Как построить IIoT-архитектуру своими руками. Часть 2: «Вещи»
Иван Сидоров Директор по инновациям
В предыдущей статье мы кратко рассмотрели организацию и процессинг IoT данных с помощью проекта Apache NiFi. Теперь расскажем о других этапах.
Сейчас же начнем с самого первого уровня, непосредственно “вещей”, букве T из аббревиатуры IoT. С самого устройства, организации канала связи и использования протокола MQTT. Тренду IoT уже несколько лет, но по большей части представление о нем, как о лампочке и розетке, включающейся с телефона. Но на производстве, добыче, и в различных других индустриях десятками лет используются самые разнообразные сенсоры, значения с которых собираются в производственные SCADA. Всего-то подключить поток данных к интернету, и мы получаем тот самый IoT, точнее IIoT — индустриальный интернет вещей.
Зачем это все нужно если все эти десятки лет SCADA успешно управляет производственным циклом?
Причин несколько:
- Расширяются возможности по применению датчиков, например логистика, где на конкретной фуре или вагоне установлен датчик местоположения, а также различные дополнительные, такие как расход топлива или время простоя(ждать на вокзале пока вагон прицепят) — все это уже выходит за локальную сеть производства
- Количество сенсоров на устройствах растет, они требуют более сложной обработки, что не всегда можно сделать мощностями предприятия
- Развившиеся благодаря росту вычислительной мощности возможности машинного обучения и искусственного интеллекта, что можно использовать для оптимизации производства, поиска узких мест, выявления аномалий.
В итоге, датчики на производстве уже не просто отправляют значения в SCADA. Нужна программная архитектура, которая позволит построить построить цепочку от конечного сенсора на каком-либо станке до вычислительного облака, в котором, исходя из истории работы станка, с помощью обученной модели обслуживающему персоналу прилетит сообщение «37% вероятность выхода из строя механизма, нужно отправить инженера».
Ну а теперь назад, к вещам! Обычно для демонстрации таких систем используются открытые наборы исторических показателей датчиков какой-либо индустрии. Но к сожалению в таком варианте «пощупать» систему не получиться. Нет, на завод мы не заберемся, а вот свою простую «вещь с интернетом» сделаем.
Наша сфера деятельности связана с серверными инфраструктурами, но некоторыми хобби-электронными навыками все же обладаем, так что «вещь» будет самодельная.
Выберем самый простой вариант мониторинга — климатический датчик, будем собирать данные о температуре, влажности и давлении.
Компонентная база
В качестве датчика возьмем BMP280.
Очень навороченная вещь, предназначен не только для метеоданных, но и, благодаря чувствительному барометру, для помощи GPS, для навигации в здании (определить этаж), для игр в помощь акселерометру. Мы же будем использовать его только для метеоданных.
Возьмем в качестве модуля такой:
В качестве одновременно контроллера и канала связи возьмем, уже наверное культовую, esp8266 (https://en.wikipedia.org/wiki/ESP8266)
В нашем случае, модуль ESP-07:
В качестве питания — 9В батарейка «Крона». Так как все устройства работают от 3.3В — нужен понижающий преобразователь. Рука тянется поставить любимый всеми линейный LD1117:
Но все, что понижает линейный преобразователь — он просто рассеивает в тепло. Пиковый ток esp8622 около 0.
Поэтому собрали импульсный понижающий преобразователь на LM2576:
3 ампера точно хватит всем (по-настоящему, что из компонентной базы было, то и припаяли).
Схема
В качестве CAD использовался Eagle, схема получилась такая:
Для запуска esp8622 нужно притянуть RESET и CH_PD к плюсу(включает модуль), GPIO15 к минусу. Когда GPIO0 притянут к земле — модуль переходит в режим программирования, поэтому там стоит перемычка.
GPIO02 и GPIO15 используются как SDA/SDL линии шины I2C для подключения BMP280, а также любых других устройств на шину(штырьковый разъем JP5), например, дисплея, для отладки прямо на месте.
На резисторах R6 и R5 собран делитель напряжения для АЦП, чтобы можно было следить за зарядом батареи.
Плата
Разводка получилась такая:
Скорее всего, в лучших традициях хоббийной схемотехники, нарушает все возможные правила, но главное — работает 🙂
Само устройство получилось такое:
Плата изготовлена по лазерно-утюжной технологии (один из тысяч примеров: http://cxem.net/master/45.php).
Программирование устройства
Для быстрого старта для esp8622 взяли прошивку NodeMCU.
NodeMCU представляет из себя интерпретатор Lua для esp8622 и кучу библиотек для различных устройств, датчиков, дисплеев и т.п.Чтобы прошить устройство, сначала нужно эту прошивку получить. Документация предлагает несколько вариантов, но самый простой из них — сервис nodemcu-build.
com, который позволяет, просто выбрав нужные модули, получить готовую прошивку на почту.
Для нашего устройства обязательно нужно выбрать MQTT, I2C (т.к. на этой шине расположен датчик), ну и сам датчик BME280 (у нас BMP280, но библиотека универсальная), а также ADC для контроля за батареей. После сборки прошивки — сервис отправит ее на указанную почту.
Дальше нужно замкнуть GPIO0 на землю и перевести модуль в режим программирования (перемычка JP2), подключить USB-UART переходник и передернуть питание.
Немного терпения, пока прошивка завершится, потом снять перемычку JP2, передернуть питание и в итоге наше устройство готово к пользовательскому коду.
Код
Настройки UART для подключения — 115200 8N1, подключившись каким-нибудь терминалом для последовательного порта(например, terminalbpp) можно прямо вводить lua команды, этакий REPL.
Но нас все же интересует менее эфемерная прошивка, чтобы после перезагрузки оставалась:)
При запуске NodeMCU начинает выполнять с флеш карты файл init.lua (если он есть). Вот его и напишем.
За образец берем пример из документации:
- https://sites.google.com/site/terminalbpp/
- https://nodemcu.readthedocs.io/en/dev/en/upload/#initlua
Для загрузки мы использовали простенькую утилитку Asmodat ESP LUA Loader. Она просто пропихивает в терминал file.open и построчно Lua командами его записывает.
Логика следующая:
- Инициализируем устройства.
- Подключаемся к WiFi.
- Читаем показания датчиков.
- Подключаемся к MQTT брокеру и отправляем показания в соответствующие топики.
- Выключаем WiFi, засыпаем до следующего измерения.
Lua скрипт, схему и разводку платы мы выложили, в принципе там все достаточно прозрачно.
Что хотелось бы отметить
Вход ADC esp8266 требует напряжение в диапазоне от 0 до 1В и на выходе дает соответствующее число от 0 до 1024. Для резисторов 39кОм и 470кОм — коэффициент для пересчета получается примерно 13. Т.е. для того чтобы оценить (не очень точно измерить) напряжение на батарее — нужно полученное значение умножить на 13 и поделить на 1024.
Так как сенсор BMP280 универсальный, у него несколько вариантов конфигурации для разных применений. Для NodeMCU инициализация датчика для климатических измерений выглядит так (одни магические числа):
bme280.setup(1, 1, 1, 1, 7, 0) -- weather mode
Подробнее про эти числа в документации. Ну, и в датащите на BMP280, приведенном выше.
Так и не удалось уйти в режим Deep Sleep, по какой-то причине модуль не будится.
Библиотека для работы с MQTT достаточно специфическая, невозможно точно определить, когда закрывать соединение.
Но в нашем случае мы просто таймаутом ждем несколько секунд, а потом выключаем WiFi.
Также, поддержка TLS хоть и заявлена, но завести ее так и не удалось, данные отправляются нешифрованные.
Отправка данных
Раз в минуту модуль подключается к WiFi и отправляет MQTT брокеру показания с датчиков.
Топики в MQTT следующего формата:
/device_location/device_name/sensor
Это позволяет подписываться на потоки данных с сенсоров как по местоположению так и на конкретные сенсоры, например, температура за окном:
/outdoor/#/temperature
MQTT брокер
В /etc/mosquitto/mosquitto.conf нужно прописать:
require_certificate false # отключаем tls
allow_anonymous true # пускаем всех:)
Дальше запускаем наше устройство, с помощью утилиты mosquitto_sub подписываемся на топики устройств, следим за погодой.
root@baikal:~# mosquitto_sub -v -t "/outdoor/#"
/outdoor/iottest/temperature 30.07
/outdoor/iottest/pressure 713
/outdoor/iottest/humidity 38.765
/outdoor/iottest/voltage 439
/outdoor/iottest/temperature 30.09
/outdoor/iottest/pressure 713
/outdoor/iottest/humidity 38.445
/outdoor/iottest/voltage 451
/outdoor/iottest/temperature 29.93
/outdoor/iottest/pressure 713
/outdoor/iottest/humidity 38. 400
/outdoor/iottest/voltage 452
400
/outdoor/iottest/voltage 452 Baikal тут упомянут не просто так. Мы всё же географически расположены рядом с Байкалом, так что для базовой станции под устройства не было других вариантов, кроме как использовать BFK 3.1 на ядре Baikal T-1 🙂
Поделиться:
Мы используем cookies для быстрой и удобной работы сайта. Продолжая пользоваться сайтом, вы даёте согласие и принимаете политику обработки персональных данных ×
Взаимодействие с сообществом — Книги | Espressif Systems
Эта книга представляет собой руководство по IoT на основе ESP32-C3, написанное инженерами Espressif, которое содержит подробное руководство по разработке IoT, включая проектирование оборудования на основе ESP32-C3, ESP-IDF, конфигурацию Wi-Fi, ESP RainMaker и т. д. , Если у вас есть предложения или вопросы по этой книге, обращайтесь: book@espressif.
com.
Автор:
Espressif Systems
Издатель:
电子工业出版社
Язык:
Китайский
Чип ESP32 станет сердцем большинства проектов, которые мы собираемся построить в ближайшем будущем, потому что он предлагает все, что нам нужно, в одном недорогом решении! Этот чип двухъядерный! Он предлагает два 32-битных процессора. Один отвечает за подключение к WiFi, а другой доступен для выполнения нашего кода! Типичная частота ядер процессора составляет 160 МГц, что вдвое превышает рабочую частоту ESP8266. Чип также предлагает подключение по Wi-Fi и Bluetooth, 520 КБ ОЗУ, 448 КБ ПЗУ, 34 контакта GPIO, шины SPI, I2C, UART, I2S, до 18 12-битных АЦП, 2 8-битных ЦАП, датчик температуры, сенсорный датчик, датчик Холла. сенсор и многое другое.
Автор:
Janani Sathish
Издатель:
Kindle Edition
Язык:
английский
Автор:
Arief Budijanto, ST, MT, Slamet Winardi, Dr.
Kunto Eko susilo
Издатель:
SCOPINDO MEDIA PUSTAKA
Язык:
Индонезийский
Последнее обновление:
2021
Эта книга написана для читателей, которые хотят использовать ESP32 в деталях, от базового GPIO, встроенного магнитного датчика, емкостного сенсорного переключателя, приложений IoT, Bluetooth LE , спящий режим с низким энергопотреблением, базовая операционная система FreeRTOS и т. д.0003
Последнее обновление:
2021
Разработка проектов Интернета вещей с помощью ESP32 обеспечивает сквозное покрытие безопасных методов передачи данных от датчиков к облачным платформам, которые помогут вам разрабатывать решения Интернета вещей промышленного уровня с использованием ESP32 SoC. Вы узнаете, как использовать ESP32 в своих проектах IoT, взаимодействуя с различными датчиками и исполнительными механизмами, используя различные типы последовательных протоколов.
Автор:
Ведат Озан Онер
Издатель:
Packt Publishing
Язык:
Английский
Последнее обновление:
2021
В этой книге показано, как создавать собственные устройства домашней автоматизации с помощью ESPHome на плате микроконтроллера ESP32. Вы узнаете, как комбинировать все виды электронных компонентов и автоматизировать сложные процессы. Ваши устройства могут работать полностью автономно и подключаться через Wi-Fi к шлюзам домашней автоматизации, таким как Home Assistant или брокер MQTT.
Автор:
Koen VervloeSem
Издатель:
Elektor
Язык:
английский
Serão mostrados os princípios gerais de comunicação e programação para IoT e o funcionamento main dos microcontroladores e seus modulos perifericos.
Форум включает в себя примеры реализации устройств IoT для повторяющихся ситуаций.
Автор:
Sérgio de Oliveira
Publisher:
Novatec Editora
Язык:
Португальский
Последний вещей. В книге основное внимание уделяется ESP32, мощному, очень популярному и дешевому микроконтроллеру, который предлагает множество подключений к датчикам и имеет среду программирования с открытым исходным кодом. В совокупности эти функции делают ESP32 идеальным решением для домашней автоматизации.
Автор:
Luc Volders
Издатель:
Lulu.com
Язык:
Английский
社
Язык:
Японский
Последнее обновление:
2020
Все ESP8266
Все ESP8266- Указатель платы
Платформы ESP8266
| Название | Статистика | Последнее сообщение |
|---|---|---|
| ESP8266 Ардуино Да, это правильно, мы выпустили Arduino IDE для ESP8266!!! Спасибо IGRR и http://www.  themindfactory.com за работу! | 4068 тем 18151 сообщений | от beic Вт, 08 нояб. 2022 г., 6:57 |
| Базовый интерпретатор MMISCOOL Базовый интерпретатор, написанный с нуля для ESP8266 Модератор: Mmiscool | 1228 тем 6881 сообщений | Стивенсандерс Пн, 19 сент. 2022 г., 2:02 |
| IoT (Интернет вещей) Использование ESP8266 в мире IoT | 754 Темы 2591 Сообщений | Люк Волдерс Пт, 11 нояб. 2022 г., 16:38 |
| Lua NodeMCU.com Обсуждение Lua и поддержка ESP8266 | 1714 Темы 8598 Сообщений | по баришу Чт, 29 сентября 2022 г.  , 14:34 |
| Ардуино Темы сообщений, исходный код, которые относятся к платформе Arduino | 823 Темы 3346 Сообщений | по s100 Ср, 16 нояб. 2022 г., 00:06 |
| Собственный SDK Здесь вы можете обсудить вопросы и проблемы, связанные с родным SDK. | 271 Темы 645 Сообщений | Алекс Люкс Ср, 16 нояб. 2022 г., 3:37 |
| Сминг — платформа с открытым исходным кодом Sming — платформа с открытым исходным кодом для высокоэффективной разработки ESP8266 | 116 тем 664 сообщений | от mer30boy Вт, 24 нояб.  2020 г., 14:31 |
| Javascript для ESP8266 (Espruino и Smart.js) Свободно общайтесь в чате о проектах Javascript с открытым исходным кодом для ESP8266 | 51 Темы 206 Сообщений | от Крякмор Пт, 29 апр. 2022 г., 3:19 |
Форум ESP8266
| Титул | Статистика | Последнее сообщение |
|---|---|---|
| Общие обсуждения Свободно болтайте обо всем… | 4235 тем 16978 сообщений | по QuickFix Ср, 16 нояб. 2022 г., 7:38 |
| Специальное оборудование Используйте этот форум для обсуждения аппаратных тем для ESP8266 (периферийные устройства, память, часы, JTAG, программирование) | 2159 тем 10950 сообщений | от Мехди Сохейли Сб, 12 ноября 2022 г.  , 19:16 |
| Уголок новичка Так ты нуб? Оставляйте свои вопросы здесь, пока не закончите обучение! Не стесняйся. | 2977 тем 8377 сообщений | от YG0820 Пн, 14 ноября 2022 г., 00:30 |
| Опытные пользователи Опытные пользователи могут размещать здесь свои вопросы и комментарии для не очень новичков. Модератор: eriksl | 52 Темы 478 Сообщений | от @xi@g@me Ср, 02 нояб. 2022 г., 5:36 |
| Чат компилятора Обсудите здесь различные настройки компилятора C и компиляцию исполняемых файлов для ESP8266 | 442 Темы 3239 Сообщений | по фельферту Ср, 12 окт.  2022 г., 4:09 |
| Документация Размещайте здесь ссылки и прикрепляйте файлы для документации, а также свободно общайтесь по этим документам | 153 темы 983 сообщения | по част./млн Вт, 25 января 2022 г., 18:37 |
| ESP8266 Видео Место для размещения вашего видео на YouTube, связанного с ESP8266. | 233 Темы 567 Сообщений | от rooppoorali Ср, 02 нояб. 2022 г., 3:15 |
Проекты ESP8266
| Название | Статистика | Последнее сообщение |
|---|---|---|
| Пользователи Проекты Место, где пользователи могут публиковать свои проекты.  Если у вас есть небольшой проект и вы хотите, чтобы у вас было собственное специальное место для публикации и чтобы другие обсуждали его, то это ваше место. | 569 Тем 2559 Сообщений | от rooppoorali Чт, 06 окт. 2022 г., 3:01 |
| Проект сообщества ESPUSB ESPUSB — проект сообщества, к которому могут присоединиться и сотрудничать все — ESPUSB — это виртуализированный USB-интерфейс для ESP82xx и ESP32 (при наличии) | 28 Тем 137 Сообщений | от Темм Вс, 17 апр. 2022 г., 13:16 |
| ЭСП-ГТПД пр. Проект веб-сервера ESP8266 Модератор: Sprite_tm | 143 Темы 1184 Сообщения | Лак Хермсен Пн, 06 сентября 2021 г.  , 3:56 |
| Проект сообщества по исправлению команд AT+ Здесь мы все можем поболтать об исправлении структуры команды AT+ и связанных ответах. | 76 Тем 309 Сообщений | Масуд Навиди Пт, 21 мая 2021 г., 23:21 |
| ESPlocalizer Проект CNLOHR и Кевина Маклейна | 3 Темы 6 Сообщений | Электрогард Сб, 31 марта 2018 г., 5:26 |
Электронный форум
| Титул | Статистика | Последнее сообщение |
|---|---|---|
| Общий чат и вопросы Есть вопросы о полевых транзисторах, транзисторах, измерениях, источниках питания или чем-то другом электрическом? | 50 Тем 147 Сообщений | по QuickFix Пт, 10 июня 2022 г.  , 8:29 |
НОВОСТИ
| Титул | Статистика | Последнее сообщение |
|---|---|---|
| Новости ESP8266 Wi-Fi SoC! Общие новости | 2 темы 4 сообщения | РичардС Вс, 02 июня 2019 г., 13:55 |
Конкурсы
| Название | Статистика | Последнее сообщение |
|---|---|---|
| 1-й ежегодный конкурс дизайна ESP8266 | 97 Тем 263 Сообщений | от Blackbird.0360 Вс, 14 ноября 2021 г.  , 11:57 |
| ScopeMeter Giveway (июнь 2019 г.) | 2 темы 2 сообщения | РичардС Чт, 06 июня 2019 г., 12:09 |
Зарегистрироваться
Чтобы войти в систему, вы должны быть зарегистрированы. Регистрация занимает всего несколько минут, но дает вам больше возможностей. Администратор форума также может предоставлять дополнительные разрешения зарегистрированным пользователям. Перед регистрацией убедитесь, что вы знакомы с нашими условиями использования и соответствующими политиками. Пожалуйста, убедитесь, что вы прочитали все правила форума, когда вы перемещаетесь по доске.
Условия использования | Политика конфиденциальности
Регистрация
Войдите в свою учетную запись
Имя пользователя:
Пароль:
оставить меня залогиненным
Проблемы с поиском кнопки «Установить»
— С помощью QuickFix
Я пытаюсь установить доски сообщества.
Привет С[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Не могу построить esp-at
— Алекс Люкс
Проблема решена. Я переустановил SDK и все требу[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
twi.cpp для 8266?
— К s100
Ответ найден. Для архитектуры 8622[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Я хочу общаться друг с другом с помощью ESP8266.
— От YG0820
Я хочу связаться с двумя esp8266, одним[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Ошибка WolfSSL (от WolfSSL.com)
— От dannybackx
Эй, У меня есть простое приложение, которое работает в памяти:[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
возможна ли загрузка Esp8266ex с HSPI?
— Мехди Сохейли
Привет ребята в моем проекте мне нужен интерфейс sdio и я[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Две шины I2C в Arduino IDE (проблема с проводом Arduino)
— К s100
Да.
Я использую готовую коммерческую доску и t[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Esp8266-01 в качестве Wi-Fi-соединения для Raspberry Pi 2b
— По скрытому блокноту
Я знаю, как использовать esp8266-01 Я использую его для многих п[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Исходный код Arduino esp8266 по умолчанию AT прошивки
— Джаведпцит
Если вы завершили установку менеджера платы o[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Веб-страница ESP с линейной диаграммой
— Люк Волдерс
Дополнение к моему рассказу о создании веб-страницы с[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Как использовать сторожевой таймер ESW8266 для вызова прерывания
— Франческо Р.
Дорогие все! Я новичок на этом форуме, так что спасибо за […]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
OTA D1_mini и D1_miniPRO
— Руппоорали
Эта ошибка обычно возникает из-за недостаточного количества флэш[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Как заставить NodeMCU считывать рабочие циклы таймера 555
— По Имени
Заголовок — это мой вопрос.
Я использую Arduino IDE. А[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
[РЕШЕНО] ‘gmtime’ не было объявлено в этой области
— от beic
Пожалуйста, проверьте раздел комментариев вашего общего t[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Музыкальный анализатор спектра esp8266+P3 64×64
— Автор: tmagafas84
мне удалось подключить микроконтроллер к[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
[РЕШЕНО] D1 mini Встроенный регулятор яркости светодиодов
— от beic
Всем спасибо за помощь, Сработало! 😉
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
AT-команды через WiFi
— АрьенВ
Не сказано, зачем нужны АТ-команды? Возможно у[…]
ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
AT+CIPSEND, после вывода SEND OK ничего не возвращается.
