Радиотехнический сайт RADIOTRACT

Информация\Микроконтроллеры\Arduino\Arduino и Raspberry Pi в проектах Internet of Things

Arduino и Raspberry Pi в проектах Internet of Things.

Автор: Виктор Петин
Формат издания: 170x240 мм (средний формат)
Количество страниц: 320
Год выпуска: 2016
ISBN: 978-5-9775-3646-2
Язык издания: русский

Рассмотрено создание простых устройств в рамках концепции Интернета вещей (IoT, Internet of Things) на базе популярной платформы Arduino и микрокомпьютера Raspberry Pi. Показана установка и настройка среды разработки приложений Arduino IDE, а также среда макетирования Frizing. Описаны технические возможности, особенности подключения и взаимодействия различных датчиков и исполнительных устройств. Показана организация доступа разрабатываемых проектов к сети Интернет, отправка и получение ими данных с использованием популярных облачных IoT сервисов: Narodmon, ThingSpeak, Xively, Weaved, Blynk, Wyliodrin и др. Уделено внимание обмену данными с помощью платы GPRS/GSM Shield. Рассмотрен проект создания собственного сервера для сбора по сети данных с различных устройств на платформе Arduino. Показано как использовать фреймворк WebIOPi для работы с Raspberry Pi. Приведены примеры использования Wi-Fi-модуля ESP8266 в проектах "Умный дом". На сайте издательства размещен архив с исходными кодами программ и библиотек.

Издательство: БХВ-Петербург.
Мягкая обложка, 320 стр.
ISBN 978-5-9775-3646-2

Найти в магазинах со скидкой

Содержание

Глава 1. Интернет вещей (вместо введения) ............................................................. 7
Глава 2. Среда программирования Arduino IDE ...................................................... 9
2.1. Установка Arduino IDE .......................................................................................................... 10
2.1.1. В ОС Windows .............................................................................................................. 10
2.1.2. В ОС Linux .................................................................................................................... 12
2.1.3. В Mac OS X ................................................................................................................... 13
2.2. Настройка Arduino IDE .......................................................................................................... 13
Глава 3. Среда разработки Fritzing ............................................................................ 17
3.1. Загрузка и установка среды Fritzing ...................................................................................... 17
3.2. Главное окно среды Fritzing................................................................................................... 17
3.3. Создание схемы соединений .................................................................................................. 20
3.4. Создание принципиальной схемы ......................................................................................... 21
3.5. Добавление компонентов в среду Fritzing ............................................................................ 22
Глава 4. Arduino и аналоговые датчики................................................................... 25
4.1. Аналоговые датчики (сенсоры) ............................................................................................. 25
4.2. Arduino и датчик температуры LM335 ................................................................................. 27
4.3. Arduino, Ethernet Shield/W5100 и облачные сервисы .......................................................... 29
4.3.1. Отправка данных на сайт «Народный мониторинг».................................................. 33
4.3.2. Чтение данных с фоторезистора ................................................................................. 39
4.3.3. Отправка данных в сервис ThingSpeak ....................................................................... 41
4.4. Arduino и инфракрасные датчики расстояния SHARP ........................................................ 49
4.4.1. Подключение датчиков Sharp к Arduino ..................................................................... 51
4.4.2. Подсчет количества посетителей магазина ................................................................ 53
4.4.3. Приложение ThingTweet сервиса ThingSpeak ............................................................ 55
4.4.4. Отправка данных о количестве посетителей в Twitter из Arduino ........................... 57
Глава 5. Использование Arduino в качестве контроллера исполнительных устройств ..... 63
5.1. Arduino и электромагнитное реле ......................................................................................... 63
5.1.1. Электромагнитное реле ................................................................................................ 63
5.1.2. Устройство и принцип работы электромагнитного реле .......................................... 64
5.1.3. Подключение реле к Arduino ....................................................................................... 65
5.2. Arduino и твердотельное реле ................................................................................................ 67
5.3. Arduino и диммер .................................................................................................................... 68
5.3.1. Диммер .......................................................................................................................... 68
5.3.2. Подключение диммера к Arduino ................................................................................ 69
5.3.3. Скетч управления диммером ....................................................................................... 70
5.4. Arduino и сервоприводы ......................................................................................................... 72
5.4.1. Принципы управления сервоприводами..................................................................... 73
5.4.2. Управление сервоприводом c помощью Arduino ...................................................... 75
5.5. Arduino и библиотека TinyWebServer ................................................................................... 77
5.5.1. Использование файлов с SD-карты для формирования веб-страниц ....................... 78
5.5.2. Включение/выключение реле с веб-страницы ........................................................... 79
5.5.3. Веб-cтраница для управления реле ............................................................................. 80
5.5.4. Веб-страница для управления сервоприводом ........................................................... 85
Глава 6. Arduino и устройства I2C ............................................................................. 89
6.1. Обзор протокола I2C ............................................................................................................... 89
6.2. Arduino и библиотека Wire .................................................................................................... 93
6.3. Arduino и датчик освещенности BH1750 на шине I2C ......................................................... 96
6.4. Arduino и сервис Xively .......................................................................................................... 99
6.4.1. Отправка данных в сервис Xively ............................................................................. 102
6.4.2. Получение данных из сервиса Xively ....................................................................... 105
6.5. Arduino и датчик влажности и температуры SHT21 на шине I2C ..................................... 107
6.6. Arduino и сервис Xively (продолжение) .............................................................................. 110
6.6.1. Отправка мультиданных в сервис Xively ................................................................. 110
6.6.2. Получение мультиданных из сервиса Xively ........................................................... 113
6.7. Arduino и часы реального времени на шине I2C ................................................................ 116
6.8. Arduino и SD-карта: чтение и запись данных ..................................................................... 121
Глава 7. Arduino и 1-Wire .......................................................................................... 125
7.1. Технология 1-Wire ................................................................................................................ 125
7.2. Применение 1-Wire ............................................................................................................... 128
7.3. Интерфейс 1-Wire ................................................................................................................. 129
7.3.1. Обмен информацией по шине 1-Wire ....................................................................... 130
7.3.2. Протокол обмена информацией 1-Wire .................................................................... 133
7.4. Arduino и цифровой датчик температуры DS18B20 .......................................................... 135
7.4.1. Цифровой датчик температуры DS18B20 ................................................................ 135
7.4.2. Использование библиотеки OneWire для получения данных температуры с датчика DS18B20 ............ 138
Глава 8. Сервер для сбора данных с Ethernet-модулей датчиков, установленных на Arduino ............... 141
8.1. Датчики влажности DHT11 и DHT22 ................................................................................. 141
8.1.1. Подключение датчиков DHT к Arduino .................................................................... 143
8.1.2. Библиотека DHT ......................................................................................................... 143
8.2. Модуль датчика движения HC-SR501 ................................................................................ 145
8.3. Модуль датчика звука FC-04 ............................................................................................... 148
8.4. Ethernet-модуль датчиков на Arduino .................................................................................. 149
8.5. Сервер сбора данных ............................................................................................................ 153
Глава 9. Обмен данными с помощью платы GPRS/GSM Shield ........................ 157
9.1. Отправка и получение SMS-сообщений ............................................................................. 159
9.2. Отправка данных на сайт «Народный мониторинг» .......................................................... 162
Глава 10. Проект Blynk: управление Arduino с планшета .................................. 169
10.1. Начало работы: тестовый пример ..................................................................................... 170
10.2. Управление с планшета исполнительными устройствами, подключенными к Arduino........................ 178
10.3. Отправка данных из Arduino на экран планшета ............................................................. 181
Глава 11. Микрокомпьютер Raspberry Pi .............................................................. 187
11.1. Технические характеристики и возможности Raspberry Pi ............................................. 188
11.2. Установка операционной системы .................................................................................... 191
11.3. Первоначальная настройка ОС Raspbian .......................................................................... 194
11.3.1. Меню конфигурации .............................................................................................. 194
11.3.2. Настройка сетевых параметров ............................................................................. 196
11.3.3. Настройка доступа по Wi-Fi .................................................................................. 196
11.3.4. Подключение 3G-модема ...................................................................................... 199
11.4. Интерфейс GPIO ................................................................................................................. 203
11.4.1. Управление GPIO из оболочки bash ..................................................................... 206
11.4.2. Управление GPIO командами языка Python ........................................................ 206
11.5. Raspberry Pi и датчик температуры DS18B20 на шине 1-Wire ....................................... 209
11.5.1. Подключение датчика DS18B20 к Raspberry Pi ................................................... 209
11.5.2. Отправка данных с датчика DA18B20 в сервис «Народный мониторинг» ....... 212
11.6. Raspberry Pi и датчик освещенности BH1750 на шине I2C ............................................. 215
11.6.1. Подключение датчика BH1750 к Raspberry Pi ..................................................... 215
11.6.2. Получение на Raspberry Pi данных с датчика BH1750........................................ 217
Глава 12. WebIOPi — веб-интерфейс и облако для Raspberry Pi ...................... 219
12.1. Установка WebIOPi на ОС Raspbian ................................................................................. 219
12.2. Задание пользовательского пароля WebIOPi ................................................................... 221
12.3. Настройка сервера WebIOPi .............................................................................................. 222
12.4. Javascript-библиотека webiopi.js ........................................................................................ 223
12.4.1. Функции библиотеки webiopi.js ............................................................................ 224
12.5. Проект управления веб-камерой на сервоприводах ........................................................ 230
12.6. WebIOPi — подключение устройств ................................................................................ 236
12.7. Доступ к устройству из сервиса Weaved .......................................................................... 238
12.7.1. Установка сервиса Weaved .................................................................................... 238
12.7.2. Подключение к Raspberry Pi в сервисе Weaved ................................................... 242
Глава 13. Проект Wyliodrin: управление удаленными устройствами из браузера ....... 245
13.1. Добавление устройства в профиль .................................................................................... 246
13.2. Запись образа Wyliodrin на SD-карту... ............................................................................. 247
13.2.1. ...в ОС Windows ...................................................................................................... 248
13.2.2. ...в ОС Linux ............................................................................................................ 249
13.2.3. ...в Mac OS............................................................................................................... 250
13.2.4. ...в ОС Raspbian ...................................................................................................... 250
13.3. Запись на SD-карту настроек Wyliodrin ............................................................................ 250
13.4. Подключение Raspberry Pi к Wyliodrin ............................................................................. 251
13.5. Создание приложения в графической среде программирования ................................... 253
13.6. Включение/выключение светодиода c веб-страницы ...................................................... 257
13.7. Подключение платы Arduino к сервису Wyliodrin... ........................................................ 259
13.7.1. ...с помощью библиотеки Firmata ......................................................................... 259
13.7.2. ...без использования библиотеки Firmata ............................................................. 266
13.8. Совместная работа Raspberry Pi и платы GrovePi ............................................................ 270
13.9. Обмен сообщениями между платами Raspberry Pi через сервис Wyliodrin................... 274
13.10. Отправка данных в сервис Wyliodrin с мобильного устройства ................................... 277
Глава 14. Wi-Fi модуль ESP8266 .............................................................................. 283
14.1. Режим AT-команд ............................................................................................................... 284
14.2. Прошивка NodeMCU .......................................................................................................... 289
14.2.1. Запуск веб-сервера ................................................................................................... 291
14.2.2. Подключение к ESP8266 модулей датчиков средствами языка Lua .................... 292
14.3. Проект Home`s Smart .......................................................................................................... 294
14.3.1. Прошивка и первоначальная настройка модуля ESP8266 .................................. 296
14.3.2. Обновление прошивки через Интернет ................................................................ 300
14.3.3. Подключение датчиков к модулю ESP8266 ......................................................... 300
Подключение датчика температуры DS18B20 .................................................... 300
Подключение датчика влажности DHT11 (DHT22) ............................................ 302
Подключение I2C-датчика освещенности BH1750 .............................................. 302
14.4. Отправка данных с модуля ESP8266 на сайт «Народный мониторинг» ........................ 306
14.5. Отправка данных с модуля ESP8266 в сервис ThingSpeak ............................................. 307
14.6. Подключение дисплея WH1602 к плате модуля ESP8266 .............................................. 310
14.7. Управление выводами GPIO модуля ESP8266 ................................................................. 311
14.8. Работа с прерываниями модуля ESP8266 ......................................................................... 312
14.9. Управление каналами ШИМ модуля ESP8266 ................................................................ 313
14.10. Планировщик задач модуля ESP8266 ............................................................................. 314
Заключение ................................................................................................................... 315
Приложение. Описание электронного архива ....................................................... 316
Предметный указатель .............................................................................................. 317

Internet of Things (IoT, Интернет вещей) — это концепция «умного дома», где все (или многие) бытовые приборы и системы управляются через Интернет.

Идея Интернета вещей впервые возникла еще в 1999 году у Кевина Эштона — исследователя из Массачусетского технологического института (MIT), предложившего тогда концепцию системы управления через Интернет промышленными объектами. Интернет вещей предполагает оснащение каждого устройства, будь то пылесос, холодильник или стиральная машина, модулем подключения к Интернету с возможностью взаимодействия его с домашним компьютером или смартфоном домовладельца.

С появлением Интернета вещей автоматически решится множество самых разных проблем: от индивидуального комфорта и безопасности, когда «умный» дом будет оценивать и контролировать собственное состояние, до ликвидации пробок на дорогах, когда машины сами станут договариваться со светофорами об оптимальном трафике. Холодильники смогут следить за просроченными продуктами, лекарства подскажут время приема, портфель в дождливую погоду напомнит хозяину, что тот забыл зонтик, а автомобиль сам выдержит безопасную дистанцию в потоке машин и покажет, где и как лучше припарковаться.

Интернет вещей — это не только множество различных приборов и датчиков, объединенных между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключенных к сети Интернет, а более тесная интеграция реального и виртуального миров, в котором общение осуществляется между людьми и устройствами.

В этой книге мы познакомимся с практическими примерами создания простейших устройств для Интернета вещей на базе популярного контроллера Arduino и микрокомпьютера Raspberry Pi. Чтобы Arduino и Raspberry Pi стали полноценными устройствами для Интернета вещей, их необходимо оснастить датчиками и исполнительными устройствами и предоставить им доступ к сети Интернет. Соответственно, мы рассмотрим работу Arduino и Raspberry Pi c различными датчиками и устройствами, а также организацию доступа их к сети с дальнейшей отправкой данных в известные облачные сервисы и получением их оттуда.

А последняя, 14-я, глава книги посвящена использованию в качестве устройства для Интернета вещей нового, но быстро набирающего популярность Wi-Fi-модуля ESP8266.