Передача показаний счетчика расхода воды в облако по Wi-Fi. ESP 8266.

В предыдущей статье вывел показания счетчика на LCD индикатор. По нынешним временам — этого недостаточно. Уж очень примитивно. Нынче модный тренд облака. Передадим данные телеметрии в облако, чтобы в дальнейшем можно было анализировать данные.

В качестве протокола используем MQTT. Облачный сервер будет от MatLab: http://thingspeak.com. Помимо него есть Blynk, Cayenne и множество других серверов. Ранее был популярен Sparkfun, но, похоже, проект закрыли.

Почему облако, а не локальный сервер? Понятно, что из-за лени. 🙂 Зачем разворачивать локальный сервер, сопровождая его, если можно решить задачу практически мгновенно?

Хотя, можно поднять и локальный IoT сервер, OpenSource вариантов множество: OpenHab, Domoticz, OpenMotics, Calaos, Home Assistant, MisterHouse и много других.

Протокол MQTT поддерживается всеми ведущими IoT платформами. Это позволит оперативно сменить облачного IoT провайдера, если возникнут проблемы с сервисом, либо изменятся условия использования.

На данный момент у https://thingspeak.com/prices/thingspeak_home есть бесплатная подписка для домашних пользователей.

У меня не оказалось под руками Wi-Fi Shield для Arduino, поэтому я воспользовался ESP-8266 модулем в реализации на плате Wemos D1 mini. Wemos D1 mini (ESP8266) широко представлена на Aliexpress по цене менее 3 USD.

Модуль компактен, потребляет меньше энергии, чем Arduino, уже имеет на борту Wi-Fi с нативной поддержкой необходимых для передачи данных в облако AT команд и поддерживается средой разработки Arduino.

Выходы ESP 8266

Для начала разберемся с PIN-ами:

Мне потребуется два входа для подключения индикатора по I2C:

• SDA => D2.
• SCL => D1

Адаптированный код Arduino из прошлой статьи под ESP8266.

В коде добавлено:

• Поддержка дополнительных входов. Достаточно заполнить PIN, Input и inputs.
• Добавлен вызов модуля для передачи данных по Wi-Fi (код ниже).
• Добавлена передача данных в облако по протоколу MQTT.

Код стабильно считает импульсы с импульсного входа водосчетчика горячей и холодной воды.

Передача данных по Wi-Fi

В IDE Arduino нажмем сочетание клавиш Ctrl-Shift-N для создания ещё одного *.ino файла, чтобы вынести в него код касаемый работы ESP8266 в качестве Wi-Fi клиента. В принципе, в коде нет ничего сложного.

#include "ESP8266WiFi.h"

//SSID of your network
char ssidWiFi[] = YYYY"; //SSID of your Wi-Fi router
char passWiFi[] = "XXXX"; //Password of your Wi-Fi router

bool connectWiFi()
{
  Serial.println("Tryng to connect to Wi-Fi AP with SSID [" + String(ssidWiFi) + "]");
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(ssidWiFi, passWiFi);
  int connRes = WiFi.waitForConnectResult();
  if (connRes != WL_CONNECTED)
  {
    Serial.println("Wi-Fi connection to " + WiFi.SSID() + " failed. Status " + String(WiFi.status()) + ", " + WiFiconnectionStatus(WiFi.status()) + ", Retrying later...\n");
    WiFi.disconnect();
    return false;
  }
  else {
    Serial.print("Wi-Fi connected to " + WiFi.SSID() + ". IP address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP()); //IP2STR( WiFi.localIP()));
    mqttClient.setServer(server, 1883);   // Set the MQTT broker details.
    mqttClient.setCallback(mqttSubscriptionCallback);
  }
  return true;
}

String WiFiconnectionStatus(int which)
{
  switch (which)
  {
  case WL_CONNECTED:
    return "Connected";
    break;
  case WL_NO_SSID_AVAIL:
    return "Network is not availible";
    break;
  case WL_CONNECT_FAILED:
    return "Wrong password";
    break;
  case WL_IDLE_STATUS:
    return "Idle status";
    break;
  case WL_DISCONNECTED:
    return "Disconnected";
    break;
  default:
    return "Unknown";
    break;
  }
}

Передача телеметрии в ThingSpeak по MQTT

Как уже упоминал выше, в качестве протокола для передачи данных выбран MQTT. Хотя по опыту эксплуатации он меня несколько разочаровал.

• После публикации данных функция всегда возвращает true. Даже если данные не появились в ThingsSpeak. Соответственно, это может приводить к выпадению части данных телеметрии.
• Подписка на канал отрабатывает плохо. По данным по которым уже прошла публикация не приходит уведомление о изменении поля (field). Соответственно, этот механизм не может быть использован для подтверждения внесенных изменений.
• Теоретически, подписку на канал можно использовать для передачи параметров настройки с сервера. Например, чтобы переслать на устройство текущие показания счетчика. Однако, не понятно как гарантировать доставку.
• Из примеров работы с MQTT на сайте ThingsSpeak нужно убирать все моменты с delay(). Пока отрабатывает delay() может произойти срабатывание геркона водосчетчика и может быть пропущено значение. В идеале, чтобы избежать этого нужно использовать аппаратные прерывания. Это устранит зависимость от задержек выполнения операций вроде отправки данных по MQTT. Но в случае с прерываниями обязательно нужно использовать аппаратное устранение «дребезга контактов». В простейшем варианте — сглаживание RC цепочкой.