ESP8266 i Linux, pierwszy program z obsługą DHT11

W zeszłym miesiącu podałem nieco podstawowych informacji o ESP8266 i obsłudze z poziomu Windows. W tym wpisie pokażę jak wgrać firmware za pomocą komputera z linuksem. Napiszemy też pierwszy, całkiem przydatny program wyświetlający temperaturę i wilgotność powietrza na stronie www. Z uwagi na multiplatformowość używanego narzędzia ESPlorer, podane niżej wskazówki zadziałają na komputerach Windows jak i Linux.

Linux i wgrywanie firmware NodeMCU do ESP8266

Firmware pobieramy ze strony źródłowej, czyli: GitHub NodeMCU Releases. W linuksach do wgrania softu, wystarczy prosty skrypt w pythonie o nazwie esptool.py, który można znaleźć tutaj: GitHub Esptool. By wszystko zadziałało, prócz pythona potrzebna będzie biblioteka python-serial, najczęściej jest ona już w systemie. Zaczynamy od podłączenia ESP-01 do przejściówki RS232 TTL<->USB – masa, zasilanie 3V3 do VCC i CH_PD, RX do TXD, TX do RXD, na czas wgrywania masa do GPIO0. Dokładniejszy opis zrobiłem w poprzednim wpisie.

W folderze, w którym zapisany został skrypt esptool.py otwieramy terminal i nadajemy prawa do uruchamiania:

chmod +x esptool.py

Uruchamiając skrypt trzeba podać jako parametry: port, do którego jest podłączony ESP-01 (w tym przypadku ttyUSB0), tryb pracy (write_flash), adres początku zapisu (0x000000), ścieżka do pliku z firmware. Ja musiałem wklepać:

./esptool.py --port /dev/ttyUSB0 write_flash 0x000000 nazwa_pliku_firmware.bin

Po około minucie w ESP8266 mamy nowe oprogramowanie. W terminalu wyglądało to tak:

Występujące błędy najczęściej są spowodowane brakiem podłączenia portu GPIO0 do masy, złym portem szeregowym (niewłaściwą nazwą), kiepskim (niestabilnym) napięciem 3,3V z przejściówki RS232<->USB.

Warto sprawdzić, czy ESP8266 “żyje”, poprzez podpięcie się do niego przez port szeregowy jakimkolwiek terminalem z prędkością 9600. Ja użyłem prostego i popularnego minicoma, zestawiając połączenie:

minicom -D  /dev/ttyUSB0 -b 9600

ESP-01 ma się dobrze, komunikuje się z komputerem 🙂

Usprawnienie – przejściówka dla ESP-01 do płytki stykowej

Od tego miejsca wszystkie informacje będą przydatne zarówno dla posiadaczy Windowsów jak i fanów pingwina. Bawiłem się trochę ESP-01, które było podpięte kilkoma kabelkami do płytki stykowej, kolejne kabelki łączyły się z przejściówką PL2303. Przesuwanie i przenoszenie takiego potworka powodowało rozłączanie się przewodów i niepotrzebnie wprowadzało nerwową atmosferę. W kwadrans skleciłem prostą przejściówkę, która rozszerza dwa rzędy po 4 goldpiny ze 100 milsów na 400, co pozwala wpiąć ESP-01 do płytki stykowej. Potrzebne materiały to dwa rzędy po 4 goldpiny męskie i żeńskie (gniazda) lutowane do druku oraz kawałek uniwersalnej płytki drukowanej. Połączenia zrobiłem kropelkami cyny, na tzw. zwarcia, które akurat tutaj są przydatne.

I teraz moduł ESP-01 można ładnie wpiąć w płytkę stykową.

Rozwiązanie zredukowało liczbę kabli do czterech – masa, zasilanie, RX i TX podłączonych do konwertera na chipie PL2303.

Pierwszy program – serwer www z obsługą czujnika DHT11

ESP8266 może pracować niejako w dwóch trybach: pierwszym, kiedy to wykonuje program wpisywany w czasie rzeczywistym, linijka po linijce oraz w znacznie funkcjonalniejszym, drugim, gdy program w postaci pliku lua jest zapisany we flashu. Cały kod może być podzielony na kilka plików, ale tylko ten o nazwie init.lua będzie wykonywany automatycznie po starcie modułu. Cały poniższy kod będzie znajdował się właśnie w tym pliku.

Warto jeszcze wspomnieć o obsłudze DHT11 – w sieci jest wiele przykładów, często z dodatkowym kodem obsługi transmisji. Sporo osób pisało później, że ich czujniki pokazywały bzdury. Trochę posiedziałem nad tematem i doszedłem do wniosku, że najczęstszym winowajcą był firmware, a właściwie wiele jego różnych wersji. Często wystarczyło, że ktoś wgrał inny soft niż autor kodu i problem gotowy. Ostatecznie problem został rozwiązany przez deweloperów nodemcu, którzy zaszyli moduł DHT. Od wersji 0.9.6 obsługa DHT11/22 sprowadza się do pojedynczych komend.

Cały kod programu wygląda tak:

function czytaj_dht()
pin = 4 --pin GPIO2 podlaczony do DATA w DHT11
status,temp,humi,temp_decimal,humi_decimal = dht.read11(pin)
if( status == dht.OK ) then
print( "Temperatura: "..temp.."°C; ".."Wilgotnosc: "..humi.."%");
elseif( status == dht.ERROR_CHECKSUM ) then
print("Blad sumy kontrolnej czujnka DHT");
elseif( status == dht.ERROR_TIMEOUT ) then
print( "Czujnik DHT nie odpowiada" );
end
end

wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.setip({ip="10.0.0.215",netmask="255.255.255.0",gateway="10.0.0.1"})
wifi.sta.config("air2radio","silne_haslo")

srv=net.createServer(net.TCP)
 srv:listen(80,function(conn)
 czytaj_dht()
 conn:send('<html><head><meta content="text/html;charset=utf-8"/>\
 <meta http-equiv="refresh" content="60"/>\
 <title>ESP8266 i DHT11 - grylewicz.pl</title></head>\
 <body style="background-color:#FFFFFF; font-size:50px"><font color="black">\
 <center>Test ESP-01 i DHT11<br><br>\
 <IMG SRC="http://esp8266.fancon.cz/common/tmp.gif"WIDTH="64"HEIGHT="64"><br>\
 '..temp..'&degC<br>\
 <IMG SRC="http://esp8266.fancon.cz/common/hyg.gif"WIDTH="64"HEIGHT="64"><br>\
 '..humi..' %<br><br></font></center></body></html>')
 conn:on("sent",function(conn) conn:close() end)
end)

Do wgrania kodu, najwygodniej będzie posłużyć się narzędziem ESPlorer, o którym już wspomniałem tutaj. Po pobraniu i rozpakowaniu paczki ze strony http://esp8266.ru/esplorer/, użytkownicy Windowsa uruchomią go klikając w plik ESPlorer.bat, linuksiarze wpiszą w terminalu:

java -jar ESPlorer.jar

Oczywiście, bez względu na posiadany system operacyjny, niezbędna jest java.

Kod powyższego programu kopiujemy i wklejamy w okienko z lewej strony (1). Następnie odświeżamy porty (2), upewniamy się, że został wybrany właściwy (3), zestawiamy połączenie Open (4). Dla pewności można wcisnąć Format (5), co usunie wszystkie wcześniej zapisane pliki w pamięci ESP8266. Wciskając Save to ESP (6) po raz pierwszy zostaniemy poproszeni o podanie nazwy pliku – wpisujemy init.lua i program zacznie być kopiowany linijka po linijce do modułu. Po prawidłowej transmisji wciskamy Reset (7) i program powinien zacząć działać.

W przypadku częstych błędów transmisji warto dołożyć w linię zasilania 3V3 kondensator elektrolityczny o pojemności kilkuset mikrofaradów. Ustabilizuje to napięcie zasilania i pozwoli na poprawną komunikację. Mój układ zmontowany na płytce stykowej wygląda tak:

Pin 2 (Data) czujnika DHT11 jest dołączony do portu GPIO2 oraz do napięcia 3,3V przez rezystor 4,7kΩ. Nagrałem krótki film prezentujący ładowanie softu do ESP8266 w ESPlorer:

Jak to działa? Na początku mamy funkcję, której zadaniem jest odczyt temperatury i wilgotności z czujnika oraz sprawdzenie poprawności transmisji. Kolejna części jest odpowiedzialna za połączenie WiFi, korzystamy ze statycznego IP, wpisujemy też nazwę sieci i hasło, do której ma się połączyć moduł ESP-01. Trzecia część to uruchomienie serwera www na porcie 80. Każde jej wywołanie (żądanie na porcie 80) spowoduje wywołanie zdefiniowanej na początku funkcji odczytu z czujnika z zwrócenie kodu HTML Przeglądarka będzie sama odświeżać stronę co 60 sekund, więc wyświetlane wyniki będą aktualne. Generalnie moduł ESP-01 nie musi mieć dostępu do internetu, komputer z którego się łączymy również – co najwyżej nie wyświetlą się obrazki termometru i kropelki wody, pobierane z zewnętrznego serwera. Po wpisaniu IP naszego mikroserwerka powinniśmy ujrzeć mniej więcej taką stronę:

Jak widać możliwości zarówno sprzętu jak i oprogramowania są duże, a osiągnięte wyniki zostały uzyskane niewielkim nakładem czasu jak i pieniędzy.