martedì 29 dicembre 2020

ESP8266 e MQTT con MicroPython, connessione e primi vagiti

 Dopo aver domato i mostriciattoli ESP8266  ed ESP32 come visto nei post precedenti, oggi mi sono cimentato nella pubblicazione di dati con il protocollo MQTT.
Il sistema lo avevo testato per la prima volta durante un corso che ho fatto quest'anno, in sonstanza e' molto semplice, un server dove gira il software Mosquitto, riceve messaggi da un nodo e li "gira" a tutti i nodi che sono in ricezione su un determinato "topic".

Il sistema che ho testato si compone di due ESP8266, uno che si preoccupa di inviare un messaggio su uno specifico "topic" ed ascolta invece un topic diverso attraverso il quale ricevera' la notifica di ricezione dall'altro nodo (un suo fratello ESP8266). L'altro ovviamente, ricevera' sul canale di trasmissione del primo, e  trasmettera' su quello di ricezione del primo. in maniera di avere un sistema che trasmette un messaggio su un canale e riceve ok di ricezione su un altro. 


Quindi il codice per il primo ESP8266 sara' il seguente:

boot.py

# TecnoGeppetto
# Sistema MQTT con esp8266 / esp32
#
# ESP#1
# 
import time
from umqttsimple import MQTTClient
import ubinascii
import machine
import micropython
import network
import esp
esp.osdebug(None)
import gc
gc.collect()
import webrepl


ssid = "XXXXXXXXXXXXXXXX"
password = "XXXXXXXXXXXXXXX"
mqtt_server = 'XXXXXXXXXXXXXXX'
#EXAMPLE IP ADDRESS
#mqtt_server = '192.168.1.144'
client_id = ubinascii.hexlify(machine.unique_id())
topic_sub = b'TecnoGeppetto/notifica'
topic_pub = b'TecnoGeppetto/ciao'

last_message = 0
message_interval = 5
counter = 0

station = network.WLAN(network.STA_IF)

station.active(True)
station.connect(ssid, password)

while station.isconnected() == False:
  pass

print('Connection successful')
print(station.ifconfig())
webrepl.start()
    

main.py

# ESP #1

def sub_cb(topic, msg):
  print((topic, msg))
  if topic == b'TecnoGeppetto/notifica' and msg == b'received':
    print('ESP received hello message')

def connect_and_subscribe():
  global client_id, mqtt_server, topic_sub
  client = MQTTClient(client_id, mqtt_server)
  client.set_callback(sub_cb)
  client.connect()
  client.subscribe(topic_sub)
  print('Connected to %s MQTT broker, subscribed to %s topic' % (mqtt_server, topic_sub))
  return client

def restart_and_reconnect():
  print('Failed to connect to MQTT broker. Reconnecting...')
  time.sleep(10)
  machine.reset()

try:
  client = connect_and_subscribe()
except OSError as e:
  restart_and_reconnect()

while True:
  try:
    client.check_msg()
    if (time.time() - last_message) > message_interval:
      msg = b'Hello #%d' % counter
      client.publish(topic_pub, msg)
      last_message = time.time()
      counter += 1
  except OSError as e:
    restart_and_reconnect()


Questi sopra sono i file di cui fare upload sul primo ESP8266 nei quali va sostituito al posto delle XXXXXX i dati per accedere al proprio router per il collegamento ad internet ed il numero IP del broker MQTT. ( in un altro progetto che pubblichero' piu' avanti, un server MQTT fatto in casa con Raspberry).
Come detto sopra, il primo device crea una connessione con il broker, sottoscrive un topic sul quale rimane in ascolto, nel caso in esempio : TecnoGeppetto/notifica 
Quando sono trascorsi 5 secondi, pubblica sul topic  TecnoGeppetto/ciao   un  saluto "Hello"

L'altro ESP8266 avra' invece questo software :


boot.py

# ESP#2

import time
from umqttsimple import MQTTClient
import ubinascii
import machine
import micropython
import network
import esp
esp.osdebug(None)
import gc
gc.collect()

ssid = "XXXXXXXXXXXX"
password = "XXXXXXXXXX"
mqtt_server = 'xxxxxxxxxxxx'
#EXAMPLE IP ADDRESS
#mqtt_server = '192.168.1.144'
client_id = ubinascii.hexlify(machine.unique_id())
topic_sub = b'TecnoGeppetto/ciao'
topic_pub = b'TecnoGeppetto/notifica'

station = network.WLAN(network.STA_IF)

station.active(True)
station.connect(ssid, password)

while station.isconnected() == False:
  pass

print('Connection successful')
print(station.ifconfig())


main.py

# ESP#2

def sub_cb(topic, msg):
  print((topic, msg))

def connect_and_subscribe():
  global client_id, mqtt_server, topic_sub
  client = MQTTClient(client_id, mqtt_server)
  client.set_callback(sub_cb)
  client.connect()
  client.subscribe(topic_sub)
  print('Connected to %s MQTT broker, subscribed to %s topic' % (mqtt_server, topic_sub))
  return client

def restart_and_reconnect():
  print('Failed to connect to MQTT broker. Reconnecting...')
  time.sleep(10)
  machine.reset()

try:
  client = connect_and_subscribe()
except OSError as e:
  restart_and_reconnect()

while True:
  try:
    new_message = client.check_msg()
    if new_message != 'None':
      client.publish(topic_pub, b'received')
    time.sleep(1)
  except OSError as e:
    restart_and_reconnect()

Che apre una connessione ad internet via router, si connette al broker MQTT, si mette in ascolto del topic :  TecnoGeppetto/ciao      e quando riceve il "saluto" inviato dal primo, pubblica sul topic:  TecnoGeppetto/notifica       la conferma di ricezione.

Elaborato dal progetto originale che puoi trovare qui 

Buon divertimento
TecnoGeppetto

lunedì 28 dicembre 2020

DHT11 ESP8266 NEOPIXEL e Micropython

 Ho ripreso in mano il mio ESP8266 per approfondirne la conoscenza. Nell'ultimo post ho imparato a caricare il Micropython ed a collegare il mio ESP8266 da remoto con WebREPL.


In questo modo e' possibile caricare i file di programma nel file system del ESP8266, in modo da poterli poi far "girare" chiamandoli direttamente da termionale o madandoli in esecuzione direttamente al boot, utilizzando il file di sistema boot.py.

Infatti il MicroPython, gia' dalla sua istallazione prevede il file boot.py che in automatico la macchina chiama ad ogni reboot, quindi e' facile poter far partire tutti i programmi che vogliamo opportunamente impostando solamente  quest'ultimo file.


Avevo in un cassetto un ESP8266 superstite da alcuni altri passati esperimenti, al quale era gia' collegato e funzionante una barretta di 8 led Neopixel ed un sensore DHT11.

Niente di meglio per fare amicizia con il sistema Micropython.

Ho iniziato ad impostare la rete in modo fisso, in maniera che ad ogni reboot l'ESP si colleghi in automatico con il router di casa, semplicemente copiando le istruzioni necessarie nel file  boot.py (le stesse che abbiamo visto nel post di ieri).

Fatto questo e reso automatica la partenza del sistema WebREPL come visto ieri, impostando la password.

Ho iniziato a caricare tramite WebREPL il file di un semplice programma che legge la temperatura dal sensore e la stampa sulla consolle.

TEMP.PY :

#questo programma legge la temperatura e l'umidita' dal sensore DHT11 
#collegato al Pin 14 del ESP8266 (il pin contrassegnato con D5)

from machine import Pin
#from time import sleep
import dht 
#sensor = dht.DHT22(Pin(14))
sensor = dht.DHT11(Pin(14))

def get_temp():
    sensor.measure()
    temp = sensor.temperature()
    hum = sensor.humidity()
    return [temp,hum]


def leggi_temp():
    sensor.measure()
    temp = sensor.temperature()
    hum = sensor.humidity()
    print('Temperature: %3.1f C' %temp)
    print('Humidity: %3.1f %%' %hum)
    


Poi ho caricato un secondo file leds.py che gestira' i leds della barretta di Neopixel con a bordo il famoso led WS2812B.

LEDS.PY :

# questo programma scrive colori su neopixel ws2812B
# i neopixel sono collegati al Pin 5 che e' marcato D1 sulla scheda esp8266

import machine, neopixel
from time import sleep
import temp
n = 8 #numero dei pixel disponibili
p = 5 #pin sul quale sono collegati i led

np = neopixel.NeoPixel(machine.Pin(p), n)

def temp_leds():
    lista = temp.get_temp()
    if lista[0] <= 16:
        np[0] = (0,0,5)
        np[1] = (0,0,0)
        np[2] = (0,0,0)
        np[3] = (0,0,0)
        np[4] = (0,0,0)
        np[5] = (0,0,0)
        np[6] = (0,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 17:
        np[0] = (0,0,5)
        np[1] = (0,0,5)
        np[2] = (0,0,0)
        np[3] = (0,0,0)
        np[4] = (0,0,0)
        np[5] = (0,0,0)
        np[6] = (0,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 18:
        np[0] = (0,5,3)
        np[1] = (0,5,3)
        np[2] = (0,5,0)
        np[3] = (0,0,0)
        np[4] = (0,0,0)
        np[5] = (0,0,0)
        np[6] = (0,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 19:
        np[0] = (0,5,3)
        np[1] = (0,5,3)
        np[2] = (0,5,0)
        np[3] = (0,5,0)
        np[4] = (0,0,0)
        np[5] = (0,0,0)
        np[6] = (0,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 20:
        np[0] = (0,5,0)
        np[1] = (0,5,0)
        np[2] = (0,5,0)
        np[3] = (0,5,0)
        np[4] = (5,5,0)
        np[5] = (0,0,0)
        np[6] = (0,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 21:
        np[0] = (0,5,0)
        np[1] = (0,5,0)
        np[2] = (0,5,0)
        np[3] = (0,5,0)
        np[4] = (5,5,0)
        np[5] = (5,0,0)
        np[6] = (0,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 22:
        np[0] = (0,5,0)
        np[1] = (0,5,0)
        np[2] = (0,5,0)
        np[3] = (0,5,0)
        np[4] = (5,5,0)
        np[5] = (5,0,0)
        np[6] = (5,0,0)
        np[7] = (0,0,0)
        np.write()
    elif lista[0] == 23:
        np[0] = (0,5,0)
        np[1] = (0,5,0)
        np[2] = (0,5,0)
        np[3] = (0,5,0)
        np[4] = (5,5,0)
        np[5] = (5,0,0)
        np[6] = (5,0,0)
        np[7] = (5,0,0)
        np.write()
    else:
        np[0] = (3,0,0)
        np[1] = (3,0,0)
        np[2] = (3,0,0)
        np[3] = (3,0,0)
        np[4] = (5,0,0)
        np[5] = (5,0,0)
        np[6] = (5,0,0)
        np[7] = (5,0,0)
        np.write()
def smooth_red():
    for led in range(8):
        for i in range(50):
            np[led] = (i, 0, 0)
            np.write()
            sleep(0.025)

def spengi_leds():
    for i in range(8):
        np[i] = (0, 0, 0)
    np.write()

def smooth_green():
    for led in range(8):
        for i in range(50):
            np[led] = (0, i, 0)
            np.write()
            sleep(0.025)

def smooth_blu():
    for led in range(8):
        for i in range(50):
            np[led] = (0, i, 0)
            np.write()
            sleep(0.025)
        

Inizialmente ho fatto amicizia con i colori (attenzione a non far partire alla massima intensita' tutti i led assieme che potrebbe essere dannoso per l'alimentazione del computer al quale e' collegato l'ESP, a causa del  troppo assorbimento - circa 60 mA per ogni led)

Infine li ho inseriti nel file di boot.py per far si che possano funzionare gia' dal reboot:

Il sistema cosi impostato, legge la temperatura una sola volta all'accensione, e in funzione del valore letto, accende i led di colore blu se la temperatura e' al di sotto dei 16 - 17 gradi
di colore verde per valori tra i 17 ed i 20 gradi e di rosso se la temperatura supera i 20 gradi.
I led si accendono in modo che la scala sia "parlante" in funzione dell'aumento della temperatura.
Cioe' < 16 gradi solo il primo led - poi via via fino a 24 gradi con tutti e 8 i led accesi.

E' ovvio che il tutto e' fatto per test e per fare conoscenza! Per fare un device intelligente, la temperatura va letta ad iintervalli costanti ed aggiornata la scla dei led in conseguenza. Ma non era questo lo scopo dei miei test di oggi (comunque bastano altre due righe di codice per farlo!)


BOOT.PY


# This file is executed on every boot (including wake-boot from deepsleep)
#import esp
#esp.osdebug(None)
import uos, machine
#uos.dupterm(None, 1) # disable REPL on UART(0)
import gc
import webrepl
import network
import temp
import leds
sta_if = network.WLAN(network.STA_IF)
sta_if.connect("XXXXXXXXXXXXXXXXXX","XXXXXXXXXXX") # Connect to an AP
print("LA mia connessione e' attiva e questo e' il mio indirizzo: ", sta_if.ifconfig())
webrepl.start()
gc.collect()
temp.leggi_temp()

leds.temp_leds()


Oggi sono arrivato fino qui!
A domani (forse ) per la prossima puntata.
TecnoGeppetto

domenica 27 dicembre 2020

Programmare Esp32Cam con Python anche da remoto

La parte discorsiva la faro' in un secondo momento. 

Collegare Esp32Cam completo di modulo seriale alla USB del pc tramite cavo USB-C tenendo premuto il tasto IO0, che deve essere premuto per mettere il microcontrollore in flash mode. far partire il tools predisposto da Espressif.


Controllare tra i dispositivi di Windows che nome e' stato asseganto alla seriale, nel mio caso COM7 

Ho cancellato completamente la Flash con l'apposito tasto rifatto il boot  del device scollegandolo e ricollegandolo tenendo premuto il tasto IO0 . 
A questo punto fatto il download del firmware col tasto START.

 Se tutto e' andato a buon fine adesso ci ritroviamo con un device esp32 che risponde , se interrogato via seriale, con il prompt di python. 

Quindi collegare il device alla seriale, chiamarlo con un programma che legge i dati da seriale, per esempio putty su windows o minicom su debian, con la velocita' settata a 115200b e rispondera' il classico >>> di python.

Per poter lavorare sul nostro ESP32 senza connetterlo al pc tramite cavo vanno fatti due passi importanti: 

Collegare il device ad una rete (la stessa dove si trovera' anche il tuo pc) Abilitare la funzione WebREPL del micropython che consente di "parlare" con il prompt tramite una connessione wifi. 

Qui tutte le piu' importanti comandi per lavorare con l'interfaccia wifi :

import network

wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # create station interface
wlan.active(True)       # activate the interface
wlan.scan()             # scan for access points
wlan.isconnected()      # check if the station is connected to an AP
wlan.connect('essid', 'password') # connect to an AP
wlan.config('mac')      # get the interface's MAC address
wlan.ifconfig()         # get the interface's IP/netmask/gw/DNS addresses

ap = network.WLAN(network.AP_IF) # create access-point interface
ap.config(essid='ESP-AP') # set the ESSID of the access point
ap.config(max_clients=10) # set how many clients can connect to the network
ap.active(True)         # activate the interface

Qui invece come attivare il WebREPL:
  import webrepl_setup
import webrepl
webrepl.start()

# or, start with a specific password
webrepl.start(password='mypass')



Attivato WebREPL andra' impostata la password che l'utente dovra' digitare all'accesso da remoto, per poter programmare il device.
Buon divertimento
TecnoGeppetto