Облачное программирование проектов Интернета вещей

Введение

Динамика современной жизни требует новых методов и технологий во многих областях науки и техники. Особенно это коснулось разработки программ для электронных устройств. Поскольку наш век переживает бурное развитие Интернета вещей, значительно возросла потребность в скорости разработки программ для микропроцессорных устройств. И совсем недавно это требование получило отклик в виде современной технологии разработки различных программ в предельно сжатые сроки. Данный метод можно назвать облачным программированием.

Суть метода заключается в создании Интернет-ресурса в виде сайта, на котором предоставляется возможность выбирать с помощью компьютерной мышки необходимые для проекта микропроцессорные устройства и подключаемые к ним датчики, модули отображения, прочие элементы и программные модули. После чего можно автоматически получить для такого проекта готовую программу.

Один из таких ресурсов называется WiFi-IoT [1]. Ниже приведено описание данного ресурса и пример быстрого создания простого проекта Интернета вещей. 

Описание ресурса

Ресурс WiFi-IoT основан на предварительно созданной базе программных модулей и универсальной программе. С помощью конфигуратора устанавливается тип микроконтроллера и подключаемых к нему устройств. После чего производится сборка и трансляция встроенной программы ресурса с подключением готовых библиотек для выбранных элементов и модулей. В результате генерируется окончательный код для загрузки программы в заданный тип микроконтроллера. Список предлагаемых устройств, естественно, имеет определённые ограничения по номенклатуре, но он постоянно расширяется и развивается.

Создание проектов на ресурсе возможно без регистрации. Для входа на сайт ресурса можно использовать логическое имя demo с паролем demo. Но если выполнить простую бесплатную регистрацию пользователя, то появится возможность сохранения истории созданных проектов и добавления компонентов. Естественно, что в создаваемом проекте используются типовые схемы подключения различных устройств к микроконтроллеру. Но для ряда элементов ресурса можно дополнительно настроить некоторые параметры. Такие элементы имеют программную кнопку в виде шестерёнки.

На сегодняшний день на ресурсе WiFi-IoT могут использоваться следующие микроконтроллерные устройства: STM32, RTL8710, ESP8266 и ESP32. Остальные подключаемые к проекту компоненты разделены на группы: сенсоры, сервисы, железо, системные, дисплеи и бета, как показано на рисунке 1.

Как видно на рисунке, перечень включённых в эти группы элементов и программных модулей довольно внушителен по своему количественному составу и разнообразию. Например, в группе сенсоров присутствуют широко распространённые датчики измерения температуры DS18B20 и универсальные датчики измерения температуры и влажности DHT 11/21/22. В других группах имеются такие элементы, как часы, сканеры, GPS-устройства, жидкокристаллические индикаторы, Интернет-сервисы и т.п.

Все элементы ресурса имеют определённый цвет, который означает свободное или платное использование в проекте. Цвета элементов обозначают следующее: зелёные – полностью бесплатные, синие – содержат платные возможности, красные – работают только в платной версии. Плата за использование проекта необходима для аккумулирования средств на его поддержание и дальнейшее развитие. В будущем количество бесплатных элементов должно увеличиваться. Но даже нынешняя реализация ресурса предоставляет достаточное количество бесплатных элементов для создания насыщенных проектов Интернета вещей.

С помощью представленного здесь ресурса облачного программирования можно создать множество привлекательных и полезных проектов. Например, при подключении к проекту датчиков температуры, влажности и давления можно получить домашнюю метеостанцию для мониторинга температуры и влажности на улице и дома с возможностью отправки показаний на серверы статистики, где можно посмотреть графики изменения показаний. При подключении к проекту дисплея возможно отображение на нём времени, показаний прогноза погоды, данных с датчиков других ресурсов вашего города или от модулей других городов мира.

Для создания такого проекта потребуется лишь отметить на экране необходимые датчики, программные модули «Время и NTP» и «Поддержка календаря», а также серверы статистики по своему выбору из предоставленных ресурсов: flymon.net, narodmon.ru и Thingspeak.com. Необходимый для проекта дисплей можно выбрать из доступных типов: LCD 1602/1604/2004, OLED 128×64 или TFT 240×320. 

Ресурс также позволяет реализовать и другие интересные проекты:

Большой интерес представляет собой проект устройства для отправки уведомлений посредством SMS, Telegram или E-mail по событиям. Такое устройство может отправить уведомление на электронную почту или послать сообщение через SMS-сервисы при определённых событиях: по планировщику, изменению параметра, термостату и т.п. Например, можно отправить уведомление, если какой-то параметр датчика вышел за границы заданного значения. Текст сообщения указывается в настройках модуля и может содержать данные с датчиков.

Полезными будут проекты систем охраны и оповещения. Такие проекты можно создавать с использованием различных типов датчиков: объёмных детекторов движения HC-SR501, микроволновых радаров, ультразвуковых сонаров HC-SR04, концевых датчиков, акустических датчиков, датчиков вибрации, разбивания стекла и т.д. Они могут поддерживать отправку SMS-уведомления при определённом событии, постановке и снятии с охраны и т.п. С использованием модулей реле возможно подключение прожекторов освещения, сирен и других исполнительных устройств.

Актуальным является проект системы контроля доступа по картам RFID, Wiegand26 или iButton с ведением протоколов на программных модулях: «время», «дата», «ID-карты». Проект позволит работать системе в качестве независимого автономного устройства как со своим списком ключей, так и с управлением внешними программными системами. 

Пример проекта

Рассмотрим создание простого проекта на конкретном примере. Создаваемое устройство будет построено на базе широко распространённого модуля ESP8266, имеющего в своём составе микроконтроллер с большим объёмом памяти программ и приёмопередатчик WiFi. Оно позволит читать данные с датчика давления и температуры, отправляя их по запросам в сеть «Интернет».

Вначале необходимо открыть вкладку ESP8266 на сайте WiFi-IoT, где расположен сам конструктор прошивок. Далее следует отметить галочкой датчик давления и температуры BMP085, модуль narodmon.ru и «Время и NTP». Все эти элементы являются бесплатными. Теперь остаётся лишь нажать программную зелёную кнопку «Скомпилировать» и через несколько секунд откроется новое окно с сообщением о готовности загрузочного файла для модуля ESP8266. Данный загрузочный файл необходимо скачать по ссылке одним файлом в произвольное место на жёстком диске.

Для загрузки этого файла в модуль потребуется программа программатора ESP8266 Flasher [2]. Скачав и разархивировав эту программу, её следует запустить. Данная программа не требует инсталляции и просто запускается из каталога. Окно программы показано на рисунке 2. Для программирования модуля ESP8266 необходимо подключить его к компьютеру через адаптер USB-UART, как показано на рисунке 3.

При программировании модуля его вывод CPIO0 должен быть подключён к нулевому потенциалу GND. Для автономной работы модуля вывод CPIO0 следует отключить от нулевого потенциала GND.

В запущенной программе ESP8266 Flasher нужно выбрать виртуальный COM-порт, к которому подключён модуль ESP8266. Во вкладке Config следует указать путь к скачанному файлу прошивки. Вкладка Advanced позволит установить скорость COM-порта 115200 и выбрать размер памяти модуля ESP8266. Поскольку у разных видов модулей ESP8266 разные размеры памяти, потребуется уточнить этот параметр по маркировке микросхемы памяти на самом модуле. Далее на вкладке Operation нужно нажать кнопку запуска процедуры программирования Flash. При правильном подключении и выборе параметров в окне программы должен появиться MAC-адрес модуля и QR-код. Затем начнётся процесс программирования, сопровождаемый миганием индикатора на модуле.

После завершения программирования модуля необходимо отключить его от адаптера и подключить к нему датчик давления и температуры BMP085 по интерфейсу I²C, как показано на рисунке 4.

Далее остаётся лишь подать питание на модуль и настроить созданный блок метеостанции для отправки показаний в «Народный мониторинг» [3] или другую систему Интернет-сервисов. Подробности такой настройки приведены в самих сервисах. Окно сервиса «Народный мониторинг» с примером настроенной метеостанции представлено на рисунке 5. 

Заключение

Фактически, представленный здесь ресурс позволяет создавать новые проекты микропроцессорных устройств из готовых «кирпичиков». По мере развития ресурса и наполнения его новыми элементами и программными модулями со свободным доступом можно будет быстро создавать самые разнообразные проекты Интернета вещей. Перспектива данного метода очевидна. 

Литература