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IoT por un centavo: una guía práctica. Parte 1, hardware



Hola geektimes!

Presentamos una serie de artículos en los que consideraremos cómo implementar un dispositivo IoT basado en la nube de bajo costo con un enorme potencial desde cero y sin soldadura. Como base, tomamos el microchip ESP8266 "limpio", sobre el que escribimos recientemente . Utilizamos el último firmware de DeviceHive y escribimos una aplicación web simple para acceder al servidor de la nube. Conectaremos un dispositivo simple al microchip, que se puede controlar con un par de clics en el navegador.

Aquí está el primer artículo de la serie, del cual aprendemos qué tipo de equipo necesitamos.

Más recientemente, se realizó el primer lanzamiento de la primera versión del firmware DeviceHive para ESP8266. El objetivo de nuestros artículos es ayudar a todos los que quieran implementar su propia solución de IoT utilizando DeviceHive de la manera más económica, rápida y sin dificultades innecesarias.

Solo necesitamos cinco cosas:
  • tablero con ESP8266 soldado;
  • USB -> adaptador UART;
  • fuente de alimentación;
  • alambres
  • el dispositivo en sí, que queremos hacer amigos con la nube.


El costo total de los primeros cuatro puntos no supera los $ 5. Qué dispositivo elegir para los experimentos: decídalo usted mismo.

Miremos cada artículo con más detalle.

Junta con ESP8266



La mayoría de los módulos disponibles en el mercado con ESP8266 son solo una placa en la que se encuentra el ESP8266, la memoria flash SPI 25Q40 de 512 KB (ESP tiene solo 64 kilobytes de memoria para el gestor de arranque a bordo) y una pequeña cantidad de elementos discretos. Las diferencias a menudo resultan ser exclusivamente visuales, aunque también hay módulos especializados con batería y varias modificaciones. Son más caros, pero el significado permanece sin cambios.

Por separado, notamos el módulo ESP-201 (arriba en la foto). Es interesante, en primer lugar, porque no requiere soldadura, y el número máximo de pines ESP8266 está conectado a un conector externo, que puede ser muy útil en experimentos. Además, para la demostración usaremos este módulo, sin embargo, puede tomar cualquier análogo. Las diferencias solo estarán en el cableado de las conclusiones.

USB -> adaptador UART



Para la reprogramación, el ESP8266 usa la interfaz UART. Este es un puerto serie ordinario con un nivel lógico de 3,3 voltios, es decir, un puerto COM simple con un nivel eléctrico diferente. Dichos adaptadores están ocultos en tantos dispositivos, seguramente los haya usado más de una vez, sin siquiera saberlo. En el pasado, tales adaptadores se usaban, por ejemplo, en cables telefónicos.

Los adaptadores en CP2102, PL2303, CH431, FT232 y algunos otros son los más comunes. Cualquiera de los siguientes nos conviene. Con esto último, sin embargo, vale la pena tener cuidado . Los menores problemas con los controladores para Windows y OS X están en el CP2102. Los usuarios de Linux no tienen que preocuparse en absoluto: todos los chips son compatibles de forma nativa con el núcleo.

Fuente de alimentación



ESP8266 necesita una fuente de alimentación con un voltaje de salida de 3 a 3.6 voltios. Esto puede ser un adaptador de red de 3.3 voltios, o una fuente reductora. En momentos de inclusión y uso activo, el ESP8266 puede consumir hasta 300 miliamperios en pulsos.

Algunos adaptadores USB -> UART tienen una salida de 3.3 voltios desde el estabilizador interno. La corriente de salida es extremadamente débil, por lo que una fuente de alimentación adicional es una necesidad necesaria. Cuando funciona con USB, una fuente en el chip AMS1117-3.3 puede ser una buena solución.

Para la demostración, utilizamos la fuente que se muestra en la foto, ya que está equipada con muchos terminales para las conexiones.

Alambres



Simplemente puede tomar y soldar las placas, pero por solo un dólar puede comprar un lazo de cable completo con conectores soldados para conectar los módulos. En nuestros módulos solo hay cables de tipo "macho", por lo que necesitamos cables con conectores "hembra". Estos bucles se pueden dividir fácilmente a mano en bucles con menos cables.

Para la creación de prototipos, ¡solo un sueño!

El dispositivo que queremos conectar


Ya hay un margen inicial para la imaginación. Los dispositivos que se pueden conectar a la nube son tierra. Sin embargo, vale la pena considerar la posibilidad de conexión eléctrica. En cualquier pin del microcircuito, es imposible aplicar un voltaje que exceda del que se alimenta el microcircuito. La corriente de carga máxima permitida por pin GPIO es de 12 miliamperios. Parece que los indicadores son bastante modestos, pero de hecho estas son características estándar para el microcontrolador. Para conectarse con cargas pesadas, puede usar transistores MOSFET de potencia, tiristores, relés de estado sólido y otras soluciones de circuitos, cuya consideración está más allá del alcance de este artículo.

Consideraremos el relé mecánico más simple. En la mayoría de los pisos comerciales, puede encontrar módulos listos para usar con relés soldados.


¿Qué es un módulo? Este es un relé ordinario con un preamplificador soldado en un optoacoplador o transistor. Un relé es un grupo de contactos que se cierran y se abren mecánicamente usando un electroimán ubicado en su interior. En otras palabras, los contactos son capaces de romper o conectar el circuito eléctrico cuando se aplica un pequeño voltaje al electroimán desde el exterior. En el devanado del electroimán, la corriente, como regla, se obtiene en la región de 10 a 50 miliamperios, por lo tanto, es imposible conectarlo directamente al microcontrolador. Especialmente para esto, un pequeño preamplificador para el relé se suelda al módulo, que se puede conectar directamente al microcontrolador.

A la izquierda se muestra una columna con bloques de terminales, a la que ya se puede conectar una carga grave. El relé que se muestra en la foto puede soportar 250 voltios y 10 amperios.



A la izquierda de la foto puedes ver el bloque de terminales. Estas tres salidas son un grupo común de contactos: uno normalmente cerrado, uno normalmente abierto y uno común. Cuando aparece una unidad lógica en la entrada del módulo, el relé transfiere la salida común a otro contacto. De esta manera, puede cambiar, abrir o conectar cualquier cosa.

Para demostrar el funcionamiento del firmware, utilizamos el siguiente módulo láser:



El módulo requiere un voltaje de 5 voltios y consume alrededor de 90 miliamperios. Para conectarlo, necesitamos un relé.

No lo olvide: en lugar de este módulo podemos usar cualquier otro dispositivo, ya sea una bombilla en su habitación o un potente reflector (que en sí mismo es solo una gran linterna que consume kilovatios de electricidad). Solo es necesario tener en cuenta la potencia del dispositivo al elegir un relé.

También se pueden conectar varios sensores y sensores al ESP8266, porque sus salidas (como otros microcontroladores) pueden funcionar tanto de entrada como de salida. Además, el ESP8266 tiene una entrada analógica que se puede utilizar para transferir las señales analógicas reales. Pero esto, quizás, dedicaremos un artículo separado.

En el siguiente artículo le diremos :
  • Cómo obtener y configurar el servidor DeviceHive;
  • cómo flashear y configurar ESP8266 con firmware de DeviceHive.


De hecho, no hay nada complicado aquí. Sofisticado para leer ya puede tomar nuestro firmware e intentar ejecutarlo usted mismo. El código fuente y la imagen compilada se pueden encontrar aquí . Hasta ahora, solo está disponible una versión pública temprana, cuyo trabajo está en curso. ¡Pero ahora puedes construir dispositivos de bricolaje!

Publicado por Nikolai Khabarov, Desarrollador Integrado Senior

Source: https://habr.com/ru/post/es382105/

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