Как создать собственный WIFI-шлюз для подключения Arduino к IP-сети?: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Как и многие люди, вы думаете, что Arduino - очень хорошее решение для домашней автоматизации и робототехники

Но с точки зрения связи Arduinos просто идет с последовательным соединением.

Я работаю над роботом, который должен быть постоянно подключен к серверу, на котором выполняется код искусственного интеллекта. Я пытался использовать радиочастотную сеть, как я привык делать для домотики, но это недостаточно эффективно. Пока робот движется, я не могу использовать Ethernet Arduino Shield. Arduino Wifi Shield дорогие и кажется мне устаревшей конструкцией.

Мне нужно было что-то, что могло бы обмениваться данными с сервером очень простым и эффективным способом.

Поэтому я решил спроектировать шлюз на основе очень дешевого и энергоэффективного микроконтроллера ESP8266

Здесь вы можете узнать, как собрать электронный компонент и загрузить программное обеспечение.

Я использовал этот шлюз для домашней автоматизации и для робототехники.

Это часть глобальной инфраструктуры домашней автоматизации, которую вы можете посмотреть здесь

Я сделал еще одну инструкцию, которая использует экран ESP8266 и избегает пайки

Запасы

Я написал другое руководство по этой теме

Шаг 1. Как это работает?

Шлюз основан на модуле ESP8266

Этот модуль подключен с одной стороны последовательным каналом с другой стороны к IP-сети с помощью Wi-Fi.

Он действует как черный ящик. Пакеты данных, поступающие из последовательного канала, отправляются на порт IP / Udp и наоборот.

Вам просто нужно установить свою собственную конфигурацию (IP, WIFI…) при первом включении шлюза.

Он может передавать как необработанные ASCII, так и двоичные данные (без HTTP, JSON…)

Он предназначен для соединения объектов с серверным программным обеспечением домашнего производства, которым требуется быстрая и частая передача коротких пакетов данных.

Легче всего использовать с Arduino Mega, у которой более одного UART (например, Arduino Mega), но также может работать с UNO.

Шаг 2. Каковы основные функции?

В основном это черный ящик, который конвертирует и отправляет последовательные данные в пакет UDP обоими способами.

Он имеет 3 светодиода, которые показывают состояние и трафик шлюза.

Он предоставляет GPIO, который может использоваться Arduino для ожидания подключения шлюза к WIFI и IP.

Он работает в 3 различных режимах, которые устанавливаются переключателями:

• Режим шлюза, который является нормальным режимом
• Режим конфигурации, используемый для установки параметров
• Режим отладки, предназначенный для режима отладки

Большинство параметров можно изменить в соответствии с вашими потребностями.

Шаг 3: создание материала

В дополнение к вашему Arduino вам понадобится

• 1 модуль ESP8266 - я выбираю MOD-WIFI-ESP8266-DEV от Olimex, который стоит около 5 евро, который довольно прост в использовании.
• 1 источник питания 5 В
• 1 регулятор мощности на 3,3 В - я использую LM1086
• 1 х 100 мкФ конденсатор
• 1 модуль APG ULN2803 (можно заменить на 3 транзистора)
• 8 резисторов (3 x 1 кОм, 1 x 2 кОм, 1 x 2,7 кОм, 1x 3,3 кОм, 1x 27 кОм, 1x 33 кОм)
• 3 светодиода (красный, зеленый, синий)
• 1 x макетная плата
• некоторые провода и разъемы

Только на этапах строительства вам понадобится

• 1 x FTDI 3.3v для конфигурации
• Паяльник и олово

Перед пайкой важно установить все компоненты на макетной плате и проверить, все ли в порядке.

Шаг 4: Начнем с электроники на макетной плате

Электронный макет доступен в формате Fritzing

Вы можете скачать его здесь, шаг 1:

github.com/cuillerj/Esp8266IPSerialGateway/blob/master/GatewayElectronicStep1.fzz

Просто следуйте схеме, обращая внимание на напряжение.

Помните, что ESP8266 не поддерживает напряжение выше 3,3 В. FTDI должен быть установлен на 3,3 В.

Шаг 5: Перейдем к программному обеспечению

Начнем со стороны шлюза

Я написал код с помощью Arduino IDE. Итак, вам нужно, чтобы ESP8266 назывался платой в среде IDE. Выберите соответствующую доску в меню «Инструменты / доски».

Если вы не видите ESP266 в списке, это означает, что вам, возможно, придется установить ESP8266 Arduino Addon (вы можете найти здесь процедуру).

Весь необходимый вам код доступен на GitHub. Пора скачать!

Основной код шлюза находится там:

В дополнение к стандартным Arduino и ESP8266 включает в себя основной код, который нужен, эти 2 включают: LookFoString, который используется для управления строками и находится там:

ManageParamEeprom, который используется для чтения и хранения параметров в Eeprom и находится там:

Как только вы получите весь код, самое время загрузить его в ESP8266. Сначала подключите FTDI к USB-порту вашего компьютера.

Я предлагаю вам проверить соединение перед загрузкой.

• Установите последовательный монитор Arduino на новый порт USB.
• Установите скорость на 115200 как cr nl (скорость по умолчанию для Olimex)
• Включите макетную плату (ESP8266 поставляется с программным обеспечением, работающим с AT-командами)
• Отправьте "AT" с помощью серийного инструмента.
• Вы должны получить взамен «ОК».

Если нет, проверьте подключение и посмотрите характеристики ESP8266.

Если вы получили "ОК", вы готовы загрузить код

• Выключите макетную плату, подождите несколько секунд,
• нажмите на черный микровыключатель ESP8266. Это нормально, когда на мониторе последовательного порта появляется мусор.
• Нажмите на загрузочную среду IDE, как для Arduino.
• После завершения загрузки установите серийную скорость 38400.

Вы увидите что-то, как на картинке.

Поздравляем, вы успешно загрузили код!

Шаг 6: приступим к настройке

Для входа в режим настройки configGPIO должен быть установлен в 1

Сначала просканируйте WIFI, введя команду: ScanWifi. Вы увидите список обнаруженных сетей.

• Затем установите свой SSID, введя «SSID1 = yournetwork».
• Затем установите пароль, введя "PSW1 = yourpassword".
• Затем введите «SSID = 1», чтобы определить текущую сеть.
• Введите «Перезагрузка», чтобы подключить шлюз к вашему Wi-Fi.
• Вы можете подтвердить, что у вас есть IP-адрес, введя «ShowWifi».
• Горит синий светодиод, а красный - мигает.

Пришло время определить адрес вашего IP-сервера, введя 4 дополнительных адреса (сервер, на котором будет запущен тестовый код Java). Например:

• «IP1 = 192»
• «IP2 = 168»
• «IP3 = 1»
• «IP4 = 10»

Последний необходимый шаг - установить порт прослушивания UDP-сервера, введя "listenPort = xxxx".

Введите «ShowEeprom», чтобы проверить, что вы только что сохранили в Eeprom.

Теперь подключите GPIO2 к земле, чтобы выйти из режима конфигурации

Ваш шлюз готов к работе

Есть и другие команды, которые вы можете найти в документации.

Шаг 7: займемся стороной Arduino

Сначала подключите Arduino

Если у вас есть Mega, проще всего будет начать с нее. Тем не менее вы можете использовать Uno.

Чтобы проверить свою работу, лучше всего использовать пример.

Вы можете скачать его здесь:

Он включает код SerialNetwork, который находится здесь:

Просто загрузите код в свой Arduino.

Зеленый светодиод мигает каждый раз, когда Arduino отправляет данные.

Шаг 8: займемся серверной частью

Пример сервера - это программа на Java, которую вы можете скачать здесь:

Просто запустите это

Посмотрите на консоль Java.

Посмотрите на монитор Arduino.

Arduino отправляет 2 разных пакета.

• Первый содержит статус цифровых контактов со 2 по 6.
• Второй содержит 2 случайных значения, уровень напряжения A0 в мВ и инкрементный счетчик.

Программа на Java

• распечатать полученные данные в шестнадцатеричном формате
• ответить на первый тип данных случайным значением включения / выключения для включения / выключения светодиода Arduino
• ответить на второй тип данных полученным счетчиком и случайным значением.

Шаг 9: Пора заняться пайкой

На макетной плате работает!

Пора сделать его более надежным, припаяв детали на печатной плате

Вдобавок к тому, что вы сделали с макетной платой, вы должны добавить 3 разъема.

• C1 1 вывод, который будет использоваться для входа в режим трассировки сети.
• C2 3 контакта, который будет использоваться для переключения между рабочим режимом и режимом настройки.
• C3 6 контактов, которые будут использоваться для подключения шлюза к Arduino или FTDI.

C1, подключенный к GPIO2, необходимо заземлить вручную, если вы хотите активировать сетевые трассы.

C2, подключенный к GPIO 4, можно установить в 2 различных положения. Один установлен на землю для нормального режима работы, а другой установлен на 3,3 В для входа в режим конфигурации.

Установите все компоненты на печатной плате в соответствии со схемой, а затем приступайте к пайке, чтобы получить конечный продукт!

Шаг 10: давайте проведем заключительный тест

Запустите тестовую программу Java.

Подключите Arduino.

Включите шлюз.

И посмотрите на консоль Java, монитор Arduino, светодиоды Arduino и светодиоды шлюза.

Шаг 11: Вы можете адаптировать этот дизайн к своим требованиям

Что касается оборудования

• Если вы выберете другой ESP8266, вам придется подстроиться под спецификации.
• Если вы выберете другой стабилизатор 3,3 В, он должен выдавать более 500 мА, и вам придется адаптировать конденсатор.
• Вы можете изменить резисторы светодиодов, чтобы отрегулировать яркость.
• Вы можете погасить все светодиоды, но я рекомендую оставить хотя бы красный включенным.
• Вы можете заменить ULN2803 на 3 транзистора (или меньше, если вы решите не оставлять 3 светодиода).
• Я тестировал, но он должен работать с платами Arduino 3,3 В. Просто подключите Tx Rx к разъему 3,3 В.

Что касается конфигурации

• Вы можете сохранить 2 разных SSID и переключить
• Вы можете изменить используемый GPIO

Что касается программного обеспечения