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 13:44] – 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 7: Řádek 7:
  
 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/| 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. 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. 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.
Řádek 83: Řádek 84:
 ===== BME280 MicroPython knihovna ===== ===== 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)]]:+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> <code python>
Řádek 373: Řádek 374:
  
 </code> </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>
 +
 +
  
  
Řádek 378: Řádek 626:
  
   * [[https://randomnerdtutorials.com/esp8266-and-node-red-with-mqtt/|ESP8266 and Node-RED with MQTT (Publish and Subscribe) DHT11 sensor]]   * [[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.1672839879.txt.gz
  • Poslední úprava: 2023/01/04 13:44
  • autor: Petr Nosek