MQTT, умный дом, ESP-8266 и Plug&Play
Создание умного дома подразумевает массу разных датчиков, контролирующих обстановку в доме — датчики движения, освещения, температурные и прочие. Если «умный дом» небольшой, то все выглядит просто даже с самодельными системами на базе открытых решений (MQTT, OpenHAB и т.д.) — подключили датчик, прописали его в программе OpenHAB или HomeAssistant и начали работать. Но если датчиков много, то появляется много рутинной и неблагодарной работы по прописыванию каждого из них в системе управления.
Предлагаемое решение («костыль») позволяет обойтись минимум ручных операций именно на этом этапе. Контроллер датчиков подключается к MQTT-брокеру и сам рассказывает про свои датчики и устройства в определенном формате в специальных топиках, затем небольшой скрипт на сервере умного дома создает соответствующие этим датчикам файлы конфигурации, после чего нужно только вручную определить их в специфичные для дома группы и можно приступать к созданию сценариев управления.
Конкретно эта прошивка работает на модулях с ESP-8266 (в том числе и на Sonoff Basic Switch и Sonoff Touch Wallswitch) с P&P скриптами для OpenHAB и HomeAssistant, но сам способ выдачи plug&play информации можно использовать и в других проектах.
При подключении устройства к MQTT-брокеру создаются топики вида (в данном случае — для кнопки FLASH на ESP-8266 с серийным номером 0023CB541):
- /myhome/PNP/ESPX-0023CB541/BUTTON/name — название/описание («FLASH button» — так будет оно отображаться в веб-интерфейсе)
- /myhome/PNP/ESPX-0023CB541/BUTTON/type — тип переменной и направление потока данных для нее, «O:Switch» обозначает датчик, который выдает информацию, а, например, «I:Dimmer» — входящий канал диммера
- /myhome/PNP/ESPX-0023CB541/BUTTON/groups — группы, в которых эта переменная будет фигурировать по умолчанию («Switches Builtin Buttons»)
- /myhome/PNP/ESPX-0023CB541/BUTTON/min — минимальное значение (для числовых переменных, для кнопки оно будет пустым)
- /myhome/PNP/ESPX-0023CB541/BUTTON/max — максимальное значение (аналогично)
Скрипт, запускающийся на сервере (по крону или вручную, после подключения устройства) — скачивает список топиков из /myhome/PNP, ищет отсутствующие в OpenHAB девайсы и создает для них конфигурационные файлы. Если файл конфигурации для такого устройства уже есть, то P&P-информация полностью игнорируется, но можно этот файл удалить, при необходимости заново создать файл для устройства с изменившимся набором датчиков.
Таким вот простым и прозрачным способом — мы избавляемся от довольно большой головной боли, если нужно подключать большое количество управляемых по сети устройств в нашем самодельном умном доме.
Немного поподробнее расскажу про собственно прошивку для ESP-8266. Ее исходные коды (и скрипты поддержки для OpenHAB и HomeAssistant) можно найти на Github (конкретно скрипты поддержки лежат здесь).
Она работает на стандартных модулях ESP-8266 (а также на Sonoff Basic Switch и Sonoff Touch Wallswitch), поддерживает обновление прошивки на лету (ArduinoOTA), а также имеет простейший веб-сервер для первоначального конфигурирования параметров WiFi-сети и задания IP-адреса MQTT-брокера.
Структура прошивки модульная и можно довольно легко добавлять свои датчики/устройства. Текущий список включает в себя:
- Инфракрасные датчики движения и радио-датчик движения Parallax X-band motion detector (до 3 штук на модуль)
- Датчик температуры/влажности DHT22 или аналогичный
- Мой 4-канальный диммер, управляемый по Modbus/RS-485
- Сонары HC-SR04 и сонары MaxBotix с последовательным выводом
- Реле на Sonoff Basic Switch и Sonoff Touch (последний можно переключить как в режим контроля реле по кнопке, так и только через OpenHAB/HomeAssistant)
- Встроенные ADC, светодиод и кнопка Flash (для Sonoff Touch — это сенсорная кнопка)
- Простой термостат с двумя реле для управления вентилятором (indoor unit) и компрессором (outdoor unit)
Следует заметить, что из-за нехватки пинов на ESP-8266 модули могут конфликтовать друг с другом (например, диммер с сонаром одновременно не получится подключить, если не перераспределить пины самостоятельно).
После выбора необходимых устройств в esp-sensors.h, компиляции и прошивки — модуль переключится в режим конфигурирования — поднимет свою WiFi-сеть с именем типа «espx-0023cb541», к которой нужно подключиться (можно любым смартфоном) с паролем из того же файла, затем зайти на 192.168.4.1 и задать логин и пароль сети, а также IP-адрес брокера. Эти параметры сохранятся во флеше, так что второй раз не понадобиться этого делать. При невозможности подключиться к заданной сети в течении одной минуты — оно снова переключится в режим конфигурирования на три минуты, а потом будет повторять этот цикл до успешного подключения.
Для тех кто соберется править эту прошивку, упомяну, что каждый модуль датчиков/устройств разбит на шесть функций:
Esp8266 прошивка для умного дома
Прошивка ESP Easy
Для модератора
Решил создать отдельную тему по прошивки ESP Easy так как накопился ряд вопросов, а спросить негде (есть тема: «Sonoff — Прошивки и прочий DIY | [smartHome]», но там больше по модулю и разным прошивкам)
Прошивка «ESP Easy» от Let’s Control It позволит легко превратить любой модуль на базе ESP в многофункциональный сенсор или модуль для умного дома.
Подходит для модулей:
— ESP8265
— ESP8266
— ESP 32
— ESP SONOFF
Поддерживаются следующие протоколы для передачи данных и работы с системами умных домов:
OpenHAB MQTT,
Domoticz HTTP и MQTT,
PiDome MQTT,
ThingSpeak,
EmonCMS,
протокол HTTP
и другие
В прошивку вложен функционал по написанию отдельных правил (Rules)
В архиве будет много прошивок из названий понятно для чего они:
Для модулей:
— ESP8265
— ESP8266
— ESP 32
— ESP SONOFF
Они в свою очередь делятся на:
— Тестовые версии (в названии test)
— Обычные (normal_core)
В зависимости от ядра, пример 241,242, 260 и т. д.
— Минимальные (minimal)
— C IR устройствами (IRext)
В зависимости от объема уставленной памяти на ESP8266
1M
4M1M
4M2M
Файл «blank_1MB» или 2,4,16 для затирки памяти
Сообщение отредактировал Олег Верещагин — 30.08.20, 16:05
И вот так работает
А вот так не работает
По пути инструменты — продвинутый — старый двигатель
если снять галочку то во вкладке правила появляется таблица
название события -имя файла — размер -действия
Нажимаем добавить, вставляем туда правила и даем название
события, но при присвоении любого имени правилам выдает
ошибку введите данные в указанном формате.
Где найти обновления по оформлению правил ?
если не снимать флажок и использовать старый двигатель
все работает.
Вопрос по прошивке.
Как можно узнать в каком состоянии пин, если к нему применено значение к примеру » pwm,0,500 «
Мой умный дом на ESP8266, часть 3
Прошивка ESP8266
Прошивать мы будем прошивкой ESP Easy. Эта прошивка простая. Там интуитивно понятно что и как настраивать. Сразу видно где прописать связь с MQTT-брокером. И видно где размещать подключаемые к микроконтроллеру устройства. В настройках устройств легко найти галочку для связи с MQTT-брокером посылать сигналы.
Как именно прошивать я рассказывать не буду. Этого материала полно в интернете. Тем более что разные модификации ESP8266 можно прошивать по-разному. Найдите гайд по прошивке именно вашего устройства и прошейте ESP Easy.
Релиз ESP Easy
В файле есть программа прошивальщик. При ее запуске можно выбрать конкретную прошивку, например normal и COM-порт, на котором находится в вашем устройстве. И после этого нажмите кнопку Прошить. В общем подробности этого процесса вы найдете в интернете. Если не получится, то обращайтесь ко мне.
После прошивки и настройки Wi-Fi на устройстве вы сможете заходить через браузер в интерфейс прошивки прямо набрав адрес устройства в браузере. Начнем с I2C.
Настройка I2C
Для начала настроим протокол I2C. По умолчанию для подключения устройств к контроллеру по этой шине используются пины 4 и 5. Нам же нужны другие пины. Заходим в раздел Hardware и меняем эти настройки:
Указание пинов для I2C-протокола
Настройка связи с MQTT-брокером
В разделе Controllers прошивки ESP Easy можно прописать связь микроконтроллера ESP8266 с тремя серверами. Мы пока добавим связь с одним сервером, а именно с нашим MQTT-брокером. По большому счету одного этого брокера достаточно практически для всех нужд умного дома.
Связь с MQTT-брокером
Выбираем протокол Home Assistent. Почему именно его? Об этом написано в статье Термометр на ESP8266 с прошивкой ESP Easy на сайте веб-сервиса WQTT.ru. А так протокол выбирается в соответствии с выбранным сервером.
Далее прописываем адрес и порт нашего брокера, логин и пароль доступа. И указываем такие флажки как Will Retain и Enabled. Флажок Will Retain позволит брокеру запоминать последние опубликованные сообщения и таким образом состояние вашего умного дома будет хранится именно на брокере.
Настройка важных флажков
Настройка кнопки
Переходим в раздел Devices прошивки ESP Easy. И размещаем информацию о кнопке:
Кнопка будет подключена к пину GPIO4
Состояние кнопки мы не будем использовать. Нам важен лишь факт ее нажатия. А вот включить или выключить лампу будем решать на основании ее текущего состояния, которое хранится в MQTT-брокере. Эта логика будет позже прописана в Node RED.
Датчик атмосферного давления BMP085
В том же разделе добавляем датчик давления:
Напомню, этот датчик связан с микроконтроллером по шине I2C, поэтому пины не нужно указывать. Они выше были указаны. В настройках мы укажем интервал отправки значений датчика 200 сек. И поставим галочку напротив Send to Controller, что заставит микроконтроллер отправлять значения датчиков на контроллер номер 1 (см. черный кружочек с числом).
Для значения Pressure добавим формулу пересчета из гигапаскалей в мм.рт.ст.
Датчик влажности DHT11
Датчик влажности будет размещен на пине GPIO14. Настройки для датчика тривиальные:
Настройки датчика влажности DHT11
Проверка
Итого страница Controllers должна выглядеть так:
Контроллеры
А страница Devices так:
В колонке Values будут видны считываемые показания датчиков.
Если все сделано правильно, то на сервере WQTT.ru мы увидим, что значения уже передаются:
В следующей статье настроим последний компонент Node RED.
Ответы на вопросы
Проблема в вашей схеме в том, что без интернета весь ваш умный дом превратится в тыкву
Вижу метеостанцию на Node-Red. Умный дом не вижу…
Не совсем вопрос, но стоит сделать замечание. Пока нет цели сделать правильно, надежно, профессионально. Пока цель простая — стартовать. Есть простые требования (в первой статье). И данная простая схема (действительно похожа на простую метеостанцию с кнопкой) как раз удовлетворяет всем требованиям и дает возможность стартовать.
Подскажите, а не рассматривали другие прошивки?
Рассматривал. Под требования не подходят. Я не отрицаю их использование, но они более сложные для понимания. ESP Easy в этом плане просто как пенек. Даже достаточно взглянуть на его веб-интерфейс и мне, далекому от МК-темы, сразу понятно что к чему и как настраивать.
датчики DHT11 просто отвратительны
Датчик DHT11 взят для примера. Тут главное что требования выполнены. А уж какие датчики подключать — дело вкуса.
который может начать глючить и отваливаться, если подключать кучу датчиков по WiFi
В комментариях отписался человек, который посадил на свой роутер 11 контроллеров ESP. И все работает.
ESPEasy — готовая прошивка для ESP8266. Загрузка и настройка
Готовая прошивка «ESP Easy» позволит легко превратить любой модуль на базе ESP в многофункциональный сенсор или модуль для умного дома под управлением таких систем, как OpenHab и Domoticz. ESP Easy является отличным инструментом для изучения протокола MQTT.
Всё что вам необходимо сделать — это один раз загрузить прошивку ESP Easy на ваш модуль ESP, а дальше все настройки системы происходят в браузере с помощью удобного веб-интерфейса. Для ежедневной работы с модулем не нужны никакие дополнительные программы.
Последней стабильной версией прошивки ESP Easy является R120. Она хорошо подходит не только для домашних экспериментов, но и для производственных прототипов. Модуль с ESP Easy на борту может выступать в роли низкоуровневого управляющего устройства, но этот функционал в системе еще не полностью стабилен. Полный список возможных подключаемых дачиков, устройств ввода-вывода, реле и дисплеев можно посмотреть здесь.
Прошивка ESP Easy может быть установлена практически на любые платы на базе ESP8266. Вы можете прошить как самые простые модули типа ESP-01 или ESP-12, так и устройства типа NodeMCU development board, Wemos D1 и практически все устройства от производителя Sonoff. После прошивки вы сможете работать с GPIO 0, 1, 2, 3, 4, 5, 12, 13, 14, 15, 16, A0. Пин номер 9 не рекумендуется использовать из-за нестабильной работы. На модулях Sonoff будут доступны пины 0 (кнопка), 12 (Реле), 13 (Светодиод) и, возможно, еще несколько в зависимости от конкретной модели устройства.
Поддерживаются следующие протоколы для передачи данных и работы с системами умных домов: OpenHAB MQTT, Domoticz HTTP и MQTT, PiDome MQTT, ThingSpeak, EmonCMS, протокол HTTP и другие. Подробнее про работу с ними будет написано в разделе с примера использования.
С чего начать?
В большинстве случаев модули ESP продаются с предустановленными прошивками AT firmware или NodeMCU LUA firmware. Начать делать сенсоры на базе ESPEasy легко: нужно просто заменить стандартную прошивку на ESPEasy, и можно приступать к работе. Это можно сделать с помощью программы flashtool (к сожалению, она доступна только на Windows) или с помощью Arduino IDE. Во время установки мы будем действовать по следующей схеме:
1. С официального сайта скачать стабильную прошивку
В архиве также будет программа flash tool для прошивки
↓
2. Подключить модуль ESP к компьютеру
Используем USB/UART переходник для простых плат типа ESP-01 или просто подключаем Micro-USB к платам типа NodeMCU dev board.
↓
3. Загружаем ESPEasy на плату с помощью flash tool или Arduino IDE
Обратите внимание на то, что GPIO должен быть соединен с GND при включении для запуска режима прошивки на плате.
↓
4. Перезапускаем модуль ESP. Появляется WiFi сеть с названием «ESP_Easy_0». Подключаемся к ней
(в версии прошивки 2.0 точка доступа будет называться ESP_0)
Если страница настройки не открылась автометически, необходимо набрать 192.168.4.1 в вашем браузере
↓
5. В появившемся окне настраиваем подключение к вашей домашей WiFi сети и нажимаем Connect
↓
6. Модуль ESP перезагрузится и подключится к вашей домашней сети
↓
7. Откройте в браузере новый IP адрес платы ESP и начинайте собирать данные с сенсоров
Поздравляем, всё настроено, и вы можете начать работать с ESPEasy!
Скачиваем прошивку
Скачиваем стабильную версию прошивки с официального сайта — ESPEasy R120.
Подключаем модуль ESP к компьютеру
Для всех, кто только начинает разбираться с EPS, MQTT и умными домами, мы рекомендуем обратить внимание на модуль NodeMCU ESP8266 (он же NodeMCU dev board). У него есть ряд плюсов: встроенный преходник USB/UART, большое количество GPIO, аналоговый пин A0, не нужно подключать GPIO к GND для прошивки, наличие питания 5 и 3.3 вольта. Просто подключаете плату к компьютеру с помощью Micro-USB кабеля и начинаете работать. NodeMCU dev board позволит вам сэкономить большое количество времени! При программировании обратите внимание, что номер ножки не соответствует номеру GPIO.
Также встроенный переходник USB/UART есть на плате Wemos D1 Mini:
Если у вас плата без переходника, например, ESP-01 или ESP-12, или вы хотите прошить модули Sonoff, то вам понадобится переходник USB/TTL.
В обоих случаях дополнительно вам понадобится установить на компьютер драйвер для вашего встроенного или внешнего переходника USB/TTL.
Загрузка прошивки ESPEasy с помощью Flash Tool
Данный способ подходит только для компьютеров с Windows, но он самый простой! Сначала необходимо проверить к какому порту компьютера подключен наш ESP помуль. Подключаем модуль к компьютеру по USB. Открываем «Диспетчер устройвств», смотрим вкладку «Порты (COM и LPT)» и видим нашу плату. В моем случае порт COM4. Если ваше устройство не отображается в списке портов — значит вы не поставили драйвер для USB/TTL переходника.
Обратите нимание, что перед прошивкой модулей с внешнем адаптером USB/TTL их необходимо перевести в режим загрузки программного обеспечения. Для этого необходимо соединить GPIO0 на плате ESP с GND, воткнуть переходник в плату, а потом уже в USB. Если у вас NodeMCU или Wemos, то этого делать не нужно.
Распаковываем скаченный архив ESPEasy_R120.zip в папку ESPEasy_R120 и запускаем файл flash.cmd. Откроется черное окно, в котором необходимо будет ответить на несколько вопросов.
1 вопрос: Comport (example 3,4. ) — необходимо ввести номер порта, к которому подключен модуль ESP и нажать Enter. Я ввожу 4. Enter.
2 вопрос: Flash size (example 512, 1024 or 4096) — необходимо ввести количество памяти, которое доступно на нашей плате. Сколько памяти на вашей плате вы можете посмотреть в этой таблице. Для платы NodeMCU dev board вводим 4096. Enter.
3 вопрос: Build — необходимо ввести номер версии прошивки, которую вы загружаете. В нашем случае вводим 120. Enter.
В чёрном окне проскочет несколько строк с системным кодом, и начнут появляться точки, и через некоторое время система напишет, что загрузка завершена. Вы увидете такой экран:
Нажимаем любую клавишу. Прошивка ESPEasy успешно загружена на ваш модуль! Поздавляю! Переходим к пункту «Подключение и первичная настройка» в этой статье.
Возможные проблемы с Flash Tool
Если вы не видите своё устройство в диспетчере устройств, значит у вас не установлен драйвер переходника USB/TTL.
Если файлы не распаковать в папку, а просто запустить из архива, то после вопросов система выдаст ошибку, т.к. не сможет работать с файлом esptool.exe. Просто распакуйте архив в папку и заново запустите flash.cmd.
Если вам так и не удалось прошить модуль ESP с помощью flash.cmd, но плата видна в системе, то вы можете сделать прошивку программой ESPEasy Flasher. В ней надо будет только выбрать порт и соответствующую прошивку. В скаченной папке с прошивками будет 3 разных файла прошивок для плат с разным размером памяти.
Если у вас не получилось сделать загрузку ни одним из этих способов — вы можете попробовать сделать загрузку через Arduino IDE.
Загрузка прошивки ESPEasy с помощью Arduino IDE
Данный способ отлично подходит, если вы уже загружали свои собственные скетчи на плату через Arduino IDE и сейчас хотите попробовать поработать с ESPEasy. Если же вы раньше просто программировали ardunino и ни разу не прошивали esp8266, то предварительно вам необходимо подготовить Arduino IDE. Подробную инструкцию вы можете найти в нашей статье. Через Arduino IDE вы можете сделать загрузку как на Windows, так и на Mac OS.
В папке, которую вы скачали с официального сайта, кроме файлов последней прошивки и программы для загрузки также есть папка Source. В ней находятся два папки: в одной — необходимые библиотеки, во второй — файлы нашей прошивки. Копируете библиотеки из папки librares в папку с библиотеками ArduinoIDE на вашем компьютере.
На компьютерах Windows эта папка обычно: C:\Users\USERNAME\Documents\Arduino\librares — в папке с вашими документами.
На Mac OS: \Users\USERNAME\Documents\Arduino\librares — в папке с вашими документами.
Дальше заходим во вторую папку из скаченного архива (\Source\ESPEasy) и запускаем оттуда файл ESPEasy.ino. Откроется Arduino IDE.
Теперь в меню «Инструменты» необходимо выбрать порт, тип платы, размер памяти. Какие параметры выбирать для разных плат и как настраивать Arduino IDE для работы с ESP вы может прочитать в нашей отдельной статье.
Для NodeMCU dev board выбираем параметры как на картинке + выбираем свой порт.
Заходим в меню «Скетч» и выбираем «Загрузка»
В Arduino IDE внизу в чёрной консоли пробежит несколько строчек системных сообщений, потом появится несколько строчек с точками и программа напишет, что загрузка прошла успешно. Если программа выдаёт строчки с оранжевыми ошибками, то скорее всего у вас проблемы с подключение платы к компьютеру.
Прошивка загружена на модуль ESP, теперь мы можем переходить к настройке.
Подключение и первичная настройка
Теперь на своём компьютере откройте список доступных Wi-Fi сетей — в списке должна появиться сеть ESP_0 (В некоторых версиях прошивки возможно будет Esp_Easy_0). Подключитесь к ней (стандартный пароль configesp).
Если ваш браузер не открыл автоматически страницу настройки EspEasy, то в адресной строке браузера наберите 192.168.4.1. В появившемся окне необходимо выбрать вашу домашнюю wi-fi, ввести пароль от нее в поле password и нажать кнопку Connect.
Вы увидите сообщение о том, что система перезагружается.
После этого ваш компьютер отключится от сети Esp и подключится обратно к вашей домашнией Wi-Fi сети. В браузере покажется ip адрес вашего esp. В адресной строке вашего браузера введите ip esp модуля (например, 192.168.1.65). Откроется окно с основный информацией о модуле esp, на котором вы можете посмотреть: беспрырывное время работы модуля, уровень сигнала, ip адрес модуля и точки доступа, версию прошивки, MAC адреса, информация о свободной памяти и список других esp модулей в сети.
Вверху расположено меню для перехода в разделы системы. Зайдите во вкладку Config. Здесь находятся основные настройки системы, рассмотрим их подробнее.
1. Name — имя вашего ESP модуля. Оно используется как сетевое имя, а также для идентификации каналов при работе по MQTT протоколу.
2. Admin Password используется для установки пароля на настройки. По умолчанию пароля нет, но если его установить, то при открытии ip адреса вашего esp модуля необходимо будет ввести пароль. Только в этом случае вы сможете редактировать настройки. Это очень удобно, если вы используете свои модули в публичных местах.
3. SSID, WPA Key — используется для подключения к вашей домашней Wi-Fi сети.
4. WPA AP Mode Key — данный пароль используется в том случае, если ваш esp модуль работает в режиме точки доступа.
5. Unit nr — это номер машего модуля в сети. Для корректной работы системы он должен быть уникальным для каждого esp модуля.
6. Protocol и следующие за ним поля отвечают за выбор и настройку сетевого протокола, по которому ваш esp модуль взаимодействует с сервером умного дома или облачным сервером сбора данных. Мы можем выбрать OpenHAB MQTT, Domoticz MQTT, PiDome MQTT и ThingSpeak и другие менее популярные варианты.
7. Sensor Delay отвечает за то, как часто данные с модуля ESP отправляются на сервер. Значение необходимо писать в секундах.
8. Sleep Mode используется для перевода устройства в режим глубокого сна. Используйте этот параметр только после полной настройки вашего устройста.
В разделе Hardware вы можете выбрать какой светодиод на плате будет отвечать за состояние Wi-Fi подключения, а также выставить дефолтные состояния пинов. Во вкладке Rules можно настроить простые правила автоматизации. Обратите внимание, что по умолчанию данная вкладка не отображается. В разделе Devices происходит добавление и настройка датчиков и управляемых девайсов. В разделе Tools находятся более тонкие настройки, а также есть поле для выполнения команд.
В данной статье мы рассказали вам о том, что из себя представляет готовая прошивка EspEasy, для чего ее можно использовать, как прошить ее ваш ESP модуль, а также как провести первичные настройки. В следующих статьях мы подробно расскажем о том, как использовать EspEasy в ваших проектах. Поключим к плате ESP самые популярные датчики, поробуем передавать данные с них в облачный сервер ThingSpeak и построить по ним графики. Также мы подключить ESP модуль к умному дому на базе OpenHAB по протоколу MQTT — будем собирать данные с датчиков и управлять светодиодами.