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IoT für einen Cent: ein praktischer Leitfaden. Teil 1, Hardware



Hallo Geektimes!

Wir präsentieren eine Reihe von Artikeln, in denen wir uns überlegen, wie ein kostengünstiges Cloud-basiertes IoT-Gerät mit großem Potenzial von Grund auf und ohne Löten implementiert werden kann. Als Basis nehmen wir den "sauberen" ESP8266-Mikrochip, über den wir kürzlich geschrieben haben . Wir verwenden die neueste DeviceHive-Firmware und schreiben eine einfache Webanwendung, um auf den Cloud-Server zuzugreifen. Wir verbinden ein einfaches Gerät mit dem Mikrochip, der mit wenigen Klicks im Browser gesteuert werden kann.

Hier ist der erste Artikel in der Reihe, aus dem wir lernen, welche Art von Ausrüstung wir benötigen.

Zuletzt wurde die erste Version der ersten Version der DeviceHive-Firmware für ESP8266 veröffentlicht. Das Ziel unserer Artikel ist es, allen zu helfen, die ihre eigene IoT-Lösung mit DeviceHive so billig, schnell und ohne unnötige Schwierigkeiten implementieren möchten.

Wir brauchen nur fünf Dinge:
  • Platine mit gelötetem ESP8266;
  • USB -> UART Adapter;
  • Netzteil;
  • Drähte
  • das Gerät selbst, mit dem wir uns mit der Cloud anfreunden wollen.


Die Gesamtkosten der ersten vier Punkte überschreiten nicht 5 USD. Welches Gerät für Experimente ausgewählt werden soll - entscheiden Sie selbst.

Schauen wir uns jeden Artikel genauer an.

Board mit ESP8266



Die meisten auf dem Markt mit ESP8266 verfügbaren Module sind nur eine Karte, auf der sich der ESP8266 selbst, 25Q40 512 KB SPI-Flash-Speicher (ESP verfügt nur über 64 Kilobyte Speicher für den Bootloader an Bord) und eine kleine Anzahl diskreter Elemente befindet. Die Unterschiede stellen sich oft ausschließlich als visuell heraus, obwohl es auch spezielle Module mit Batterieleistung und verschiedenen Modifikationen gibt. Sie sind teurer, aber die Bedeutung bleibt unverändert.

Separat stellen wir das ESP-201-Modul fest (oben auf dem Foto). Dies ist vor allem deshalb interessant, weil kein Löten erforderlich ist und die maximale Anzahl von ESP8266-Pins an einen externen Anschluss angeschlossen ist, was in Experimenten sehr nützlich sein kann. Zur Demonstration werden wir dieses Modul verwenden, Sie können jedoch beliebige Analoga verwenden. Die Unterschiede bestehen nur in der Verkabelung der Schlussfolgerungen.

USB -> UART Adapter



Für die Neuprogrammierung verwendet der ESP8266 die UART-Schnittstelle. Dies ist ein gewöhnlicher serieller Anschluss mit einem Logikpegel von 3,3 Volt, dh ein einfacher COM-Anschluss mit einem anderen elektrischen Pegel. Solche Adapter sind in so vielen Geräten versteckt, dass Sie sie sicher mehrmals verwendet haben, ohne es zu wissen. In der Vergangenheit wurden solche Adapter beispielsweise in Telefonkabeln verwendet.

Am häufigsten werden Adapter für CP2102, PL2303, CH431, FT232 und einige andere verwendet. Eine der folgenden Optionen passt zu uns. Bei letzterem lohnt es sich jedoch, vorsichtig zu sein . Die geringsten Probleme mit Treibern für Windows und OS X treten beim CP2102 auf. Linux-Benutzer müssen sich überhaupt keine Sorgen machen - alle Chips werden nativ vom Kernel unterstützt.

Netzteil



Der ESP8266 benötigt ein Netzteil mit einer Ausgangsspannung von 3 bis 3,6 Volt. Dies kann ein 3,3-Volt-Netzwerkadapter oder eine Abwärtsquelle sein. In Zeiten der Aufnahme und aktiven Nutzung kann der ESP8266 Impulse von bis zu 300 Milliampere verbrauchen.

Einige USB -> UART - Adapter haben einen Ausgang von 3,3 Volt vom internen Stabilisator. Der Ausgangsstrom ist extrem schwach, daher ist eine zusätzliche Stromquelle erforderlich. Bei Stromversorgung über USB kann eine Quelle auf dem AMS1117-3.3-Chip eine gute Lösung sein.

Zur Demonstration verwenden wir die auf dem Foto gezeigte Quelle, da sie mit vielen Anschlüssen für Verbindungen ausgestattet ist.

Drähte



Sie können die Platinen einfach nehmen und löten, aber für nur einen Dollar können Sie eine ganze Kabelschleife mit gelöteten Steckern zum Anschließen von Modulen kaufen. In unseren Modulen gibt es nur „männliche“ Kabel, daher benötigen wir Drähte mit „weiblichen“ Anschlüssen. Diese Schleifen können leicht von Hand in Schleifen mit weniger Drähten unterteilt werden.

Für das Prototyping - nur ein Traum!

Das Gerät, das wir verbinden möchten


Es gibt bereits Raum für Vorstellungskraft. Die Geräte, die mit der Cloud verbunden werden können, sind geerdet. Es lohnt sich jedoch, die Möglichkeit eines elektrischen Anschlusses in Betracht zu ziehen. An jedem Pin der Mikroschaltung ist es unmöglich, eine Spannung anzulegen, die die Spannung überschreitet, von der die Mikroschaltung selbst gespeist wird. Der maximal zulässige Laststrom pro GPIO-Pin beträgt 12 Milliampere. Es scheint, dass die Indikatoren eher bescheiden sind, aber tatsächlich sind dies Standardmerkmale für den Mikrocontroller. Für den Anschluss an schwere Lasten können Sie Leistungs-MOSFETs, Thyristoren, Halbleiterrelais und andere Schaltungslösungen verwenden, deren Berücksichtigung den Rahmen dieses Artikels sprengt.

Wir werden das einfachste mechanische Relais betrachten. Auf den meisten Handelsflächen finden Sie fertige Module mit gelöteten Relais.


Was ist ein Modul? Dies ist ein gewöhnliches Relais mit einem gelöteten Vorverstärker an einem Optokoppler oder Transistor. Ein Relais ist eine Gruppe von Kontakten, die mithilfe eines darin befindlichen Elektromagneten mechanisch geschlossen und geöffnet werden. Mit anderen Worten, die Kontakte können den Stromkreis unterbrechen oder verbinden, wenn von außen eine kleine Spannung an den Elektromagneten angelegt wird. Bei der Wicklung des Elektromagneten wird der Strom in der Regel im Bereich von 10 - 50 Milliampere erhalten, daher ist es unmöglich, ihn direkt an den Mikrocontroller anzuschließen. Speziell dafür ist ein kleiner Vorverstärker für das Relais an das Modul gelötet, das direkt an den Mikrocontroller angeschlossen werden kann.

Links wird eine Spalte mit Klemmenblöcken angezeigt, an die bereits eine schwere Last angeschlossen werden kann. Das auf dem Foto gezeigte Relais kann 250 Volt und 10 Ampere aushalten.



Links auf dem Foto sehen Sie den Klemmenblock. Diese drei Ausgänge sind eine gemeinsame Gruppe von Kontakten: einer normalerweise geschlossen, einer normalerweise offen und einer gemeinsam. Wenn am Eingang des Moduls eine logische Einheit erscheint, überträgt das Relais den gemeinsamen Ausgang an einen anderen Kontakt. Auf diese Weise können Sie alles wechseln, öffnen oder verbinden.

Um die Funktionsweise der Firmware zu demonstrieren, verwenden wir das folgende Lasermodul:



Das Modul benötigt eine Spannung von 5 Volt und verbraucht ca. 90 Milliampere. Zum Anschließen benötigen wir ein Relais.

Vergessen Sie nicht: Anstelle dieses Moduls können wir jedes andere Gerät verwenden, sei es eine Glühbirne in Ihrem Zimmer oder ein leistungsstarker Suchscheinwerfer (der an sich nur eine riesige Taschenlampe ist, die Kilowatt Strom verbraucht). Bei der Auswahl eines Relais muss nur die Leistung des Geräts berücksichtigt werden.

Es können auch verschiedene Sensoren und Sensoren an den ESP8266 angeschlossen werden, da seine Ausgänge (wie andere Mikrocontroller) sowohl Ein- als auch Ausgänge bedienen können. Darüber hinaus verfügt der ESP8266 über einen Analogeingang, über den die eigentlichen Analogsignale übertragen werden können. Aber dies werden wir vielleicht einem separaten Artikel widmen.

Im folgenden Artikel werden wir erzählen :
  • So erhalten und konfigurieren Sie den DeviceHive-Server;
  • So flashen und konfigurieren Sie ESP8266 mit der Firmware von DeviceHive.


Tatsächlich gibt es hier nichts Kompliziertes. Anspruchsvoll zu lesen kann bereits unsere Firmware nehmen und versuchen, sie selbst auszuführen. Quellcode und kompiliertes Bild finden Sie hier . Bisher ist nur eine frühe öffentliche Version verfügbar, an der noch gearbeitet wird. Aber Sie können jetzt DIY-Geräte bauen!

Gepostet von Nikolai Khabarov, Senior Embedded Developer

Source: https://habr.com/ru/post/de382105/

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