it:iot:esp8266:vyroba-wifi-teplomeru

Rozdíly

Zde můžete vidět rozdíly mezi vybranou verzí a aktuální verzí dané stránky.

Odkaz na výstup diff

Obě strany předchozí revize Předchozí verze
Následující verze		 Předchozí verze
it:iot:esp8266:vyroba-wifi-teplomeru [2023/01/04 12:53] – Petr Nosekit:iot:esp8266:vyroba-wifi-teplomeru [2024/01/02 17:17] (aktuální) – Petr Nosek
Řádek 1: Řádek 1:
 ====== Výroba Wi-Fi teploměru s ESP8266 ====== ====== Výroba Wi-Fi teploměru s ESP8266 ======
  
-Wi-Fi teploměr jsme skládal z těchto součástek:+Wi-Fi teploměr jsem skládal z těchto součástek:
  
   * [[https://dratek.cz/arduino/1162-nodemcu-cp2102-lua-wi-fi-esp8266.html|vývojová deska ESP8266]]   * [[https://dratek.cz/arduino/1162-nodemcu-cp2102-lua-wi-fi-esp8266.html|vývojová deska ESP8266]]
Řádek 8: Řádek 8:
 Pro programování jsem na destičku esp8266 nahrál Micropython. Cílem je, aby se destička připojovala k Mosquitto a posílala tak zprávy skrze MQTT protokol.  Pro programování jsem na destičku esp8266 nahrál Micropython. Cílem je, aby se destička připojovala k Mosquitto a posílala tak zprávy skrze MQTT protokol. 
  
 +<adm warning>**Edit 2.1.2024:** Nakonec jsem Micropython opustil, protože se mi nepodařilo dosáhnout stabilního obnovování připojení při výpadku Wi-Fi či MQTT. Původní příspěvek ponechávám, nicméně na závěr připojím kód v C++ pro vyčítání dat ze senzoru a automatickou obnovu spojení v případě výpadku.</adm>
  
 +Jako výborný zdroj posloužil článek [[https://randomnerdtutorials.com/esp32-mqtt-publish-subscribe-arduino-ide/|
 +ESP32 MQTT – Publish and Subscribe with Arduino IDE senzor BME280]]. Nicméně v článku nepoužívají Python - kód jsem čerpat tedy odjinud.
  
 +Později jsem objevil tento článek [[https://randomnerdtutorials.com/micropython-bme280-esp32-esp8266/|MicroPython: BME280 with ESP32 and ESP8266 (Pressure, Temperature, Humidity)]] ze kterého jsem čerpal jak zapojení senzoru, tak kód Pythonu pro senzor.
  
  
 +===== Připojení destičky k Wi-Fi =====
 +
 +Micropython počítá se 2 soubory:
 +
 +  * boot.py
 +  * main.py
 +
 +Snažil jsem se pochopit na co který použít. Pochopil jsem, že nejprve se po startu načte boot.py a potom teprve main.py. V rámci best practises je doporučeno používat oba, ale vzápětí jsem se dočetl, že když se rozhodnu použít jenom **main.py** a do něj nahrát veškerý svůj kód, tak je to také ok.
 +
 +Zatím jsem to tedy udělal tak, že nastavení a připojení Wi-Fi jsem nahrál do **boot.py** a čtení dat z čidla a obsluha MQTT je zase main.py. 
 +
 +Nyní tedy kód boot.py pro připojení k Wi-Fi:
 +
 +<code python>
 +# This file is executed on every boot (including wake-boot from deepsleep)
 +#import esp
 +#esp.osdebug(None)
 +import uos, machine
 +#uos.dupterm(None, 1) # disable REPL on UART(0)
 +import gc
 +#import webrepl
 +#webrepl.start()
 +gc.collect()
 +
 +
 +SSID = 'Wi-fi'
 +PASS = 'super_secret_password'
 +
 +def connect():
 +    import network
 +    sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
 +    if not sta_if.isconnected():
 +        sta_if.active(True)
 +        sta_if.connect(SSID, PASS)
 +        while not sta_if.isconnected():
 +            pass # wait till connection
 +    print('network config:', sta_if.ifconfig())
 +    
 +connect()
 +
 +</code> 
 +
 +První co mě napadlo je, jak ošetřit to, že se Wi-Fi odpojí - třeba spadne síť. Jak vyřešit opětovný reconnect. Dobrá zpráva je, že není potřeba dělat nic a současný kód stačí. Testoval jsem kód tak, že jsem vypínal a zapínal Wi-Fi na mém routeru a vždycky, když jsem Wi-Fi zapnul, tak se připojilo i zařízení ESP8266 aniž bych musel cokoli dělat. Což mě docela mile překvapilo. 
 +
 +==== Změna Wi-Fi sítě ====
 +
 +Narazil jsem na zajímavý problém v kódu. Zdá se, že ESP8266 si po úspěšném připojení k Wi-Fi ukládá SSID sítě a heslo do paměti. Protože v rámci testování jsem vytvořil jinou síť, změnil jsem v kódu údaje a ESP8266 se ne a ne připojit k nové síti. Byl jsem v situaci, kdy obě sítě běžely a ESP8266 se připojovalo pořád k původní, i když v kódu po ní nic nezůstalo. A nepomohl mi ani reset zařízení či odpojení od napájení. 
 +
 +Nakonec jsem to vyřešil v kódu tak, že jsem na první spuštění upravil funkci **connect()** takto:
 +
 +<code python>
 +def connect():
 +    import network
 +    sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
 +    sta_if.connect(SSID, PASS)
 +    if not sta_if.isconnected():
 +        sta_if.active(True)
 +        sta_if.connect(SSID, PASS)
 +        while not sta_if.isconnected():
 +            pass # wait till connection
 +    print('network config:', sta_if.ifconfig())
 +</code> 
 +
 +Jakmile jsme se připojil k nové Wi-Fi, tak jsem kód vrátil do původního stavu. Nechtělo se mi hlouběji zkoumat, jak to vlastně funguje a hledat elegantnější řešení, protože pro můj účel mi to stačilo.
 +
 +
 +===== BME280 MicroPython knihovna =====
 +
 +Pro senzor BME280 je potřeba knihovna, která bude umět se senzorem pracovat. Knihovna musí být pro Python a našel jsem ji v tomto zdroji [[https://randomnerdtutorials.com/micropython-bme280-esp32-esp8266/|MicroPython: BME280 with ESP32 and ESP8266 (Pressure, Temperature, Humidity)]]. Stačí ji nakopírovat do ESP8266 a uložit jako soubor **BME280.py**.
 +
 +<code python>
 +from machine import I2C
 +import time
 +
 +# BME280 default address.
 +BME280_I2CADDR = 0x76
 +
 +# Operating Modes
 +BME280_OSAMPLE_1 = 1
 +BME280_OSAMPLE_2 = 2
 +BME280_OSAMPLE_4 = 3
 +BME280_OSAMPLE_8 = 4
 +BME280_OSAMPLE_16 = 5
 +
 +# BME280 Registers
 +
 +BME280_REGISTER_DIG_T1 = 0x88  # Trimming parameter registers
 +BME280_REGISTER_DIG_T2 = 0x8A
 +BME280_REGISTER_DIG_T3 = 0x8C
 +
 +BME280_REGISTER_DIG_P1 = 0x8E
 +BME280_REGISTER_DIG_P2 = 0x90
 +BME280_REGISTER_DIG_P3 = 0x92
 +BME280_REGISTER_DIG_P4 = 0x94
 +BME280_REGISTER_DIG_P5 = 0x96
 +BME280_REGISTER_DIG_P6 = 0x98
 +BME280_REGISTER_DIG_P7 = 0x9A
 +BME280_REGISTER_DIG_P8 = 0x9C
 +BME280_REGISTER_DIG_P9 = 0x9E
 +
 +BME280_REGISTER_DIG_H1 = 0xA1
 +BME280_REGISTER_DIG_H2 = 0xE1
 +BME280_REGISTER_DIG_H3 = 0xE3
 +BME280_REGISTER_DIG_H4 = 0xE4
 +BME280_REGISTER_DIG_H5 = 0xE5
 +BME280_REGISTER_DIG_H6 = 0xE6
 +BME280_REGISTER_DIG_H7 = 0xE7
 +
 +BME280_REGISTER_CHIPID = 0xD0
 +BME280_REGISTER_VERSION = 0xD1
 +BME280_REGISTER_SOFTRESET = 0xE0
 +
 +BME280_REGISTER_CONTROL_HUM = 0xF2
 +BME280_REGISTER_CONTROL = 0xF4
 +BME280_REGISTER_CONFIG = 0xF5
 +BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA = 0xF7
 +BME280_REGISTER_TEMP_DATA = 0xFA
 +BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA = 0xFD
 +
 +
 +class Device:
 +  """Class for communicating with an I2C device.
 +
 +  Allows reading and writing 8-bit, 16-bit, and byte array values to
 +  registers on the device."""
 +
 +  def __init__(self, address, i2c):
 +    """Create an instance of the I2C device at the specified address using
 +    the specified I2C interface object."""
 +    self._address = address
 +    self._i2c = i2c
 +
 +  def writeRaw8(self, value):
 +    """Write an 8-bit value on the bus (without register)."""
 +    value = value & 0xFF
 +    self._i2c.writeto(self._address, value)
 +
 +  def write8(self, register, value):
 +    """Write an 8-bit value to the specified register."""
 +    b=bytearray(1)
 +    b[0]=value & 0xFF
 +    self._i2c.writeto_mem(self._address, register, b)
 +
 +  def write16(self, register, value):
 +    """Write a 16-bit value to the specified register."""
 +    value = value & 0xFFFF
 +    b=bytearray(2)
 +    b[0]= value & 0xFF
 +    b[1]= (value>>8) & 0xFF
 +    self.i2c.writeto_mem(self._address, register, value)
 +
 +  def readRaw8(self):
 +    """Read an 8-bit value on the bus (without register)."""
 +    return int.from_bytes(self._i2c.readfrom(self._address, 1),'little') & 0xFF
 +
 +  def readU8(self, register):
 +    """Read an unsigned byte from the specified register."""
 +    return int.from_bytes(
 +        self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 1),'little') & 0xFF
 +
 +  def readS8(self, register):
 +    """Read a signed byte from the specified register."""
 +    result = self.readU8(register)
 +    if result > 127:
 +      result -= 256
 +    return result
 +
 +  def readU16(self, register, little_endian=True):
 +    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, with the
 +    specified endianness (default little endian, or least significant byte
 +    first)."""
 +    result = int.from_bytes(
 +        self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 2),'little') & 0xFFFF
 +    if not little_endian:
 +      result = ((result << 8) & 0xFF00) + (result >> 8)
 +    return result
 +
 +  def readS16(self, register, little_endian=True):
 +    """Read a signed 16-bit value from the specified register, with the
 +    specified endianness (default little endian, or least significant byte
 +    first)."""
 +    result = self.readU16(register, little_endian)
 +    if result > 32767:
 +      result -= 65536
 +    return result
 +
 +  def readU16LE(self, register):
 +    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in little
 +    endian byte order."""
 +    return self.readU16(register, little_endian=True)
 +
 +  def readU16BE(self, register):
 +    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in big
 +    endian byte order."""
 +    return self.readU16(register, little_endian=False)
 +
 +  def readS16LE(self, register):
 +    """Read a signed 16-bit value from the specified register, in little
 +    endian byte order."""
 +    return self.readS16(register, little_endian=True)
 +
 +  def readS16BE(self, register):
 +    """Read a signed 16-bit value from the specified register, in big
 +    endian byte order."""
 +    return self.readS16(register, little_endian=False)
 +
 +
 +class BME280:
 +  def __init__(self, mode=BME280_OSAMPLE_1, address=BME280_I2CADDR, i2c=None,
 +               **kwargs):
 +    # Check that mode is valid.
 +    if mode not in [BME280_OSAMPLE_1, BME280_OSAMPLE_2, BME280_OSAMPLE_4,
 +                    BME280_OSAMPLE_8, BME280_OSAMPLE_16]:
 +        raise ValueError(
 +            'Unexpected mode value {0}. Set mode to one of '
 +            'BME280_ULTRALOWPOWER, BME280_STANDARD, BME280_HIGHRES, or '
 +            'BME280_ULTRAHIGHRES'.format(mode))
 +    self._mode = mode
 +    # Create I2C device.
 +    if i2c is None:
 +      raise ValueError('An I2C object is required.')
 +    self._device = Device(address, i2c)
 +    # Load calibration values.
 +    self._load_calibration()
 +    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, 0x3F)
 +    self.t_fine = 0
 +
 +  def _load_calibration(self):
 +
 +    self.dig_T1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_T1)
 +    self.dig_T2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T2)
 +    self.dig_T3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T3)
 +
 +    self.dig_P1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_P1)
 +    self.dig_P2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P2)
 +    self.dig_P3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P3)
 +    self.dig_P4 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P4)
 +    self.dig_P5 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P5)
 +    self.dig_P6 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P6)
 +    self.dig_P7 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P7)
 +    self.dig_P8 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P8)
 +    self.dig_P9 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P9)
 +
 +    self.dig_H1 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H1)
 +    self.dig_H2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_H2)
 +    self.dig_H3 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H3)
 +    self.dig_H6 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H7)
 +
 +    h4 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H4)
 +    h4 = (h4 << 24) >> 20
 +    self.dig_H4 = h4 | (self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) & 0x0F)
 +
 +    h5 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H6)
 +    h5 = (h5 << 24) >> 20
 +    self.dig_H5 = h5 | (
 +        self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) >> 4 & 0x0F)
 +
 +  def read_raw_temp(self):
 +    """Reads the raw (uncompensated) temperature from the sensor."""
 +    meas = self._mode
 +    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL_HUM, meas)
 +    meas = self._mode << 5 | self._mode << 2 | 1
 +    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, meas)
 +    sleep_time = 1250 + 2300 * (1 << self._mode)
 +
 +    sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575
 +    sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575
 +    time.sleep_us(sleep_time)  # Wait the required time
 +    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA)
 +    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 1)
 +    xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 2)
 +    raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4
 +    return raw
 +
 +  def read_raw_pressure(self):
 +    """Reads the raw (uncompensated) pressure level from the sensor."""
 +    """Assumes that the temperature has already been read """
 +    """i.e. that enough delay has been provided"""
 +    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA)
 +    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 1)
 +    xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 2)
 +    raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4
 +    return raw
 +
 +  def read_raw_humidity(self):
 +    """Assumes that the temperature has already been read """
 +    """i.e. that enough delay has been provided"""
 +    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA)
 +    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA + 1)
 +    raw = (msb << 8) | lsb
 +    return raw
 +
 +  def read_temperature(self):
 +    """Get the compensated temperature in 0.01 of a degree celsius."""
 +    adc = self.read_raw_temp()
 +    var1 = ((adc >> 3) - (self.dig_T1 << 1)) * (self.dig_T2 >> 11)
 +    var2 = ((
 +        (((adc >> 4) - self.dig_T1) * ((adc >> 4) - self.dig_T1)) >> 12) *
 +        self.dig_T3) >> 14
 +    self.t_fine = var1 + var2
 +    return (self.t_fine * 5 + 128) >> 8
 +
 +  def read_pressure(self):
 +    """Gets the compensated pressure in Pascals."""
 +    adc = self.read_raw_pressure()
 +    var1 = self.t_fine - 128000
 +    var2 = var1 * var1 * self.dig_P6
 +    var2 = var2 + ((var1 * self.dig_P5) << 17)
 +    var2 = var2 + (self.dig_P4 << 35)
 +    var1 = (((var1 * var1 * self.dig_P3) >> 8) +
 +            ((var1 * self.dig_P2) >> 12))
 +    var1 = (((1 << 47) + var1) * self.dig_P1) >> 33
 +    if var1 == 0:
 +      return 0
 +    p = 1048576 - adc
 +    p = (((p << 31) - var2) * 3125) // var1
 +    var1 = (self.dig_P9 * (p >> 13) * (p >> 13)) >> 25
 +    var2 = (self.dig_P8 * p) >> 19
 +    return ((p + var1 + var2) >> 8) + (self.dig_P7 << 4)
 +
 +  def read_humidity(self):
 +    adc = self.read_raw_humidity()
 +    # print 'Raw humidity = {0:d}'.format (adc)
 +    h = self.t_fine - 76800
 +    h = (((((adc << 14) - (self.dig_H4 << 20) - (self.dig_H5 * h)) +
 +         16384) >> 15) * (((((((h * self.dig_H6) >> 10) * (((h *
 +                          self.dig_H3) >> 11) + 32768)) >> 10) + 2097152) *
 +                          self.dig_H2 + 8192) >> 14))
 +    h = h - (((((h >> 15) * (h >> 15)) >> 7) * self.dig_H1) >> 4)
 +    h = 0 if h < 0 else h
 +    h = 419430400 if h > 419430400 else h
 +    return h >> 12
 +
 +  @property
 +  def temperature(self):
 +    "Return the temperature in degrees."
 +    t = self.read_temperature()
 +    ti = t // 100
 +    td = t - ti * 100
 +    return "{}.{:02d}C".format(ti, td)
 +
 +  @property
 +  def pressure(self):
 +    "Return the temperature in hPa."
 +    p = self.read_pressure() // 256
 +    pi = p // 100
 +    pd = p - pi * 100
 +    return "{}.{:02d}hPa".format(pi, pd)
 +
 +  @property
 +  def humidity(self):
 +    "Return the humidity in percent."
 +    h = self.read_humidity()
 +    hi = h // 1024
 +    hd = h * 100 // 1024 - hi * 100
 +    return "{}.{:02d}%".format(hi, hd)
 +
 +</code>
 +
 +
 +
 +===== Čtení dat ze senzoru BME280 =====
 +
 +S knihovnou je pak jednoduché vyčítat hodnoty ze senzoru:
 +
 +<code python>
 +# Complete project details at https://RandomNerdTutorials.com
 +
 +from machine import Pin, I2C
 +from time import sleep
 +import BME280
 +
 +# ESP32 - Pin assignment
 +i2c = I2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=10000)
 +# ESP8266 - Pin assignment
 +#i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=10000)
 +
 +while True:
 +  bme = BME280.BME280(i2c=i2c)
 +  temp = bme.temperature
 +  hum = bme.humidity
 +  pres = bme.pressure
 +  # uncomment for temperature in Fahrenheit
 +  #temp = (bme.read_temperature()/100) * (9/5) + 32
 +  #temp = str(round(temp, 2)) + 'F'
 +  print('Temperature: ', temp)
 +  print('Humidity: ', hum)
 +  print('Pressure: ', pres)
 +
 +  sleep(5)
 +</code> 
 +
 +
 +===== Posílání dat skrze MQTT v MicroPythonu =====
 +
 +Nejprve jsem si nainstaloval MQTT server Mosquitto a napsal jednoduchý kód v MicroPythonu pro komunikaci, dle článku [[https://bhave.sh/micropython-mqtt/|Secrets of MicroPython: MQTT on ESP32]].
 +
 +==== Ochrana kódu proti odpojení od MQTT serveru ====
 +
 +Wi-fi a její automatické připojení je sice vyřešeno, ale jiná věc je, že může sehlat spojení s MQTT serverem. Prostě a jednoduše MQTT server třeba spadne a zařízení nemůže naslouchat nebo posílat data. 
 +
 +V článku [[https://randomnerdtutorials.com/micropython-mqtt-esp32-esp8266/|MicroPython – Getting Started with MQTT on ESP32/ESP8266]] jsem se inspiroval, jak toto ošetřit. Řešení není až tak uspokojivé, jak jsem si představoval, protože ve chvíli, kdy se připojení rozpadne a dojde na MQTT k chybě, restartuje se celé zařízení ESP8266. Moje představa byla, že se zařízení bude zkoušet obnovit jenom MQTT připojení. 
 +
 +Protože se mi to nedařilo, tak jsem se prozatím spokojil s restartem celého zařízení. Výsledný kód tak vypadá takto:
 +
 +<code python>
 +from umqtt.simple import MQTTClient
 +from time import sleep
 +from machine import Pin, I2C
 +from time import sleep
 +import ubinascii
 +import BME280
 +
 +
 +
 +CLIENT_NAME = ubinascii.hexlify(machine.unique_id())
 +BROKER_ADDR = '192.168.1.120'
 +
 +
 +print(CLIENT_NAME)
 +
 +
 +# ESP8266 - Pin assignment
 +i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=10000)
 +    
 +
 +def connect_and_subscribe():
 +    mqttc = MQTTClient(CLIENT_NAME, BROKER_ADDR, keepalive=60)
 +    mqttc.connect()
 +    return mqttc
 +    
 +def restart_and_reconnect():
 +    print('Failed to connect to MQTT broker. Reconnecting...')
 +    sleep(10)
 +    machine.reset()
 +
 +
 +try:
 +    mqttc = connect_and_subscribe()
 +except OSError as e:
 +    restart_and_reconnect()
 +    
 +    
 +BTN_TOPIC = b'dum/pracovna/svetelnost'
 +
 +
 +while True:
 +    bme = BME280.BME280(i2c=i2c)
 +    temp = bme.temperature
 +    hum = bme.humidity
 +    pres = bme.pressure
 +    print('Temperature: ', temp , ' hum: ', hum )
 +    
 +    try:
 +        mqttc.publish( BTN_TOPIC, str('temp:'+ temp + ', hum:' + hum + ', pres: ' + pres).encode() )
 +    except OSError as e:
 +        restart_and_reconnect()
 +                
 +    sleep(5)
 +
 +</code>
 +
 +
 +==== Úprava kódu po zapnutí autentizace na MQTT ====
 +
 +Nejprve jsem musel přidat proměné s uživatelským jménem a heslem:
 +
 +<code python>
 +USER = b'majordomus'
 +PASSWORD = b'supersecretpassword'
 +</code>
 +
 +A poté upravit připojení tak, aby bralo proměnné v potaz:
 +
 +<code python>
 +mqttc = MQTTClient(CLIENT_NAME, BROKER_ADDR, 1883, USER, PASSWORD, keepalive=60)
 +</code>
 +
 +
 +
 +==== Problém s přerušením spojení s MQTT serverem ====
 +
 +V provozu se mi ukázalo, že když dojde k přerušení spojení s MQTT serverem, tak mi nezbyde nic jiného, než zařízení fyzicky resetovat. Což není zrovna příjemný počin - zejména, pokud budu mít více takových zařízení. Hledal jsem způsob, jak kontrolovat, zda nedošlo k přerušení spojení. Protože výjimky pro spuštění restart_and_reconnect nebyla v mém případě spuštěna.
 +
 +Proto jsem vytvořil funkci, která kontroluje, zda je připojení aktivní. V rámci funkce posílám testovací zprávu na mqtt servrer. Podmínkou je, že řeším Quality Of Service = 1, tedy čekám na odpověď ze serveru, zda byla zpráva opravdu doručena. Pokud nebyla, vyvolá se výjimka. 
 +
 +<code python>
 +def is_connected(mqttc):
 +    try:
 +        mqttc.publish(b"connection_test", b"test", qos=1)
 +        return True
 +    except OSError:
 +        return False
 +</code>
 +
 +<adm warning>**Edit 2.1.2024**: Nakonec se ukázalo, že ani toto ošetření nefunguje. Zařízení se prostě po restartu MQTT serveru nebo Wi-Fi sítě nepřipojí. A co ještě hůř - do 14 dnů od spuštění se náhodně odpojí - aniž by došlo k výpadku na síti. Samozřejmě může dojít k mikrovýpadku, který ani nezaznamenám a to může být příčina. 
 +
 +Proto jsem použití MicroPython přehodnotil. Vede mě k tomu víc důvodů:
 +
 +  * softwarová podpora - je mnoho kódu v C pro Arduino, ale málo pro MicroPython. Pro další vzdělávání je to problém. Navíc u MicroPythonu se musí využívat knihovny, které jsou nějak minimalizované. Proto kód pro Micropython není jednoduše přenesitelný na Python a naopak, jak jsem si mylně sliboval.
 +  * výkon/rychlost - program zkompilovaný pro C++ mi přijde, že se připojuje rychleji k síti a MQTT
 +  * bezpečnost použití - kód v C je kompilovaný. Takže když někdo přijde k zařízení s esp8266, nebude mít jednoduché vyčíst hesla k Wi-Fi, certifikát atp. Kdežto při použití Micro Pythonu to bude velmi jednoduché. Stačí zařízení na chvíli připojit k USB portu a program a certifikát v otevřené podobě.
 +  * od C++ očekávám větší stabilitu - co se týče čipu esp8266
 +
 +Proto jsem myšlenku použití Micro Pythonu pro moje účely opustil a raději si napíšu program v C++. V rámci stránky připojuji i kód v C++ pro esp8266.
 +</adm>
 +
 +
 +==== Finální verze kódu po dalších úpravách ====
 +
 +<code bash>
 +from umqtt.simple import MQTTClient
 +from time import sleep
 +from machine import Pin, I2C
 +from time import sleep
 +import ubinascii
 +import BME280
 +import ujson
 +
 +
 +CLIENT_NAME = ubinascii.hexlify(machine.unique_id())
 +BROKER_ADDR = '192.168.1.20'
 +USER        = b'majordomus'
 +PASSWORD    = b'MQTTuserPassword'
 +MQTT_TOPIC  = b'dum/sensor/bme280'
 +
 +
 +
 +with open("key.der", 'rb') as f:
 +            key = f.read()
 +            
 +with open("cert.der", 'rb') as f:
 +            cert = f.read()
 +
 +
 +ssl_params = dict()
 +ssl_params["cert"] = cert
 +ssl_params["key"] = key
 +
 +
 +print(CLIENT_NAME)
 +
 +
 +# ESP8266 - Pin assignment
 +i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=10000)
 +
 +  
 +
 +def connect_and_subscribe():
 +    mqttc = MQTTClient(CLIENT_NAME, BROKER_ADDR, 8883, USER, PASSWORD, ssl=True, ssl_params=ssl_params, keepalive=60)
 +    mqttc.connect()
 +    return mqttc
 +    
 +def restart_and_reconnect():
 +    print('Failed to connect to MQTT broker. Reconnecting...')
 +    sleep(10)
 +    # Místo resetování ESP8266 zkuste znovu navázat spojení s MQTT serverem
 +    try:
 +        mqttc = connect_and_subscribe()
 +    except OSError as e:
 +        restart_and_reconnect()
 +        # alternativou je reset celého zařízení
 +        #machine.reset()
 +
 +
 +def is_connected(mqttc):
 +    try:
 +        mqttc.publish(b"connection_test", b"test", qos=1)
 +        return True
 +    except OSError:
 +        return False
 +        
 +
 +try:
 +    mqttc = connect_and_subscribe()
 +except OSError as e:
 +    restart_and_reconnect()
 +    
 +    
 +
 +while True:
 +    bme = BME280.BME280(i2c=i2c)
 +    
 +    data = {}
 +    data['temperature'] = bme.temperature
 +    data['humidity']  = bme.humidity
 +    data['pressure'] = bme.pressure
 +    
 +    
 +    if not is_connected(mqttc):
 +        restart_and_reconnect()
 +    
 +    
 +    print(ujson.dumps(data))
 +    
 +    try:
 +        mqttc.publish( MQTT_TOPIC, str(ujson.dumps(data)).encode() )
 +    except OSError as e:
 +        restart_and_reconnect()
 +                
 +    sleep(5)
 +
 +</code>
 +
 +
 +
 +
 +===== Zdroje s inspirací =====
 +
 +  * [[https://randomnerdtutorials.com/esp8266-and-node-red-with-mqtt/|ESP8266 and Node-RED with MQTT (Publish and Subscribe) DHT11 sensor]]
 +  * [[http://xanadu.khnet.info/esp8266therm.php|ESP8266 a měření teploty se senzorem DHT22 - připojení na baterii a výdrž]]
 +  * [[https://bhave.sh/micropython-ntp/|Sync time in MicroPython using NTP]]
 +  * [[https://bhave.sh/|Projekty v kombinaci s MicroPyhtonem]]
 +
 +
 +
 +===== Kód pro teploměr s ESP8266 napsaný v C++  =====
 +
 +I když jsem začal stránku s tím, že budu používat MicroPython, přešel jsem kvůli stabilitě a dalším důvodům k C++. Co se týče certifikátů, tak řešení s certifikáty je popsáno na stránce [[it:iot:self-signed-certificate|]]. A tady už je kód v C++ pro ESP8266 kmpilovaný v Arduino IDE:
 +
 +<code cpp>
 +#include <ESP8266WiFi.h>
 +#include <WiFiClientSecure.h>
 +#include <PubSubClient.h>
 +#include <Wire.h>
 +#include <Adafruit_Sensor.h>
 +#include <Adafruit_BME280.h>
 +#include <ArduinoJson.h>
 +
 +#include "client_crt.h"  // client certificate
 +#include "client_key.h"  // client key
 +
 +
 +
 +const char* WiFiName = "IOT-WiFi";
 +const char* WiFiPassword = "supersecretpassword";
 +
 +
 +// MQTT connection
 +const char* clientName = "thermometer";
 +const char* mqttBroker = "192.168.0.120";
 +const int mqttPort = 8883;
 +const char* mqttUser = "user";
 +const char* mqttPassword = "supersecretpassword";
 +const char* mqttTopic = "/sensor/bme280";
 +
 +Adafruit_BME280 bme;
 +
 +
 +
 +WiFiClientSecure espClient;
 +PubSubClient mqttClient(espClient);
 +
 +
 +
 +
 +void setupWiFi() {
 +  
 +  
 +  WiFi.mode(WIFI_STA);
 +  WiFi.begin(WiFiName, WiFiPassword);
 +  
 +  // connect to WiFi
 +  Serial.print("Connecting to WiFi...");
 +  
 +  // wait for connecting to the server
 +  // during this waiting it will write dot to serial link
 +  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
 +    delay(500);
 +    Serial.print(".");
 +  }
 +
 +  // write new line, Wi-Fi network and IP address of connection
 +  Serial.println("");
 +  Serial.print("Connected to WiFi ");
 +  Serial.println(WiFiName);
 +  Serial.print("IP address: ");
 +  Serial.println(WiFi.localIP());
 +
 +  WiFi.setAutoReconnect(true);
 +  WiFi.persistent(true);
 +
 +}
 +
 +
 +void reconnectMQTT() {
 +
 +  int retryCount = 0;
 +
 +  while (!mqttClient.connected()) {
 +
 +    Serial.println("Attempting to connect to MQTT server...");
 +
 +    // SSL/TLS certificate and key settings
 +    // The BearSSL::X509List and BearSSL::PrivateKey objects must be in scope (alive)
 +    // for the duration of their usage by espClient. If these objects are defined
 +    // within a separate function and used here, they will be destroyed when that 
 +    // function exits, leading to undefined behavior and potential device resets.
 +    // A solution to this is to declare them as global variables if they need to 
 +    // be used across multiple functions.
 +    BearSSL::X509List cert(cert_der, cert_der_len);
 +    BearSSL::PrivateKey key(key_der, key_der_len);
 +
 +
 +
 +    espClient.setInsecure();
 +    espClient.setClientRSACert(&cert, &key);  // Setting the client's cert and key
 +
 +    mqttClient.setServer(mqttBroker, mqttPort);
 +
 +
 +    if (mqttClient.connect(clientName, mqttUser, mqttPassword)) {
 +      
 +      Serial.println("Connected to MQTT");
 +      
 +    } else {
 +      Serial.print("Failed, rc=");
 +      Serial.print(mqttClient.state());
 +      Serial.println(" trying again in 5 seconds");
 +      delay(5000); // 5-second delay between attempts
 +
 +      retryCount++;
 +
 +      if (retryCount > 5) {  // Restart the ESP if it fails to connect 5 times
 +        //ESP.restart();
 +      }
 +
 +    }
 +  }
 +
 +}
 +
 +
 +
 +void setup() {
 +
 + 
 +  // put your setup code here, to run once:
 +
 +  
 +  // start communication on serial line
 +  Serial.begin(9600);
 +
 +
 +  // Inicializace BME280
 +  if (!bme.begin(0x76)) {  // BME280 I2C  sensor address
 +    Serial.println("Nepodařilo se najít senzor BME280!");
 +    while (1);
 +  }
 +  
 +  setupWiFi();
 +  
 +  reconnectMQTT();
 +
 +}
 +
 +
 +void loop() {
 +  // put your main code here, to run repeatedly:
 +
 +  if (!mqttClient.connected()) {
 +    reconnectMQTT();
 +  }
 +  mqttClient.loop();
 +
 +
 +  // send message each 5 sec
 +  static unsigned long lastMsg = 0;
 +  unsigned long now = millis();
 +
 +  if (now - lastMsg > 5000) {
 +    lastMsg = now;
 +
 +    // read data from BME280
 +    float humidity = bme.readHumidity();
 +    float temperature = bme.readTemperature();
 +    float pressure = bme.readPressure() / 100.0F;
 +
 +
 +    // Vytvoření JSON objektu
 +    StaticJsonDocument<200> doc;
 +    
 +    doc["humidity"] = humidity;
 +    doc["temperature"] = temperature;
 +    doc["pressure"] = pressure;
 +
 +    // Serializace JSON objektu do řetězce
 +    char jsonBuffer[200];
 +    serializeJson(doc, jsonBuffer);
 +
 +    // Odeslání JSON řetězce na MQTT server
 +    mqttClient.publish(mqttTopic, jsonBuffer);
 +        
 +  }
 + 
 +
 +}
 +
 +</code>
 +
 +<adm warning>Ještě jsem se poučil s MQTT s pojmenováním zařízení. Protože jsem měl už zařízení se stejným názvem thermometer na síti, tak se mi zařízení neustále odpojovalo od MQTT. Přejmenování zařízení problém vyřešilo.</adm>
  • it/iot/esp8266/vyroba-wifi-teplomeru.1672836812.txt.gz
  • Poslední úprava: 2023/01/04 12:53
  • autor: Petr Nosek