IoT feito simples: Controlando servos com o NodeMCU e o Blynk

Neste tutorial, exploraremos como controlar um servo através da Internet. Para isso, lançaremos mão de uma importante dupla de dispositivos no mundo do IoT:
o NodeMCU ESP12-E e o Blynk.

Começaremos por aprender como conectar um servo com o NodeMCU, como controlá-lo localmente com um potenciômetro, como ver sua posição em um display e finalmente como controlá-lo através da internet usando um smartphone.

O diagrama de blocos abaixo nos dá uma visão geral do projeto final.

Servo Control Block Diagram

 

E o vídeo, mostrará o projeto funcionando:

1. BoM (Lista de materiais)

BoM
Valores em USD, apenas para referência.

2. Conectando o servo e o potenciômetro

IMG_1573.jpg

 

A primeira coisa que faremos é configurar o NodeMCU para lidar com o Servo, controlando-o através de um potenciômetro de 10K ohm.

Servo-Pot Block Diagram

Cuidado! O NodeMCU é alimentado com 5V, mas todos os seus GPIOs trabalham com um nível de 3.3V.

Dividiremos os barramentos de alimentação do Breadboard, deixando um para 5V e o outro para 3.3V. Para isso, usaremos uma fonte de alimentação específica para Breadboards como a mostrada no diagrama elétrico abaixo:

Servo Circuit 1

NOTA: Durante a fase de desenvolvimento (PC ligado à NodeMCU via porta USB), não é necessário ligar o pino Vin a + 5V (fio vermelho no diagrama), uma vez que a energia será fornecida pelo computador. Deixe-o desconectado.

Para o controle do servo, usaremos a biblioteca: Servo.h :

#include <Servo.h>   // Include the library
Servo servo1;        // Name it "servo1"
#define servo1Pin D2 // Define the NodeMCU pin to attach the Servo

Durante setup(), a variável servo1 deve ser iniciada:

servo1.attach(servo1Pin);

O potenciômetro de 10K funcionará como um divisor de tensão, alterando o nível da entrada analógica no NodeMCU (A0) de 0 a 3.3V. Internamente, o ADC de 10 bits (Conversor Analógico-Digital) gerará um valor digital correspondente (de 0 a 1023), armazenado na variável potReading, equivalente à entrada de tensão analógica.

potReading = analogRead(A0);

Devemos “mapear” esse valor digital, para que a saída digital modulada por largura de pulso (PWM) do pino D2 varie de 0 a 180 (variável servo1Angle).

servo1Angle = map(potReading, 0, 1023, 0, 180);

O servo girará de 0 a 180 graus, utilizando-se do comando abaixo:

servo1.write(servo1Angle); 

A posição do Servo em graus será exibida, durante esta fase de teste, no Monitor Serial:

Serial.println(servo1Angle);

O codigo completo para os testes com o servo, poderá ser descarregado desde meu GitHub:

NodeMCU_Servo_Control_Test

O vídeo abaixo mostra os testes sendo realizados com o servo:

3. Instalando um display

Let's Display!

 

Esta bem utilizar o Serial Monitor durante os testes, mas o que acontecerá quando você estiver utilizando seu protótipo longe de seu PC em modo autônomo? Para isso, instalaremos um display do tipo OLED, o nosso velho conhecido: SSD1306, cujas principais características são:

  • Tamanho da tela: 0.96 “
  • Comunicação Serial I2C IIC SPI
  • 128X64
  • Display de caracteres na cor branca

Conecte os pinos do OLED ao NodeMCU, conforme descritos abaixo e no diagrama elétrico acima:

  • SDA    ==> D1 (5)
  • SCL * ==> D2 (4) * Você também poderá encontrar “SDC” ao invés de SCL
  • VCC   ==> 3.3V ou 5V
    GND ==> GND

O SSD1306 pode ser alimentado tanto com 5V quanto com 3.3V. Usaremos 3.3V fornecidos externamente para não sobrecarregar o NodeMCU.

Depois de conectar o OLED, deveremos baixar e instalar sua biblioteca no IDE do Arduino. Usaremos a biblioteca gráfica desenvolvida por Daniel Eichhorn.  Entre no link abaixo e descarregue a biblioteca, instalando-a no IDE do Arduino:

https://github.com/squix78/esp8266-oled-ssd1306

Certifique-se de usar a versão 3.0.0 ou maior!

Depois de reiniciado o IDE, a biblioteca já deverá estar instalada.

A biblioteca suporta o protocolo I2C para acessar a modulo OLED, usando a biblioteca Wire.h:

#include <Wire.h>   
#include "SSD1306.h"
SSD1306  display(ADDRESS, SDA, SDC);

Listaremos apenas algumas API mais importantes, as quais serão utilizadas com o OLED.

A lista completa poderá ser encontrada no GITHub fornecido anteriormente neste tópico.

A. Controle de exibição do display:

void init(); // Initialise the display
void displayOn(void); // Turn the display on
void displayOff(void); // Turn the display offs
void clear(void); // Clear the local pixel buffer
void flipScreenVertically(); // Turn the display upside down

B. Operações com texto:

void drawString(int16_t x, int16_t y, String text); // (xpos, ypos, "Text")
void setFont(const char* fontData);  // Sets the current font.

Fonts disponíveis:

  • ArialMT_Plain_10,
  • ArialMT_Plain_16,
  • ArialMT_Plain_24

IMG_1582.jpg

Uma vez que tenhamos instalado o OLED e sua biblioteca, devemos utilizar um programa simples para testá-lo. Digite o código abaixo em seu IDE, o resultado deverá ser como o mostrado na foto acima:

/*NodeMCU */
#include <ESP8266WiFi.h>

/* OLED */
#include "SSD1306Wire.h"
#include "Wire.h"
const int I2C_DISPLAY_ADDRESS = 0x3c;
const int SDA_PIN = 0;
const int SCL_PIN = 2;
SSD1306Wire display(I2C_DISPLAY_ADDRESS, SDA_PIN, SCL_PIN);

void setup () 
{
  Serial.begin(115200); 
  displaySetup();
}

void loop() 
{ 
}

/* Initiate and display setup data on OLED */
void displaySetup()
{
  display.init();         // initialize display
  display.clear();        // Clear display
  display.display();      // Put data on display
  
  Serial.println("Initiating Display Test");
  
  display.setFont(ArialMT_Plain_24);
  display.drawString(30, 0, "OLED");  // (xpos, ypos, "Text")
  display.setFont(ArialMT_Plain_16);
  display.drawString(18, 29, "Test initiated");
  display.setFont(ArialMT_Plain_10);
  display.drawString(10, 52, "Serial BaudRate:");
  display.drawString(90, 52, String(11500));
  display.display();  // Put data on display
  delay (3000);
}

Se desejar, o codigo acima poderá ser descarregado de meu GitHub:

NodeMCU_OLED_Test

4. Mostrando a posição do servo no OLED

Showing the Servo Position in the OLED Display

 

Agora “misturemos” os 2 códigos anteriores, assim poderemos não apenas controlar a posição do servo utilizando-se do potenciômetro, mas também ver sua posição na tela do OLED.

O código completo poderá ser baixado desde meu GitHub:

NodeMCU_Servo_Control_Test_OLED

E o resultado verificado no video abaixo:

5. Criando a App Blynk para o controle do servo

IMG_1593.jpg

 

Basicamente, precisaremos alterar o código anterior, incluindo a parte referente ao Blynk mostrada a seguir:

#include <BlynkSimpleEsp8266.h>
char ssid [] = "YOUR SSID";
char pass [] = "YOUR PASSWORD";
char auth [] = "YOUR AUTH TOKEN"; // Servo Control Project

/* Reads slider in the Blynk app and writes the value to "potReading" variable */
BLYNK_WRITE(V0) 
{
  potReading = param.asInt();
}

/* Display servo position on Blynk app */
BLYNK_READ(V1) 
{
  Blynk.virtualWrite(V1, servo1Angle);
}

void setup () 
{
  Blynk.begin(auth, ssid, pass);
}

void loop() 
{
  Blynk.run();
}

Deveremos definir um pino virtual V0, onde o Blynk irá “escrever” (ou “comandar”) a posição de servo, da mesma forma que fizemos com o potenciômetro. Na app do Blynk, usaremos um “Slider” (com saída definida de 0 a 1023) que usaremos para comandar a posição do servo.

Outro pino virtual, V1, será utilizado para “ler” a posição do servo, da mesma forma que fazemos com o OLED. Na app do Blynk, usaremos um “Display” (com saída definida de 0 a 180) onde mostraremos a posição do servo.

Blynk

As fotos acima mostram as telas referents ao app do Blynk.

Voce poderá descarregar o programa complete desde meu GitHub:

NodeMCU_Servo_Ctrl_Blynk_EXT

6. Conclusão

Como sempre, espero que este projecto possa ajudar outros a encontrarem o seu caminho no emocionante mundo da electrônica, robótica e do IoT!

Visite o meu depositário de arquivos no GitHub para obter os arquivos atualizados:

IoT-Servo-Control

Não deixem de visitar e seguir minha página: MJRoBot.org no Facebook

Saludos desde el sur del mundo!

Até o próximo post!

Obrigado

Marcelo

Anúncios

Deteção de cores com o Arduino

Neste tutorial, exploraremos como ler cores usando um Arduino e sensores como o TCS 3200. A idéia será detectar a cor de um objeto, exibindo-a em um LCD. Este tutorial é a primeira parte de um projeto maior, um braço robótico que decide que operação executar a partir da cor de uma peça.

O diagrama de blocos abaixo mostra os principais componentes:

Color Detector Block Diagram

O vídeo abaixo mostra como ficará o projeto final:

1: Lista de materiais (BoM)

Os links e preços abaixo são apenas para referência.

  1. Arduino Nano (US$ 8.00)
  2. TCS3200 Color Sensor Module (US$ 9.00)
  3. IIC/I2C/TWI 1602 Serial Blue Backlight LCD Module (US$ 8.00)
  4. Breadboard (US$ 2.00)
  5. Cables

2: O sensor TSC 3200

The TSC 3200 Color Sensor

Como descrito en seu Datasheet, O TCS3200 é um conversor programável de luz (cor) em frequência que combina fotodiodos de silício configuráveis e um conversor de corrente em frequência, tudo encapsulado em um único circuito integrado do tipo CMOS.

A saída é um sinal do tipo “onda quadrada” (ciclo de trabalho de 50%) cuja freqüência é diretamente proporcional à intensidade da luz (irradiance). A frequência de saída pode ser escalonada por um dos três valores predefinidos através de dois pinos de entrada de controle (S0 e S1).

Entradas e saída digitais permitem interface direta com um microcontrolador ou outros circuitos lógicos.
TSC3200 Diagram
Output enable (OE) coloca a saída no estado de alta impedância para a partilha de múltiplas unidades de uma linha de entrada do microcontrolador. No TCS3200, o conversor de luz em frequência lê uma matriz 8 x 8 de fotodíodos. O OE (Enable) deve ser conectado a GND (LOW).
  • 16 fotodiodos têm filtros azuis,
  • 16 fotodiodos têm filtros verdes,
  • 16 fotodiodos têm filtros vermelhos e
  • 16 fotodiodos são claros sem filtros.

Os pinos S2 e S3 são usados para selecionar qual grupo de fotodíodos (vermelho, verde, azul ou claro) está ativo. Os fotodiodos têm um tamanho de 110 μm x 110 μm e estão em centros de 134 μm.

O Sensor deve ser alimentado entre 2.7 e 5.5VDC. Usaremos a saída 5V do Arduino para alimentar o sensor.

Para usar corretamente o sensor, vamos instalar um pequeno anel de borracha para isolar o sensor da luz lateral. Eu usei cola quente para corrigi-lo.

Sensor with ring

3: Conectando o HW

Connecting the HW
  1. Instale o Arduino Nano no BreadBoard
  2. Conecte a saída de 5V e GND do Nano 5Va ambos Power Rails do BreadBoard
  3. Conecte o sensor TSC3200 como descrito abaixo:
    • S0     ==> Nano pin D4
    • S1     ==> Nano pin D5
    • S2     ==> Nano pin D6
    • S3     ==> Nano pin D7
    • OUT ==> Nano Pin D8
    • EN    ==> GND
    • VCC  ==> +5V
    • GND ==> GND
  4. Conecte o I2C LCD 2/16 Serial Display como abaixo:
    • SDA ==> Nano Pin A4
    • SCL ==> Nano Pin A5

4: O código do Arduino

The Arduino Code

A primeira coisa a definir é a escala de freqüência a ser utilizada, tal como definida na tabela mostrada acima. Os pinos S0 e S1 são usados para isso. A escala da freqüência de saída é útil para otimizar as leituras de sensores para vários contadores de freqüência ou microcontroladores. Definiremos S0 e S1 em HIGH (100%), funcionou bem com meu Nano. Já observei em alguns projectos com o UNO, a frequência escalonada em 20%. Teste para ver o melhor em seu caso.

  digitalWrite(s0,HIGH);
  digitalWrite(s1,HIGH);

A próxima coisa a fazer é selecionar a cor a ser lida pelo fotodíodo (vermelho, verde ou azul), usamos os pinos de controle S2 e S3 para isso. Como os fotodiodos são conectados em paralelo, o ajuste de S2 e S3 como LOW ou HIGH em combinações diferentes, permite que você selecione diferentes fotodiodos, como mostrado na tabela acima e definidos no código abaixo:

void readRGB() 
{
  red = 0;
  grn = 0;
  blu = 0;
  int n = 10;
  for (int i = 0; i < n; ++i)
  {
    //read red component
    digitalWrite(s2, LOW);
    digitalWrite(s3, LOW);
    red = red + pulseIn(outPin, LOW);
 
    //read green component
    digitalWrite(s2, HIGH);
    digitalWrite(s3, HIGH);
    grn = grn + pulseIn(outPin, LOW);
 
    //let's read blue component
    digitalWrite(s2, LOW);
    digitalWrite(s3, HIGH);
    blu = blu + pulseIn(outPin, LOW);
  }
  red = red/n;
  grn = grn/n;
  blu = blu/n;
}

Observe que no código acima,  leremos algumas vezes cada um dos componentes RGB, tomando uma média, para que com isso possamos reduzir o erro se algumas leituras forem ruins.

Uma vez de posse dos 3 componentes (RGB), deveremos definir a qual cor equivale. A maneira de fazê-lo é “calibrando-se” previamente o projeto. Você pode usar tanto papel quanto objetos com cores conhecidas e assim ler os 3 componentes gerados por este objeto.

Você pode começar com o meu set-up, mudando os parâmetros para o seu nível de luz:

void getColor()
{ 
 readRGB();
      if (red > 8 && red < 18 && grn > 9 && grn < 19 && blu > 8 && blu < 16) color = "WHITE";  else if (red > 80 && red < 125 && grn > 90 && grn < 125 && blu > 80 && blu < 125) color = "BLACK";  else if (red > 12 && red < 30 && grn > 40 && grn < 70 && blu > 33 && blu < 70) color = "RED";  else if (red > 50 && red < 95 && grn > 35 && grn < 70 && blu > 45 && blu < 85) color = "GREEN";  else if (red > 10 && red < 20 && grn > 10 && grn < 25 && blu > 20 && blu < 38) color = "YELLOW";  else if (red > 65 && red < 125 && grn > 65 && grn < 115 && blu > 32 && blu < 65) color = "BLUE";
 else color = "NO_COLOR";
}

Como você pode ver acima tenho predefinido 6 cores: Branco, Preto, Vermelho, Verde, Amarelo e Azul.

À medida que a luz ambiente diminui, os parâmetros tendem a aumentar de valor.

Dentro do loop (), definimos que as leituras são mostradas no LCD a cada 1 segundo.

O código completo pode ser encontrado no meu GitHub:

https://github.com/Mjrovai/Color-Detector

5: Conclusão

Como sempre, espero que este projeto possa ajudar outras pessoas a encontrar o seu caminho no excitante mundo da eletrônica, robótica e do IoT!

Por favor, visite o meu GitHub para arquivos atualizados: Color Detector

Não deixem de se inscrever no congresso on-line: Tudo sobre IoT, que acontecerá entre 5 e 8 de junho. Estarei fazendo a palestra: “A revolução Maker e o retorno dos dinossauros!” Nos vemos lá!
Iot Congress Banner MR
Saludos desde el sur del mundo!
Até o próximo post!
Um abraço e obrigado.
Marcelo

ArduFarmBot, the book is alive!

A versão em inglês do ArduFarmBot já está na Amazon, mas não se esqueça que a versão original em português também poderá ser adquirida no link: ArduFarmBot (Portuguese Edition)

 

The english version of ArduFarmBot is alive at Amazon.com! You can get it, clicking the bellow banner:

Amazon_book

The book uses the electronic controller ArduFarmBot as a basis for learning how to work in both HW and SW, with: a) LCD and OLED type displays; b) LEDs and buttons; c) Activation of pumps and lamps via relays and d) Sensors such as: DHT22 (temperature and relative air humidity), DS18B20 (soil temperature), YL69 (soil moisture) and LDR (luminosity).

book_pages_2.png

All key stages of the project are documented in detail through explanatory texts, block diagrams, high-resolution color photos, electrical diagrams using Fritzing application, complete codes stored in GitHub and YouTube videos.

book_pages_3

Two versions of the electronic controller ArduFarmBot are developed in detail in the book. From capture of data coming from a garden, such as air and soil temperature, relative humidity, soil moisture and luminosity, the ArduFarmBot helps to control when a crop should receive heat and water. Control will happen automatically, locally and remote via internet

The book is divided into 3 parts.

In the first part, the Arduino Nano is the starting point for development of a local version of ArduFarmBot, that can be controlled both, manually and automatically.

book_pages_4

In the second part, the book dives into automation design, introducing remote operation through the creation of a webpage. The ESP8266-01 is used for Wi-Fi connection, sending data to an important web service in the field of IoT, the ThingSpeak.com.

book_pages_5

In the third part, a second version of ArduFarmBot is developed, introducing the NodeMCU ESP8266-12E, a powerful and versatile IoT device, which replaces both the Arduino Nano and the ESP8266-01, used in the earlier parts of the book.

book_pages_6

In this last part of the book, a new service platform of the IoT universe, the Blynk, is also explored.

book_pages_7

Download the book, give it a review and please use the message board here to give us any comment, suggestion or critic!

Thanks a lot

Saludos desde el sur del mundo!

Marcelo

 

Robô controlado por voz via WiFi

Em meu último tutorial: Controle ativado por voz com Android e NodeMCU, exploramos como desenvolver nossa própria App em um smartphone Android para controlar localmente (usando botões ou voz) dispositivos domésticos inteligentes. Que tal agora, em vez de dispositivos domésticos controlarmos motores? E melhor ainda, que tal ter esses motores movendo um robô? Pois isso, é exatamente o que desenvolveremos aqui, um robô controlado por voz via WiFi e utilizando como microcontrolador nosso velho amigo, o NodeMCU!

O diagrama de blocos abaixo nos dá uma geral sobre o projeto que desenvolveremos aqui:

WiFi_Robot_Block_Diagram

e o filme nos mostra como ficará o projeto:

Por favor, considere que um de meus motores estava com muito pouco torque. Apesar de o resultado parecer estranho, o projeto funciona a contento. Assim que mudar o motor, atualizarei o vídeo. Obrigado.

1: Lista de materiais (BoM)

Valores em USD, apenas para referência.

  1. NodeMCU ESP8266-12E ($8.79)
  2. 400-point Experiment Breadboard Breadboard ($ 4.97)
  3. H-Bridge L293D ($2.17)
  4. Motor Robot Car Chassis Kit ($13.00)
  5. Male-Female Dupont Cables ($1.00)
  6. Portable Charger 5VDC 3000mAh Power Bank ($10.00)
  7. Bateria 9V DC

….. e qualquer telefone ou tablet Android!

2: A Ponte-H L293D

  L293D
Para “drivar” os motores usaremos o L293D.

De acordo com seu Datasheet, o L293D é um controlador do tipo half-H quádruplo de alta corrente. O L293D foi projetado para fornecer correntes bidirecionais de até 600 mA em tensões variando de 4,5 V a 36 V.

Usaremos o CI L293D diretamente com o NodeMCU, em vez de um Shield, como se vê mais comumente em projetos no mercado.

Pois bem, nosso robô terá duas rodas, acionadas por 2 motores DC:

  • Motor esquerdo (LEFT)
  • Motor direito (RIGHT)

NodeMCU_L293D_Block_Diagram

Ligaremos os motores ao L293D e este ao NodeMCU, como mostra o diagrama em blocos anterior, onde 6 de seus GPIOs comandarão esses motores.

int rightMotor2 = 13;   // D7 - right Motor -
int rightMotor1 = 15;   // D8 - right Motor +
int leftMotor2 = 0;     // D3 - left Motor - 
int leftMotor1 = 2;     // D4 - left Motor +
int eneLeftMotor = 12;  // D6 - enable Motor Left
int eneRightMotor = 14; // D5 - enable Motor Right

Por exemplo, para mover o robô para a frente,  girando o motor esquerdo (LEFT) no sentido apropriado, você deve colocar:

  • HIGH no pino D4 (motor esquerdo +) e
  • LOW no pino D3 (motor esquerdo -)

Para o motor direito (RIGHT) você deve fazer o oposto:

  • HIGH no pino D8 (motor direito +) e
  • LOW no pino D7 (motor esquerdo -)

The H-Bridge L293D

Devido à maneira como meus motores são montados, a combinação acima irá girar ambos motores no mesmo sentido, “empurrando” o robô para a frente.

Robot direction.jpg

O diagrama acima define (ou melhor, convenciona) como o robô deverá se mover. Isso é importante para a definição adequada de suas variáveis.

Para controlar a H-Bridge corretamente, você também deverá trabalhar com os pinos de habilitação (“enable”). No exemplo anterior onde o robô se move para a frente, além dos 4 GPIOs discutidos, o robô só funcionaia se os pinos de habilitação (eneLeftMotor e eneRightMotor) estiverem ambos em HIGH. Você poderá conectar esses pinos do L293D (1 e 9) diretamente a + VCC e esquecê-los. Eu não gosto disso, porque se voce necessita por exemplo, parar rapidamente seu robô, esses pinos deveriam estar em necessariamente em LOW. Além disso, associar os pinos de habilitação a saídas PWM do NodeMCU, permitirá também controlar a velocidade do motor. Em nosso exemplo, usaremos estes pinos apenas com valores digitais tais como HIGH e LOW, o que ajustará a velocidade para MAX e ZERO, respectivamente.

Asim, para se criar uma função que conduza nosso robô para a frente, devemos escrever um código como este:

void forwardMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,HIGH);
  digitalWrite(eneRightMotor,HIGH);
    
  digitalWrite(leftMotor1,HIGH);
  digitalWrite(leftMotor2,LOW);
  digitalWrite(rightMotor1,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
}

3: Movendo o robô em outras direções

Na etapa anterior, aprendemos como podemos mover o robô para a frente, pensemos agora como movê-lo em outras direções.
Definamos 5 possíveis comandos:
  1. STOP: Pare
  2. LEFT: Vire à esquerda
  3. RIGHT: Vire à direita
  4. REVERSE: Dê marcha à ré
  5. FORWARD: Vá para a frente

O primeiro comando “STOP” é simples de realizar. Todas as entradas da H-Bridge devem estar em LOW, desta forma os motores não se moverão:

void stopMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,LOW);
  digitalWrite(eneRightMotor,LOW);

  digitalWrite(leftMotor1,LOW);
  digitalWrite(leftMotor2,LOW);
  digitalWrite(rightMotor1,LOW);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
}

Da mesma forma pensemos em fazer o robô tomar outra direção, digamos que “virar à ESQUERDA”. Considere que o robô está indo para a frente, se queremos virar à esquerda podemos pensar em duas situações:

  1. Parar o motor ESQUERDO, mantendo o motor DIREITO no sentido a frente (Forward): o robô executará uma trajetória de arco para a esquerda
  2. Inverter o sentido do motor ESQUERDO, mantendo o motor DIREITO no sentido a frente (Forward): o robô irá girar sobre seu eixo para a esquerda.

Implementemos o caso 2 acima:

void leftMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,HIGH);
  digitalWrite(eneRightMotor,HIGH); 
  
  digitalWrite(leftMotor1,LOW);
  digitalWrite(leftMotor2,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor1,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
}

Os demais comandos seguirão a mesma lógica, como ilustra a tabela abiaxo:

Moving the Robot Around

4: Completando o HW

Completing the HW

Siga o diagrama acima e complete o HW de seu Robô.

Você poderá executar alguns testes simples para verificar que seu código está OK.  Para isto, introduziremos um “botão” para iniciar o seu robô. Vamos instalá-lo na porta D0 do NodeMCU como mostrado no diagrama elétrico anterior.

Você poderá utilizar o programa abaixo para testar os movimentos de seu robô:

// Set Motor Control Pins
int rightMotor2 = 13;    // D7 - right Motor -
int rightMotor1 = 15;    // D8 - right Motor +
int leftMotor2 = 0;    // D3 - left Motor - 
int leftMotor1 = 2;    // D4 - left Motor +
int eneLeftMotor = 12;  // D6 - enable Mortor Left
int eneRightMotor = 14; // D5 - enable Mortor Right

int buttonPin = 16; // D0

void setup()
{
  Serial.begin(115200);

  pinMode(buttonPin, INPUT_PULLUP);
  pinMode(eneLeftMotor, OUTPUT); 
  pinMode(eneRightMotor, OUTPUT); 
  pinMode(leftMotor1, OUTPUT); 
  pinMode(leftMotor2, OUTPUT);  
  pinMode(rightMotor1, OUTPUT);  
  pinMode(rightMotor2, OUTPUT);  

  digitalWrite(eneLeftMotor,LOW);
  digitalWrite(eneRightMotor,LOW);
  digitalWrite(leftMotor1,LOW);
  digitalWrite(leftMotor2,LOW);
  digitalWrite(rightMotor1,LOW);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
      
  while (digitalRead(buttonPin))  // Wait for button to be pressed to move on 
  {  
  }
}

void loop()
{
  forwardMotor();
  delay (5000);
  stopMotor();
  delay (200);
  leftMotor();
  delay (3000);
  stopMotor();
  delay (200);
  forwardMotor();
  delay (5000);
  stopMotor();
  delay (200);
  rightMotor();
  delay (3000);
  stopMotor();
  delay (200);
  reverseMotor();
  delay (5000);
  stopMotor();
  delay (200);
} 

/* command motor forward */
void forwardMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,HIGH);
  digitalWrite(eneRightMotor,HIGH);
    
  digitalWrite(leftMotor1,HIGH);
  digitalWrite(leftMotor2,LOW);
  digitalWrite(rightMotor1,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
}

/* command motor backward */
void reverseMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,HIGH);
  digitalWrite(eneRightMotor,HIGH);
  
  digitalWrite(leftMotor1,LOW);
  digitalWrite(leftMotor2,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor1,LOW);
  digitalWrite(rightMotor2,HIGH);
}

/* command motor turn left */
void leftMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,HIGH);
  digitalWrite(eneRightMotor,HIGH); 
  
  digitalWrite(leftMotor1,LOW);
  digitalWrite(leftMotor2,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor1,HIGH);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
}

/* command motor turn right */
void rightMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,HIGH);
  digitalWrite(eneRightMotor,HIGH);
  
  digitalWrite(leftMotor1,HIGH);
  digitalWrite(leftMotor2,LOW);
  digitalWrite(rightMotor1,LOW);
  digitalWrite(rightMotor2,HIGH);
}

/* command motor stop */
void stopMotor(void)   
{
  digitalWrite(eneLeftMotor,LOW);
  digitalWrite(eneRightMotor,LOW);

  digitalWrite(leftMotor1,LOW);
  digitalWrite(leftMotor2,LOW);
  digitalWrite(rightMotor1,LOW);
  digitalWrite(rightMotor2,LOW);
}

Quando você pressionar o botão, o robô começará a fazer os movimentos definidos no loop (). Os movimentos continuarão até que você pressione “Reset” no NodeMCU. Pressionando o botão “verde” novamente, o ciclo se repetirá.

O código acima poderá ser baixado de meu GitHub:

WiFi_Robot_NodeMCU_Android_Voice_Motor_tests

5: Montando o corpo do robô

body Assembly

  1. Use o Kit: Chassis, 2 Rodas, 2 Motores DC, 1 roda solta (coaster)
  2. Solde 2 fios de 10 cm (Vermelho e Preto) em cada polo do motor
  3. Fixe os motores ao chassi como mostrado na foto acima
  4. Monte o coaster
  5. Conecte os fios do motor à eletrônica (L293D)
  6. Fixe a bateria de 9V ao chassi
  7. Fixe a bateria de 5V sob o chassi

O robô deverá ficar com essa cara:

Body Final

6: Conectando o NodeMCU ao seu WiFi local

Conectemos o NodeMCU ao WiFi local, verificando seu endereço IP. Para isso, podemos utilizar o programa abaixo:

#include 
WiFiClient client;
WiFiServer server(80);
const char* ssid = "YOUR SSID";
const char* password = "YOUR PASSWORD";

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  connectWiFi();
  server.begin();
}

void loop() 
{
}

/* connecting WiFi */
void connectWiFi()
{
  Serial.println("Connecting to WIFI");
  WiFi.begin(ssid, password);
  while ((!(WiFi.status() == WL_CONNECTED)))
  {
    delay(300);
    Serial.print("..");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("NodeMCU Local IP is : ");
  Serial.print((WiFi.localIP()));
}

No monitor serial voce poderá observar o endereço IP dinâmico  designado pelo Modem ao seu NodeMCU.

Connecting the NodeMCU to Local WiFi

Tome nota deste endereço de IP. Precisaremos dele para conectar o App Android.

O código acima poderá ser baixado de meu GitHub:

NodeMCU_Connection_Test_EXT

7: Completando o código fonte para o NodeMCU

Para que nosso robô se mova, o NodeMCU deverá receber comandos provenientes do dispositivo Android. Para tal, definamos uma variável para receber estes comandos:

String  command ="";

Por exemplo, se a aplicação Android enviar como um comando: “forward” (a frente), o robô deverá avançar, invocando-se a função forwardMotor(). Veja abaixo:

if (command == "forward")
{
  forwardMotor();
}

O mesmo conceito deverá ser aplicado a todo os demais comandos e funções associadas tal como vimos no item 4:

  1. STOP: Pare
  2. LEFT: Vire à esquerda
  3. RIGHT: Vire à direita
  4. REVERSE: Dê marcha à ré
  5. FORWARD: Vá para a frente

Baixe o código completo: WiFi_Robot_NodeMCU_Android_Voice_EXT de meu GitHub.

Entre com as credenciais de sua rede local:

const char* ssid = "YOUR SSID";
const char* password = "YOUR PASSWORD";

Carregue o código em seu NodeMCU e pronto! Você poderá verificar no Monitor Serial se o programa está em execução. Deixe o programa em execução para podermos testar o o aplicativo a ser desenvolvido na próxima etapa.

8: A App Android : “Designer Tab”

The Android App:

Usaremos o MIT App Inventor para o desenvolvimento de nossa App Android.

Principais componentes da Screen 1 (veja a foto anterior):

  • User Interface:
    • Input of IP Address
      • TextBox named “IP_Address”
    • 5 Command Buttons:
      • forward
      • reverse
      • right
      • left
      • stop
    • Voice Input Button
      • Voice_Input
  • Non Visible Components:
    • Web1
    • SpeachRecognizer1
    • TextToSpeach1
  • Other:
    • Text Box:
      • Speach_To_Text
    • Label:
      • Comm_Status

                  Screenshot_2017-04-02-14-36-34

9: A App Android: Botões

The Android App: Buttons

Na Tab “Blocks”, deveremos criar 5 Botões, um para cada comando. Todos eles seguirão a estrutura dos blocos acima.

Estes blocos serão chamados quando o botão “forward” (“botão com a seta para cima”) é pressionado.

Quando você clicar no botão, 3 ações serão executadas:

  1. Um comando será enviado no formato: http: / ip_address * / forward
  2. Um “eco” no mesmo formato é esperado
  3. Uma “mensagem” audível será executada pela App: no caso: “forward”

* O IP_Address será a que você digitar no seu App. Por exemplo, se o IP address é 10.1.0.3, a mensagem completa seria: http: /10.0.1.3/forward

Você poderá utilizar qualquer mensagem, ou até mesmo deixar a mensagem vazia.

10: A App Android: Reconhecimento de voz

The Android App: Voice Recognition

Os blocos acima mostram o código de reconhecimento de voz para o nosso aplicativo.

Note que, para qualquer comando de voz inserido, o resultado será um comando em letras minúsculas. Isso facilitará a descodificação do comando pelo NodeMCU.

Por exemplo, se você deseja mover o robô para a frente, uma palavra ou sentença deverá ser enviada para ser interpretada pelo NodeMCU. No exemplo abaixo, o código reconheceria qualquer uma das palavras: “forward”, “frente” ou “a frente “.

if (command == "forward" || command == "frente" || command == "a frente")  
{
  forwardMotor();
}

Assim, por exemplo quando digo “frente”, a App enviará : http: / 10.0.1.10/frente e o NodeMCU tomará o que é recebido após o “/”,  a palavra “frente” que será interpretada como um comando do tipo “forward”. Com este comando, a função forwardMotor () será invocada.

11: A App Android: Manipulação de erros

The Android App: Error Manipulation

Se ocorrer um erro, por exemplo, quando você diz um comando de voz não reconhecido pelo NodeMCU, o bloco acima irá gravar os detalhes do erro na última linha (Comm_Status) do App, conforme mostrado abaixo:

Screenshot_2017-04-02-14-36-50

12: Teste final

Final Test

Você poderá criar seu aplicativo passo a passo, como mostrado nas etapas anteriores ou fazer o upload do meu projeto completo (.aia) no MIT App Inventor, modificando-o de acordo a suas necessidades. Além disso, caso você não tenha experiência no desenvolvimento de aplicativos para Android, poderá executar o arquivo .apk diretamente em seu dispositivo Android.

Ambos, os arquivos .aia e .apk podem ser baixados de meu GitHub:

WiFi_Voice_Robot_Ctrl_V2.aia

WiFi_Voice_Robot_Ctrl_V2.apk

O video abaixo mostra alguns testes de motores utilizando-se do App:

Conclusão

Como sempre, espero que este projecto possa ajudar outros a encontrarem o seu caminho no emocionante mundo da electrónica, robótica e do IoT!

Verifique o depositário no GitHub para obter os arquivos atualizados:

WiFi-Voice-Controlled-Robot

Saludos desde el sur del mundo!

Até o próximo tutorial!

Obrigado

Marcelo

Controle ativado por voz com Android e NodeMCU

Em meu último tutorial: Quando o IoT encontra a Inteligência Artificial: Automação residencial com Alexa e NodeMCU exploramos como equipamentos ativados por voz como o Amazon Echo-Dot utilizando-se de um serviço da web (como o “Alexa”) podem controlar “dispositivos inteligentes” em nossas casas. Neste novo tutorial faremos o mesmo,  porém  em vez de usar o Alexa desenvolveremos nossa própria App em um smartphone Android controlando, tanto com botões quanto por voz, nossos dispositivos domésticos.

O diagrama de blocos nos dá uma geral do que pretendemos desenvolver:

Block Diagram.jpg

e o filme nos mostra como ficará o projeto final:

1: Lista de materiais (BoM)

Valores em USD, utilizados apenas como referência

  1. NodeMCU ESP8266-12E ($8.79)
  2. Mini BreadBoard ($1.00)
  3. 400-point Experiment Breadboard Breadboard ($ 4.97)
  4. 4-Channel Relay Module ($8.49)
  5. LEDs (vermelho, amarelo, verde e azul) ($1.00)
  6. 4 x Resistor (220 ohm)
  7. Male-Female Dupont Cables ($1.00)
  8. Fonte externa DC de 5V ou bateria

….. e naturalmente um telefone ou tablet Android (qualquer modelo com wifi servirá).

2: Conectando o NodeMCU à rede local de WiFi

Conectaremos o NodeMCU a rede WiFi local,  verificando seu endereço IP. Para isso, usaremos o pequeno programa abaixo, o qual fará parte do projeto final:
#include <ESP8266WiFi.h>
WiFiClient client;
WiFiServer server(80);
const char* ssid = "YOUR SSID";
const char* password = "YOUR PASSWORD";

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  connectWiFi();
  server.begin();
}

void loop() 
{
}

/* connecting WiFi */
void connectWiFi()
{
  Serial.println("Connecting to WIFI");
  WiFi.begin(ssid, password);
  while ((!(WiFi.status() == WL_CONNECTED)))
  {
    delay(300);
    Serial.print("..");
  }
  Serial.println("");
  Serial.println("WiFi connected");
  Serial.println("NodeMCU Local IP is : ");
  Serial.print((WiFi.localIP()));
}

No monitor serial voce poderá ver o IP Address assignado por seu Modem ao NodeMCU:

Serial Monitor Comm Test

Tome nota do endereço (em meu acaso: 10.0.1.3). Necessitaremos deste endereço para a conexão ao aplicativo Android que será desenvolvido mais adiante.

3: Montando o HW

Assembling the HW

Usaremos um módulo de relé de 4 canais para controlar 4 LEDs, simulando 4 dispositivos domésticos. Siga as instruções a seguir e termine as conexões:

Conecte as entradas dos relés com os pinos do NodeMCU como mostrado no diagrama e definido no código como mostrado abaixo:

int relay1 = 14;
int relay2 = 15;
int relay3 = 3;
int relay4 = 1;

Nossos dispositivos inteligentes serão simulados pelos LEDs coloridos:

  • relé 1 ==> LED vermelho
  • relé 2 ==> LED amarelo
  • relé 3 ==> LED verde
  • relé 4 ==> LED azul

Nosso Android App irá enviar um comando em forma de string,  o qual deverá ser interpretado pelo código de maneira a ativar cada um dos relés. Definamos as strings para cada comando:

  • Relé 1:
    • Ligar: “r1on”;
    • Desligar: “r1off”;
  • Relé 2:
    • Ligar: “r2on”;
    • Desligar: “r2off”;
  • Relé 3:
    • Ligar: “r3on”;
    • Desligar: “r3off”;
  • Relé 4:
    • Ligar: “r4on”;
    • Desligar: “r4off”;

Definamos uma variável que irá receber os comandos (command) e a lógica associada a mesma:

String  command ="";

Assim, por exemplo, se o aplicativo Android enviar como um comando: “r1on”,  o relé 1 (relay1) deverá ser ativado:

if (command == "r1on")
{
  digitalWrite(relay1, LOW);
}

Observe que os relés usados no projeto são ativados com um nível baixo (LOW).

Utilizando alsoif, escreveremos os demais comandos (veja o codigo completo ao final).

Também definiremos “comandos de grupo” para ligar (“allon”) e desligar (“alloff”) simultaneamente todos os dispositivos. Por exemplo, para ativar ao mesmo tempo todos os relés, usaremos o comando “allon” como mostrado abaixo:

    if (command == "allon") 
    {
      digitalWrite(relay1,LOW);
      digitalWrite(relay2,LOW);
      digitalWrite(relay3,LOW);
      digitalWrite(relay4,LOW);
    }

A mesma lógica deverá ser empregada para o comando “alloff”.

Siga o diagrama elétrico acima para concluir a conexão de todo o HW.

Agora faça o download do código completo:

Home_Automation_NodeMCU_Android_Voice_V2_EXT.ino a partir de meu GitHub.

Entre com as credenciais de sua rede local de WiFi:

const char* ssid = "YOUR SSID";
const char* password = "YOUR PASSWORD";

Faça o upload do código em seu NodeMCU e pronto! Você poderá verificar no  Monitor Serial se o programa está em execução. Deixe o programa rodando para que se possa testar o aplicativo Android desenvolvido a partir do próximo passo.

CUIDADO: Quando fizer o upload do código, desligue a alimentação dos relés para não sobrecarregar o NodeMCU.

4: A App Android : “Designer Tab”

 Usaremos a aplicação on-line: MIT App Inventor para o desenvolvimento de nossaApp Android:

MIT V2 0

Componentes Principais da Screen1 (veja foto acima)

  • Entrada do endereço IP
    • TextBox denominado “IP_Address”
  • 8 botões ON / OFF, um para cada relé:
    • Relay_1_ON
    • Relay_2_OFF
    • Etc
  • 2 botões ON / OFF para todos os dispositivos:
    • All_Devices_ON
    • All_Devices_OFF
  • Botão de Entrada de Voz
    • Voice_Input
  • Componentes não visíveis:
    • Web1
    • SpeachRecognizer1
    • TextToSpeach1
  • Outros:
    • Caixa de texto:
      • Speach_To_Text
    • Label:
      • Comm_Status

Ao final o aplicativo deverá ficar assim:

Screenshot_2017-03-29-16-33-37

5: A App Android: Botões

Devemos criar na tab Blocks, 10 botões. Todos seguirão a mesma estrutura que os 2 mostrados na foto.

MIT V2 2

Esses blocos de 2 botões foram criados para:

  • Relay_1_ON. Click
  • Relay_1_OFF.Click

Estas funções são chamadas quando se “clica” em um desses botões. Por exemplo, quando você clica no botão Relay_1_ON, 3 ações serão executadas:

  1. Um comando será enviado no formato: http: / ip_address * / r1on
  2. Um “eco” no mesmo formato é esperado devido a “call Web1.Get”
  3. Uma “mensagem” sonora será lida pela App: no caso: “Relé 1 ligado”

* O IP_Address será o que você digitar na Tela 1. Utilizando-se o default (10.1.0.3), a mensagem real seria: http: /10.0.1.3/r1on

Voce poderá utilizar qualquer mensagem nesta etapa, ou deixá-la vazia (“”) caso não deseje um retorno auditivo.

6: O App Android: Reconhecimento de voz

Os blocos abaixo mostram a construção do código para o reconhecimento de voz de nosso aplicativo:

MIT V2 3

Note que para qualquer comando de voz, o comando enviado será sempre em  minúsculas (uso do bloco de texto downcase). Isso facilitará a decodificação do comando de voz pelo NodeMCU.

Por exemplo, se você deseja “ativar” o relé 1, uma palavra ou sentença deve ser enviada para ser reconhecida pelo código do NodeMCU. Enviaremos para isto um comando de voz em português: “Ligar UM”

if (command == "r1on"  || command == "ligar 1"    || command == "ligar um")
{
  digitalWrite(relay1,LOW);
}

Assim, quando digo “ligar um”, a App irá enviar: http: / 10.0.1.3/ligar um (ou http: / 10.0.1.3/ligar 1) e o NodeMCU colocará seu pino em LOW,  ativando o relé 1.

7: O App Android: Manipulação de erro

The Android App: Error Manipulation

Se ocorrer um erro, o bloco acima escreverá os detalhes referente ao mesmo na última linha do App (Comm_Status). Você somente irá ver-lo se ao criar o App usar a opção Responsive.

8: Testes finais

Final Test

Você poderá criar seu aplicativo passo a passo, como mostrado nas etapas anteriores ou utilizar o fonte de meu projeto (.aia) diretamente no MIT App Inventor:

MIT V2 1

Caso você não tenha experiência no desenvolvimento de aplicativos Android, poderá executar o arquivo .apk diretamente em seu dispositivo Android.

Ambos arquivos .aia e .apk poderão ser baixados de meu GitHub:

Home_Relay_Voice_Ctrl_V2.aia

Home_Relay_Voice_Ctrl_V2.apk

9: Conclusão

Como sempre, espero que este projecto possa ajudar outros a encontrarem o seu caminho no emocionante mundo da electrónica, robótica e do IoT!

Verifique o depositário no GitHub para obter os arquivos atualizados:

Home-Automation-with-Android-and-NodeMCU

Saludos desde el sur del mundo!

Até o próximo tutorial!

Obrigado

Marcelo

MJRobot é novamente finalista em concurso no site do Instructables.com!!!!!!

Com apenas 1 semana de vida e 25.000 views no site do Instructables.com, meu projeto: IoT feito simples: Estação meteorológica doméstica com NodeMCU e OLED acaba de ser eleito um dos finalistas do concurso: “SENSORS”.

Sensors finalist 2

Muito obrigado a todos que prestigiaram o projeto lá no site! Isso me deixa muito orgulho e animado a continuar nessa aventura pelos caminhos da eletrônica, IoT e robótica!

Nos vemos em meu próximo post!

Saludos desde el sur del mundo!

Abração

Marcelo

Quando o IoT encontra a Inteligência Artificial: Automação residencial com Alexa e NodeMCU

Exploraremos neste tutorial, como usar a Alexa, um assistente pessoal inteligente desenvolvido pela Amazon Lab126, popularizado pelo Amazon Echo e Echo-Dot.

Alexa é capaz de interação de voz, reprodução de música, fazer listas de tarefas, configurar alarmes, transmitir podcasts, tocar audiobooks e fornecer informações meteorológicas, de trânsito e outras informações em tempo real. Alexa também pode controlar vários dispositivos inteligentes usando-se como um hub de automação residencial. Vamos usar neste projeto, o “Echo-Dot”, que permite aos usuários ativar o dispositivo usando um wake-word (no caso, “Alexa”).

echo-dot features

No espaço da Domótica (automação residencial), Alexa pode interagir com vários dispositivos diferentes como Philips Hue, Belkin Wemo, SmartThings, etc. Em nosso caso, emularemos dispositivos do tipo WeMo, como estes mostrados abaixo (mas por apenas uma fração de seu preço):

WeMo

WeMo é uma série de produtos da Belkin International, Inc. que permitem aos usuários controlar eletrônicos domésticos de qualquer lugar. A suite de produtos inclui um interruptor, sensor de movimento, Insight Switch, interruptor de luz, câmera e app. O WeMo Switch (nosso caso aqui) pode ser conectado a qualquer tomada de casa, que pode ser controlada a partir de um iOS ou Android smartphone executando o WeMo App, via rede doméstica WiFi ou rede de telefonia móvel.

O diagrama abaixo mostra o que será desenvolvido em nosso projeto:

Home Automation Block Diagram V2E o vídeo abaixo, mostra como ficará o projeto ao final:

1: Lista de materiais (BoM)

Valores referenciais em USD

  • LEDs (vermelho e verde) ($1.00)
  • 2 x Resistor (220 ohm)
  • Fonte de alimentação externa de 5V DC ou batteria

2: Emulando o WeMo Switch

 wemo_echo_upnp

Os dispositivos WeMo utilizam UPnP para executar certas funções através da rede. A função de detecção do dispositivo começa com o Echo ou Echo-Dot (em nosso caso aqui) à procura de dispositivos WeMo utilizando UPnP. O dispositivo então responde ao Echo-Dot com seu URL utilizando HTTP sobre UDP. OEcho-Dot então solicita a descrição do dispositivo utilizando esse URL HTTP. A descrição é então retornada como uma resposta HTTP. Neste ponto, o Echo-Dot já “descobriu” o dispositivo. O Echo-Dot simplesmente se conectará ao WeMo através da interface HTTP e emitirá um comando do tipo “SetBinaryState”. O WeMo então “obedecerá”, retornando uma confirmação via HTTP. O diagrama  acima resume a comunicação entre o Echo-Dote o WeMo Switch.

Este tutorial não entrará em muito mais detalhes sobre este tópico. Procurei compilar informações obtidas em vários projetos da web, simplificando sua apresentação de maneira a apresentar uma visão geral sobre o uso da Alexa na automação residencial .

Algumas excelentes fontes de informação sobre o assunto poderão ser encontradas nos links abaixo:

HOW TO MAKE AMAZON ECHO CONTROL FAKE WEMO DEVICES, escrito por Rick Osgut

Building an IoT power switch with the ESP8266 (and control it with your Amazon Echo!)  escrito por  Wai Lun

Amazon Alexa + WeMos switch made with Arduino D1 Mini , codigos desenvolvidos por Aruna Tennakoon:

Projects using NodeMCU, conjunto de códigos desenvolvidos por Christopher Kuzma

Dito isto, com o que fui aprendendo nos diversos sites acima terminei chegando a um código de teste, o qual você poderá baixar desde meu GitHib: Alexa_LED_Control_V2_EXT.ino

Verifique se você possui todas as bibliotecas necessárias para executar o código, como: ESP8266WiFi.h, ESP8266WebServer.h e WiFiUdp.h. Caso não as tenha, você poderá obtê-las aqui:  Arduino core for ESP8266 WiFi chip.

3: Criando nosso WeMo Switch com o NodeMCU

Alex and NodeMCU

Para o nosso primeiro teste, conectemos um LED ao NodeMCU pino D1 como mostrado no diagrama abaixo:

Abra o arquivo  Alexa_LED_Control_V2_EXT.ino , o qual você baixou de meu GitHub e entre com suas credenciais de rede:

const char* ssid = "YOUR SSID";
const char* password = "YOUR PASSWORD";

Confirme se você definiu corretamente o pino onde o LED está conectado e dê um nome ao seu dispositivo. Alexa reconhecerá seu dispositivo por este nome:

String device_name = "lights";  // Name of device
int relayPin = D1;              // Pin to toggle

No meu caso, o dispositivo será denominado “lights“. Aqui neste primeiro exemplo o dispositivo acionará um único LED, mas o NodeMCU poderia estar conectado a um relé que por sua vez poderia ligar as luzes de meu laboratório, por exemplo.

Carregue o código no NodeMCU.

No monitor serial você pode ver a mensagem “Connecting to UDP” e “Connection Successful”. Isso significa que do lado NodeMCU tudo está OK.

Serial Monitor1

Estarei levando em consideração que voce já tenha o Echo-Dot instalado em sua rede., bem como o Alexa App em seu smartphone. Os procedimentos para a instalação de ambos é bem simples e basta seguir as instruções da Amazon fornecidas junto com o dispositivo.

Agora, necessitamos que a Alexa encontre seu dispositivo. Existem dois métodos para isso:

  • Utilizando o aplicativo Alexa no smartphone como mostrado nas fotos abaixo. Em nosso caso, a Alexa encontrará “1 Smart Home device”:  lights WeMo Switch.

Alexa app

  • Pedindo diretamente à Alexa através de um comando de voz, como por exemplo: “Alexa, Find connected devices” como poderá ser visto no vídeo abaixo:

Uma vez que a Alexa descobriu seu dispositivo, você poderá usar comandos de voz para o acionamento do dispositivo como mostrado abaixo:

4: Acionando vários dispositivos ao mesmo tempo

IMG_1224
Aprofundando um pouco mais,  desenvolveremos um sistema um pouco mais realista que acionará vários dispositivos ao mesmo tempo. Desta maneira, o projeto poderia ser usado em projetos envolvendo automação residencial  (domótica).

Usaremos um módulo de relé de 4 canais para controlar 2 lâmpadas e 2 tomadas.

Esta parte do projeto foi baseada em grande parte no tutorial de Charles Gantt,

How To: DIY Home Automation With NodeMCU and Amazon Alexa.

Siga as instruções abaixo:

Conecte as entradas dos relés com os pinos do NodeMCU conforme descrito abaixo:

int relayOne = 14;  // NodeMCU pin D5
int relayTwo = 15;  // NodeMCU pin D8
int relayThree = 3; // NodeMCU pin RX
int relayFour = 1;  // NodeMCU pin TX

Nossos “smart devices” serão 2 lâmpadas fixas (“Lights”)e 2 tomadas para uso geral (“Outlets”). Como vimos nas etapas anteriores, deveremos emular “WeMo Devices” e para fazer isso devemos nomeá-los como abaixo:

  • Light One
  • Light Two
  • Outlet One
  • Outlet Two

Em seguida, deveremos defini-los em nosso código para que a Alexa consiga encontrá-los. Também definiremos 2 comandos (on e off) e um número de porta de comunicação (“Port”) para cada dispositivo.

O formato geral deve ser:

lightOne = new Switch("Light One", 80, lightOneOn, lightOneOff);
lightTwo = new Switch("Light Two", 81, lightTwoOn, lightTwoOff);
outletOne = new Switch("Outlet One", 82, outletOneOn, outletOneOff);
outletTwo = new Switch("Outlet Two", 83, outletTwoOn, outletTwoOff);

Agora, você deve definir as 2 funções relacionadas a cada condição do dispositivo:

Para as lampadas:

void lightOneOn() {
  Serial.print("Switch 1 turn on ...");
  digitalWrite(relayOne, LOW);   // sets relayOne on
}

void lightOneOff() {
  Serial.print("Switch 1 turn off ...");
  digitalWrite(relayOne, HIGH);   // sets relayOne off
}

void lightTwoOn() {
  Serial.print("Switch 2 turn on ...");
  digitalWrite(relayThree, LOW);   // sets relayTwo on
}

void lightTwoOff() {
  Serial.print("Switch 2 turn off ...");
  digitalWrite(relayThree, HIGH);   // sets relayTwo Off
}

E para as tomadas:

void outletOneOn() {
  Serial.print("Socket 1 turn on ...");
  digitalWrite(relayFour, LOW);   // sets relayThree on
}

void outletOneOff() {
  Serial.print("Socket 1 turn off ...");
  digitalWrite(relayFour, HIGH);   // sets relayThree off
}

void outletTwoOn() {
  Serial.print("Socket 2 turn on ...");
  digitalWrite(relayTwo, LOW);   // sets relayFour on
}

void outletTwoOff() {
  Serial.print("Socket 2 turn off ...");
  digitalWrite(relayTwo, HIGH);   // sets relayFour off
}

Uma vez que estamos utilizando relés, poderíamos testar o projeto com  qualquer tipo de dispositivo real como TVs, geladeiras, etc. Obviamente que pelas especificações dos relés utilizados neste projeto, os dispositivos estariam limitados a 250VAC/10A ou 30 VDA/30A.

Em meu caso, decidi testar os 4 WeMo switches com dispositivos alimentados externamente com 5 V DC .

  • Como “Light 1”,  usarei um LED vermelho
  • Como “Light 2”, usarei um LED verde
  • Como “Outlet 2”, usarei um pequeno buzzer (pense em um rádio, aparelho de som…)
  • Como “Outlet 1”, usarei um pequeno ventilador

Abaixo o diagrama elétrico com as conexões:

Home Automation Electric Diagram

Com o HW pronto, baixe o código de meu GitHub: NODEMCU_ALEXA_WeMos_4X_Serial_Monitor_EXT.ino

Entre com suas credenciais de rede:

const char* ssid = "YOUR SSID";
const char* password = "YOUR PASSWORD";

E pronto!

Siga o mesmo procedimento como definido na etapa anterior para permitir que a Alexa encontre seus 4 dispositivos.

O vídeo abaixo mostra uma demonstração desta etapa:

5: Aplicação em Domótica (Automação Residencial)

Neste ponto do projeto, possuímos 4 dispositivos inteligentes funcionando adequadamente, os quais podem ser ativados e desativados individualmente. Mas suponha que queremos agrupá-los de maneira a serem utilizados em nossa casa. O que deveria ser feito?

Por exemplo, suponha que a nossa casa tenha 2 cômodos:

  • Quarto (“Bed Room”)
  • Sala (“Living Room”)

Agora, suponha que você queira ter uma lâmpada e uma tomada em cada habitação. O que devemos fazer, é agrupar nossos 4 dispositivos como mostrado no diagrama de blocos da introdução:

  • IMG_9708Quarto (Bed Room)
    • Light 2
    • Outlet 1 (Ventilador)
  • Sala (Living Room)
    • Light1
    • Outlet 2 (Buzzer)

Também criaremos outro grupo para lidar com todos os dispositivos, ativando / desativando todos os dispositivos ao mesmo tempo.

Criaremos uma versão 2 de nosso código onde teremos  3 novos “switches” que agora devem ser também  ser identificados pela Alexa. Para isto, adicionemos as seguintes linhas ao nosso código:

1. Definição das “Switches”:

Switch *allDevices = NULL;
Switch *bedRoom = NULL;
Switch *livingRoom = NULL;

2. Declaração dos “callbacks” para os novos grupos de dispositivos:

void allDevicesOn();
void allDevicesOff();
void bedRoomOn();
void bedRoomOff();
void livingRoomOn();
void livingRoomOff();
  1. No setup(), devemos associar os switches com os novos callbacks and Ports (Lembre-se que temos um máximo de 14 dispositivos que podem ser manipulados com este código):
allDevices = new Switch("All Devices", 84, allDevicesOn, allDevicesOff);
bedRoom = new Switch("Bed Room", 85, bedRoomOn, bedRoomOff);
livingRoom = new Switch("Living Room", 86, livingRoomOn, livingRoomOff);
  1. Adicionando “Switches upnp Broadcast Responder” ao setup():
upnpBroadcastResponder.addDevice(*allDevices);
upnpBroadcastResponder.addDevice(*bedRoom);
upnpBroadcastResponder.addDevice(*livingRoom);
  1. Adicionando as linhas ao loop():
allDevices->serverLoop();
bedRoom->serverLoop();
livingRoom->serverLoop();
  1. E finalmente, criemos as funções para os “grupos de dispositivos” com as ações a serem executadas quando a Alexa receber um comando de voz:
void allDevicesOn() 
{
  Serial.print("All Devices turn on ...");
  digitalWrite(relayOne, LOW);   // sets relay1 on
  digitalWrite(relayTwo, LOW);   // sets relay2 on
  digitalWrite(relayThree, LOW);   // sets relay3 on
  digitalWrite(relayFour, LOW);   // sets relay4 on
}

void allDevicesOff() 
{
  Serial.print("All Devices turn off ...");
  digitalWrite(relayOne, HIGH);   // sets relay1 off
  digitalWrite(relayTwo, HIGH);   // sets relay2 off
  digitalWrite(relayThree, HIGH);   // sets relay3 off
  digitalWrite(relayFour, HIGH);   // sets relay4 off
}

void bedRoomOn() 
{
  Serial.print("Bed Room turn on ...");
  digitalWrite(relayThree, LOW);   // sets relay3 on
  digitalWrite(relayFour, LOW);   // sets relay4 on
}

void bedRoomOff() 
{
  Serial.print("Bed Room turn off ...");
  digitalWrite(relayThree, HIGH);   // sets relay3 off
  digitalWrite(relayFour, HIGH);   // sets relay4 off
}

void livingRoomOn() 
{
  Serial.print("Living Room turn on ...");
  digitalWrite(relayOne, LOW);   // sets relay1 on
  digitalWrite(relayTwo, LOW);   // sets relay2 on
}

void livingRoomOff() 
{
  Serial.print("Living Room turn off ...");
  digitalWrite(relayOne, HIGH);   // sets relay1 off
  digitalWrite(relayTwo, HIGH);   // sets relay2 off
}

Este procedimento de 6 passos poderá ser utilizado para qualquer comando, dispositivo ou grupo de dispositivos que você deseja adicionar ao seu projeto.

Você poderá baixar o código completo desta etapa. desde meu GitHub:

NODEMCU_ALEXA_WeMos_4X_V2_EXT

Depois que o código é enviado e executado pelo NodeMCU, é hora de solicitar Alexa que “localize os novos dispositivos”. Como explicado anteriormente, você poderá fazê-lo usando um comando de voz ou pelo Alexa App. Em ambos casos, o resultado poderá ser verificado no aplicativo como mostrado abaixo. Sete dispositivos (“WeMo Switches”) deverão ser encontrados agora pela Alexa:

  • IMG_1261Living Room
  • Bed Room
  • All Devices
  • Outlet One
  • Outlet Two
  • Light One
  • Light Two

O vídeo abaixo mostra como nosso projeto completo de Automação Residencial funcionará:

6: Conclusão

Como sempre, espero que este projecto possa ajudar outros a encontrarem o seu caminho no emocionante mundo da electrónica, robótica e do IoT!

Verifique o depositário no GitHub para obter os arquivos atualizados:

Home-Automation-with-Alexa-and-NodeMCU

E não deixe de visitar e seguir minha página: MJRoBot.org no Facebook

Saludos desde el sur del mundo!

Até o próximo tutorial!

Obrigado

Marcelo