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IoT por um centavo: um guia prático. Parte 1, hardware



Oi Geektimes!

Apresentamos uma série de artigos nos quais consideraremos como implementar um dispositivo IoT baseado em nuvem de baixo custo com enorme potencial do zero e sem solda. Como base, usamos o microchip "limpo" do ESP8266, sobre o qual escrevemos recentemente . Usamos o firmware mais recente do DeviceHive e escrevemos um aplicativo Web simples para acessar o servidor em nuvem. Conectamos um dispositivo simples ao microchip, que pode ser controlado com alguns cliques no navegador.

Aqui está o primeiro artigo da série, do qual aprendemos que tipo de equipamento precisamos.

Mais recentemente, foi realizada a primeira versão da primeira versão do firmware do DeviceHive para ESP8266. O objetivo de nossos artigos é ajudar todos que desejam implementar sua própria solução de IoT usando o DeviceHive de maneira barata, rápida e sem dificuldades desnecessárias.

Precisamos apenas de cinco coisas:
  • placa com ESP8266 soldado;
  • USB -> adaptador UART;
  • fonte de energia;
  • fios
  • o próprio dispositivo, que queremos fazer amizade com a nuvem.


O custo total dos quatro primeiros pontos não excede US $ 5. Qual dispositivo escolher para experimentos - decida por si mesmo.

Vejamos cada item com mais detalhes.

Placa com ESP8266



A maioria dos módulos disponíveis no mercado com o ESP8266 é apenas uma placa em que o próprio ESP8266, a memória flash 25Q40 512KB SPI está localizada (o ESP possui apenas 64 kilobytes de memória para o carregador de inicialização a bordo) e um pequeno número de elementos discretos. As diferenças costumam ser exclusivamente visuais, embora também existam módulos especializados com energia da bateria e várias modificações. Eles são mais caros, mas o significado permanece inalterado.

Separadamente, observamos o módulo ESP-201 (parte superior da foto). É interessante, em primeiro lugar, porque não requer solda, e o número máximo de pinos do ESP8266 está conectado a um conector externo, o que pode ser muito útil em experimentos. Mais para demonstração, usaremos este módulo, no entanto, você pode usar qualquer análogo. As diferenças estarão apenas na fiação das conclusões.

Adaptador USB -> UART



Para reprogramar o ESP8266 usa a interface UART. Essa é uma porta serial comum com um nível lógico de 3,3 volts, ou seja, uma porta COM simples com um nível elétrico diferente. Esses adaptadores estão ocultos em muitos dispositivos, com certeza você os usou mais de uma vez, sem sequer saber. No passado, esses adaptadores eram usados, por exemplo, em cabos telefônicos.

Adaptadores no CP2102, PL2303, CH431, FT232 e alguns outros são os mais comuns. Qualquer um dos seguintes itens nos convém. Com este último, no entanto, vale a pena ter cuidado . Os menos problemas com drivers para Windows e OS X estão no CP2102. Os usuários do Linux não precisam se preocupar - todos os chips são suportados nativamente pelo kernel.

Fonte de energia



O ESP8266 precisa de uma fonte de alimentação com uma tensão de saída de 3 a 3,6 volts. Pode ser um adaptador de rede de 3,3 volts ou uma fonte de redução. Nos momentos de inclusão e uso ativo, o ESP8266 pode consumir até 300 miliamperes em pulsos.

Alguns adaptadores USB -> UART têm uma saída de 3,3 volts a partir do estabilizador interno. A corrente de saída é extremamente fraca, portanto, uma fonte de energia adicional é uma necessidade necessária. Quando alimentado por USB, uma fonte no chip AMS1117-3.3 pode ser uma boa solução.

Para demonstração, usamos a fonte mostrada na foto, porque é equipada com muitos terminais para conexões.

Fios



Você pode simplesmente pegar e soldar as placas, mas por apenas um dólar você pode comprar um laço de cabo inteiro com conectores soldados para conectar os módulos. Nos nossos módulos, existem apenas cabos do tipo "macho", portanto, precisamos de fios com conectores "femininos". Esses loops podem ser facilmente divididos à mão em loops com menos fios.

Para prototipagem - apenas um sonho!

O dispositivo que queremos conectar


Já existe espaço para a imaginação. Os dispositivos que podem ser conectados à nuvem são terrestres. No entanto, vale a pena considerar a possibilidade de conexão elétrica. Em qualquer pino do microcircuito, é impossível aplicar uma tensão superior à da qual o próprio microcircuito é alimentado. A corrente de carga máxima permitida por pino GPIO é de 12 miliamperes. Parece que os indicadores são bastante modestos, mas na verdade essas são características padrão para o microcontrolador. Para conectar-se a cargas pesadas, você pode usar transistores MOSFET de potência, tiristores, relés de estado sólido e outras soluções de circuitos, cuja consideração está além do escopo deste artigo.

Vamos considerar o relé mecânico mais simples. Na maioria dos pregões, você pode encontrar módulos prontos com relés soldados.


O que é um módulo? Este é um relé comum com um pré-amplificador soldado em um acoplador óptico ou transistor. Um relé é um grupo de contatos que fecha e abre mecanicamente usando um eletroímã localizado dentro. Em outras palavras, os contatos são capazes de quebrar ou conectar o circuito elétrico quando uma pequena tensão é aplicada ao eletroímã a partir do exterior. No enrolamento do eletroímã, a corrente, em geral, é obtida na região de 10 a 50 miliamperes, portanto, é impossível conectá-lo diretamente ao microcontrolador. Especialmente para isso, um pequeno pré-amplificador para o relé é soldado ao módulo, que pode ser conectado diretamente ao microcontrolador.

Uma coluna com blocos de terminais é exibida à esquerda, à qual uma carga séria já pode ser conectada. O relé mostrado na foto pode suportar 250 volts e 10 amperes.



À esquerda na foto, você pode ver o bloco de terminais. Essas três saídas são um grupo comum de contatos: um normalmente fechado, um normalmente aberto e um comum. Quando uma unidade lógica aparece na entrada do módulo, o relé transfere a saída comum para outro contato. Dessa forma, você pode alternar, abrir ou conectar qualquer coisa.

Para demonstrar a operação do firmware, usamos o seguinte módulo a laser:



O módulo requer uma voltagem de 5 volts e consome cerca de 90 miliamperes. Para conectá-lo, precisamos de um relé.

Não se esqueça: em vez deste módulo, podemos usar qualquer outro dispositivo, seja uma lâmpada no seu quarto ou um poderoso holofote (que por si só é apenas uma enorme lanterna que consome quilowatts de eletricidade). Só é necessário levar em consideração a potência do dispositivo ao escolher um relé.

Vários sensores e sensores também podem ser conectados ao ESP8266, porque suas saídas (como outros microcontroladores) podem funcionar tanto de entrada quanto de saída. Além disso, o ESP8266 possui uma entrada analógica que pode ser usada para transferir os sinais analógicos reais. Mas isso, talvez, dedicaremos um artigo separado.

No artigo a seguir, diremos :
  • Como obter e configurar o servidor DeviceHive;
  • como piscar e configurar o ESP8266 com firmware do DeviceHive.


De fato, não há nada complicado aqui. A leitura sofisticada já pode pegar nosso firmware e tentar executá-lo você mesmo. O código fonte e a imagem compilada podem ser encontrados aqui . Até o momento, apenas uma versão pública anterior está disponível, e o trabalho está em andamento. Mas você pode criar dispositivos DIY agora!

Postado por Nikolai Khabarov, Desenvolvedor embarcado sênior

Source: https://habr.com/ru/post/pt382105/

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