Разработка и описание программного продукта

После длительного поиска и анализа передающих модулей за основу был взят модуль ESP8266. Данные модули производит китайская компания –Espressif. Модуль, используемых в данном проекте – ESP8266 – 01 (рис. 2). Данная плата производится в различных модификациях, 01 самая дешевая, но для тестирования подходит.

Всего есть 11 модификаций плат, различающихся количеством выводов и вариантом исполнения:
ESP-01: PCB antenna, after matching the distance to do about the open 400 meters, easy to use.
ESP-02: SMD package for submission limit, the antenna can be drawn with the IPX header casing.
ESP-03: SMD package, the built-in ceramic antenna technology, all available IO leads.
ESP-04: SMD package, customers can customize the antenna types, flexible design, all the IO leads.
ESP-05: SMD package, only leads to serial and RST pin, small external antenna.
ESP-06: bottom mount technology, leads all the IO ports, with metal shielding shell, can be had FCC CEcertification, recommended.
ESP-07: Semi-hole chip technology, all the IO leads, with metal shielding shell, can be had FCC CE certifiedIPX external antenna, can also be built-in ceramic antenna.
ESP-08: with the ESP-07, except that the antenna is in the form of customers can define their own.
ESP-09: Ultra-small size package, only 10 * 10 mm, four-layer board technology 1M bytes!..
ESP-10: SMD interface, narrow-body design, 10 mm wide, suitable for light with controller.
ESP-11: SMD interface, ceramic antenna, small volume.

Распиновка Wi-Fi модуля ESP8266 (рисунок 5):

Рис. 5 Распиновка ESP8266-01

Назначение выводов платы ESP-01 такое:
VCC, GND — питание платы (+3.3В);
URXD,UTXD — выводы RS232 толерантны к 3.3В
RST — Аппаратный сброс (reset)
GPIO0, GPIO2 — выводы GPIO
CH_PD — Chip enable, для работы должен быть подключен к +3.3В.

Так как питание данного модуля +3.3 В, использовался стабилизатор напряжения.

Параметры модуля ESP8266:

· напряжение питания 3,3 В (причем сам то модуль терпит 5 В, но выводы ввода - вывода откажутся работать скорее всего)

· ток до 215 мА в режиме передачи

· ток до 62 мА во время приема

· 802.11 b/g/n протокол

· +20.5dBm мощность в режиме 802.11b

· SDIO (два вывода присутствуют на плате модуля, но ими особо нельзя пользоваться кроме как для служебных операций)

· режимы сохранения энергии и сна для экономии энергии

· встроенный микроконтроллер

· управление по средством AT-команд

· температура функционирования от -40 до +125 градусов Цельсия

· максимальная дистанция связи 100 метров

Для подключения платы ESP-01 к ПК я использовал USB-to-RS232 преобразователь на FT232R (рисунок 6).

Рис. 6 USB-to-RS232

После установки связи с ESP8266+ПК необходимо обновить прошивку, так как этот модуль все еще дорабатывается и обновляется.

Для переключения в режим обновления прошивки нужно подать низкий уровень на GPIO0 и высокий на CH_PD. Прошивки можно взять либо на официальном китайском сайте или на русском сайте, посвященному данному модулю http://esp8266.ru/. На нем скачиваем программу для прошивки, а так же саму прошивку. При необходимости можно скачать полностью проект написанный на AVR Studio и переписать прошивку под себя.

После обновления прошивки для общения ПК-> USB-to-RS232

->ESP8266 использовалась программа Termite 2.9 (рисунок 7).

Рис. 7 Termite

Как вводятся команды:

• Выполнение команды: <Команда>.
• Просмотреть статус по команде: <Команда>?
• Выполнить команду с заданием параметров: <Команда>=<Параметр>

Перечень команд данного модуля можно найти на сайте: http://esp8266.ru/esp8266-at-commands-v021/.

Для начала изучения данного модуля, он был переведен в режим клиента и подключен к Wi-Fi роутеру. При этом были использованы следующие команды:

• AT+CWMODE=1
• AT+RST
• AT+CIPMODE=0
• AT+CIPMUX=1
• AT+CWJAP="TEST","11223344"
• AT+CIFSR

Для проверки подключения данного модуля к роутеру была проверена таблица подключенных устройств на стороне Wi-Fi роутера.

Что бы передать какой либо пакет от роутера к модулю использовалась программа SocketTest v 3.0.0 (рисунок 8).

Рис.8 SocketTest v 3.0.0

Во складке Server был инициализирован сервер на порту 8888 (рисунок 9). Пк подключен к тому же роутеру что и модуль.

Рис.9 Инициализированый сервер

Для передачи сообщения клиенту необходимо знать ip адресс пк (рисунок 10). Сделать это можно командой ipconfig /all.

Рис 10.

Подключаемся к серверу командой:

AT+CIPSTART=0,"TCP","192.168.0.102",8888 и шлем сообщение серверу от клиента командой AT+CIPSEND =0,1 (рисунок 11).

Рис. 11 посылка пакета на сервер

Таким образом мы осуществили передачу данных от клиента серверу ПК-> USB-to-RS232->ESP8266 при чем модуль ESP8266 выступал в качестве клиента.

Так же была организованна передача данных от пк к модулю ESP8266, который выступал в качестве сервера. Для этого нужно перевести модуль в режим роутера. В этом режиме модуль так же подключается к роутеру Bort1, который выступает в качестве моста между ПК и ESP8266.

При этом были использованы следующие команды:

• AT+CWMODE=3
• AT+RST
• AT+CWSAP="TEST","11223344",1,4
• AT+CIPMODE=0
• AT+CIPMUX=1
• AT+CIPSERVER=1,8888

После перевода модуля в режим роутера можно пронаблюдать появление точки доступа TEST (рисунок 12).

Рис. 12 ESP8266 в режиме роутера

Для передачи данных от пк модулю необходимо знать ip адресс модуля, для это вводим команду AT+CIFSR и переходим в SocketTester.

В SocketTest переходим во вкладку client, вводим полученный Ip адрес и порт сервера, затем жмем кнопку Connect (рисунок 13).

Рис. 13 Client подключение к ESP8266

В строке Message программы SocketTest вводим сообщение и кнопку Send, после чего наблюдаем в Termite 2.9 данное сообщение. Таки образом мы осуществили связь ПК-> USB-to-RS232-> ESP8266 сервер.

После проделанных манипуляций была организована передача данных ПК-> USB-to-RS232-> ESP8266 клиент в ESP8266 сервер-> USB-to-RS232-> ПК без использования промежуточного роутера, который осуществлял роль моста между модулем и ПК. В предыдущих случаях использовался 1 модуль для общения с ПК и роутер. Теперь и клиент и сервер модули ESP8266. Для данной организации понадобилось 2 конвертера USB-to-RS232 и 2 окна Termite. Одно из окон отвечало за передачу команд модулю клиенту, второе окно за передачу команд модулю серверу. Естественно, что сначала необходимо настроить сервер а затем клиент.

Получив ценные знания по работе с Wi-Fi модулем ESP8266, можно приступать к подключению модуля к микроконтроллеру.

Общаться с модулем микроконтроллер будет по средством UART. Благодаря команде AT+ UART мы можем настроить модуль на нужную нам скорость работы и конфигурацию для общения по UART c микроконтроллером.

Состав клиента с модулем ESP8266:

· Микроконтроллер atmega8

· Температурный датчик DS18B20

· Стабилизатор AMS1117

· ESP8266

Состав сервера с модулем ESP8266:

· Микроконтроллер atmega8

· LCD 16x02

· Стабилизатор AMS1117

· ESP8266

Принципиальную схему сборки клиента с передатчиком ESP8266 вы можете посмотреть на рисунке 14.

Рис. 14 Принципиальная схема клиента

Принципиальную схему сборки сервера с передатчиком ESP8266 вы можете посмотреть на рисунке 15.

Рис.15 Схема сборки сервера

Логическую блок схему по работу с данным апаратно – программный комплексом по мониторингу температуры с Wi-Fi передатчиком ESP8266 вы можете увидеть на рисунке 16.

Рис. 16 Логическая блок схема комплекса

Заключение

Для мониторинга температурных данных всё чаще в наше время появляется необходимость в беспроводных температурных датчиков. Собранный программно – аппаратный комплекс позволяет соберать температурный данных с использованием Wi – Fi модуля ESP8266.

Основные области применения этого модельного ряда:

· Холодные продуктовые склады, в том числе глубокая заморозка.

· Мониторинг температуры воды в системах водопровода в реальном времени, для предотвращения заморозки и протечки.

· Пищевое, химическое и промышленное производство.

· Фармакологические склады и производство.

· Лаборатории, дата-центры.

· Музеи, архивы.

· Сельское хозяйство.

· Метеорология.

В ходе работы производственной практики были выполнены следующие задачи:

- рассмотрены существующие решения удаленного мониторинга температурных данных;

- проведен анализ предметной области;

- выбрать и изучен принцип работы с передатчиком;

- организовано общение типа Клиент – Сервер на основе Wi – Fi передатчика ESP8266.

- разработан программно – аппаратный комплекс, позволяющий производить температурный мониторинг по Wi-Fi;

Поставленная цель была достигнута.

Для улучшения работы данного программно – аппаратный комплекс можно реализовать функционал, который будет позволять сохранять температурные данные на внешнюю SD карту, а так же подключить дополнительные датчики, например влажности. Так же можно реализовать возможность управлением реле, для управления каких - либо приборов.

На защиту выносится программно – аппаратный комплекс, позволяющий мониторить температурные данные по Wi – Fi модулю ESP8266.

Список литературы

Дата добавления: 2015-09-05