ESP Relay

ESP Relay
Pobierz PDF Download icon
Moduł jest przeznaczony do bezprzewodowego załączania odbiorników energii poprzez sieć Wi-Fi. Dzięki zastosowaniu interfejsu radiowego mamy do niego dostęp z dowolnego miejsca, w którym jest zasięg sieci. Płytkę przystosowano do obudowy, którą można zamontować na szynie TH35 w szafie sterowniczej. Rekomendacje: może służyć jako element wykonawczy do automatyki budynkowej.

Schemat ideowy sterownika zamieszczono na rysunku 1. Wykonano go w oparciu o moduł ESP07 z 32-bitowym mikrokontrolerem ESP8266 firmy Espressif z rdzeniem Tensilica L106 mający wbudowane peryferium obsługujące połączenie z Wi-Fi. Aby uniknąć konieczności korzystania z programatora zewnętrznego, zamontowane go na płytce sterownika, więc do zmiany oprogramowania wystarczy przewód miniUSB umożliwiający komunikację z komputerem oraz odpowiednio skonfigurowane środowisko Arduino. Rolę konwertera USB/UART odgrywa układ CH340G.

Płytka sterownika jest zasilana napięciem +12 V doprowadzonym do złącza DC. Zastosowano konwerter DC-DC AIMTEC AMSR-7805-NZ w celu obniżenia napięcia z +12 V na +5 V. Wspomniany konwerter to zamiennik popularnego układu LM7805, zgodny z nim pod względem wyprowadzeń, jednak mający większą sprawność. Napięcie +3,3 V uzyskano za pomocą stabilizatora liniowego LM1117-3.3. Dla zapewnienia odpowiedniej impulsowej wydajności prądowej zastosowano kondensatory tantalowe ze względu na ich małą rezystancję ESR. Jako zabezpieczenie obwodu zasilania zastosowano bezpiecznik polimerowy PTC 750 mA.

Przekaźniki mają cewki zasilane napięciem 12 V i są załączane za pomocą ULN2803. Jako wyprowadzenia przekaźników użyto 3-pinowych złączy śrubowych ARK500/3, dzięki czemu są dostępne styki NO i NC. Poprawne zasilanie jest sygnalizowane świeceniem LED1, natomiast LED2 sygnalizuje zerowanie i wejście w tryb programowania.

Na rysunku 2 pokazano schemat ideowy płytki, która zawiera diody sygnalizujące załączenie przekaźników. Jej użycie jest opcjonalne – taka płytka dobrze prezentuje się, jeśli mamy obudowę Z101JFP z przezroczystym przodem. Przyda się też przy eksperymentach z programowaniem sterownika.

Montaż i uruchomienie

Schemat montażowy sterownika pokazano na rysunku 3, natomiast płytki z diodami sygnalizacyjnymi LED na rysunku 4. Moduł pasuje do obudów uniwersalnych typu Z101J oraz Z101JFP. Różnica między nimi to przezroczyste okno w wersji Z101JFP. W zależności od potrzeb można wykorzystać dodatkową płytkę z diodami wyświetlającymi stan przekaźników – pasującą do wersji Z101JFP. Łączy się ona z główną płytą 6-żyłowym przewodem za pomocą złącza SV2. Niestety, w obudowie nie ma żadnych zatrzasków, więc trzeba ją zamocować samodzielnie. W obudowie trzeba wykonać dwa otwory – na przewód USB i wtyk zasilający.

Na płytce przewidziano powiększone otwory na śrubki montażowe M3, aby można było łatwiej zamontować płytkę w przypadku użycia innej obudowy.

W handlu jest dostępnych wiele modułów z mikrokontrolerem ESP8266. Różnią się one przede wszystkim wymiarami, sposobem montażu, pojemnością pamięci Flash, częstotliwością taktowania rdzenia oraz typem anteny. Moduł ESP07 ma wbudowaną antenę oraz złącze SMA dające możliwość użycia anteny zewnętrznej. Jest to o tyle ważne, że moduł można zamknąć w szafce, natomiast antenę zamocować poza nią, aby uzyskać lepszy zasięg.

Sterownik w głównej mierze składa się z komponentów SMD, z których najmniejsze mają obudowy 0805. Zamontowanie modułu ESP07 nie powinno sprawić trudności, natomiast pewien kłopot może stanowić przylutowanie gniazda microUSB, które ma niewielki raster wyprowadzeń.

Programowanie

Do programowania układu ESP8266 zastosowanego w module możemy używać różnych kompilatorów, ale dobrym pomysłem jest użycie Arduino IDE. W programie zdefiniowano stałe służące do identyfikacji sieci Wi-Fi, z którą będziemy się łączyli, co zmusza nas do skompilowania programu za każdym razem, gdy zmieniamy sieć lub miejsce zainstalowania moduł.

Aby umożliwić programowanie modułu ESP07 z poziomu Arduino IDE, musimy zainstalować oprogramowanie umożliwiające jego obsługę. W starszych wersjach oznaczałoby to ręczne podmienianie zawartości plików w folderach konfiguracyjnych. Na szczęście od wersji 1.6 jest wspierany mechanizm automatycznego pobierania dodatkowych modułów – Additional Boards Manager.

Z menu wybieramy Plik ? Preferencje. W nowo otwartym oknie odnajdujemy Additional Boards Manager URLs: (rysunek 5). Wklejamy tu link do plików z ustawieniami dla wsparcia modułów ESP: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json. Po tej czynności klikamy OK. Teraz przechodzimy do opcji Narzędzia ? Płytka ? Boards Manager. Odszukujemy „esp8266” i instalujemy najnowszej wersję biblioteki, jak na rysunku 6. Po zainstalowaniu uzyskujemy dostęp do wielu przykładowych projektów i co ważniejsze – w wyborze płytek zostaną wyświetlone różne moduły z ESP8266 (rysunek 7).

Przetestujmy teraz, czy możemy komunikować się ze sterownikiem i zapisywać jego pamięć programu. Włączamy zasilanie (+12 V DC), a następnie przewodem miniUSB łączymy sterownik z komputerem PC. Po zainstalowaniu sterowników zostanie wyświetlony nowy, wirtualny port COM. W razie niepowodzenia instalacji sterowników – wgrywamy te z plików dołączonych do magazynu lub wyszukujemy najnowsze dla układu CH340 w wersji zależnej od posiadanego systemu operacyjnego.

Z menu Arduino IDE wybieramy Narzędzia -> Płytka -> Generic ESP8266 Module. Zmieniamy je w taki sposób, jak pokazano na rysunku 8. Oczywiście, używamy takiego numeru portu COM, jaki został nadany w przez system Windows po zainstalowaniu sterowników. Następnie wybieramy Plik ’ Przykłady ’ ESP8266 ’ Blink. Jest to program zmieniający stan wyprowadzenia z częstotliwością 1 Hz. Wprowadzamy tam jednak małą modyfikację – zamiast „LED_BUILTIN” wpiszmy wszędzie 5 – jest to pin wyjście sterujące jednym z przekaźników (program o nazwie ESP_test w materiałach).

Musimy teraz uruchomić moduł ESP07 w trybie programowania:

- Naciskamy przycisk Reset.
- Trzymając go, wciskamy przycisk Program.
- Puszczamy Reset, cały czas trzymając Program.
- Puszczamy przycisk Program.

Po tych czynnościach powinna zaświecić się dioda LED2 oznaczająca, że moduł ESP07 jest w trybie programowania. Teraz w Arduino IDE klikamy na Wgraj. Program zostanie skompilowany i rozpocznie się proces programowania. Jeśli wszystko przebiegnie prawidłowo, w polu komunikatów zostanie wyświetlona wiadomość, jak na rysunku 9 oraz usłyszymy „stukanie” przekaźnika, a odpowiadający mu LED na panelu będzie na przemian gasł i zaświecał się.

Użytkowanie sterownika

Konfiguracja środowiska za nami. Pora na opisanie dwóch sposobów kontrolowania pracy sterownika ESP Relay, są to: użycie platformy Blynk lub przez wbudowaną stronę internetową.

Platformę Blynk opisałem w poprzednim wydaniu „Elektroniki Praktycznej” (EP 4/2017). Korzystając z drugiej metody, możemy załączać wyjścia za pomocą dowolnego urządzenia mającego przeglądarkę internetową i dostęp do sieci, w której pracuje nasz sterownik.

Aby umożliwić sterowanie za pomocą przeglądarki, musimy uruchomić w ESP8266 oprogramowanie serwera strony www i wykonać stronę z przyciskami do sterowania. Ja do tego celu posłużyłem się przykładem „Advanced Web Serwer” z biblioteki obsługi ESP8266. Znajdziemy go w materiałach do artykułu.

Aby dostosować program do swoich potrzeb, trzeba poprawić linie:

//ustawienia parametrow sieci
const char *ssid = "b97488";
const char *password = "280740688";

Należy w nich podać nazwę i hasło dostępu do sieci Wi-Fi, z którą będziemy się łączyli. Następnie w przeglądarce w polu adresu wpisujemy przydzielony przez router adres IP. Możemy go poznać na kilka sposobów – po wgraniu wsadu/restarcie/uruchomieniu zasilania podłączyć się terminalem (np. Putty) do układu. Zobaczymy wtedy podgląd zdarzeń, w tym przydzielony adres IP:

Connected to b97488
IP address: 192.168.0.22
MDNS responder started
HTTP server started.

Alternatywnie możemy sprawdzić w ustawieniach routera podłączone urządzenia i ich adresy lub użyć programu typu AdvancedIPScanner. Można także, co jest szczególnie polecane, tak skonfigurować router, aby zawsze nadawał naszemu sterownikowi ten sam adres IP.

Program rozpoczyna pracę od konfiguracji wyprowadzeń jako wyjścia i ich wyzerowania. Następnie inicjalizuje pracę UART do debugowania i próbuje nawiązać połączenie z siecią zdefiniowaną w parametrach. Oczekuje przy tym na połączenie w pętli, wysyłając co 500 ms znak kropki na współpracujący terminal. Zazwyczaj połączenie następuje po 4 sekundach. Kolejnym krokiem jest przypisanie funkcji, które mają się wykonać, gdy serwer odbierze zapytanie. Zapytaniem domyślnym jest znak „/” – wtedy serwer przesyła stronę główną bez żadnej dodatkowej akcji. Gdy odbierze „relays”, serwer oczekuje na dodatkowe parametry dotyczące włączenia/wyłączenia przekaźników, wykonuje zadaną akcję i ponownie przesyła stronę startową. W przypadku błędnego adresu jest odsyłany komunikat „błąd 404” informujący o braku żądanej strony (listing 1).

Stronę sterującą wykonano w języku HTML. Zawiera 8 przycisków, których kliknięcie powoduje wywołanie odnośnika włączającego lub wyłączającego odpowiedni przekaźnik. Jego przesłaniem zajmuje się pokazana na listingu 2 funkcja handleRoot(). Źródło strony zapisano w programie w postaci stałej typu string, stąd obecność znaków „/” na końcach linii i przed znakami specjalnymi. Wygląd strony głównej sterownika pokazano na rysunku 10.

Przemek Michalak
projektydmb.blogspot.com

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
maj 2017
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik kwiecień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio kwiecień 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje marzec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna marzec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich kwiecień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów