQTT для ESP8266, позволяющая коммуницировать с сервисом EasyIoT Cloud и управлять его настройками). Программу можно скачать с GitHub.

В программе нужно поменять следующие строчки (они отвечают за SSID, пароль к SSID, а также за логин и пароль к EasyIoT Cloud):

#define AP_SSID "xxx"
#define AP_PASSWORD "xxx"
#define EIOTCLOUD_USERNAME "xxx"
#define EIOTCLOUD_PASSWORD "xxx"

Затем загрузите программу на плату NodeMCU. Вместо платы NodeMCU можно воспользоваться и другим модулем ESP8266, но в этом случае вам понадобятся дополнительное питание и адаптер USB-Serial от FTDI.

1. #include <ESP8266WiFi.h>
2. #include <MQTT.h>
3. #include <EEPROM.h>
4.  
5. #define AP_SSID     "xxx"
6. #define AP_PASSWORD "xxx"  
7.  
8. #define EIOTCLOUD_USERNAME "xxx"
9. #define EIOTCLOUD_PASSWORD "xxx"
10.  
11. // создаем объект MQTT:
12. #define EIOT_CLOUD_ADDRESS "cloud.iot-playground.com"
13.  
14.  
15.  
16. #define PIN_PUMP         BUILTIN_LED //D0  // для встроенного
17.                                            // светодиода на NodeMCU
18. #define PIN_BUTTON       D3  // для кнопки «Flash» на NodeMCU
19. #define PIN_HUM_ANALOG   A0  // для измерения влажности
20.  
21.  
22. #define MAX_ANALOG_VAL         956
23. #define MIN_ANALOG_VAL         250
24.  
25. #define IRRIGATION_TIME        10   // время орошения (в секундах)
26. #define IRRIGATION_PAUSE_TIME  300  // пауза между орошениями
27.                                     // (в секундах); только для
28.                                     // автоматического орошения
29.  
30. // значения для статуса оросителя:
31. typedef enum {
32.   s_idle             = 0,  // простой оросителя
33.   s_irrigation_start = 1,  // запуск орошения
34.   s_irrigation       = 2,  // орошение
35.   s_irrigation_stop  = 3,  // остановка орошения
36. } e_state;
37.  
38.  
39. #define CONFIG_START 0
40. #define CONFIG_VERSION "v01"
41.  
42. struct StoreStruct {
43.   // это чтобы убедиться, что это ваши настройки:
44.   char version[4];
45.   // переменные для ваших настроек:
46.   uint moduleId;  // ID модуля
47. } storage = {
48.   CONFIG_VERSION,
49.   // дефолтный модуль «0»
50.   0,
51. };
52.  
53. #define PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD   "/Sensor.Parameter1"
54. #define PARAM_MANUAL_AUTO_MODE    "/Sensor.Parameter2"
55. #define PARAM_PUMP_ON             "/Sensor.Parameter3"
56. #define PARAM_HUMIDITY            "/Sensor.Parameter4"
57.  
58.  
59. #define MS_IN_SEC  1000 // 1S  
60.  
61.  
62. MQTT myMqtt("", EIOT_CLOUD_ADDRESS, 1883);
63.  
64. // переменные:
65. int state;
66. bool stepOk = false;
67. int soilHumidityThreshold;
68. bool autoMode;
69. String valueStr("");
70. String topic("");
71. boolean result;
72. int lastAnalogReading;
73. bool autoModeOld;
74. int soilHumidityThresholdOld;
75. unsigned long startTime;
76. int soilHum;
77. int irrigatorCounter;
78.  
79. void setup() {
80.   state = s_idle;
81.   pinMode(PIN_PUMP, OUTPUT);
82.   pinMode(PIN_BUTTON, INPUT);
83.  
84.   autoMode = false;
85.   stepOk = false;
86.   soilHumidityThresholdOld = -1;
87.   startTime = millis();
88.   soilHum = -1;
89.  
90.   Serial.begin(115200);
91.  
92.   WiFi.mode(WIFI_STA);  
93.   WiFi.begin(AP_SSID, AP_PASSWORD);
94.  
95.   Serial.println();
96.   Serial.println();
97.   Serial.print("Connecting to ");  //  "Подключение к "
98.   Serial.println(AP_SSID);
99.    
100.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
101.     delay(500);
102.     Serial.print(".");
103.   };
104.  
105.   Serial.println("WiFi connected");  //  "Подключились к WiFi"
106.   Serial.println("Connecting to MQTT server");  
107.              //  "Подключение к MQTT-серверу"
108.  
109.  
110.   EEPROM.begin(512);
111.   loadConfig();
112.  
113.  
114.   // задаем ID клиента;
115.   // генерируем название клиента на основе MAC-адреса
116.   // и последних 8 бит счетчика микросекунд:
117.   String clientName;
118.   //clientName += "esp8266-";
119.   uint8_t mac[6];
120.   WiFi.macAddress(mac);
121.   clientName += macToStr(mac);
122.   clientName += "-";
123.   clientName += String(micros() & 0xff, 16);
124.   myMqtt.setClientId((char*) clientName.c_str());
125.  
126.   Serial.print("MQTT client id:");  //  "ID MQTT-клиента"
127.   Serial.println(clientName);
128.  
129.   // функции обратного вызова:
130.   myMqtt.onConnected(myConnectedCb);
131.   myMqtt.onDisconnected(myDisconnectedCb);
132.   myMqtt.onPublished(myPublishedCb);
133.   myMqtt.onData(myDataCb);
134.  
135.   //////Serial.println("connect mqtt...");
136.                    //  "Подключение к MQTT..."
137.   myMqtt.setUserPwd(EIOTCLOUD_USERNAME, EIOTCLOUD_PASSWORD);  
138.   myMqtt.connect();
139.  
140.   delay(500);
141.  
142.   Serial.print("ModuleId: ");
143.   Serial.println(storage.moduleId);
144.  
145.  
146.   // создаем модуль, если нужно:
147.   if (storage.moduleId == 0)
148.   {
149.     // создаем модуль:
150.     Serial.println("create module: /NewModule");
151.                //  "Создание модуля: /NewModule"
152.  
153.     storage.moduleId = myMqtt.NewModule();
154.  
155.     if (storage.moduleId == 0)
156.     {
157.       Serial.println("Module NOT created. Check module limit");
158.                  //  "Модуль не создан. Проверьте лимит модулей"
159.  
160.       while(1)
161.         delay(100);
162.     }
163.  
164.    // задаем тип модуля:
165.     Serial.println("Set module type");  //  "Установка типа модуля"    
166.     myMqtt.SetModuleType(storage.moduleId, "ZMT_IRRIGATOR");
167.  
168.     // создаем параметр Sensor.Parameter1;
169.     // это пороговое значение для влажности почвы:
170.     Serial.println("new parameter: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD);    
171.     myMqtt.NewModuleParameter(storage.moduleId, PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD);
172.  
173.     // устанавливаем флаг «IsCommand»:
174.     Serial.println("set isCommand: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD);    
175.     myMqtt.SetParameterIsCommand(storage.moduleId, PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD, true);
176.  
177.  
178.     // создаем параметр Sensor.Parameter2;
179.     // «0» – ручной режим; «1» – автоматический режим:
180.     Serial.println("new parameter: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_MANUAL_AUTO_MODE);    
181.     myMqtt.NewModuleParameter(storage.moduleId, PARAM_MANUAL_AUTO_MODE);
182.  
183.     // устанавливаем флаг «IsCommand»:
184.     Serial.println("set isCommand: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_MANUAL_AUTO_MODE);    
185.     myMqtt.SetParameterIsCommand(storage.moduleId, PARAM_MANUAL_AUTO_MODE, true);
186.  
187.    
188.     // создаем параметр Sensor.Parameter3;
189.     // он отвечает за включение/выключение водяной помпы:
190.     Serial.println("new parameter: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_PUMP_ON);    
191.     myMqtt.NewModuleParameter(storage.moduleId, PARAM_PUMP_ON);
192.  
193.  
194.     // устанавливаем флаг «IsCommand»:
195.     Serial.println("set isCommand: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_PUMP_ON);    
196.     myMqtt.SetParameterIsCommand(storage.moduleId, PARAM_PUMP_ON, true);
197.  
198.  
199.     // создаем параметр Sensor.Parameter4;
200.     // он отвечает за текущую влажность почвы:
201.     Serial.println("new parameter: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY);    
202.     myMqtt.NewModuleParameter(storage.moduleId, PARAM_HUMIDITY);
203.  
204.  
205.     // задаем описание:
206.     Serial.println("set description: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY);    
207.     myMqtt.SetParameterDescription(storage.moduleId, PARAM_HUMIDITY, "Soil hum.");
208.  
209.     // задаем единицу измерения:
210.     Serial.println("set Unit: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY);    
211.     myMqtt.SetParameterUnit(storage.moduleId, PARAM_HUMIDITY, "%");
212.  
213.     // устанавливаем флаг «dbLogging»;
214.     // он отвечает за запись логов в базу данных:
215.     Serial.println("set Unit: /"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY);    
216.     myMqtt.SetParameterDBLogging(storage.moduleId, PARAM_HUMIDITY, true);
217.  
218.     // сохраняем ID нового модуля:
219.     saveConfig();
220.   }
221.  
222.   subscribe();
223.  
224.   lastAnalogReading = analogRead(PIN_HUM_ANALOG);
225.  
226.   autoModeOld = !autoMode;
227. }
228.  
229. void loop() {
230.   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
231.     delay(500);
232. #ifdef DEBUG        
233.     Serial.print(".");
234. #endif
235.   }
236.  
237.   int in = digitalRead(PIN_BUTTON);
238.  
239.   //Serial.println(in);
240.   if (in == 0)
241.   {
242.     while(digitalRead(PIN_BUTTON) == 0)
243.       delay(100);
244.  
245.     if (state == s_idle || state == s_irrigation_start)
246.       state = s_irrigation_start;
247.     else
248.       state = s_irrigation_stop;
249.   }
250.  
251.  
252.  
253.   // публикуем изменения автоматического режима:
254.   if (autoModeOld != autoMode)
255.   {
256.     autoModeOld = autoMode;
257.  
258.     if (autoMode)    
259.       valueStr = String("1");
260.     else
261.       valueStr = String("0");
262.    
263.     topic  = "/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_MANUAL_AUTO_MODE;
264.     result = myMqtt.publish(topic, valueStr, 0, 1);
265.  
266.     Serial.print("Publish topic: ");  //  "Публикация в топик: "
267.     Serial.print(topic);
268.     Serial.print(" value: ");  //  " значение: "
269.     Serial.println(valueStr);  
270.   }
271.  
272.   // публикуем изменения порогового значения:
273.   if (soilHumidityThreshold != soilHumidityThresholdOld)
274.   {
275.     soilHumidityThresholdOld = soilHumidityThreshold;
276.     valueStr = String(soilHumidityThreshold);
277.    
278.     topic  = "/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD;
279.     result = myMqtt.publish(topic, valueStr, 0, 1);
280.  
281.     Serial.print("Publish topic: ");  //  "Публикация в топик: "
282.     Serial.print(topic);
283.     Serial.print(" value: ");         //  " значение: "
284.     Serial.println(valueStr);  
285.   }
286.  
287.   if (IsTimeout())
288.   {
289.     startTime = millis();
290.     // выполняем обработку данных каждую секунду:
291.     int aireading = analogRead(PIN_HUM_ANALOG);
292.  
293.     Serial.print("Analog value: ");  //  "Аналоговое значение: "
294.     Serial.print(aireading);
295.     Serial.print(" ");
296.     // фильтр:
297.     lastAnalogReading += (aireading - lastAnalogReading) / 10;  
298.     Serial.print(lastAnalogReading);
299.    
300.    // вычисляем влажность почвы (в процентах):
301.    int newSoilHum = map(lastAnalogReading, MIN_ANALOG_VAL, MAX_ANALOG_VAL, 100, 0);  
302.    Serial.print(", Soil hum %:");  //  ", Влажность почвы в %:"
303.    Serial.println(newSoilHum);
304.        
305.    // ограничиваем до 0-100%:
306.    if (newSoilHum < 0)
307.       newSoilHum = 0;
308.  
309.     if (newSoilHum > 100)
310.       newSoilHum = 100;
311.  
312.    // если произошли изменения во влажности почвы, сообщаем о них:
313.    if (soilHum != newSoilHum)
314.    {
315.      soilHum = newSoilHum;
316.      //esp.send(msgHum.set(soilHum));
317.      
318.      valueStr = String(soilHum);
319.      topic  = "/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY;
320.      result = myMqtt.publish(topic, valueStr, 0, 1);
321.  
322.      Serial.print("Publish topic: ");  //  "Публикация в топик: "
323.      Serial.print(topic);
324.      Serial.print(" value: ");  //  " значение: "
325.      Serial.println(valueStr);  
326.    }
327.    
328.    
329.    // код для работы с состоянием оросителя:
330.    switch(state)
331.    {
332.      case s_idle:    
333.        if (irrigatorCounter <= IRRIGATION_PAUSE_TIME)
334.          irrigatorCounter++;
335.        
336.        if (irrigatorCounter >= IRRIGATION_PAUSE_TIME && autoMode)
337.        {
338.          if (soilHum <= soilHumidityThreshold)
339.            state = s_irrigation_start;      
340.        }        
341.        break;
342.      case s_irrigation_start:
343.        irrigatorCounter = 0;
344.        digitalWrite(PIN_PUMP, HIGH);
345.        //esp.send(msgMotorPump.set((uint8_t)1));      
346.        valueStr = String(1);
347.        topic  = "/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_PUMP_ON;
348.        result = myMqtt.publish(topic, valueStr, 0, 1);    
349.  
350.        Serial.print("Publish topic: ");  //  "Публикация в топик: "
351.        Serial.print(topic);
352.        Serial.print(" value: ");  //  " значение: "
353.        Serial.println(valueStr);  
354.  
355.        state = s_irrigation;
356.        break;
357.      case s_irrigation:
358.        if (irrigatorCounter++ > IRRIGATION_TIME)
359.          state = s_irrigation_stop;
360.        break;
361.      case s_irrigation_stop:
362.        irrigatorCounter = 0;
363.        state = s_idle;
364.        //esp.send(msgMotorPump.set((uint8_t)0));
365.        valueStr = String(0);
366.        topic  = "/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_PUMP_ON;
367.        result = myMqtt.publish(topic, valueStr, 0, 1);    
368.  
369.        digitalWrite(PIN_PUMP, LOW);
370.        break;
371.    }
372.   }
373.  
374. }
375.  
376. void loadConfig() {
377.   // чтобы убедиться, что настройки есть, и они ваши;
378.   // если настроек найдено не будет, будут использованы
379.   // настройки по умолчанию:
380.   if (EEPROM.read(CONFIG_START + 0) == CONFIG_VERSION[0] &&
381.       EEPROM.read(CONFIG_START + 1) == CONFIG_VERSION[1] &&
382.       EEPROM.read(CONFIG_START + 2) == CONFIG_VERSION[2])
383.     for (unsigned int t=0; t<sizeof(storage); t++)
384.       *((char*)&storage + t) = EEPROM.read(CONFIG_START + t);
385. }
386.  
387. void saveConfig() {
388.   for (unsigned int t=0; t<sizeof(storage); t++)
389.     EEPROM.write(CONFIG_START + t, *((char*)&storage + t));
390.  
391.   EEPROM.commit();
392. }
393.  
394.  
395. String macToStr(const uint8_t* mac)
396. {
397.   String result;
398.   for (int i = 0; i < 6; ++i) {
399.     result += String(mac[i], 16);
400.     if (i < 5)
401.       result += ':';
402.   }
403.   return result;
404. }
405.  
406. void waitOk()
407. {
408.   while(!stepOk)
409.     delay(100);
410.  
411.   stepOk = false;
412. }
413.  
414. boolean IsTimeout()
415. {
416.   unsigned long now = millis();
417.   if (startTime <= now)
418.   {
419.     if ( (unsigned long)(now - startTime )  < MS_IN_SEC )
420.       return false;
421.   }
422.   else
423.   {
424.     if ( (unsigned long)(startTime - now) < MS_IN_SEC )
425.       return false;
426.   }
427.  
428.   return true;
429. }
430.  
431.  
432. void subscribe()
433. {
434.   if (storage.moduleId != 0)
435.   {
436.     // параметр Sensor.Parameter1 – пороговое значение:
437.     myMqtt.subscribe("/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD);
438.  
439.     // параметр Sensor.Parameter2 –
440.     // переключение между ручным и автоматическим режимами:
441.     myMqtt.subscribe("/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_MANUAL_AUTO_MODE);
442.  
443.     // параметр Sensor.Parameter3 – включение/выключение помпы:
444.     myMqtt.subscribe("/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_PUMP_ON);
445.   }
446. }
447.  
448.  
449. void myConnectedCb() {
450. #ifdef DEBUG
451.   Serial.println("connected to MQTT server");
452.              //  "Подключение к серверу MQTT"
453. #endif
454.   subscribe();
455. }
456.  
457. void myDisconnectedCb() {
458. #ifdef DEBUG
459.   Serial.println("disconnected. try to reconnect...");
460.              //  "Произошло отключение. Пытаемся переподключиться..."
461. #endif
462.   delay(500);
463.   myMqtt.connect();
464. }
465.  
466. void myPublishedCb() {
467. #ifdef DEBUG  
468.   Serial.println("published.");  //  "Опубликовано."
469. #endif
470. }
471.  
472. void myDataCb(String& topic, String& data) {  
473. #ifdef DEBUG
474.   Serial.print("Receive topic: ");  //  "Принимающий топик: "
475.   Serial.print(topic);
476.   Serial.print(": ");
477.   Serial.println(data);
478. #endif
479.   if (topic == String("/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_HUMIDITY_TRESHOLD))
480.   {
481.     soilHumidityThreshold = data.toInt();
482.     Serial.println("soilHumidityThreshold");
483.     Serial.println(data);
484.   }
485.  
486.   else if (topic == String("/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_MANUAL_AUTO_MODE))
487.   {
488.     autoMode = (data == String("1"));
489.     Serial.println("Auto mode");  //  "Автоматический режим"
490.     Serial.println(data);
491.   }
492.   else if (topic == String("/"+String(storage.moduleId)+ PARAM_PUMP_ON))
493.   {
494.     //switchState = (data == String("1"))? true: false;
495.     if (data == String("1"))
496.       state = s_irrigation_start;
497.     else
498.       state = s_irrigation_stop;
499.     Serial.println("Pump");  //  "Водяная помпа"
500.     Serial.println(data);
501.   }
502. }

Подключение компонентов

Чтобы упростить цепь проекта, мы воспользуемся платой NodeMCU. Впрочем, вы можете использовать любой другой модуль с чипом ESP8266, но вам дополнительно понадобится 3,3-вольтовое питание.

Подключение датчика влажности почвы

Чтобы обеспечить питанием датчик влажности почвы, подключите контакт VCC на датчике к 3.3V на ESP8266, а контакт GND на датчике – к контакту GND на ESP8266. Затем подключите контакт AO на датчике (он отвечает за вывод аналоговых данных) к входному аналоговому контакту A0 на ESP8266. Контакт DO на датчике оставьте неподключенным.

Подключение мотора водяной помпы к ESP8266

Для этого понадобится реле-модуль. Поскольку реле-модуль использует 5-вольтовое питание, а ESP8266 – 3,3-вольтовое, нам нужно будет добавить в цепь транзистор, чтобы управлять 5-вольтовым реле при помощи 3,3 вольт. Кроме того, к контакту D0 на ESP8266 нужно подключить транзистор, а между D0 и транзистором – резистор на 5 кОм. Если вы подключите реле-модуль напрямую к модулю ESP8266, то просто поджарите его.

Другая сторона реле-модуля должна быть подключена к мотору водяной помпы и регулируемому источнику питания. Напряжение для мотора водяной помпы нужно поставить между 6 и 9 вольтами.

Подключение кнопки для включения/выключения помпы

Если вы используете плату NodeMCU, то подключать кнопку не потребуется – можно воспользоваться кнопкой Flash на плате. Но если вы используете другой тип модуля ESP8266, тогда возьмите резистор на 10 кОм, а затем подключите одну его сторону к 3,3 вольтам, а вторую – к контакту D3. Потом подключите контакт D3 к контакту GND, а между ними – кнопку.