Micro:bit ako plnohodnotná platforma IoT

0

Populárnu mikropočítačovú dosku BBC Micro:bit sme už v našom magazíne predstavili a na webe máme desiatky zaujímavých príkladov s videami a takisto e-knihu venovanú tejto platforme, takže možnosti tejto dosky veľkosti kreditnej karty len v krátkosti zhrnieme. Na ovládanie sú k dispozícii dve tlačidlá, označené A a B, a veľa zaujímavých riešení využíva aj ovládanie potrasením a nakláňaním, pretože doska má senzor pohybu čiže akcelerometer, snímač naklonenia, kompas čiže magnetometer a senzor teploty. Na zobrazovanie slúži maticový displej zložený z 25 LED diód. Ten v reverznom móde funguje aj ako snímač intenzity okolitého svetla. Srdcom dosky je 32-bitový mikrokontrolér ARM Cortex-M0, taktovaný na 16 MHz, s 256 KB flash a 16 kB RAM. K dispozícii je už aj jej zlepšená verzia s vyšším výkonom, doplnená o mikrofón a reproduktor.

Porty sú vyvedené na kontakty konektora na plošnom spoji, takže Micro:bit môžete zasunúť do rôznych rozširovacích dosiek alebo k prepojovaciemu poľu, na ktorom potom môžete realizovať aj zložitejšie konštrukcie. Na programovanie mikropočítačovej dosky Micro:bit sa používa buď online grafické prostredie MakeCode, v ktorom žiaci vytvárajú pomocou spájania blokov funkčné programy, alebo programovací jazyk Python.


Meracia zostava s displejom

IoT: bit pre Micro:bit

Micro:bit primárne podporuje dva druhy bezdrôtovej komunikácie - Bluetooth Low Energy (BLE) na komunikáciu s mobilnými zariadeniami a rádiový prenos na komunikáciu viacerých dosiek navzájom. Konektivitu Wi-Fi táto mikropočítačová doska nepodporuje.

K dispozícii je však rozširujúci modul IoT: bit pre Micro:bit, ktorý umožňuje pripojenie k Wi-Fi, takže z Micro:bitu sa stane plnohodnotná platforma pre internet vecí. Budete môcť na diaľku ovládať rôzne zariadenia alebo merať požadované veličiny a výsledky merania posielať do cloudu na ďalšie spracovanie. Na doske je integrovaný Wi-Fi blok s populárnym obvodom ESP8266. Je to výkonný 32-bitový mikrokontrolér s jadrom RISC, ktorý je primárne určený na doplnenie konektivity Wi-Fi k existujúcim zariadeniam riadeným inými mikroprocesormi, ktoré komunikujú cez sériové rozhranie pomocou AT príkazov. To je presne náš prípad, keď ESP8266 zabezpečuje konektivitu Wi-Fi pre Micro:bit. Mimochodom, modul ESP8266 vďaka svojim pinom rozhraní môže aj sám fungovať ako mikrokontrolér. Možnosť bezdrôtovej komunikácie, cena čipov pod jeden dolár a vývojových dosiek s cenou 3 – 5 dolárov a takisto možnosť programovať tento mikrokontrolér vo vývojovom prostredí pre Arduino rýchlo vystrelili tento čip na vrchol rebríčkov popularity u hobby konštruktérov. Do pamäte obvodu sa dá nahrať aj interpreter jazyka Micro Python a potom môžete túto dosku programovať aj v Pythone. 

Vráťme sa však k modulu IoT: bit pre Micro:bit. Už pri prvom pohľade na dosku zistíte, že má držiak na miniatúrnu batériu. Tá nenapája Micro:bit, ale obvod reálneho času DS1307 RTC. Batéria CR1220 je potrebná len vtedy, ak chcete zálohovať obvod reálneho času. ­Ostatné funkcie dosky vrátane pripojenia Wi-Fi fungujú aj bez nej. Na doske je aj bzučiak, konektory GVS a takisto konektor zbernice I2C na pripojenie displeja, snímača barometrického tlaku BME280, prípadne iných zariadení I2C. Montážne otvory na skrutky sú kompatibilné s platformou Lego Technic. Aby ste mohli vy­užiť funkcie modulu IoT: bit pre Micro:bit, treba do online vývojového prostredia MakeCode ­doplniť rozširujúcu knižnicu Environment-and-Science-IoT.


IoT: bit pre Micro:bit

Cloudová platforma ThingSpeak

V reálnom riešení IoT budete riešiť tri okruhy problémov:

Čo budete posielať – potrebujete získať požadované údaje pomocou interných alebo externých senzorov. Interné senzory umožňujú merať teplotu pomocou senzora priamo na čipe, zrýchlenie pomocou akcelerometra a dokonca aj intenzitu osvetlenia s využitím diód maticového displeja. Podľa skúseností je teplota čipu spravidla o 4 °C vyššia než teplota okolia. Môžete, samozrejme, využiť aj externé senzory na presné meranie teploty, intenzity osvetlenia, prípadne ďalších parametrov. Z hľadiska jednoduchosti pripojenia sa osvedčili senzory zo súprav Smart Science IoT Kit, prípadne aj zo súpravy Smart Home Kit, ktoré sa pomocou trojvodičového kábla pripájajú na porty GVS (Ground, Voltage, Signal) dosky IoT:bit. Aby ste mali prehľad o hodnotách nameraných veličín, odporúčame použiť aj OLED displej pripojený k doske IoT:bit cez rozhranie I2C.

Ako budete posielať údaje – potrebujete vytvoriť pripojenie mikropočítačovej dosky k internetu. Pripojenie rieši rozširujúci modul IoT:bit pre Micro:bit. Primárnym zámerom príkladov je meranie údajov a ich posielanie do cloudu. Zobrazovanie hodnôt na displeji je len sekundárna funkcionalita, ktorú nemusíte riešiť, ak nemáte k dispozícii displej OLED pripojiteľný cez zbernicu I2C.

Kam budete posielať údaje – potrebujete mať používateľský účet vo vhodnej cloudovej službe, kde sa budú údaje spracúvať, ukladať a analyzovať. Knižnica pre modul IoT:bit podporuje cloudovú platformu ThinkSpeak https://thingspeak.com. Na bežné účely vám stačí bezplatné konto, ktoré umožňuje poslať ročne až 3 milióny správ, čo je 8200 správ denne. Interval na update správy je 15 sekúnd. Môžete využívať 4 kanály a 3 MQTT subskripcie. Na bežné výučbové a hobby projekty s Micro:bitom sú to viac než dostatočné parametre.


Príklad programu na meranie a komunikáciu

Pripojenie k sieti Wi-Fi

Ako prvý krok treba iniciovať pripojenie Micro:bitu k  sieti Wi-Fi. Musíte zadať porty priradené signálom RX a TX. Priradenie nájdete v pravom hornom rohu dosky IoT:bit. Signál RX je pripojený na port P8 a TX na port P12. Ako parametre funkcie connectWifi sa zadávajú identifikátor siete a prístupové heslo. Nasleduje pripojenie do cloudovej platformy ThingSpeak, vytvorenie správy a jej odoslanie. Správa obsahuje api_key a osem údajov. Samozrejme, nemusíte využiť všetkých osem, môžete posielať len toľko parametrov, koľko potrebujete. Na webovom portáli služby ThingSpeak môžete v záložke Private View sledovať graf hodnôt posielaných z dosky Micro:bit do cloudovej služby. Okrem grafov môžete aktuálne namerané údaje zobrazovať aj formou analógových či digitálnych ukazovateľov, prípadne formou kontrolky typu zelená – červená. Stačí aktivovať tlačidlo Add Widget. Následne môžete pridať vhodný typ ukazovateľa. Pre každý ukazovateľ nastavte interval hodnôt, napríklad pre izbovú teplotu rozsah 0 – 50 °C.

Jednoduchá automatizácia s využitím IFTTT

Námetom tohto pokračovania je jednoduchá automatizácia s využitím IFTTT. Skratku v nadpise asi poznáte, znamená If This Then That, čiže po našom „ak toto, potom tamto“, inak povedané, ak nastane takáto situácia, urob takúto akciu. IFTTT je riešenie, ktoré vám umožní vytvárať si akési „recepty“ (recipes), prostredníctvom ktorých si jednoducho nadefinujete akciu a reakciu.

Akcia sa môže týkať nejakej veličiny (napríklad teplota v danom priestore klesla pod 15 °C), prípadne to môže byť všeobecná akcia, napríklad vám príde e-mail od konkrétneho odosielateľa, dostanete do telefónu SMS správu a podobne. Reakcia môže byť poslanie e-mailu alebo SMS, že hodnota sledovanej veličiny prekročila stanovenú úroveň, zapnutie osvetlenia, vykurovania, príkaz robotickému vysávaču, aby povysával konkrétnu miestnosť, a podobne.

Týchto akcií a reakcií je k dispozícii veľké množstvo. Ich aktuálny zoznam nájdete na oficiálnom webe https://ifttt.com/services. IFTTT je riešenie zamerané skôr na bežné domáce používanie či študentské projekty než na priemyselnú automatizáciu. S tým súvisí aj jeho jednoduché rozhranie a skutočnosť, že služba je pre bežného používateľa zadarmo. Stačí si vytvoriť konto a aplikáciu možno začať používať okamžite, pričom ovládanie je veľmi intuitívne. K dispozícii je webové rozhranie, ako aj aplikácia pre Android a iPhone.

Takto môžete programovať naprieč IoT senzormi a akčnými členmi, cloudovými službami, internetovými či mobilnými aplikáciami, e-mailovými službami, službami na posielanie správ a podobne. IFTTT je silný nástroj s jednoduchým používaním, ktorý dokáže prepojiť desiatky internetových služieb, aplikácií a ušetrí vám veľa opakovanej rutinnej práce. Jednotlivé prepojenia sa nazývajú recepty a môžete si ich vytvoriť sami, prípadne použiť recepty od iných používateľov. Pomocou služieb IFTTT môžete automatizovať a ovládať prvky inteligentnej domácnosti ­Google Home, Apple HomeKit, Amazon Echo.

Kompletné príklady aj s videami nájdete na našom webe nextech.sk. Stačí do poľa na vyhľadávanie zadať iot:bit alebo zosnímať QR kódy.

 

 

Zobrazit Galériu

Pridať komentár

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať