Управление arduino через wifi. Как построить схему управления на Arduino и ESP8266 с настраиваемыми таймерами, контролируемую через Wi-Fi. Подключение Bluetooth-модуля к Arduino
Земля, как и все планеты нашей Солнечной Системы, вращается вокруг Солнца. А вокруг планет вращаются их луны.
Начиная с 2006 года, когда из разряда планет и переведен в карликовые планеты, в нашей системе насчитывается 8 планет.
Расположение планет
Все они расположены на почти круговых орбитах и вращаются в направлении вращения самого Солнца, за исключением Венеры. Венера вращается в обратном направлении — с востока на запад, в отличии от Земли, которая вращается с запада на восток, как и большинство других планет.
Однако движущаяся модель Солнечной системы столько мелких подробностей не показывает. Из других странностей, стоит отметить то, что Уран вращается практически лежа на боку (подвижная модель Солнечной системы это тоже не показывает), его ось вращения наклонена на, примерно, 90 градусов. Связывают это с катаклизмом произошедшим очень давно и повлиявшим на наклонение его оси. Это могло быть столкновение с каким-либо крупным космическим телом, которому не посчастливилось пролетать мимо газового гиганта.
Какие существуют группы планет
Планетарная модель Солнечной системы в динамике показывает нам 8 планет, которые делятся на 2 типа: планеты Земной группы (к ним относятся: Меркурий, Венера, Земля и Марс) и планеты газовые гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).
Эта модель хорошо демонстрирует различия в размерах планет. Планеты одной группы объединяют похожие характеристики, начиная от строения и кончая относительными размерами, подробная модель Солнечной системы в пропорциях это наглядно демонстрирует.
Пояса из астероидов и ледяных комет
Помимо планет, наша система содержит сотни спутников (у одного Юпитера их 62 штуки), миллионы астероидов и миллиарды комет. Также между орбитами Марса и Юпитера существует пояс астероидов и интерактивная модель Солнечной системы флеш его наглядно демонстрирует.
Пояс Койпера
Пояс остался со времен образования планетной системы, а после орбиты Нептуна простирается пояс Койпера, в котором до сих пор скрываются десятки ледяных тел, некоторые из которых даже больше Плутона.
И на расстоянии 1-2 светового года располагается облако Оорта, поистине гигантская сфера, опоясывающая Солнце и представляющая собой остатки строительного материала, который был выброшен после окончания формирования планетной системы. Облако Оорта столь велико что мы не в состоянии показать вам его масштаб.
Регулярно поставляет нам долгопериодические кометы, которым требуется порядка 100000 лет чтобы добраться до центра системы и радовать нас своим повелением. Однако не все кометы из облака переживают встречу с Солнцем и прошлогоднее фиаско кометы ISON яркое тому подтверждение. Жаль, что данная модель системы флеш, не отображает столь мелкие объекты как кометы.
Было бы неправильно обойти вниманием столь важную группу небесных тел, которую выделили в отдельную таксономию сравнительно недавно, после того как Международный астрономический союз (MAC) в 2006 году провел свою знаменитую сессию на которой планету Плутон.
Предыстория открытия
А предыстория началась сравнительно недавно, с вводом в начале 90-х годов современных телескопов. Вообще начало 90-х ознаменовалось рядом крупных технологических прорывов.
Во-первых , именно в это время был введен в строй орбитальный телескоп имени Эдвина Хаббла, который своим 2.4 метровым зеркалом, вынесенным за пределы земной атмосферы, открыл совершенно удивительный мир, недоступный наземным телескопам.
Во-вторых , качественное развитие компьютерных и различных оптических систем позволило астрономам не только построить новые телескопы, но и существенно расширить возможности старых. За счет применения цифровых камер, которые полностью вытеснили пленку. Появилась возможность накапливать свет и вести учет практически каждого фотона упавшего на матрицу фотоприемника, с недосягаемой точностью, а компьютерное позиционирование и современные средства обработки быстро перенесли, столь передовую науку как астрономия, на новую ступень развития.
Тревожные звоночки
Благодаря этим успехам стало возможным открывать небесные тела, довольно крупных размеров, за пределами орбиты Нептуна. Это были первые “звоночки”. Ситуация сильно обострилась в начале двухтысячных именно тогда, в 2003-2004 годах были открыты Седна и Эрида, которые по предварительным расчетам имели одинаковый с Плутоном размер, а Эрида и вовсе его превосходила.
Астрономы зашли в тупик: либо признать, что они открыли 10 планету, либо с Плутоном что-то не так. А новые открытия не заставили себя долго ждать. В 2005 году была обнаружена , которая вместе в Кваваром, открытым еще в июне 2002 года, Орком и Варуной буквально заполонили транснептуновое пространство, которое за орбитой Плутона, до этого, считалось чуть ли не пустым.
Международный астрономический союз
Созванный в 2006 году Международный астрономический союз постановил что Плутон, Эрида, Хаумеа и примкнувшая к ним Церера относятся к . Объекты которые находились в орбитальном резонансе с Нептуном в соотношении 2:3 стали называться плутино, а все остальные объекты пояса Койпера – кьюбивано. С тех пор у нас с вами осталось всего 8 планет.
История становления современных астрономических взглядов
Схематическое изображение Солнечной системы и космических аппаратов покидающих ее пределы
Сегодня гелиоцентрическая модель Солнечной системы является непреложной истиной. Но так было не всегда, а до тех пор пока польский астроном Николай Коперник не предложил идею (которую высказывал еще Аристарх) о том, что не Солнце вращается вокруг Земли, а наоборот. Следует помнить, что некоторые до сих пор думают, что Галилео создал первую модель Солнечной системы. Но это заблуждение, Галилей всего лишь высказывался в защиту Коперника.
Модель Солнечной системы по Копернику не всем пришлась по вкусу и многие его последователи, например монах Джордано Бруно, были сожжены. Но модель по Птолемею не могла полностью объяснить наблюдаемых небесных явлений и зерна сомнений, в умах людей, были уже посажены. К примеру геоцентрическая модель не была в состоянии полностью объяснить неравномерность движения небесных тел, например попятные движения планет.
В разные этапы истории существовало множество теорий устройства нашего мира. Все они изображались в виде рисунков, схем, моделей. Тем не менее, время и достижения научно-технического прогресса расставили все на свои места. И гелиоцентрическая математическая модель Солнечной системы это уже аксиома.
Движение планет теперь на экране монитора
Погружаясь в астрономию как науку, человеку неподготовленному бывает трудно представить себе все аспекты космического мироустройства. Для этого оптимально подходит моделирование. Модель Солнечной системы онлайн появилась благодаря развитию компьютерной техники.
Не осталась без внимания и наша планетарная система. Специалистами в области графики была разработана компьютерная модель Солнечной системы с вводом дат, которая доступна каждому. Она представляет собой интерактивное приложение, отображающее движение планет вокруг Солнца. Кроме того, она показывает, как вокруг планет вращаются наиболее крупные спутники. Также мы можем увидеть между Марсом и Юпитером и зодиакальные созвездия.
Как пользоваться схемой
Движение планет и их спутников, соответствуют их реальному суточному и годичному циклу. Также модель учитывает относительные угловые скорости и начальные условия движения космических объектов друг относительно друга. Поэтому в каждый момент времени их относительное положение соответствует реальному.
Интерактивная модель Солнечной системы позволяет ориентироваться во времени с помощью календаря, который изображен в виде внешней окружности. Стрелка на ней указывает на текущую дату. Скорость течения времени можно изменять, перемещая ползунок в левом верхнем углу. Также есть возможность включить отображение фаз Луны, при чем в левом нижнем углу отобразится динамика лунных фаз.
Некоторые допущения
На этой модели Вы можете наглядно увидеть и понять, что такое Солнечная система. Flash модель анимирована, позволяет рассмотреть движение планет не только в абсолютной системе координат, но и в относительной.
Слева вверху расположен рычажок для изменения скорости вращения планет (в том числе отрицательная). Чуть ниже находится ссылка на HELP. Красиво подсвечивает важные моменты на этой модели. Здесь же можно включить музыку, если нужен музыкальный фон.
Слева внизу фазы Луны. Помогает в наглядности.
Справа вверху Вы можете ввести нужную дату, скажем день рождения, и получить положение планет на этот момент. Чуть ниже переключатель между месяцами и созвездиями, идущими по краю круга.
Справа внизу переключатель астрономических систем восприятия мира. Коперника и Тихо Браге. Гелиоцентрическая система мира Коперника отображает центром мира Солнце, вокруг которого вращаются остальные планеты. Геоцентрическая система Тихо Браге (16 век - датский астролог и астроном) была менее признанной, но более удобной для вычислений с точки зрения астрологии.
Отличный рычажок вращается по кругу. За него можно тянуть мышкой и выставлять нужное время для рассмотрения. В целом эта модель Солнечной системы очень удобна для понимания, хотя и не дает действительно точных размеров и расстояний. Однако это сделано намеренно для наглядности. Если у кого-то монитор не вмещает изображение, нажмите клавиши "Ctrl" и "Минус" одновременно. Если нужно увеличить, то "Ctrl" и "Плюс" одновременно. Здесь - ссылка, что бы
Как и многие другие самоделкины, я регулярно использую микроконтроллеры AVR для всяких разных любительских поделок. А благодаря концепции «Arduino» эти поделки теперь приобретают еще и элегантный вид. Действительно, за какие-то 300-400 рублей мы получаем миниатюрную многослойную плату с маской, шелкографией и с полностью разведенной на ней периферией для микроконтроллера (причем в SMD исполнении!). Я уже не говорю о всевозможных подключаемых модулях этой же «Arduino» серии: датчиках, контролерах, дисплеях и целых наборов, так нужной нам дополнительной периферии. И опять же всё также недорогих и в прекрасном исполнении. Практически уже нет необходимости, что-то разводить и допаивать на «коленке».
Но все эти разнообразные любительские поделки, требуют естественно, предварительного программирования. Да и в последующем при разных усовершенствованиях, постоянно приходится эти поделки перепрошивать . Понятное дело, что удобнее делать это дистанционно, чем постоянно таскать их к обычному программатору. Вообще, благодаря той же платформе «Arduino», вариантов и здесь много: Bluetooth, ZigBee, радиоканал с вашим личным протоколом, IR, и даже Wi-Fi. Все они позволяют наладить беспроводной контакт с вашим микроконтроллером. Но мы же остановимся на последнем варианте. Основных причин здесь четыре:
1: современно, интернет вещей же!
2: беспроводной роутер есть в каждой квартире, регистрируй в домашней сети свои устройства и вуаля!
3: ваши поделки осуществляют революционный скачок в своём развитии; мало того, что их можно программировать на расстоянии, они теперь ещё и сами могут общаться с окружающим их миром: электронные часы самостоятельно берут точное время с часовых NTP-серверов, исполнительные устройства управляются с другого конца города или страны, регистрирующие девайсы сохраняют накопленные данные в облако и т.д. и т.п.
4: есть замечательная серия микросхем ESP8266 на которой не очень легко всё это реализовать.
Далее, в этой статье на примере механической руки на сервоприводах - будет разобрано и продемонстрировано удаленное программирование и обмен данными с ПК (или чего угодно) с устройствами на базе AVR микроконтроллеров. Сразу же хочу отметить, что все программы приведенные в дальнейшем являются чисто демонстрационными и никакой коммерческой ценности не имеют. Поэтому претензии, типа, почему программатор такой кастрированный и мало функциональный или почему нет дополнительных сервисов, которые есть везде, не принимаются. Поскольку коды открытые, любой желающий может допилить их по своему усмотрению, мне же для работы, пока хватает и таких.
Предполагается, что читатель уже знаком и с «Arduino» модулями (шилдами) и с подключением и прошивкой ESP8266. На самом деле в Сети выложено огромное количество материалов разъясняющих азы работы с этими девайсами и мне не хотелось бы здесь повторяться. Для новичков в конце статьи есть перечень полезных ссылок по этим вопросам, где можно найти кучу информации, почему это всё у вас не работает. По своему опыту бывшего инженера электронщика могу ответственно заявить, что 99 % неполадок сводится к следующему:
1. Плохие контакты. Поскольку «Arduino» шилды, подразумевают коммутацию с друг другом через провода вида «папа-мама», а не через пайку, то очень часто что-нибудь, где-нибудь, да отходит. Проверяйте. Да и вообще, как говорится, электроника это наука о контактах.
2. Проблемы с питанием. Не подавайте 5 вольт питания туда, где требуется 3.3. Иногда из ESP8266 от этого идёт дым. Хотя с другой стороны логические сигналы от пятивольтовых устройств она переваривает без проблем.
3. Проблемы с достаточной мощностью питания. ESP8266 имеет подлую натуру и иногда может потреблять чуть ли не триста миллиампер, хотя до этого могла удовлетворяться и тридцатью. Соответственно хилый стабилизатор 3.3 вольт платы «Arduino», к которому вы ничтоже сумняшеся, её подключили, тут же просаживается до микроскопических значений. А вы не можете понять, почему оно, то работает, то нет.
4. Путаница с выводами. Всегда проверяйте, какие сигналы куда идут. Приемник RXD должен соединяться с передатчиком TXD, также как и TXD с RXD, но MOSI должно соединяться с MOSI, а MISO с MISO и так далее.
5. Не рассчитывайте на внутрисхемные подтягивающие резисторы в ESP8266, всегда подтягивайте выводы к нулю или питанию, через 5-10 килоомные внешние резисторы, а не просто перемычкой. Иначе можете в лучшем случае получить невиданный доселе ток потребления, а потом обонять неприятный запах горелого пластика.
6. Косяки программного обеспечения. Поскольку ПО для индивидуальных юзеров пишется таким же энтузиастами, то периодически вылазят глюки самих прошивок и баги при обновлении версий этих же прошивок. Лечится ползанием по соответствующим форумам, иногда даже англоязычным. Некоторые товарищи даже утверждали, что и сама микросхема ESP сырая как погода в Питере, но с другой стороны существует также мнение что с 2014 (года её первого выпуска) ситуация с этим кардинально улучшилась (в отличие от погоды).
7. Загадочные глюки. Это редкое, но нервопотребляющее явление. У меня к примеру, не шилось удалённо одно «Arduino»устройство. Вернее шилось но с ошибками. Но шилось без ошибок, если на нем висел шлейф от программатора (но без самого программатора). «АГА», сказал я себе и припаял конденсатор 15 пФ, между выводом передачи данных и выводом синхронизации. Всё заработало. Но день убил.
Итак, давайте начнем с самого простого. У нас есть механическая конечность MechArm (но не такая какую собрал Говард Воловитс) сделанная в Китае и персональный компьютер с Windows. Задача - удаленная прошивка программы и управление ея с компьютера.
Для управляющего контроллера возьмем симпатичную миниатюрную платку Arduino Nano c камнем ATmega328P. Эта плата прекрасно впихивается внутрь механической руки.
Теперь определимся каким образом мы её будем программировать. Существуют три основных способа наиболее подходящих для удаленной прошивки: через интерфейс SPI, через встроенный загрузчик, через порт JTAG.
Самый простой вариант, это конечно встроенный загрузчик (бутлоадер). Это заранее прописанная во FLASH память, программа, которая по определенному протоколу получает код, (допустим по самому простому UART) и специальными командами записывает его в место расположения загружаемой программы. Так работает, например, сам загрузчик ARDUINO IDE. После сброса или старта, загрузчик ждет какое-то время данные на приём и если не дожидается начинает исполнение программы с нулевого адреса. Если данные приходят, он пишет их в программную секцию. После следующего сброса загруженная программа начинает исполняться. В деталях, возможно, я описал неточно, но суть именно такая. В итоге нам требуется всего три вывода для программирования: приемник RTD, сброс RESET и земля GND. Вообще, используется еще и передатчик TRD, для верификации записанной программы, но для простых демонстрационных приложений (не для атомной электростанции), проверку можно опустить.
Сам загрузчик пишется на языке ассемблера, есть примеры простых загрузчиков в даташитах на AVR. Можно раскопать существующий уже загрузчик, если он в открытом доступе и просто использовать его в готовом виде, если известен протокол по которому он работает. Единственный нюанс, что для этого требуется настроить AVR в специальный режим, путем прошивки специальных фьюз-битов, что делается обычным программатором, а потом им же зашить сам загрузчик в память микроконтроллера (то есть без программатора один раз все равно не обойтись).
Второй вариант, это программирование по последовательному интерфейсу SPI. Тут уж внутреннего загрузчика нет, а программируем мы, посылая специальные команды и затем данные, по вышеупомянутому интерфейсу. Здесь у нас загрузчик уже внешний, но его все равно писать надо. При передаче используются в добавление к RESET и GND уже четыре дополнительных вывода MOSI, MISO - данные, SLK синхронизация, СS - выбор кристалла. Но вообще также можно убрать MISO и СS. Данные будут только приниматься (верификации программы тогда не будет), а кристалл у нас и так всего один.
У каждого подхода есть свои плюсы и минусы (а JTAG я вообще не рассматривал, поскольку жизнь человеческая коротка). Но в итоге я склонился к SPI поскольку на ассемблере писать было лень, а открытых готовых загрузчиков я не нашел (просто хорошо не искал).
Для построения беспроводного канала я, как уже говорилось, выбрал крайне широко известную в настоящее время микросхему ESP8266 - микроконтроллер, а точнее целый SoC (System-on-Chip) китайского производителя Espressif с интерфейсом Wi-Fi. Помимо Wi-Fi он отличается возможностью исполнять программы из внешней флэш-памяти. А конкретно для своего проекта я взял ESP8266-07 с 512 Кб памяти на борту.
Вообще годится любая ESP8266, где есть лишние ноги для реализации SPI. Поэтому самая простая ESP8266-01 нам не подойдет, так как у неё разведено совсем мало ножек для портов ввода-вывода. Но с другой стороны разница в цене на них меньше ста рублей, а доступны они одинаково. Ну и большие отладочные платы с ESP, где для удобства разведена куча периферии, нам тоже не годятся, так как не влазят, туда куда мы их хотим впихнуть, в нашу механическую руку.
Глобальная суть идеи в общем была такова. С компьютера на ESP без проводов по WI-FI (в рамках вашей домашней сети) передается тело загружаемой в микроконтроллер программы. А ESP уже по проводам с использованием интерфейса SPI записывает эту программу непосредственно во FLASH память микроконтроллера. Потом естественно сбрасывает его и дает возможность загруженной программе выполняться. Кроме того в ESP должен быть независимый блок, который заведует еще и обменом данными с микроконтроллером, так как мы хотим не только программировать, ни и еще обмениваться с ним данными. В частности для проекта с MechArm, после записи программы, мы ещё передаем сигналы управления сервоприводами, дабы привесть эту руку в движение. Поэтому на самой ESP нам желательно поднять TCP сервер для передачи программы и UDP сервер для управления MechArm. Соответственно эти серверы присоединяются к домашней сети и внимательно слушают, нет ли там желающих загрузить новый код в MechaArm или помахать кому-нибудь ею.
Так-то, я нашел в Сети, прошивки уже позволяющие производить программирование AVR по воздуху, но там главная проблема в том, что для чего другого эту прошивку использовать уже нельзя. А нам хотелось бы после программирования и общаться с AVR также удаленно.
Какое ПО мы будем использовать:
Для ПК, я писал всё на JAVA, среда IntelliJ IDEA . Но в принципе, можно на чём угодно, нам там главное написать клиент, который будет отправлять программу для прошивки AVR на ESP8266.
Сами программки для AVR я пишу в ATMEL STUDIO , на языке С, редко на ассемблере. Скетчи Arduino не использую принципиально, практически любая нужная библиотека пишется за час другой, причем с полным пониманием её работы. Я пробовал скетчи, но пока у вас нет на AVR операционной системы, скетчи так и будут отбирать у друга периферию и регулярно глючить. Да сама IDE Arduino по сравнению с ATMEL STUDIO, конечно вещь весьма примитивная. Но тут вопрос, конечно, спорный, гуманитариям и школьникам веселее и проще будет, наверное, со скетчами.
Для программирования ESP8266 я использовал прошивку NodeMCU, а программы писал на языке Lua. Нет, я бы с удовольствием писал бы на Java и на С, но их же на ESP нет. Luа язык в применении к нашей задаче не сложный, освоить его пара пустяков. А собственно для загрузки программ и их отладки на ESP, я взял IDE ESPlorer . Отечественный бесплатный продукт (но можете сделать автору donation), который конечно не сравнить со средами упомянутыми выше, но как говорится дарёному коню… Но чтобы пользоваться ESPlorer и писать на LUA, нам сначала необходимо сменить в микросхеме ESP8266 базовую прошивку (поставляемую от производителя) на новую. В этом предприятии нам поможет программа NODE MCU PyFlasher. В смысле, поможет её перепрошить. А саму прошивку мы сами создадим и получим в руки на сайте создателей: NodeMCU .А более подробно об этом процессе вы можете прочесть
Всё очень доступно и понятно. К базовым библиотекам добавляем поддержку SPI и битовые операции (в LUA в нашем случае битовые операции перегружены и от них мало толку). Много в прошивку библиотек пихать не следует, так как из-за наличия всякого разнообразного софта на ESP8266 остается совсем мало памяти, какие-то жалкие 20 кБ.
Конечно, вы можете просто взять готовую прошивку, коих много уже болтается в Интернете, но не рекомендую. Хотя бы потому, что на некоторых нет поддержки битовых операции (а они нам нужны) и нет регулирования скорости передачи данных по SPI.
Соответственно, они передаются по умолчанию со скоростью 40 Мгц делённые на какой-то небольшой коэффициент и поэтому AVR их переваривать не успевает.
Кому лень создавать прошивку можете скачать мою из облака .
Теперь у нас есть прошивка и нам надо загрузить её в ESP8266 вместо базовой. Для этого нам пригодится простейший адаптер USB - UART.
Присоединяем ножки TXD к RXD, а RXD к TXD, делаем общей землю, но не используем, как казалось, удобный вывод питания 3.3 В на адаптере. В большинстве случаев ESP8266 просадит его напрочь. Поэтому запитываем ёё отдельно. Потом переводим ESP в режим программирования (GP0 на землю, если кто забыл) и запускаем NODE MCU PyFlasher .
Главное, не забудьте стереть флэш-память (yes, wipes all data), иначе в зависимости от версии прошивки после программирования в памяти может остаться ненужный мусор, который в свою очередь будет сыпать мусор в консоль при дальнейшей работе. До этого я использовал софт, где не было опции стереть предварительно память, намучался жутко, так как ничего не работало. А ларчик просто открывался, только правда на англоязычном форуме создателей NODE MCU.
Заимев же нужную прошивку мы теперь можем писать и отлаживать программы на языке LUA (там еще MicroPython, но я им не пользовался) используя при этом очень удобные API от NODE MCU. Запускаем уже упомянутый ранее ESPlorer.
Также настраиваем его для работы с ESP8266, устанавливаем параметры последовательного соединения. Всё достаточно просто и многократно изложено в Интернете.
Теперь пишем программульку на LUA, кою потом загрузим в ESP8266:
Загрузчик Lua для AVR, записываемый в ESP8266
function InstrProgrammingEnable () -- instruction for MC "enable programming" p=0 while p<31 do p=p+1 pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1, 0xAC,0x53) read = spi.recv(1, 8) spi.send(1,0,0) gpio.write(pin, gpio.HIGH) if (string.byte(read)== 83) then print("connection established") p=33 if(p==31) then print("no connection") end end end end function ProgrammingDisable () pin=2--END OF ESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=8 gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=5--CLK MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=6--MISO MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=7--MOSI MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.INPUT) end function ProgrammingEnable () pin=2-- RESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.LOW) pin=2--POZITIV FOR 4MSEC RESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(4) gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.LOW) tmr.delay(25000) end function InstrFlashErase() pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1,0xAC,0x80,0,0) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(15000) pin=2--RESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(20000) gpio.write(pin, gpio.LOW) print("FLASH is erased") InstrProgrammingEnable () end function InstrStorePAGE(H, address, data) pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1,H,0,address,data) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(500) end function InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1,0x4C,page_address_high,page_address_low,0) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(5000)-- иногда не прописываются флэш при малых задержках end function Programming (payload) pin=8--CS MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT, gpio.PULLUP) pin=4--LED LIGHTS ON LOW gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.LOW) print(string.len(payload)) page_count = 7 -- пишем 1 килобайт for k =0 ,page_count ,1 do--quantity of pages for i=0 , 127, 2 do-- -1 address = i/2 data=payload:byte(i+1+128*k) if data == nil then data = 0xff end InstrStorePAGE(0x40,address,data) -- tmr.delay(100)-- otherwise not in time write data =payload:byte(i+1+1+128*k) if data == nil then data = 0xff end InstrStorePAGE(0x48,address,data) -- tmr.delay(100) end page_address_low=bit.band(k ,3)*64 -- 3 это двоичное 11 page_address_high=k/4+frame1024*2 tmr.delay(1000) InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) tmr.wdclr() end pin=4--LED gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.HIGH) end --MAIN BLOCK wifi.setmode(wifi.STATION) --wifi.sta.config("имя сети","пароль") -- set SSID and password of your access point station_cfg={} tmr.delay(30000) station_cfg.ssid="имя сети" tmr.delay(30000) station_cfg.pwd="пароль" tmr.delay(30000) wifi.sta.config(station_cfg) tmr.delay(30000) wifi.sta.connect() tmr.delay(1000000) print(wifi.sta.status()) print(wifi.sta.getip()) while (wifi.sta.status()~=1) do if(wifi.sta.status()==5) then break end end sv=net.createServer(net.TCP,30) tmr.delay(100) print("SERVER READY") sv:listen(4000,function(c) c:on("receive", function(c, payload) print(payload) if (payload =="program\r\n") then c:send("ready\r\n") print("ready for program\r\n") spi.setup(1, spi.MASTER, spi.CPOL_LOW, spi.CPHA_LOW, spi.DATABITS_8,320,spi.FULLDUPLEX) ProgrammingEnable () tmr.delay(100) InstrProgrammingEnable () tmr.delay(100) InstrFlashErase() tmr.delay(100) frame1024=0--номер переданого фрей мов st=net.createServer(net.TCP,30) st:listen(4001,function(c) c:on("receive", function(c, payload) tmr.wdclr() Programming (payload) frame1024=frame1024+1 end) end) end if (payload =="data\r\n") then c:send("ready\r\n") print("ready for data\r\n") srv=net.createServer(net.UDP) tmr.delay(1000) pin=10 gpio.write(pin, gpio.HIGH) uart.setup(0,9600,8,0,1,0) srv:listen(5000) srv:on("receive", function(srv, pl) pl=pl*1 --print(pl) uart.write(0,pl) tmr.wdclr() end) end if (payload =="stop\r\n") then if(st~=nil) then st:close() frame1024=0 ProgrammingDisable () print("stop program") end if(srv~=nil) then srv:close() print("stop data") end end end) end) end)
Где соответствующие функции выполняют следующие действия:
function InstrProgrammingEnable () – переводит микроконтроллер в режим программирования специальной командой отправляемой по SPI.
function ProgrammingEnable () – просто ресетим AVR на 25 мс перед началом программирования
function ProgrammingDisable () – после окончания программирования, переводим выводы SPI в ESP8266 в неактивное состояние, чтобы они не мешались нам при выполнения кода на микроконтроллере (вдруг они там используются)
function InstrFlashErase() – затираем флэш-память на микроконтроллере перед началом программирования. Зачем это нужно объяснять не нужно.
function InstrStorePAGE(H, address, data) – по этой команде во внутренний буфер микроконтроллера записывается байт программы. Но это ещё не сама флэш запись, так как флэш пишется здесь постранично по 128 байт.
function InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) – а вот это уже запись флэш и она требует времени, обратите внимание на временную задержку 5 000 мкс.
function Programming (payload) – самая большая и важная функция использующая и вышеперечисленные функции. Она берет передаваемую программу кусками по 1024 байт, делит их на байтики и формирует для них адреса, а затем отправляет в микроконтроллер во внутренний буфер и через каждый 128 байт инициализирует запись флэш. Потом берет следующий килобайт кода и повторяет операцию, естественно со смещением в адресах, чтобы писать дальше а не затирать записанное. Вначале, я пробовал пересылать программы целиком, но при превышении 6 килобайт в ESP8266 элементарно кончается доступная память и она вылетает. Один килобайт оказался самой удобной единицей, ибо аккуратно делится на части и удобно передается по TCP (нам же надо его с компьютера ещё получить). Больший размер тоже не нужен, TCP, сами знаете, в текущей версии ограничивает передаваемый пакет, в 1500 что ли байт (но у меня передавался почему-то 1440, вроде).
Как бы ничего сложного, но несколько подводных камней пришлось преодолеть.
Регистрируемся в беспроводной сети.
Создаем вначале TCP сервер, который слушает три команды:
1. “program” (будем программировать),
2. “data” (будем меняться данными),
3. ”stop” (всё прекращаем).
Если мы программируем, то сначала инициализируем SPI и создаем еще один TCP сервер, который хапает данные (код прошиваемой программы) покилобайтно и вызывает под них функции программирования микроконтроллера. Я понимаю, что выглядит глупо создавать второй сервер, но это необходимость, ибо местное API поддерживает создание только одного сокета, а нам необходимо разделять команды ”program” и “data” собственно с передаваемыми данными, ибо на глаз они не различаются, там байты и тут байты.
Если же мы хотим не программировать, а обмениваться данными, посылая их в нашем случае в микроконтроллер, то мы сначала отправляем по TCP строку ”data”. В ответ на это будет создан уже UDP сервер (я напомню, что мы управляем динамически механической рукой и нам задержки с формированием TCP пакетов не нужны, да и вообще отправлять один байт целым TCP кадром моветон). А UDP дейтаграммы у нас будут маленькими и формироваться будут быстро.
После инициализируется UART, и каждый принимаемый в беспроводном виде байт, отправляется уже по проводу TXD на микроконтроллер, который обязан, буде там прошита соответствующая программа, его принять. Обмен данными в другом направлении организовать также не сложно, но я пока его не реализовывал.
Ну и по команде ”stop” вышеупомянутые сервера (кроме самого первого) закрывают соединения и самый главный сервер вновь переходит в состояние ожидания команд ”program” и “data”.
Поскольку SPI интерфейс программно эмулируется в ESP8266, то порты ввода-вывода для сигналов CS, CLK, MISO,MOSI, RESET (для AVR), можете использовать любые доступные, а не те, что указаны у меня в загрузчике. Кроме того оказалось, что CS и MISO в принципе тоже можно в данном случае оборвать, будет работать и без них. Ну и один вывод задействуется на встроенный в плату ESP8266 светодиод, чтобы мигал иногда и показывал, что программа ещё живая.
Проверок на ошибки записи не делается (за исключением первого запроса к AVR, но эта информация просто выводится на консоль), EEPROM не программируется, больше 32 Кб не шьется – короче есть ещё над чем поработать. Скорость обмена по SPI примерно 115 Кбит, за несколько секунд всё прошивается, примерно, как у обычного последовательного программатора типа ISP500).
Берите код, вписывайте свои сети и пароли, компилируйте на ESplorer, обзывайте его “init” (чтобы запускался при рестарте) и отправляйте на ESP8266. Должно работать. В смысле работать беспроводным программатором, как минимум.
Мы же теперь займемся управляющей стороной – персональным компьютером.
По сути, нам нужно взять файл формата HEX, в который превращаются ваши программы, написанные в среде ATMEL STUDIO и отправить его по WI-FI на известный нам порт сокета (в данном случае 4000). Маленькая загвоздка в том, что нам нужен двоичный файл BIN для пересылки, а ATMEL STUDIO радует нас только HEXом. Выхода здесь два; или перевести его в формат BIN специальной программой конвертером, типа WinHex или сделать это самим в своей программе. Я пока не сделал, но вроде это не сложно, там надо отрезать заголовок и сделать что-то ещё.
В итоге программу-загрузчик я написал на JAVA (в основном потому, что больше ни на чем не умею), работая в просто прекрасной и бесплатной среде IntelliJ IDEA. В ней создается TCP клиент, который ищет сервер запущенный на ESP8266. Если находит, то связывается с ним и отправляет ему файл расположенный по такому-то адресу. Код ниже.
Загрузчик файлов на JAVA, работающий на стороне ПК
import java.io.*; import java.net.*; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class Net { public static void main(String args) { new Http_client(4000); } } class Http_client extends Thread { int port; String s; String Greetings_from_S; Http_client(int port){ this.port = port; start(); } public void run() { //192.168.1.113 -это адрес ESP8266 в моей сети. Но вообще, узнается из общения с роутером // лучше сделать его статическим, роутеры это умеют try (Socket socket = new Socket("192.168.1.113", port)) { PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()),true); pw.println("program");// Greetings with SERVER System.out.println("program"); BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); Greetings_from_S = br.readLine(); System.out.println(Greetings_from_S); if(Greetings_from_S.equals("ready")) { try { File file = new File("d:BlinkOUT.bin");// адрес выгружаемого файла BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)); byte data = new byte; bis.read(data); byte data_buffer = new byte; int frames = data.length/1024; System.out.println(frames); int residy = data.length%1024; for (int i = 0; i < frames;i++) { for (int k = 0; k< (1024); k++) { data_buffer[k] = data; } sendingChunk(data_buffer); } byte data_buffer2= new byte; for (int i = 0; i < residy;i++) { data_buffer2[i] = data; } sendingChunk(data_buffer2); pw.println("stop");// System.out.println("stop program"); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } public void sendingChunk (byte data_buffer){ try (Socket socket = new Socket("192.168.1.113", 4001)){ BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream((socket.getOutputStream())); bos.write(data_buffer); bos.flush(); System.out.println(data_buffer.length); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } }
Тут конечно накручено лишнего, всякие ready, в принципе не нужны. Если уж TCP соединение установлено, то оно установлено. Единственная проблема была в том, что файл никак не хотел отправляться ровными кусками по 1024 байт, как мне очень требовалось, хотя я и явно указывал размер. Видимо там какой-то финальный буфер недоступный из JAVA, и он отправляет пакеты размером, каким ему хочется, что для приемной стороны совершенно неприёмлемо. Сначала я пробовал сделать задержку, чтобы буфер уставал ждать следующие куски и отправлял как есть. Но задержка стала работать, когда достигла 10 секунд, что мне как-то показалось многовато на один передаваемый килобайт.
Но потом я заметил, что почему-то первый кусок всегда идет ровный, какой был заказан, а уже со второго начинается непредсказуемая вакханалия. Поэтому я сделал так, чтобы клиент открывал соединение, отправлял порцию кода в 1024 байт и закрывал соединение. И так пока не отправится весь файл. Всё успешно заработало.
Единственное, для запуска необходимо поставить на компьютер среду выполнения JAVA. Но я обычно запускаю сразу из IntelliJ IDEA ибо там в консоли всегда видно, что происходит (но и здесь среда JAVA нужна). Хотя, конечно, по-умному надо сделать GUI. То есть окошко, где выпадает путь к файлу, возможность менять там же в окне номера портов и ну и прочие нужные вещи. И все это собрать в виде исполняемого файла.
А таперича, как говаривал Коровьев, вернемся граждане, собственно к механической конечности MechArm, что была упомянута в самом начале. У нас теперь есть возможность удаленно её запрограммировать, а затем ею поуправлять. Перейдём к программе управления на стороне микроконтроллера.
В данном случае нам необходимо контролировать четыре сервопривода. Вот таких.
Такой привод управляется прямоугольными импульсами, периода 20 мс (50Гц) с коэффициентом заполнения от 2 до 4 процентов. То есть 2% это полный поворот в одну сторону, 4% в другую. Задача как раз для встроенного в AVR ШИМ.
Один сервопривод используется для движения вправо-влево; второй на себя – от себя; третий вверх-вниз; четвертый – сама клешня, которая должна сжиматься и разжиматься. Всё написано на С и откомпилировано до HEX файла в ATMEL STUDIO. Немного странный вид программы связан с тем, что изначально рука управлялась с клавиатуры привязанной проводами к микроконтроллеру. Но провода вчерашний день, надо эволюционировать дальше.
Можно конечно использовать скетчи для сервоприводов от ”ARDUINO”, но мне они не понравились. Самому писать интересней. К тому же все четыре сервопривода должны работать одновременно, а не в мультиплексированном режиме, когда ШИМ переключается на каждый сервопривод поочередно. Ибо гравитацию никто не отменял и поднятая вверх конечность, моментально опустится, если на соответствующий сервопривод перестанут поступать управляющие импульсы. Я не уверен, что ”ARDUINO” скетч обеспечивает одновременный режим работы для четырех серво. А вот сами мы вполне можем написать программку отвечающую нужным требованиям. Да и вообще при отсутствии операционной системы, которая отделяет агнцев от козлищ, применение скетчей конкурирующих за периферийные устройства микроконтроллера (а мы даже и не знаем заранее какие) дело слишком багопроизводительное.
Вот сам код, который мы записываем в Arduino Nano посредством ESP8266-07.
Программа для управление MechArm для микроконтроллера AVRmega328P
#define F_CPU 16000000
#include Теперь нам осталось лишь написать управляющую программу, простите за тавталогию, для управления механической рукой уже непосредственно с компьютера по WI-FI. Что там происходит понятно из окошка. Текст программы я здесь не привожу (он доступен на Это небольшой рассказ о том, как построить робота в виде игрушечного автомобильчика с видео камерой, которым можно управлять с помощью компьютера или смартфона на ОС Android через WiFi. Устройство не имеет никакой автономности в смысле своего поведения (типа распознавания чего-либо), управление - только от человека, поэтому «робот» - это не совсем подходящее слово в названии.
Начнем сначала.
Чип
ESP
8266
Чип ESP8266 разработан специально для «интернета вещей». Существует два варианта использования этого чипа. Первый - в качестве моста UART-WIFI для подключения к микроконтроллеру и управления АТ-командами. Второй вариант - чип сам исполняет роль управляющего контроллера. По моим оценкам в среде любителей электроники чип чаще используется как управляющий контроллер.
Возможности чипа:
Чип является высокоинтегрированным решением для работы с WiFi. Внутри чипа удалось разместить все, что нужно. Типовая минимально необходимая для работы обвязка микросхемы состоит всего из семи элементов.
Фотографии для сравнения количества компонентов аналогичных решений.
По одним данным всей этой прелестью управляет 32-разрядное процессорное ядро Xtensa LX106, по другим данным - Tensilica’s L106 Diamond. Под микроскопом выглядит чип как целый город из связанных элементов.
Одной из самых важных характеристик является энергопотребление. У ESP8266 оно просто поражает:
Время необходимое на пробуждение и начало передачи пакета менее 2ms. Например, при измерении температуры каждые 100 секунд и подключении к точке доступа и передаче накопленных данных каждые 300 секунд (все остальное время чип спит) средний ток составит около 1mA. Это более трех месяцев работы от трех пальчиковых аккумуляторов емкостью 2600мА/ч.
О модулях
ESP
В настоящее время наиболее популярными модулями на чипах ESP8266 являются ESP-01, ESP-02, ESP-03, ESP-04, ESP-05, ESP-06, ESP-07, ESP-08, ESP-09, ESP-10, ESP-11, ESP-12, ESP-12E. Они отличаются количеством разведенных пинов, наличием разъема для подключения внешней антенны, размерами.
Сейчас уже можно найти в продаже старшего брата ESP8266 - это модуль ESP-32. На Aliexpress пока всего у двух продавцов есть эти модули. Цена около 250 рублей против 110 рублей за ESP-12E. В новом модуле будет еще больше плюшек.
Основные возможности ESP-32. (нажмите для просмотра)
Wi-Fi Bluetooth CPU and Memory Clocks and Timers Advanced Peripheral Interfaces Security Особенно интересна заявленная поддержка CAN-шины. Скоро управлять системами автомобиля и проводить диагностику можно будет по WiFi прямо с мобильного устройства.
Но вернемся к ESP-12E. На базе этого модуля построена платформа NodeMCU.
О платформе
Платформа использует возможности ESP-12 модуля, собственного микроконтроллера не имеет. Китайцы производят много клонов с разными конвертерами интерфейсов, и сами платформы имеют разные размеры.
По умолчанию в платформу загружена прошивка NodeMCU с поддержкой интерпретатора скриптового языка LUA. Скрипты задают поведение платы.
Я пишу и заливаю программы с помощью Arduino IDE. Для работы с платформой необходимо установить библиотеки. С библиотеками идет большое количество примеров программ.
Установка библиотек в среду
Arduino
IDE
для работы с
NodeMCU
.
Для установки библиотек необходимо зайти в настройки Arduino IDE и в поле «Additional board» ввести адрес http://arduino.esp8266.com/package_esp8266com_index.json
Пролистываете список вниз и находите ESP8266 by ESP8266 Community, и устанавливаете библиотеки.
Закройте «Boards Manager». Идите в «Инструменты» и выберите плату NodeMCU в соответствии с вашей версией.
Чтобы понять какой модуль у вас установлен и какую версию выбрать, посмотрите на модуль. Если контакты на нем расположены с трех сторон - это ESP-12E, если только с двух - это ESP-12.
Назначение выводов платформы NodeMCU
Функции, поддерживаемые библиотеками для
Arduino
IDE
.
Полное описание можно почитать здесь https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware/wiki/nodemcu_api_ru причем на русском языке. Я расскажу об основных функциях.
Управление GPIO осуществляется так же, как и у Arduino. pinMode, digitalRead, digitalWrite, analogWrite функционируют как обычно. analogRead(A0) читает значение АЦП с аналогового входа А0 соответственно. analogWrite включает программный ШИМ. Частота ШИМ порядка 1кГц. Диапазон ШИМ от 0 до 1023, у Arduino, как мы помним, до 255. Прерывания также поддерживаются на любом GPIO, кроме GPIO16. Функции millis() и micros() возвращают миллисекунды и микросекунды, прошедшие со старта модуля. Функция delay() у NodeMCU работает по-другому нежели у Arduino. Здесь применение delay приветствуется и в больших программах даже необходимо. Когда модуль поддерживает WiFi соединение, ему приходится выполнять множество фоновых задач, кроме вашего скетча. WiFi и TCP/IP функции библиотек SDK имеют возможность обработать все события в очереди после завершения каждого цикла вашей функции loop() или во время выполнения delay(...). Если в вашем коде есть фрагменты, которые выполняются более 50 миллисекунд, то необходимо использовать delay(...) для сохранения нормальной работоспособности стека WiFi. А вот delayMicroseconds() блокирует выполнение других задач и не рекомендуется для задержек более 20 миллисекунд. Serial использует аппаратный UART0, работающий на PIO1(TX) и GPIO3(RX).
Программа для управления четырьмя реле с мобильного приложения
После того, как библиотеки установлены, к платформе подключаем блок из 4 реле к пинам D1, D2, D3, D4, что соответствует GPIO 5, 4, 0, 2 соответственно. Затем подключаем питание к платформе и к блоку реле. У имеющегося у меня блока реле есть одна особенность. Для включения реле необходимо подтянуть пин к земле. То есть логический 0 включает реле, а 1 выключает.
Я рассмотрю три варианта программы управления блоком реле.
Первая программа
использует популярную библиотеку aRest https://github.com/marcoschwartz/aREST
Это API handler библиотека, позволяет управлять GPIO через http-запросы вида http://192.168.0.10/digital/6/1 ее возможности: устанавливать GPIO в Digital или Analog (ШИМ), устанавливать 0 или 1 на пин в режиме Digital, возвращать переменные и читать состояние пинов.
Программу я откомпилировал и загрузил из примеров, идущих вместе с библиотекой. С точки зрения использования - проще некуда.
В Setup’е устанавливается соединение с точкой доступа, о чем сообщается через COM порт. А loop выглядит вот так:
void loop() {
WiFiClient client = server.available();
if (!client) {
return;
}
while(!client.available()){
delay(1);
}
rest.handle(client);
}
Все. Что там происходит не понятно. Работает, но фактически мы не программируем ничего. Просто запускаем программу, все остальное делает библиотека. Но интереснее научиться работать с GPIO «руками». Да, кстати, программа у меня зависала через неопределенное время. Иногда через 40 минут, иногда через 5-6 часов. Приходя домой после 8 часового рабочего дня, я всегда обнаруживал, что программа не работает. При этом роутер показывает, что клиент WiFi подключен и ему выдан IP адрес. Интерес у меня к библиотеке быстро пропал. На зависания aRest’а на русскоязычных форумах жалоб не встречал. Я уж грешил на NodeMCU или на нестабильное питание, но дальнейшие эксперименты доказали, что в моем случае виновата была программа. Скорее всего, у меня частный случай. Я не утверждаю, что библиотека не рабочая.
С aRest’ом разобрались.
Вторая программа
написана самостоятельно, использует всего одну подключаемую библиотеку #include После компиляции и загрузки программы в монитор последовательного порта программа сообщит о состоянии подключения и IP адрес, который платформа получит от точки доступа.
Для управления блоком реле для этих двух программ было создано приложение на мобильный с ОС Android. Приложение очень простое, создавалось в App Inventor 2. Процесс создания приложения я опишу позже. Сначала третий вариант решения управления реле.
Третий вариант
комплексный. Прошивка платформы и программа для Android от одного разработчика. Я использовал сервис Blynk. Он представляет собой облачный сервис для создания графических пультов управления и подходит для широкого спектра микрокомпьютеров и микроконтроллеров.
Для создания собственного проекта с управлением через Blynk нужно совсем немного: установить приложение (доступны версии для iOS и Android) или воспользоваться веб-формой. Тут потребуется регистрация в один шаг — ввод e-mail и пароля. Дело в том, что Blynk — облачное решение, и без регистрации контроль над железкой может получить любой пользователь.
Желающие могут установить сервер локально . В таком случае доступ в интернет не нужен.
Опишу сам процесс. Он состоит из двух частей.
Первая часть.
Скачиваете Blynk с Google Play. Устанавливаете и запускаете программу
Вторая часть
- это прошивка NodeMCU. Скачиваете и устанавливаете библиотеки Blynk https://github.com/blynkkk/blynk-library . Запускаете Arduino IDE - Файл - Образцы - Blynk - BoardsAndShields - ESP8266_Standalone.
Вписываете в пример Auth Token с секретной бумажки почты. А также SSID вашей сети WiFi и пароль доступа к ней.
Все. Компилите и шьете. Все заработало с первого раза. При условии использования облачного сервиса в интернет должен иметь доступ как мобильный телефон, так и NodeMCU.
Создание приложения в
App
Inventor
.
App Inventor - среда визуальной разработки android-приложений, требующая от пользователя минимальных знаний программирования. Первоначально разработана в Google Labs, после закрытия этой лаборатории была передана Массачусетскому технологическому институту. Для программирования в App Inventor используется графический интерфейс, визуальный язык программирования очень похожий на язык Scratch и StarLogo TNG. Разобраться с написанием приложения не так сложно. Полезной документации на русском я не нашел, а вот видео на ютубе очень много.
У сервиса две основных вкладки. Первая - это «Designer», здесь в визуальном редакторе размещаются компоненты. Скорость разработки интерфейса очень высока благодаря одной особенности сервиса App Inventor. На мобильный девайс необходимо установить приложение MIT App Inventor 2 Companion. Запустить его. На сайте выбрать Connect - AI Companion. Будет сгенерирован и выведен на экран QR код. В приложении надо нажать «scan QR code» и отсканировать код. Через пару секунд приложение появится на экране мобильного девайса. Новые элементы или любые измененные данные буквально через секунду становятся доступными для проверки на мобильном устройстве.
На экране размещаются: поле ввода для ввода IP адреса, кнопка установки адреса и отправки тестового запроса. Ниже располагается компонент «WebViewer», в нем будет отображаться присланная в ответ от NodeMCU страница. Ниже идут 4 группы по две кнопки, которые включают и выключают реле. Также нужен компонент «TinyDB», в нем будем хранить переменную для построения запроса. Также я для пробы добавил компонент распознавания голоса, чтобы можно было управлять реле голосовыми командами. Описывать алгоритм действий при распознавании текста не буду, так как пользоваться этой функцией крайне неудобно. Сначала нужно нажать на кнопку, потом выводится окошко от гугла с надписью «говорите», потом произносится команда. Причем после окончания произношения команды система распознавания ждет некоторое время, потом соображает, что все уже сказано. Затем идет распознавание речи и приходит текстовый ответ. Его надо сравнить с заранее заготовленными фразами. И только после этого команда будет выполнена. Проще тапнуть кнопку.
Вторая вкладка называется «Blocks». Здесь в виде блоков задается вся «программная» часть приложения.
Здесь из блоков составляется алгоритм работы программы. Основная часть алгоритма есть на скрине. Опишу, что здесь происходит.
Остальные кнопки действуют аналогично, меняя в запросе номера пинов и необходимое состояние.
После того, как все проверено и работает, нажимаете Build - App (save .apk to my computer). Идет компиляция и скачивание apk-файла приложения. Его необходимо установить на мобильное устройство, предварительно в настройках разрешив установку приложений из сторонних источников. Теперь приложение запускается самостоятельно. AI Companion уже не нужен и связь с интернетом тоже.
Вот так можно без особых усилий создать приложение для Android-устройства для управления нагрузкой по сети WiFi.
NodeMCU и мобильный телефон подключены к домашнему роутеру. Там, где нет точки доступа WiFi, NodeMCU может выполнять функции точки доступа для подключения мобильного устройства напрямую к ESP8266. Например, управление открытием гаражной двери и включением света в гараже.
P.S. Поднять точку доступа на платформе мне пока не удалось. Пример, идущий с библиотеками, не компилируется. Arduino IDE просто виснет в процессе компиляции. С этим мне еще предстоит разобраться.
P.P.S. Точку на платформа поднял, но адекватной работы пока не добился. Команды выполнялись или с задержкой в пару секунд либо не выполнялись совсем. Пока исследование модуля приостановлено. Занят обслуживанием авто.
Суть программы ясна из текста и комментариев. Мы используем счетчик Т1 для образцового периода 20 мс и счетчики Т0, Т2 для выдачи ШИМ сигналов на четыре линии порта ввода-вывода, благо каждый из этих двух счетчиков, может работать на два устройства.
В программе устанавливаются начальные положения сервоприводов, через загрузку счетных регистров OCR0A, OCR0B, OCR2A,OCR2B. Также вводятся константы ограничители, поскольку нам не всегда нужен размах в 180 градусов. Ну и дальше, по прерыванию от UART, программа ловит число отправленное ESP8266 (от 1 до 8) и переводит его в команду для соответствующего сервопривода. Приводов четыре, каждый работает в двух направлениях, поэтому целых чисел от одного до восьми вполне хватает. Как только число выбрано, содержимое вышеупомянутых регистров счетчиков либо инкрементируется либо декрементируется, соответственно изменяя скважность управляющего импульса и угол поворота выбранного сервопривода. Те приводы, которые мы не выбирали, сохраняют старое значение угла поворота, (поскольку содержимое соответствующих регистров хоть и обновлялось, но не менялось) и продолжают удерживать механическую руку в прежнем положении.
Код также написан на JAVA, но немного облагорожен. Появился GUI и возможность редактировать номера портов и сетевой адрес ESP8266. 
Началось все с того, что идея управления игрушечными устройствами от первого лица (т.н. FPV) мне показалась чрезвычайно интересной с точки зрения собственно процесса. Ведь мы можем таким образом реализовать свое присутствие, не в виртуальном мире, а в реальном.
Проще и быстрее всего применить эту идею на игрушечных или модельных автомобилях. Текущие технологии должны давать такую возможность промышленности и предложить массу подобных вещей. Однако это предложение оказалось достаточно дорогим по сравнению тем что можно сделать самому.
Так как это мой первый проект, я ни программировать, ни даже паять нормально не умел, и я решил сначала поискать в интернете единомышленников и их варианты решения данной задачи.
Начав изучение вариантов, как можно осуществить эту идею, я нашел очень подробное описание подобного проекта
. A его автор с радостью помог мне разобраться в проблемах, возникших при создании робота.
Так я впервые и узнал что такое …duino. Так как это был уже готовый вариант микроконтроллера, где не нужно было паять обвязку к нему, я выбрал именно его. Также очень понравилось присутствие бутлоадера, позволяющего прошивать микроконтроллер без программаторов.
Для реализации данного проекта понадобится:
Программ пять: на PC, на Android, на роутере (сервер управления и видеопоток), и в микропроцессоре.
Схема работы: соединяем настольный компьютер (ноутбук, далее - PC) с роутером по WiFi. На роутере при его включении автоматически загружаются 2е программы:
1) сервер. Эта программа открывает сокет (соединение) на определенном порту и ждет, когда по этому порту с ней соединится клиент (любая программа, которая обратится в этот порт и также, особым образом скажет серверу, что она готова работать через открытый сокет). Далее, после установки соединения, все что придет от клиента, будет перенаправлено по определенному пути, для нас это COM-порт, на этом порту подключен микропроцессор. И наоборот, все что придет со стороны COM-порта, будет переслано клиенту.
2) программа обработки видео, захватывает его с usb камеры и шлет на определенный порт. Для его просмотра нужно всего лишь иметь соединение с роутером на этом порту.
После того, как между компьютером и роутером установлено WiFi-соединение, запускаем на PC программу для управления роботом (тот самый клиент), эта программа соединяется с программой-сервером на роутере. Эта же или другая программа транслирует видео с WiFi роутера.
Далее, пользователь может управлять автомобильчиком и нажимает, например, кнопку «вперед». Программа на PC, отсылает команду «вперед» прямо на роутер, на его IP, но на определенный порт. На роутере, эта команда поступает в программу-сервер, т.к. выслана она на его порт, и в рамках открытого для этого сокета. Программа-сервер, ничего не делая с этой командой, просто отправляет её в COM-порт. Таким образом, команда «вперед» оказывается в микропроцессоре, который в ответ на нее, дает сигнал «вперед» на один из своих выводов. К таким выводам процессора подсоединена схема управления двигателями, т.к. сам микропроцессор управлять ими не может в силу своей маломощности.
Управлять исполнительным устройством через роутер, без микропроцессора не получится, т.к. микропроцессор может формировать сигналы «1» (напряжение >2,5v) или «0» (меньше обозначенного) на любом из десятка-другого своих выводов. У роутера же выводов нет, есть только порты ввода/вывода, типа USB или COM (serial), в которых по 2-3 провода.
Теперь часть практическая. Заранее скажу, что несмотря на кажущиеся сложности, все на самом деле просто, если речь идет о простом копировании этого проекта – ведь все уже сделано и работает. Нужно просто выполнить в точности эту инструкцию.
Изначально микроконтроллером был freeduino maxserial у которого был com port, который был одним из немногих(как я тогда считал) для подключения к uart роутеру, для этого нужно было паять переходник с uarta на com чтобы соединить его с роутером. Его брать я не очень хотел, так как оригиналом есть все-таки Arduino, да и Freeduino в Украине нет.
Как я выяснил потом, все было это просто излишнее нагромождение схемы. Обойтись можно всего 1 проводком который будет идти от TX роутера(на рисунке) к RX (0 пин) микроконтроллера.
Непонятно почему но на фридуине оказалось для нормального подключения нужно tx на tx. Скорее всего просто неверно нанесено обозначение. (тут 0 пин tx) По этому лучше брать оригинальный
.
Машинку я купил хорошую, хоть и китайскую
Машинка оказалась очень мощная, 5 кг на ровной поверхности тянула очень уверено. Также у нее в комплекте шел аккумулятор на 6 вольт. Что касается электроники, то в машинке уже есть готовый драйвер двигателей, на который можно подать управляющие слаботочные выходы с микроконтроллера (если бы с машинкой не повезло - драйвер моторов можно было взять тоже от arduino)
Роутер требует прошивку openwrt и список пакетов указанных на рисунке.
Роутер можно настроить как точку доступа, которой могут подключится любые устройства, имеющие WiFi. И, даже если не будет программного обеспечения для управлении машинкой – использовать ее как беспроводную камеру видеонаблюдения.
Камера с310 просто подключается к порту usb на роутер и не требует пайки, требует небольших настроек в роутере. Проект имеет 2 цепи питания, 1 цепь питается от 9,6 вольт - роутер и микроконтроллер, 2 цепь питается от 6 вольт - привод и рулевое машинки. Можно обойтись всего 1 источником питания в 9,6 вольт, но более емкостным. Роутер потребляет 2А, микроконтроллер потребляет почти незаметно, машинка 4А.
Программа микроконтроллера обрабатывает сообщения, которые приходят с последовательного порта роутера, обработка происходит побайтово через portb arduino, например если пришло в роутер 2, то, переведя в двоичную систему получаем 00000010 – что соответствует 2 пину на portb. Такое решение позволяет управлять одновременно несколькими пинами. Вот что получилось в итоге:
Приложение для андроид:
Приложение для пк:
Данный проект еще не закончен и продолжает совершенствоваться.
В планах использовать arduino mega, роутер mr3020, вебакамеру оставить как есть(возможно добавить сферическую линзу для большего обзора), задействовать шим для плавного и точного управления, использовать сервопривод для поворотов, добавить дальномер. Добавить видео на Android.
- полный каталог плат
- 802.11 b/g/n/e/i
- 802.11 n (2.4 GHz), up to 150 Mbps
- 802.11 i security features: pre-authentication and TSN
- 802.11 e: Multiple queue management to fully utilize QoS traffic prioritization
- Wi-Fi Protected Access (WPA)/WPA2
- Wi-Fi Protected Setup (WPS)
- UMA compliant and certified
- Antenna diversity nd seection
- A-MPDU and A-MSDU aggregation
- WMM power s ve U-APSD
- Fragmentation and defragmentation
- Wi-Fi Direct (P2P), P2P Discovery, P2P Group Owner mode and P2P Power Management
- Infrastructure BSS Station mode/ Soft AP mode
- Automatic beacon monitoring / scanning
- SSL stacks with hardware accelerators
- CMOS single-chip fully-integrated radio and baseband
- Bluetooth Piconet and Scatternet
- Bluetooth 4.2 (BR/EDR/BLE)
- Adaptive Frequency Hopping(AFH)
- SMP
- Class-1, class-2 and class-3 transmitter without exter al power amplifier
- +10 dBm tra smitting power
- NZIF receiver with -90 dBm sensitivity
- Up-to 4 Mbps high speed UART HCI
- SDIO / SPI HCI
- CVSD and SBC
- Low power consumption
- Minimum external component
- Xtensa® Dual-Core 32-bit LX6 micr pr cess rs, up to 400MIPS
- 128 KB ROM
- QSPI Flash/SRAM, up to 4 x 16 MB
- Power supply: 2.5V to 3.6V
- 416 KB SRAM
- 2 MHz to 40 MHz crystal oscillator
- Internal 8 MHz oscillator with calibration
- External 32 kHz oscillator for RTC with calibration
- Internal RC oscillator with calibration
- Two timer groups including 3 x 64-bit timers and 1 x watchdog in each group
- RTC timer with sub-second accuracy
- RTC watchdog
- 12-bit SAR ADC up to 16 channels
- 2 x 10-bit D/A converters
- 10 x touch sensors
- Temperature sensor (-40 +125°C)
- 4 x SPI
- 2 x I2S
- 2 x I2C
- 2 x UART
- 1 host (SD/eMMC/SDIO)
- 1 slave (SDIO/SPI)
- Ethernet MAC interface with dedicated DMA and IEEE 1588 support
- CAN 2.0
- IR (TX/RX)
- Motor PWM
- LED PWM up to 16 channes
- IEEE 802.11 standard security features all supported, including WFA, WPA/ WPA2 and WAPI
- Secure boot
- Flash encryption
- 1024-bit OTP, up to 768-bit for customers
- Cryptographc hardware acceleration:
- AES 128/192/256
- HASH (SHA-2) library
- RSA
- Radom Number Generator
