O IoT feito simples: Monitorando múltiplos sensores

Alguns meses atrás, publiquei aqui um tutorial sobre o monitoramento de temperatura usando o DS18B20, um sensor digital que se comunica através de um barramento de um único fio (bus do tipo “1-wire”), sendo os dados enviados pela à internet com a ajuda de um módulo NodeMCU e o aplicativo Blynk:

O IoT feito simples: Monitorando a temperatura desde qualquer lugar

Mas o que passamos por cima naquele tutorial, foi uma das grandes vantagens desse tipo de sensor que é a possibilidade de coletar dados múltiplos, provenientes de vários sensores conectados ao mesmo barramento de 1 fio (“1-wire”). E agora é hora de também explorá-lo.

Vamos expandir o que foi desenvolvido no último tutorial, monitorando agora dois sensores DS18B20, configurados um em Celsius e outro em Fahrenheit (isto somente para explorar a biblioteca, poderiam ser os dois configurados para Celsius). Os dados serão enviados para uma aplicação Blynk, conforme mostra o diagrama de blocos acima.

• NodeMCU ESP 12-E (*)
• 2 X DS18B20 Temperature Sensor
• 1 x Resistor de 4.7K Ohms
• BreadBoard
• fios

(*) Qualquer tipo de dispositivo ESP pode ser usado aqui. Os mais comuns são o ESP-01 e o NodeMCU (V2 ou V3). Ambos sempre funcionarão bem. Brevemente publicarei um post explorando também o novíssimo ESP32.

Usaremos neste tutorial uma versão impermeabilizada do sensor DS18B20, a qual é muito útil para se medir remotamente temperaturas remota em condições adversas, por exemplo em um solo úmido. O sensor está isolado e segundo o fabricante, pode medir até 125oC (apesar que a Adafrut não recomenda seu uso em temperaturas superiores a 100oC, devido ao revestimento de PVC do cabo).O DS18B20 é um sensor digital o que torna ideal so seu uso em longas distâncias! Estes sensores digitais de temperatura de apenas 1 fio, são bastante precisos (± 0,5 °C em grande parte da faixa) fornecendo até 12 bits de precisão a partir de seu conversor digital-analógico integrado. Eles funcionam muito bem com a família ESP8266, pois utilizam apenas um único pino digital, podendo ser conectados múltiplos sensores neste mesmo pino, pois cada um dos sensores possui um único ID de 64 bits gravado de fábrica para diferenciá-los.

O sensor funciona de 3.0 a 5.0V, o que significa que ele pode ser alimentado diretamente de um dos pinos de 3.3V do NodeMCU.

O sensor possui 3 fios:

• Preto: GND
• Vermelho: VCC
• Amarelo: 1-Wire Data

Os dados completos do sensor podem ser encontrados no link: DS18B20 Datasheet

1. Conecte os 3 fios de cada sensor no Mini Breadboard, conforme mostrado na foto acima. Usei conectores especiais para melhor fixação do sensor.
2. Observe que ambos os sensores estão em paralelo. Se você tiver mais de 2 sensores, você deve fazer o mesmo.
3. Conecte o cabo vermelho ==> NodeMCU Pin 3.3V
4. Conecte o cabo preto ==> NodeMCU Pin GND
5. Conecte o cabo amarelo ==>NodeMCU Pin  D4
6. Use um resistor de 4.7K ohm entre VCC (3.3V) e Dados (D4)

Para se poder utilizar o DS18B20 com o IDE do Arduino e o ESP8266, será necessário a instalação de duas bibliotecas:

1. OneWire
2. DallasTemperature

Instale ambas bibliotecas no diretório de bibliotecas do Arduino IDE.

Observe que a biblioteca OneWire DEVE OBRIGATORIAMENTE ser a especialmente modificada para ser utilizada com o ESP8266, caso contrário ocorrerá erro durante a compilação. Você encontrará a última versão no link acima.

Para testar os sensores, baixe de meu GitHub, o arquivo:

NodeMCU_DS18B20_Dual_Se nsor_test.ino

/**************************************************************
 * Multiple Temperature Sendor Test
 * 
 *  2 x OneWire Sensor: DS18B20
 *  Connected to NodeMCU D4 (or Arduino Pin 2)
 * 
 * Developed by Marcelo Rovai - 25 August 2017
 **************************************************************/

#include 
#include 
#define ONE_WIRE_BUS 2 // DS18B20 on NodeMCU pin D4 
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  DS18B20.begin();
  Serial.println("Testing Dual Sensor data");
}

void loop() {
  float temp_0;
  float temp_1;
  DS18B20.requestTemperatures(); 
  temp_0 = DS18B20.getTempCByIndex(0); // Sensor 0 will capture Temp in Celcius
  temp_1 = DS18B20.getTempFByIndex(1); // Sensor 0 will capture Temp in Fahrenheit

  Serial.print("Temp_0: ");
  Serial.print(temp_0);
  Serial.print(" oC . Temp_1: ");
  Serial.print(temp_1);
  Serial.println(" oF");
  delay(1000);
}

Olhando para o código acima, podemos notar que as linhas mais importantes são:

  temp_0 = DS18B20.getTempCByIndex(0); // Sensor 0 will capture Temp in Celcius
  temp_1 = DS18B20.getTempFByIndex(1); // Sensor 0 will capture Temp in Fahrenheit

A primeira linha retornará um valor para o Sensor[0]. que é o sensor mais próximo fisicamente ao pino D4 (veja o “índice (0)”). O valor retornará em Celsius (veja a parte do código: “getTempC”).

A segunda linha está relacionada com sensor seguinte (Sensor[1]) e retornará dados em Fahrenheit. Você poderia ter aqui “n” sensores, desde que defina um “índice” diferente para cada um deles.

Utilizei um sensor em Fahrenheit e outro em Celsius apenas para mostrar que é possível fazê-lo diretamente da biblioteca. Em casos reais, ambos os sensores coletaram dados de diferentes tipos, mas normalmente usando o mesmo tipo de medição.

Carregue agora o código em seu NodeMCU e monitore a temperatura utilizando o Serial Monitor.

A foto acima mostra o resultado esperado. Segure cada um dos sensores em sua mão, você deve ver a temperatura subir.

Depois de começar a capturar dados de temperatura, é hora de vê-los á partir de qualquer lugar. Vamos fazer isso utilizando-se do App Blynk. Assim, todos os dados capturados serão exibidos em tempo real em seu dispositivo móvel (também construiremos um depósito histórico para isso).

Siga as etapas abaixo:

1. Crie um novo projeto.
2. Dê um nome (em meu caso “Dual Temperature Monitor”)
3. Selecione New Device – ESP8266 (WiFi) como “Meus dispositivos”
4. Copie o AUTH TOKEN para ser utilizado em seu código (você pode enviá-lo diretamente para o e-mail que tenha cadastrado no Blynk).
5. Inclui dois Widgets “Gauge”, definindo:
   • Pino virtual a ser usado com cada sensor: V10 (Sensor [0]) e V11 (Sensor [1])
   • A faixa de temperatura: -5 a 100 oC para Sensor [0]
   • A faixa de temperatura: 25 a 212 oC para Sensor [1]
   • A frequência para ler dados: 1 segundo
6. Inclui um widget “Gráfico de histórico”, definindo V10 e V11 como pinos virtuais
7. Pressione “Play” (o triângulo no canto direito acima)

A aplicação Blynk irá dizer-lhe que o NodeMCU está fora de linha. É hora de carregar o código completo no seu IDE Arduino. Você pode obtê-lo aqui:

NodeMCU_Dual_Sensor_Blynk_Ext.ino

Altere os dados “dummy”, entrando com suas próprias credenciais.

/* Blynk credentials */
char auth[] = "YOUR BLYNK AUTH CODE HERE";

/* WiFi credentials */
char ssid[] = "YOUR SSID";
char pass[] = "YOUR PASSWORD";

E pronto!

Abaixo do código completo. Basicamente é o código anterior, onde inserimos os parâmetros Blynk e funções específicas.

Observe as 2 últimas linhas do código, essas são as mais importantes aqui. Se você tiver mais sensores coletando dados, você também deve ter novas linhas equivalentes a estas (com os novos pinos virtuais pertinentes definidos).

/**************************************************************
 * IoT Multiple Temperature Monitor with Blynk
 * Blynk library is licensed under MIT license
 * This example code is in public domain.
 * 
 * Multiple OneWire Sensor: DS18B20
 * Developed by Marcelo Rovai - 25 August 2017
 **************************************************************/

/* ESP & Blynk */
#include 
#include 
#define BLYNK_PRINT Serial    // Comment this out to disable prints and save space

/* Blynk credentials */
char auth[] = "YOUR BLYNK AUTH CODE HERE";

/* WiFi credentials */
char ssid[] = "YOUR SSID";
char pass[] = "YOUR PASSWORD";

/* TIMER */
#include 
SimpleTimer timer;

/* DS18B20 Temperature Sensor */
#include 
#include 
#define ONE_WIRE_BUS 2 // DS18B20 on arduino pin2 corresponds to D4 on physical board
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature DS18B20(&oneWire);
int temp_0;
int temp_1;

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  Blynk.begin(auth, ssid, pass);
  DS18B20.begin();
  timer.setInterval(1000L, getSendData);
  Serial.println(" ");
  Serial.println("Testing Dual Sensor data");
}

void loop() 
{
  timer.run(); // Initiates SimpleTimer
  Blynk.run();
}

/***************************************************
 * Send Sensor data to Blynk
 **************************************************/
void getSendData()
{
  DS18B20.requestTemperatures(); 
  temp_0 = DS18B20.getTempCByIndex(0); // Sensor 0 will capture Temp in Celcius
  temp_1 = DS18B20.getTempFByIndex(1); // Sensor 0 will capture Temp in Fahrenheit

  Serial.print("Temp_0: ");
  Serial.print(temp_0);
  Serial.print(" oC . Temp_1: ");
  Serial.print(temp_1);
  Serial.println(" oF");
   
  Blynk.virtualWrite(10, temp_0); //virtual pin V10
  Blynk.virtualWrite(11, temp_1); //virtual pin V11
}

Uma vez que o código esteja carregado e em execução, verifique o aplicativo Blynk.

Você deverá ver algo parecido como o mostrado na tela de meu iPhone acima.

“Saludos desde el sur del mundo!”

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Até meu próximo tutorial!

Obrigado

Marcelo