Days-18 on Internet of Things mit dem NanoESP

Tag 24: Tannenbaumbeleuchtung

Mon, 24 Dec 2018 00:00:55 +0100

Hinter dem letzten Türchen des Adventskalenders befindet sich eine weitere programmierbare RGB-LED. Damit haben Sie jetzt zwei LEDs, die Sie zu einer kleinen Weihnachtsbaumbeleuchtung verbinden können. Dazu benötigen Sie den folgenden Aufbau.

Der Aufbau des Weihnachtsbaumlichts. Die langen Beinchen der LEDs befinden sich rechts

Aktivieren Sie dann das Programm und importieren Sie den Flow des heutigen Tages. Deaktivieren Sie alle vorangegangenen Flows und ändern Sie gegebenenfalls die Broadcast-IP des UDP-Nodes.

Tag 23: Alarmanlage

Sun, 23 Dec 2018 00:00:28 +0100

Hinter dem vorletzten Türchen des Adventskalenders befindet sich ein sogenannter Tilt-Sensor (Neigungssensor). Der Sensor erkennt, wenn er gekippt wird. Wir setzen ihn heute als Sensor für eine Alarmanlage ein. Der Lautsprecher von vor zwei Tagen dient uns dabei als Signalgeber. Dazu wird der folgende Aufbau benötigt.

Der Aufbau

Aktivieren Sie zunächst wie gewohnt das Programm des heutigen Tages und fügen Sie anschließend den Node-RED-Flow in die Umgebung ein. Passen Sie außerdem das MQTT-Topic an und deaktivieren Sie alle vorangegangenen Flows.

Tag 22: Klimawächter

Sat, 22 Dec 2018 00:00:26 +0100

Hinter dem Türchen des 22. Tages befindet sich ein neuer Sensor, der die aktuelle Luftfeuchtigkeit messen kann. Wir benutzen ihn, um einen vollständigen Raumklimawächter zu realisieren. Dazu benötigen wir die folgende Schaltung.

Die Schaltung des Raumklimawächters

Der Versuch des heutigen Tages vereint drei Sensoren: den Temperatursensor (NTC), den Lichtsensor (Fototransistor) und den Luftfeuchtesensor. Zusammen können sie einen recht guten Eindruck der aktuellen Klimalage in einem Zimmer abgeben. Dazu müssen Sie aber zunächst das Programm des heutigen Tages starten.

Tag 21: Piano-Player

Fri, 21 Dec 2018 00:00:26 +0100

Hinter dem Türchen des 21. Tages finden Sie einen Lautsprecher. In dem heutigen Versuch werden wir damit etwas Musik abspielen. Dazu benötigen wir den folgenden einfachen Aufbau.

Versuchsaufbau

In diesem Versuch ist der Lautsprecher an einem der beiden DAC-Ausgänge des Boards angeschlossen. DAC bedeutet Digital/Analog-Converter und ermöglicht es, durch digitale Befehle ein analoges Signal zu erzeugen. In dem heutigen Versuch werden wir damit Töne erzeugen, genauer gesagt Töne wie von einem Piano. Die Noten, Pausen und Tonarten werden dabei per UDP übertragen, und zwar als Array von Zahlen.

Tag 20: Pflanzenwächter

Thu, 20 Dec 2018 00:00:58 +0100

Hinter dem Türchen des heutigen Tages befindet sich ein NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient) zur Messung der Temperatur. Zusammen mit dem Fototransistor und ein paar Drähten bauen wir damit einen Pflanzenwächter, der uns vor schlechten Bedingungen für eine zu überwachende Pflanze warnt. Dazu benötigen wir den folgenden Aufbau und das Programm des aktuellen Tages.

Der Pflanzenwächter

Die beiden gelben Drähte sind dabei einfache Drähte, die in die Pflanzenerde gesteckt werden können. Sie sollen überwachen, wie feucht die Erde ist. Für erste Tests reicht es aber aus, beide Drähte mit einem Finger zu berühren.

Tag 19: Cheerlights

Wed, 19 Dec 2018 00:00:35 +0100

Hinter dem Türchen des heutigen Tages befindet sich eine ganz besondere LED. Es handelt sich um eine RGB-LED mit integriertem Controller (Typenbezeichnung PL9823, vergleichbar mit WS2812). Sie ermöglicht es, mehrere LEDs hintereinanderzuschalten und über ein Protokoll einzeln anzusteuern. Heute werden wir allerdings zunächst eine LED ansteuern. Dafür kommt ein Versuch gerade recht, der schon eine gewisse Tradition in meinen Adventskalendern hat: das Cheerlights-Projekt von Hans Schaaler. Für alle diejenigen, die das Projekt nicht kennen: Es geht um weltweit vernetzte bunte Lichter, die sich simultan über Twitter-Kommandos steuern lassen. Und dazu passt Node-RED sehr gut. Für den Versuch des heutigen Tages benötigen Sie den folgenden Aufbau und das Programm des heutigen Tages.

Tag 18: Kerzenalarm

Tue, 18 Dec 2018 00:00:47 +0100

Hinter dem Türchen des heutigen Tages befindet sich eine kleine Diode. Wir werden diese Diode als Temperatursensor für besonders hohe Temperaturen nutzen. Damit ist es uns möglich, einen kleinen Kerzenwächter zu bauen.

Versuchsaufbau

Der Aufbau des heutigen Tages besteht, neben der Diode, aus einem Poti, das einfach als 10-kOhm-Widerstand herhält. Dieser Widerstand ist fix und kann auch nicht eingestellt werden. Das Board misst nun die Spannung an der Diode und überträgt die Werte über MQTT an Node-RED.

Tag 17: Zeitgesteuerte Lichter

Mon, 17 Dec 2018 00:00:17 +0100

Hinter dem Türchen des 17. Tages befindet sich ein weiteres Poti. Das bedeutet, dass nun für jede LED genau ein Poti zur Verfügung steht. Damit können wir das Programm von Tag 13, die smarten Lichter, um eine etwas praktischere und intuitivere Dimm-Funktion erweitern. Außerdem werden wir heute sehen, wie man mit Node-RED zeitgesteuerte Ereignisse startet.

Versuchsaufbau

Sie müssen das Programm des heutigen Tages in der Weboberfläche aktivieren. Anschließend können Sie den heutigen Flow in die Node-RED-Umgebung einfügen, natürlich nicht, ohne die vorherigen Flows zu deaktivieren und das MQTT-Topic an Ihre persönliche ID anzupassen.

Tag 16: Universalfernbedienung

Sun, 16 Dec 2018 00:00:40 +0100

Hinter dem Türchen des heutigen Tages befindet sich das Gegenstück zum gestrigen Bauteil, nämlich eine IR-Diode. Jetzt können Sie eine komplette Fernbedienung für den Fernseher nachbauen, die Sie per Smartphone und Webseite bequem steuern. Dazu benötigen Sie den folgenden Aufbau.

Der Aufbau der Fernbedienungen mit IR-Empfänger und Sendediode

Wählen Sie das Programm des heutigen Tages aus. Das Board startet anschließend wieder im HeadlessModus, in dem die Webseite des Boards nicht erreichbar ist. Stattdessen ist lediglich die MQTT-Funktion des Boards verfügbar. Um in den Standardmodus zu gelangen, müssen Sie die Drahtbrücke an Pin 23 entfernen und das Board neu starten.

Tag 15: Fernbedienungsempfänger

Sat, 15 Dec 2018 00:00:41 +0100

Hinter dem heutigen Türchen befindet sich ein ganz besonderes Bauteil, nämlich ein Infrarotempfangsmodul. Damit ist es möglich, handelsübliche Infrarotfernbedienungssignale zu empfangen. Dazu benötigen wir den folgenden Aufbau.

So schließen Sie das IR-Modul richtig am Board an

Nachdem Sie die Schaltung aufgebaut haben, können Sie das Programm des heutigen Tages auswählen. Die Boardwebseite können Sie dann nicht mehr erreichen, denn sie musste für den Versuch deaktiviert werden. Das Board arbeitet nun im Headless-Modus, also ohne sichtbare Oberfläche. Um wieder die Webseite starten und zum Beispiel andere Programme aktivieren zu können, müssen Sie lediglich die Drahtbrücke an Pin 23 herausziehen und das Board neu starten. Dann läuft wieder alles wie gewohnt.

Tag 14: Smarte Lichter

Fri, 14 Dec 2018 00:00:12 +0100

Hinter dem Türchen des 14. Tages befindet sich eine weitere LED. Nun haben wir zwei LEDs mit Vorwiderständen und zwei Taster sowie genug Kabel, um ein komplexes Lampensystem zu bauen. Dazu benötigen Sie den folgenden Aufbau:

Der Aufbau mit vier losen Kabeln (gelb) als Touch-Buttons

Nun können Sie das Programm des heutigen Tages aktivieren und den heutigen Flow einfügen. Vergessen Sie nicht, die [PID] durch Ihre persönliche ID zu ersetzen, am einfachsten mit dem Editortrick.

Tag 13: Smarter Schalter für ein Soundboard

Thu, 13 Dec 2018 00:00:41 +0100

Hinter dem Türchen des heutigen Tages befindet sich ein weiterer Widerstand mit 1 kOhm, der heute noch keine Rolle spielt. Stattdessen möchte ich Ihnen zeigen, wie man einen smarten Touch-Schalter baut. Dazu ist folgender Aufbau nötig, der nur aus vier lose hängenden Drähten als Touch-Buttons und einer Drahtbrücke an Pin 23 besteht.

Vier gelbe Drähte als Touch-Buttons

Die Besonderheit des heutigen Versuchs besteht vor allem im Programm selbst, das Sie an dieser Stelle über die Konfigurationsseite aktivieren können. Nach dem Aktivieren werden Sie feststellen, dass die Status-LED kurz blinkt und dann erlischt. Das liegt daran, dass das Board wieder im stromsparenden Deep-Sleep-Modus betrieben wird. Aufgeweckt wird es aber nicht nach einer gewissen Zeit, sondern erst, wenn Sie einen der Touch-Buttons berühren. Das Board sendet dann Infos über den Touch-Button zum Broker, der das Aufwecken ausgelöst hat. Das sieht dann z. B. so aus:

Tag 12: MQTT-Button

Wed, 12 Dec 2018 00:00:34 +0100

Hinter dem heutigen Türchen des Adventskalenders finden Sie einen weiteren Button. In dem Versuch des heutigen Tages werden wir uns weiter mit dem MQTT-Protokoll beschäftigen, diesmal in Verbindung mit Node-RED. Außerdem sehen wir, wie zwei Buttons gleichzeitig ausgewertet werden können. Der Versuch des heutigen Tages hat folgenden Aufbau:

Der Aufbau mit zwei Buttons

Es gibt also zwei Buttons, die wir nutzen können. Aktivieren Sie nun das Programm des heutigen Tages. Anschließend können Sie den Node-RED-Flow importieren. Diesen müssen Sie zunächst aber leicht anpassen. Sie müssen nämlich [PID] im Topic durch Ihre persönliche MQTT-ID ersetzen. Das geht aber ganz einfach mit dem folgenden Trick:

Tag 11: MQTT

Tue, 11 Dec 2018 00:00:22 +0100

Hinter dem heutigen Türchen finden Sie wieder einen Satz Kabel, die wir für die nächsten Tage und die komplexer werdenden Aufbauten benötigen werden.

In den letzten Tagen haben wir die meisten unserer Daten mittels UDP übertragen. Dieses Protokoll ist sehr praktisch, da es einerseits einen kleinen Overhead (Daten, die neben den eigentlichen Nutzdaten übermittelt werden) hat und andererseits Broadcast-fähig ist und somit gleich an mehrere Geräte gleichzeitig Daten senden kann. Heute wollen wir aber noch ein zweites Protokoll näher kennenlernen, das im Bereich IoT eine große Rolle spielt. Es geht um das Nachrichtenprotokoll MQTT (Message Queue Telemetry Transport), das speziell für die Kommunikation von Maschine zu Maschine (M2M) entwickelt wurde. Der Grund dafür, dass dieses Protokoll so genial ist, liegt in der Kompaktheit und Einfachheit, mit der Daten wie Steuerdaten, Messdaten oder Texte zwischen Geräten ausgetauscht werden können. Im Vergleich zu HTTP ist der Overhead sehr klein. Deswegen können auch Embeded Devices, also Mikrocontroller wie unser NodeESP, die Daten gut verarbeiten.

Tag 10: Deep Sleep

Mon, 10 Dec 2018 00:00:59 +0100

Hinter dem heutigen Türchen finden Sie ein Batteriefach für drei A-Batterien (4,5 V), um das Board unabhängig von einer Steckdose betreiben zu können. Für einen sparsamen Batteriebetrieb gibt es den DeepSleep-Modus. Dieser erlaubt es dem Board, in einen Tiefschlafmodus zu wechseln und so gut wie gar keinen Strom zu verbrauchen. Nach einer gewissen Zeit weckt sich das Board selbst auf und erfüllt eine kleine Aufgabe, um kurz danach wieder schlafen zu gehen. Durch die langen Schlaf- und kurzen Wachzeiten spart dieser Modus viel Energie und kann das Board so über Monate über die Batterien versorgen. Der Aufbau von heute verwendet wieder den Lichtsensor und bekommt zusätzlich eine Drahtbrücke von Pin 23 nach GND.

Tag 9: Ein Stimmungslicht

Sun, 09 Dec 2018 00:00:33 +0100

Hinter dem heutigen Türchen finden Sie einen Fototransistor. Er wird verwendet, um die Umgebungshelligkeit zu messen. In dieser Schaltung liegt das Poti in Reihe zum Fototransistor. So kann man mit dem Poti die Sensibilität des Sensors verändern. Die Schaltung bewirkt, dass das Abdunkeln des Sensors den Messwert erhöht.

Versuchsaufbau

Dies können Sie im Gauge-Element auf dem Nutzerinterface zum heutigen Tag sehen. Dazu müssen Sie aber zunächst den Flow des heutigen Tages in Ihre Node-RED-Umgebung importieren und starten, natürlich nicht, ohne den gestrigen zu deaktivieren. Vergessen Sie auch nicht, das heutige Programm auf der Konfigurationsseite zu aktvieren und die IP des UDP-Sende-Nodes anzupassen.

Tag 8: Ein Regler

Sat, 08 Dec 2018 00:00:21 +0100

Versuchsaufbau

Hinter dem achten Türchen des Adventskalenders befindet sich ein Potenziometer, das hier als Spannungsteiler verwendet wird. Sie können eine Spannung zwischen 0 V und 3,3 V einstellen, die vom Board gemessen und an Node-RED übertragen wird. Zusätzlich zu dem Treppenhauslicht von gestern können Sie so auch Messwerte übertragen.

Der Flow des heutigen Tages

Externer Inhalt von pastebin.com
Beim Laden werden Daten wie Ihre IP-Adresse an pastebin.com übertragen. Datenschutz

direkt öffnen ↗

Den Flow von heute bekommen Sie wie gewohnt in dem Pastebin Frame. Vergessen Sie nicht, den gestrigen zu deaktivieren und eventuell die Sende-IP anzupassen. In dem heutigen Flow wird außerdem ein neuer Node für das Dashboard verwendet, nämlich ein Gauge (Messgerät), über das der gemessene Wert visuell dargestellt wird.

Tag 7: Treppenhauslicht

Fri, 07 Dec 2018 00:00:03 +0100

Hinter dem heutigen Türchen befindet sich eine rote LED. Damit wollen wir nun ein einfaches Treppenhauslicht mit Webinterface realisieren. Dazu müssen Sie die folgende Schaltung aufbauen und das heutige Programm aktivieren.

Versuchsaufbau (Kurzes Beinchen der LED ist oben)

Den Node-RED-Flow zum Importieren finden Sie in dem unteren Pastebin Frame. Deaktivieren Sie nach dem Importieren den Flow von gestern, damit sich die UDP-Empfangs-Nodes nicht in die Quere kommen. Im Flow selbst finden Sie diesmal neben dem Empfangsnode einen Sende-Node. Diesen müssen Sie wahrscheinlich an Ihre Broadcast-IP anpassen. Wenn am UDP-Note eine Nachricht ankommt, wird sie wieder von einem JSON-String, also reinem Text, in ein JSON-Objekt konvertiert. Der Unterschied ist, dass man nun direkt auf einzelne Attribute zugreifen kann.

Tag 6: Touch to Speach

Thu, 06 Dec 2018 00:00:26 +0100

Hinter dem sechsten Türchen des Adventskalenders finden Sie einen Widerstand mit 1 kOhm, der erst morgen zum Einsatz kommt. Heute wollen wir uns weiter mit Node-RED beschäftigen und die Touch-Funktion des Boards ausprobieren. Dazu müssen Sie wie gewohnt das Programm des heutigen Tages auswählen und außerdem die folgende Schaltung aufbauen. Die gelben Drähte sind die Verbindungsdrähte mit einem freien Ende und fungieren als Touch-Sensoren.

Versuchsaufbau: Drei Drähte hängen an einem Ende in der Luft

Nach dem Aufbau können Sie Node-RED wieder über das Terminal und den Befehl node-red starten. Öffnen Sie dann über die Adresse http://127.0.0.1:1880/ den Node-RED-Editor. Als Erstes werden wir heute ein paar Nodes nachinstallieren. Dazu klicken Sie am rechten oberen Rand auf die drei Striche. Sie finden dann den Punkt manage palette. Hier sind alle installierten Nodes aufgelistet. Wenn Sie nun das Install-Register auswählen, sehen Sie eine riesige Anzahl unterschiedlicher Module, die Sie installieren können. Für heute suchen wir nach dem Modul node-red-dashboard. Klicken Sie auf den Install-Button. Eine Nachricht erscheint, die Sie vor den teilweise schwierigen Installationen warnt. Klicken Sie einfach auf Ok, denn mit diesem Modul verhält es sich einfach. Nach kurzer Wartezeit erscheint eine Erfolgsmeldung, und Sie haben die neuen Nodes in Ihrer Node-Zeile.

Tag 5: Node-RED

Wed, 05 Dec 2018 00:00:49 +0100

Hinter dem fünften Türchen des Adventskalenders finden Sie einen Taster, der in dem heutigen Versuch anstelle des Boot-Buttons eingesetzt werden soll. Der Button wird so an Pin 18 und GND angeschlossen, dass er beim Drücken den Pin auf Masse, also LOW, zieht. Wenn Sie nun das Programm des Tages auswählen und den Button drücken, wird wieder eine Nachricht über UDP übermittelt.

Versuchsaufbau

Heute werden Sie das Programm Node-RED kennenlernen, mit dem Sie Ihre eigenen kleinen Programmabläufe erstellen und Vorgänge automatisieren können. Node-RED ist eine kostenlose Software, die es uns ermöglicht, verschiedene Geräte, Onlinedienste und APIs (Programmierschnittstellen) über eine einfache grafische Oberfläche zu verbinden. Die Verbindungen, Flows genannt, werden dabei einfach per Mausklick gezogen.

Tag 4: UDP und JSON

Tue, 04 Dec 2018 00:00:42 +0100

Hinter dem vierten Türchen des Adventskalenders finden Sie einen Satz Kabel, die für die kommenden Hardwareaufbauten nützlich sind. Im heutigen Projekt wollen wir uns aber anschauen, was das JSONFormat ist und wie es uns hilft, mit dem Board zu kommunizieren.

Zuerst aktivieren Sie wie gewohnt das Programm des heutigen Tages. Außerdem werden Sie das PacketSender-Programm mit den gleichen Einstellungen wie gestern benötigen. Heute erscheint erst dann eine Nachricht, wenn Sie kurz auf den Boot-Button auf dem Board gedrückt haben. Diese Nachricht sieht so aus:

Tag 3: UDP und Packet Sender

Mon, 03 Dec 2018 00:00:52 +0100

Hinter dem heutigen Türchen befindet sich ein weiteres Steckboard. Es lässt sich mit dem gestrigen Steckboard zusammenstecken. Das NodeESP-Board kann dann auf beiden Steckboards gleichzeitig platziert werden. Allerdings hat sich herausgestellt, dass diese Konstellation nicht bei jedem funktioniert. Die einfachste Lösung ist, die Seitenteile der Steckboards abzubrechen. Dazu habe ich die Boards ineinander gesteckt und einfach solange gebogen, bis ein Seitenteil abgebrochen ist. Mit dem anderen Board bin ich genauso verfahren. Mit einer Zange funktioniert das aber genauso gut. Ohne Seitenteile lassen sich die Steckboards näher beieinander platzieren, und es gibt keine Probleme mit dem Raster. Das NodeESPBoard stecken Sie dann einfach auf beide Boards, wie auf dem Bild zu sehen. So bleibt genügend Platz für weitere Bauteile. Im heutigen Projekt werden wir sehen, wie Sie vom PC aus eine Verbindung zum Board aufbauen können, und zwar ohne den Webbrowser zu verwenden.

Tag 2: OnBoard-LED und Update

Sun, 02 Dec 2018 00:00:45 +0100

Hinter dem Türchen des zweiten Tages finden Sie ein Steckboard für die kommenden Versuchsaufbauten. Ich empfehle aber, Ihren NodeESP noch nicht auf das Steckboard zu stecken. Stattdessen schauen wir uns heute an, wie Sie die vorinstallierten Programme auf dem Board starten können, und bringen das Board außerdem auf den neuesten Stand.

Verbinden Sie Ihr Board zunächst wieder mit einer Stromquelle. Die WLAN-Daten, die Sie gestern eingegeben haben, sind weiterhin gespeichert, und somit sollte sich das Board automatisch mit Ihrem WLAN verbinden. Rufen Sie dann die Boardseite über die IP oder den mDNS-Namen (http://nodeesp. local/) auf. Als Erstes soll nach möglichen Software-Updates gesucht werden. Dazu öffnen Sie die Konfigurationsseite, klicken ganz unten auf den Punkt Advanced Settings und dort auf Check for Firmware Updates.

Tag 1: Das NodeESP-Board

Sat, 01 Dec 2018 00:00:32 +0100

Es ist der erste Tag des Adventskalenderprojekts 2018 und somit Zeit, das erste Türchen zu öffnen. Hinter dem Türchen finden Sie das Mikrocontrollerboard dieses Kalenders. Heute soll es vor allem darum gehen, eine Verbindung zum Heimnetzwerk herzustellen und das Board etwas besser kennenzulernen.

Das NodeESP-Board mit markierter WPS-Taste

Der erste Schritt ist, das Board mit Strom zu versorgen. Sie können das Board einfach per MicroUSB-Kabel mit dem PC oder einem gängigen Smartphone-Ladegerät verbinden. Sie brauchen mindestens 300 mA, um das Board zu starten, ältere Laptops und USB-Hubs ohne externe Stromversorgung könnten problematisch sein. Die RGB-LED auf dem Board beginnt nach kurzer Zeit, gelb zu leuchten. Damit ist die Initialisierung abgeschlossen. Sie müssen nur noch Ihre WLAN-Daten eingeben. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten:

Tag 0: Alle Flows des Kalenders

Wed, 07 Nov 2018 14:10:05 +0100

Wie in jedem Jahr finden Sie an dieser Stelle alle Programme (dieses Jahr wohl eher Flows) des IoT Adventskalenders 2018.

Ich verwende dieses Jahr Pastebin um alle Flows an einer Stelle zu speichern und leichter nachträglich bearbeiten zu können. Außerdem hat Wordpress dann keine Chance die Formatierung oder Sonderzeichen zu verändern. Der einfachste Weg zum Kopieren der Flows ist, auf den “Download Raw” Button zu klicken und die sich öffnende Seite komplett zu kopieren. Wenn Sie dann den Text in Node-Red einfügen (Menü->Import->Clipboard) haben Sie automatisch alle Flows in Tabs strukturiert hinzugefügt. Zusätzliche Nodes müssen eventuell noch nachinstalliert werden (z.B. das UI-Node)