ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Mikro­kontrolér s Wi-Fi za $3! nejen pro IOT

•
•
Adam Hořčica
Adam Hořčica

Přednáška v rámci SUT (http://sut.sh.cvut.cz) 28.4.2015

1 of 53
Downloaded 14 times
ESP8266Wi-Fi modul za $3 SUT, 28. 4. 2015 Adam Hořčica, Vojtěch Suk
Ahoj, já jsem ESP8266
Kdo jsme… Adam ‒ Bastlíř ‒ Programátor ‒ Správce projektu MacGyver Vojta ‒ Hračička ‒ Správce projektu MacGyver
Mikro­kontrolér s Wi-Fi za $3! nejen pro IOT
… a co vám přinášíme • MQTT – Protože bez IoT by to dnes nebylo cool & in – Co to je, jak to funguje a jak to použít – Demo • ESP8266 – HW – Specifikace, zajímavosti, zapojení – Demo (ošmatej si sám) • ESP8266 – The easy way – AT, Lua, uPy, Arduino, … – Demo • ESP8266 – Pro opravdové muže vývojáře – SDK – MQTT klient demo
MQTT Protokol pro IoT ADAM
MQTT • Pub-Sub • Broker x Client – Publikace zprávy s předmětem (topic) – Odebírání všech zpráv s daným předmětem – Obsah zprávy je TXT • Malé datové nároky • Postavené nad TCP/IP
Pub/Sub PUB SUB SUB SUB Broker PUB: /greatings
Předmět (topic) • Publikace /hierarchická/struktura/xyz/123 • Odebírání – Přesný předmět: /hierarchická/struktura/xyz – Wildchar: /hierarchická/+/+/xyz /hierarchická/struktura/# /+/struktura/#
Předmět (topic) /sensory/budovaA/mistnost123/teplota /sensory/budovaA/mistnost123/+ /sensory/budovaA/# /sensory/budovaA/+/teplota /sensory/+/+/teplota
Quality of Service • Co se stane se zprávou v případě poruchy: QoS ⓿ … nemusí být doručena vůbec QoS ❶ … může být doručena vícekrát QoS ❷ … bude doručena právě jednou
Retain • Příznak trvalé zprávy • Broker si ji zapamatuje • První co dostanu po sub • Je možné smazat zasláním null zprávy
„Poslední vůle“ (will) • Co se stane, když mě někdo zabije odpojí • Zpráva, kterou broker zašle při nečekaném odpojení klienta • will-topic • will-payload • will-qos • will-retain
Mosquitto • Broker (mosquitto) • C++, multiplatformní • Klient: – mosquitto_pub – mosquitto_sub • http://mosquitto.org • Demo: iot.eclipse.org:1883
Node Red • Grafický jazyk + runtime • Tok zpráv od vstupu do výstupu – API, HW, online service • Implementace v node.js • http://nodered.org/ • https://learn.adafruit.com/raspberry-pi-hosting-node-red/what-is-node-red
Demo • http://iot.siliconhill.cz • Mosquitto konzolový klient • MQTT Spy • MQTT Hive web client • NodeRed • Like-o-meter
ESP8266 HW Železo VOJTA
ESP8266 • WiFi SoC • 32 bit RISC CPU • GPIO, I2C, ADC, SPI, PWM, UART, RTC, JTAG
ESP8266 • Vyrábí Espressif Systems • Postaveno na xTensa od Tensilica • Moduly od od různých výrobců
ESP8266 • Vyžaduje 3,3 V napájení • GPIO jsou 5 V tolerantní • Při příjmu odběr 60-62 mA • Při vysílání až 215 mA
CPU • 80 MHz • 96 kB data RAM • 64 kB instuction ROM (bootloader od výrobce) • 64 kB instruction RAM (cache pro SPI flash) • 4 sleep módy
CPU • Boot módy • Na daných pinech nutný PullUp MTDO GPIO0 GPIO2 Mode Description L L H UART Download code from UART L H H Flash Boot from SPI Flash H x x SDIO Boot from SD-card
WiFi • Podpora 802.11b/g/n (2.4 GHz) • WPA/WPA2 (pouze PSK) • Až 20 dBm (při 802.11b, jinak 16 dBm) • Antena diversity
Periferie • Až 16 GPIO pinů • 10 bitový ADC • SPI (použitá pro externí FLASH paměť) • UART • RTC • SDIO 2.0
Dostupný HW • eBay, Alibaba,… • Liší se jen počtem GPIO a anténou
Dostupný HW • U většiny modulů je potřeba další PCB • Nebo použít ESP-12 development board
Vlastní HW • Stačí jen několik málo součástek • QFN32 pouzdro • Impedanční přizpůsobení
Vlastní HW
Zapojení • Pro boot do aplikace – MDTO -> Log0, GPIO0 -> Log1, GPIO2 -> Log1 – CH_PD na Log1 • Pro bootloader – MDTO -> Log0, GPIO0 -> Log0, GPIO2 -> Log1 – CH_PD na Log1
Demo • Nechat kolovat… ESP-01 ESP-07
ESP8266 The easy way ADAM
Jak s modulem komunikovat • Sériová linka – Bootloader má 76923 Bd – Aplikace typicky 9600 nebo 115200 Bd • Ale co dál… – AT – Terminál (Lua, uPy, Frankenstein) – Programování (Arduino, C SDK)
AT příkazy • Je tam od výroby • Pokud máte svůj MCU < AT+CWMODE=1 -- Nastaví Clinet mode > OK < AT+CWLAP -- Seznam AP > +CWLAP:(0,"WiFi",-91,"ac:a3:1e:d1:c7:e0",1) < AT+CWJAP="WiFi","heslo" -- Připojit k AP > OK …
Lua • FW s interpretrem vyššího jazyka • V současnosti nejpropracovanější • Dva projekty: – Čistý interpret https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware – Podpora cloudu http://nodelua.org/ • IDE ESPlorer http://esp8266.ru/esplorer/
µPython • Silně ve vývoji! • Aktuálně v3.4.0 • Velký potenciál… https://github.com/micropython/micropython/tree/master/esp8266
Frankenstein • FW pro „*nix guys“ • Klasický terminál (ala busybox, cisco, XPort) • Musí se kompilovat (make menuconfig && make) https://github.com/nekromant/esp8266-frankenstein
Arduino IDE • Kdo by neznal Arduino • Port Arduino knihoven pod ESP8266 SDK • Včetně podpory z Arduino IDE http://www.arduinesp.com/
Demo • Co chcete ě?
ESP8266 SDK Pro opravdové muže vývojáře VOJTA
ESP8266 SDK - součásti • Xtensa lx106 toolchain • ESP8266 IoT SDK • Open source componenty – lwIP – Contiki – axTLS – wpa_supplicant – net80211/ieee80211 https://github.com/pfalcon/esp-open-sdk
Co nabízí • Vlákna • Časovače • Práci s WiFi • SPI read, write • TCP/UDP stack • JSON • GPIO, UART, PWM, I2C
Sekce paměti • .text – Program v IRAM (max 32Kb) • .irom0.text – Program ve SPI FLASH (ICACHE) • .data – Data v DRAM (inicializované) • .bss – Data v DRAM (neinicializované) • .rodata – Read only Data v DRAM
ESP8266 SDK - sestavení • Vyžaduje GNU/POSIX • Pro ubuntu je nutné instalovat: make unrar autoconf automake libtool gcc g++ gperf flex bison texinfo gawk ncurses-dev libexpat-dev python sed • Poté jen spustit kompilaci: make STANDALONE=y
Vytvoření binárek • Program je potřeba rozdělit • .text zapisujeme na adresu 0x00000 • .irom0.text podle Linker scriptu (většinou 0x40000) • Můžeme použít nástroj esptool: ./esptool.py elf2image app.elf
Upload firmware • Za pomoci UARTu • Nutný bootloader mód • Lze využít naříklad esptool ./esptool.py -p /dev/ttyS0 write_flash 0x00000 app-0x00000.bin 0x40000 app-0x40000.bin /esptool.py --port /dev/ttzS0 write_flash 0x00.. Connecting... Erasing flash... Writing at 0x00009400... (100 %) Erasing flash... Writing at 0x00070800... (100 %) Leaving...
Příklady kódu • Hello world • Použití časovače • Použití vláken • GPIO • TCP server
Ukázka kódu void ICACHE_FLASH_ATTR user_init() { uart_div_modify(0, UART_CLK_FREQ / 115200); os_printf("Hello worldrn"); }
Časovač LOCAL volatile os_timer_t some_timer; LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR timerCallback(void *arg){ // periodicky spouštěný kód } LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR init(){ os_timer_disarm(&some_timer); os_timer_setfn(&some_timer, (os_timer_func_t *) timerCallback, NULL); os_timer_arm(&some_timer, 2500, 1); }
Vlákna #define MQTT_TASK_PRIO 0 #define MQTT_TASK_QUEUE_SIZE 1 LOCAL os_event_t procTaskQueue[TASK_QUEUE_SIZE]; LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR ThreadTask(os_event_t *e){ os_delay_us(1000); // prostor pro váš kód system_os_post(MQTT_TASK_PRIO, 0, 0); } LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(){ system_os_task(ThreadTask, TASK_PRIO, procTaskQueue, TASK_QUEUE_SIZE); system_os_post(MQTT_TASK_PRIO, 0, 0); }
GPIO LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(){ PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO2_U, FUNC_GPIO2); // set mapping to GPIO2 GPIO_OUTPUT_SET(2, 1); // set GPIO2 to OUTPUT and Log1 os_delay_us(250000); GPIO_OUTPUT_SET(2, 0); // set GPIO2 to OUTPUT and Log0 os_delay_us(250000); GPIO_DIS_OUTPUT(2); // GPIO2 to INPUT PIN_PULLUP_EN(PERIPHS_IO_MUX_GPIO2_U); // enable Pullup on GPIO2 if(GPIO_INPUT_GET(2) == 1){ // is GPIO2 set? os_printf("uprn"); } }
TCP server LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR webserver_listen(void *arg) { struct espconn *pesp_conn = arg; espconn_regist_recvcb(pesp_conn, webserver_recv); // callback to recv function espconn_regist_reconcb(pesp_conn, webserver_recon); // callback on reconnection start function espconn_regist_disconcb(pesp_conn, webserver_discon); // callback on disconnected function } LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(){ LOCAL struct espconn esp_conn; LOCAL esp_tcp esptcp; esp_conn.type = ESPCONN_TCP; esp_conn.state = ESPCONN_NONE; esp_conn.proto.tcp = &esptcp; esp_conn.proto.tcp->local_port = 80; espconn_regist_connectcb(&esp_conn, webserver_listen); //#define SERVER_SSL_ENABLE #ifdef SERVER_SSL_ENABLE espconn_secure_accept(&esp_conn); #else espconn_accept(&esp_conn); #endif }
Demo • Ukázka SDK + MQTT klient
> mosquitto_sub –t /questions Adam Hořčica (@horcicaa) Vojtěch Suk (@VojtechSuk) http://macgyver.siliconhill.cz/kontakt.html Vice na: http://macgyver.siliconhill.cz/wiki/projekty/esp8266

More Related Content

Mikro­kontrolér s Wi-Fi za $3! nejen pro IOT

  • 1. ESP8266Wi-Fi modul za $3 SUT, 28. 4. 2015 Adam Hořčica, Vojtěch Suk
  • 3. Kdo jsme… Adam ‒ Bastlíř ‒ Programátor ‒ Správce projektu MacGyver Vojta ‒ Hračička ‒ Správce projektu MacGyver
  • 5. … a co vám přinášíme • MQTT – Protože bez IoT by to dnes nebylo cool & in – Co to je, jak to funguje a jak to použít – Demo • ESP8266 – HW – Specifikace, zajímavosti, zapojení – Demo (ošmatej si sám) • ESP8266 – The easy way – AT, Lua, uPy, Arduino, … – Demo • ESP8266 – Pro opravdové muže vývojáře – SDK – MQTT klient demo
  • 7. MQTT • Pub-Sub • Broker x Client – Publikace zprávy s předmětem (topic) – Odebírání všech zpráv s daným předmětem – Obsah zprávy je TXT • Malé datové nároky • Postavené nad TCP/IP
  • 9. Předmět (topic) • Publikace /hierarchická/struktura/xyz/123 • Odebírání – Přesný předmět: /hierarchická/struktura/xyz – Wildchar: /hierarchická/+/+/xyz /hierarchická/struktura/# /+/struktura/#
  • 11. Quality of Service • Co se stane se zprávou v případě poruchy: QoS ⓿ … nemusí být doručena vůbec QoS ❶ … může být doručena vícekrát QoS ❷ … bude doručena právě jednou
  • 12. Retain • Příznak trvalé zprávy • Broker si ji zapamatuje • První co dostanu po sub • Je možné smazat zasláním null zprávy
  • 13. „Poslední vůle“ (will) • Co se stane, když mě někdo zabije odpojí • Zpráva, kterou broker zašle při nečekaném odpojení klienta • will-topic • will-payload • will-qos • will-retain
  • 14. Mosquitto • Broker (mosquitto) • C++, multiplatformní • Klient: – mosquitto_pub – mosquitto_sub • http://mosquitto.org • Demo: iot.eclipse.org:1883
  • 15. Node Red • Grafický jazyk + runtime • Tok zpráv od vstupu do výstupu – API, HW, online service • Implementace v node.js • http://nodered.org/ • https://learn.adafruit.com/raspberry-pi-hosting-node-red/what-is-node-red
  • 16. Demo • http://iot.siliconhill.cz • Mosquitto konzolový klient • MQTT Spy • MQTT Hive web client • NodeRed • Like-o-meter
  • 18. ESP8266 • WiFi SoC • 32 bit RISC CPU • GPIO, I2C, ADC, SPI, PWM, UART, RTC, JTAG
  • 19. ESP8266 • Vyrábí Espressif Systems • Postaveno na xTensa od Tensilica • Moduly od od různých výrobců
  • 20. ESP8266 • Vyžaduje 3,3 V napájení • GPIO jsou 5 V tolerantní • Při příjmu odběr 60-62 mA • Při vysílání až 215 mA
  • 21. CPU • 80 MHz • 96 kB data RAM • 64 kB instuction ROM (bootloader od výrobce) • 64 kB instruction RAM (cache pro SPI flash) • 4 sleep módy
  • 22. CPU • Boot módy • Na daných pinech nutný PullUp MTDO GPIO0 GPIO2 Mode Description L L H UART Download code from UART L H H Flash Boot from SPI Flash H x x SDIO Boot from SD-card
  • 23. WiFi • Podpora 802.11b/g/n (2.4 GHz) • WPA/WPA2 (pouze PSK) • Až 20 dBm (při 802.11b, jinak 16 dBm) • Antena diversity
  • 24. Periferie • Až 16 GPIO pinů • 10 bitový ADC • SPI (použitá pro externí FLASH paměť) • UART • RTC • SDIO 2.0
  • 25. Dostupný HW • eBay, Alibaba,… • Liší se jen počtem GPIO a anténou
  • 26. Dostupný HW • U většiny modulů je potřeba další PCB • Nebo použít ESP-12 development board
  • 27. Vlastní HW • Stačí jen několik málo součástek • QFN32 pouzdro • Impedanční přizpůsobení
  • 29. Zapojení • Pro boot do aplikace – MDTO -> Log0, GPIO0 -> Log1, GPIO2 -> Log1 – CH_PD na Log1 • Pro bootloader – MDTO -> Log0, GPIO0 -> Log0, GPIO2 -> Log1 – CH_PD na Log1
  • 32. Jak s modulem komunikovat • Sériová linka – Bootloader má 76923 Bd – Aplikace typicky 9600 nebo 115200 Bd • Ale co dál… – AT – Terminál (Lua, uPy, Frankenstein) – Programování (Arduino, C SDK)
  • 33. AT příkazy • Je tam od výroby • Pokud máte svůj MCU < AT+CWMODE=1 -- Nastaví Clinet mode > OK < AT+CWLAP -- Seznam AP > +CWLAP:(0,"WiFi",-91,"ac:a3:1e:d1:c7:e0",1) < AT+CWJAP="WiFi","heslo" -- Připojit k AP > OK …
  • 34. Lua • FW s interpretrem vyššího jazyka • V současnosti nejpropracovanější • Dva projekty: – Čistý interpret https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware – Podpora cloudu http://nodelua.org/ • IDE ESPlorer http://esp8266.ru/esplorer/
  • 35. µPython • Silně ve vývoji! • Aktuálně v3.4.0 • Velký potenciál… https://github.com/micropython/micropython/tree/master/esp8266
  • 36. Frankenstein • FW pro „*nix guys“ • Klasický terminál (ala busybox, cisco, XPort) • Musí se kompilovat (make menuconfig && make) https://github.com/nekromant/esp8266-frankenstein
  • 37. Arduino IDE • Kdo by neznal Arduino • Port Arduino knihoven pod ESP8266 SDK • Včetně podpory z Arduino IDE http://www.arduinesp.com/
  • 39. ESP8266 SDK Pro opravdové muže vývojáře VOJTA
  • 40. ESP8266 SDK - součásti • Xtensa lx106 toolchain • ESP8266 IoT SDK • Open source componenty – lwIP – Contiki – axTLS – wpa_supplicant – net80211/ieee80211 https://github.com/pfalcon/esp-open-sdk
  • 41. Co nabízí • Vlákna • Časovače • Práci s WiFi • SPI read, write • TCP/UDP stack • JSON • GPIO, UART, PWM, I2C
  • 42. Sekce paměti • .text – Program v IRAM (max 32Kb) • .irom0.text – Program ve SPI FLASH (ICACHE) • .data – Data v DRAM (inicializované) • .bss – Data v DRAM (neinicializované) • .rodata – Read only Data v DRAM
  • 43. ESP8266 SDK - sestavení • Vyžaduje GNU/POSIX • Pro ubuntu je nutné instalovat: make unrar autoconf automake libtool gcc g++ gperf flex bison texinfo gawk ncurses-dev libexpat-dev python sed • Poté jen spustit kompilaci: make STANDALONE=y
  • 44. Vytvoření binárek • Program je potřeba rozdělit • .text zapisujeme na adresu 0x00000 • .irom0.text podle Linker scriptu (většinou 0x40000) • Můžeme použít nástroj esptool: ./esptool.py elf2image app.elf
  • 45. Upload firmware • Za pomoci UARTu • Nutný bootloader mód • Lze využít naříklad esptool ./esptool.py -p /dev/ttyS0 write_flash 0x00000 app-0x00000.bin 0x40000 app-0x40000.bin /esptool.py --port /dev/ttzS0 write_flash 0x00.. Connecting... Erasing flash... Writing at 0x00009400... (100 %) Erasing flash... Writing at 0x00070800... (100 %) Leaving...
  • 46. Příklady kódu • Hello world • Použití časovače • Použití vláken • GPIO • TCP server
  • 47. Ukázka kódu void ICACHE_FLASH_ATTR user_init() { uart_div_modify(0, UART_CLK_FREQ / 115200); os_printf("Hello worldrn"); }
  • 48. Časovač LOCAL volatile os_timer_t some_timer; LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR timerCallback(void *arg){ // periodicky spouštěný kód } LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR init(){ os_timer_disarm(&some_timer); os_timer_setfn(&some_timer, (os_timer_func_t *) timerCallback, NULL); os_timer_arm(&some_timer, 2500, 1); }
  • 49. Vlákna #define MQTT_TASK_PRIO 0 #define MQTT_TASK_QUEUE_SIZE 1 LOCAL os_event_t procTaskQueue[TASK_QUEUE_SIZE]; LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR ThreadTask(os_event_t *e){ os_delay_us(1000); // prostor pro váš kód system_os_post(MQTT_TASK_PRIO, 0, 0); } LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(){ system_os_task(ThreadTask, TASK_PRIO, procTaskQueue, TASK_QUEUE_SIZE); system_os_post(MQTT_TASK_PRIO, 0, 0); }
  • 50. GPIO LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(){ PIN_FUNC_SELECT(PERIPHS_IO_MUX_GPIO2_U, FUNC_GPIO2); // set mapping to GPIO2 GPIO_OUTPUT_SET(2, 1); // set GPIO2 to OUTPUT and Log1 os_delay_us(250000); GPIO_OUTPUT_SET(2, 0); // set GPIO2 to OUTPUT and Log0 os_delay_us(250000); GPIO_DIS_OUTPUT(2); // GPIO2 to INPUT PIN_PULLUP_EN(PERIPHS_IO_MUX_GPIO2_U); // enable Pullup on GPIO2 if(GPIO_INPUT_GET(2) == 1){ // is GPIO2 set? os_printf("uprn"); } }
  • 51. TCP server LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR webserver_listen(void *arg) { struct espconn *pesp_conn = arg; espconn_regist_recvcb(pesp_conn, webserver_recv); // callback to recv function espconn_regist_reconcb(pesp_conn, webserver_recon); // callback on reconnection start function espconn_regist_disconcb(pesp_conn, webserver_discon); // callback on disconnected function } LOCAL void ICACHE_FLASH_ATTR user_init(){ LOCAL struct espconn esp_conn; LOCAL esp_tcp esptcp; esp_conn.type = ESPCONN_TCP; esp_conn.state = ESPCONN_NONE; esp_conn.proto.tcp = &esptcp; esp_conn.proto.tcp->local_port = 80; espconn_regist_connectcb(&esp_conn, webserver_listen); //#define SERVER_SSL_ENABLE #ifdef SERVER_SSL_ENABLE espconn_secure_accept(&esp_conn); #else espconn_accept(&esp_conn); #endif }
  • 52. Demo • Ukázka SDK + MQTT klient
  • 53. > mosquitto_sub –t /questions Adam Hořčica (@horcicaa) Vojtěch Suk (@VojtechSuk) http://macgyver.siliconhill.cz/kontakt.html Vice na: http://macgyver.siliconhill.cz/wiki/projekty/esp8266