IoT (Интернет вещей) — дополнение к набору «Йодо»

Электронная версия инструкции из набора «IoT (Интернет вещей)». Здесь собраны все исходные коды экспериментов, подсказки и хаки по прохождению набора.

• Книга в формате .pdf

Если прошивка твоей платы ниже 1v91, обнови её. Обновить версию прошивки до самой свежей можно непосредственно в IDE. Для этого перейди в Настройки Flasher , нажми кнопку Flash Firmware и следуй инструкциям на экране. Более подробную информацию ты найдешь в разделе про обновление прошивки Iskra JS.

Для проектов IoT тебе потребуются платы и модули из базового набора «Йодо»:

• Iskra JS
• Датчик температуры (Troyka-модуль)
• Потенциометр (Troyka-модуль)
• Кнопка (Troyka-модуль)
• Зуммер (Troyka-модуль)
• Датчик освещённости (Troyka-модуль)
• Светодиод (Troyka-модуль)

Если ты уже используешь эти модули и платы в своих крутых проектах, а разбирать их не хочется — закажи недостающие!

На флешке в составе набора уже есть файлы. Они понадобятся тебе для проектов, не изменяй и не удаляй их. Но если всё-таки что-то пошло не так — ты всегда сможешь скачать архив с файлами. Распакуй архив и скопируй файлы на SD-карту. Iskra JS работает только с картами, отформатированными в FAT32.

Иногда в прямой досягаемости нет Wi-Fi сети, а сделать эксперименты из набора очень хочется. Что же делать в таком случае? Поднять такую сеть самому при помощи смартфона!

Настройки общего доступа к сотовой сети твоего телефона находятся в меню «Настройки» «Сотовая связь» «Режим модема» . В этом меню можно включить режим точки доступа и задать ей пароль. Именем (SSID) точки доступа будет имя телефона. Рекомендуем не закрывать это меню до тех пор, пока клиент не подключится к точке доступа.

После первого включения режима модема такой пункт скорее всего появится в главном меню настроек телефона.

Особенность телефонов на ОС Android — практически у каждого производителя свой интерфейс. Это значит, что невозможно точно сказать, где в твоем телефоне находится кнопка «Раздать интернет» (или даже как она называется). Обычно её можно найти в настройках под названиями вроде «Режим модема и переносная точка доступа».

Плату Iskra JS в интернет выходить научи. Информацию о температуре в комнате своей в виде графиков на сайте dweet.io наблюдай.

Видеоурок с прохождением эксперимента

Для этого эксперимента подключи к твоей Iskra JS модуль Wi-Fi и датчик температуры.

Схема сборки устройства

Код эксперимента

var SSID = 'имя_твоего_wi-fi';
var PASSWORD = 'пароль_твоего_wi-fi';
var NAME = 'твой_уникальный_ключ';
 
var temp = require('@amperka/thermometer').connect(A2);
var dweet = require('@amperka/dweetio').connect(NAME);
 
function run() {
  setInterval(function() {
    dweet.send({
      temperature: temp.read('C')
    });
  }, 1000);
}
 
var wifi = require('@amperka/wifi').setup(function(err) {
  wifi.connect(SSID, PASSWORD, function(err) {
    print('Click this link', dweet.follow());
    run();
  });
});

На нашей вики ты сможешь узнать подробнее о функциях библиотек @amperka/dweetio, @amperka/thermometer и @amperka/wifi.

Музыки проигрыватель сделаем себе. На флеш-карте треки хранить будем, зуммером их воспроизводить и кнопкой одной лишь переключать. Потребуется модуль SD-картридер нам.

Видеоурок с прохождением эксперимента

Интересный факт — музыка на твоей флеш-карте хранится в формате RTTTL (англ. «Ring Tone Text Transfer Language» — текстовый язык для использования в рингтонах). Это формат, изобретённый компанией Nokia для использования в сотовых телефонах. Звук в этом формате хранится в виде текста. Процессор (Iskra JS в нашем случае) использует этот текст как своеобразную партитуру для проигрывания мелодии.

Схема сборки устройства

Код эксперимента

var sdCard = require('@amperka/card-reader').connect(P8);
var player = require('@amperka/ringtone').create(A2);
var shuffle = require('@amperka/button').connect(P12);
 
shuffle.on('click', function() {
  player.stop();
  var melody = sdCard.readRandomFile('/music');
  player.play(melody);
});
 
shuffle.on('hold', function() { 
  player.stop();
});

На нашей вики ты сможешь узнать подробнее о функциях библиотек @amperka/card-reader,@amperka/ringtone и @amperka/button.

Роботом управлять будем в игре браузерной. С флеш-карты её загрузим и мастерством гоночным овладеем!

Для этого эксперимента мы будем использовать модули Wi-Fi и SD-картридера. Iskra JS будет выполнять роль сервера, при подключении к которому в браузере появляется страница race.html. Внутри этой страницы и расположена игра.

Видеоурок с прохождением эксперимента

Схема сборки устройства

Код эксперимента

var SSID = 'имя_твоего_wi-fi';
var PASSWORD = 'пароль_твоего_wi-fi';
 
var sdCard = require('@amperka/card-reader').connect(P8); 
var server = require('@amperka/server').create();
 
server.on('/', function(req, res) {
  var content = sdCard.readFile('race.html'); 
  res.send(content);
});
 
var wifi  = require('@amperka/wifi').setup(function(err){
  wifi.connect(SSID, PASSWORD, function(err) {
  wifi.getIP(function(err, ip) { 
    server.listen();
    print('Game is ready! http://'+ip+'/');
   }); 
  });
});

Дом свой разумом надели. Мини-реле освой для этого, которое напряжением высоким управлять может.

var sdCard = require('@amperka/card-reader').connect(P8);
var relay = require('@amperka/relay').connect(P12);
var server = require('@amperka/server').create();
 
var SSID = 'имя_твоего wi-fi'; 
var PASSWORD = 'пароль_wi-fi';
 
server.on('/', function(req, res) {
  var content = sdCard.readFile('light.html');
  res.send(content); 
});
 
server.on('/turnOn', function() {
  relay.turnOn();
});
 
server.on('/turnOff', function() {
  relay.turnOff();
}); 
 
var wifi = require('@amperka/wifi').setup(function(err) {
  wifi.connect(SSID, PASSWORD, function(err) {
    wifi.getIP(function(err, ip) {
      server.listen();
      print('Relay control is ready! http://'+ip+'/');
    });
  });
});

На нашей вики ты сможешь узнать подробнее о функциях библиотеки @amperka/relay.

На содержимое веб-страницы силами природы и волей своей в реальном времени влиять будем. Прибор для этого с датчиками освещения и температуры соберем. А для волей контроля потенциометр добавим.

var sdCard = require('@amperka/card-reader').connect(P8);
var light = require('@amperka/light-sensor').connect(A1);
var pot = require('@amperka/pot').connect(A2);
var temp = require('@amperka/thermometer').connect(A4);
 
var SSID = 'имя_твоего_wi-fi';
var PASSWORD = 'пароль_wi-fi';
 
var server = require('ws').createServer(function(req, res) {
  var content = sdCard.readFile('home.html');
  res.end(content);
});
 
function prepareData() {
  var data = {
    speed: Math.floor(pot.read() * 41) - 20,
    light: Math.floor(light.read('lx') / 640),
    temperature: Math.floor(temp.read('C'))
  };
  return JSON.stringify(data);
}
 
server.on('websocket', function(ws) {
  setInterval(function() {
    ws.send(prepareData());
    }, 200);
});
 
var wifi = require('@amperka/wifi').setup(function(err) { 
  wifi.connect(SSID, PASSWORD, function(err) {
    wifi.getIP(function(err, ip) {
      print('I\'m ready! http://'+ip+'/');
      server.listen(80);
    });
  });
});

На нашей вики ты сможешь узнать подробнее о функциях библиотек @amperka/relay, @amperka/light-sensor и @amperka/pot.

Важные события жизни своей в почте оставляй. Кота покормил? В почту себе напоминание пришли, чтобы в тонусе падавана держать. Использовать для этого сервисы IFTTT и Webhooks будем, а о событии сообщать простым кнопки нажатием.

var SSID = 'имя_твоего wi-fi';
var PASSWORD = 'пароль_wi-fi';
 
var trigger = require('@amperka/button').connect(P12);
var maker = require('@amperka/ifttt-webhooks').create({
  token: 'токен_сервиса_webhooks',
  action: 'feed'
});
 
var wifi = require('@amperka/wifi').setup(function(err) {
  wifi.connect(SSID, PASSWORD, function(err) {
    print('Ok, hold button.');
  });
});
 
var data = {
  value1: 'I did it!'
};
 
trigger.on('hold', function() {
  maker.send(data, function(response) {
    print(response);
  });
});

Подробнее о функциях библиотеки @amperka/ifttt-webhooks ты можешь узнать из нашей статьи на вики.

Mессенджером Telegram овладеем. Iskra JS ему обучим и сложные интерактивные системы строить с ним будем. А для начала научимся света включением из чата управлять.

1. Загрузите последнюю LTS версию Node.js с официальной страницы: https://nodejs.org/en/
2. Запустите скачанный MSI файл. При установке оставьте все настройки по умолчанию.
3. Чтобы проверить, что установка завершилась корректно, откройте командную строку:
   • Нажмите клавиши Win+R.
   • В появившемся окне введите cmd.
   • Нажмите «ОК»
   • В командной строке введите команду:

     node --version && npm --version

     Вы должны увидеть текущие версии установленных программ:

     v12.15.0
     6.14.5

4. Выполните следующую команду в командной строке:

   npm install -g --unsafe-perm node-red

5. Как только установка завершится, вы сможете запускать Node-RED c помощью командной строки:

   node-red

1. Если вы используете Raspberry Pi OS или любую операционную систему на основе Debian, включая Ubuntu, выполните в командной строке следующую команду:

   bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/master/deb/update-nodejs-and-nodered)

   Cкрипт делает следующее:

   • Удаляет предустановленные Node-RED и Node.js, если они есть.
   • Устанавливает текущую LTS версию Node.js.
   • Устанавливает последнюю версию Node-RED.
2. Если по каким-то причинам скрипт завершился с ошибкой, сделайте следующее:
   • Установите Node JS с помощью команды:

     sudo apt install nodejs

   • Установите менеджер пакетов npm:

     sudo apt install npm

   • Установите Node-RED:

     sudo npm install -g --unsafe-perm node-red

3. Как только установка завершится, вы сможете запускать Node-RED c помощью команды:

   node-red

1. Загрузите последнюю LTS версию Node.js с официальной страницы: https://nodejs.org/en/
2. Запустите скачанный pkg файл. При установке оставьте все настройки по умолчанию.
3. Чтобы проверить, что установка завершилась корректно, откройте терминал:
   • Нажмите значок Launchpad в панели Dock.
   • Введите «Terminal» в поле поиска и нажмите значок Терминала.
   • В терминале выполните команду:

     node --version && npm --version

     Вы должны увидеть текущие версии установленных программ:

     v12.15.0
     6.14.5

4. Чтобы установить Node-RED, выполните следующую команду в терминале:

   npm install -g --unsafe-perm node-red

5. Как только установка завершится, вы сможете запускать Node-RED c помощью команды:

   node-red

MQTT — это легковесный протокол, применяемый для общения между устройствами (M2M — machine-to-machine). Он использует модель издатель-подписчик для передачи сообщений поверх протокола TCP/IP. Центральная часть MQTT-протокола это MQTT-сервер или брокер, который имеет доступ к издателю и подписчику. Используя MQTT можно построить сеть датчиков, где они публикуют свои данные в форме сообщений, уникальных для каждого из них. Исполнительные устройства подписываются на сообщения, на которые им необходимо реагировать. MQTT-брокер будет заботиться о перенаправлении сообщений от издателя к подписчику.

В качестве MQTT-брокера используем mosquitto.

1. Скачайте установочный файл с официального сайта mosquitto: https://mosquitto.org/download/
2. Запустите скачанный exe-файл. При установке оставьте все настройки по умолчанию.
3. После окончания установки перезапустите компьютер.
4. Чтобы проверить, что установка завершилась корректно, откройте командную строку:
   • Нажмите клавиши Win+R.
   • В появившемся окне в нижнем левом углу экрана введите команду services.msc.
   • Нажмите «ОК». Откроется окно Службы.
   • Найдите в открывшемся окне службу Mosquitto Broker и убедитесь, что её состояние помечено как Выполняется.
   • Если служба Mosquitto Broker не выполняется, запустите её вручную. Для этого дважды щёлкните по строке с названием Mosquitto Broker в списке служб и в открывшемся окне нажмите кнопку Запустить. Убедитесь, что в поле Тип запуска установлено значение Автоматически.
     

1. Установите mosquitto с помощью командной строки:

   sudo apt install mosquitto

2. После установки проверьте, запущен ли mosquitto, как служба:

   sudo service mosquitto status

В терминале вы должны увидеть следующее:

● mosquitto.service - Mosquitto MQTT Broker
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/mosquitto.service; enabled; vendor preset: enabled)
     Active: active (running) since Thu 2020-12-03 12:49:04 MSK; 2min 10s ago
       Docs: man:mosquitto.conf(5)
             man:mosquitto(8)
   Main PID: 2069 (mosquitto)
      Tasks: 1 (limit: 4150)
     CGroup: /system.slice/mosquitto.service
             └─2069 /usr/sbin/mosquitto -c /etc/mosquitto/mosquitto.conf

Убедитесь, что в строке Active указан статус active (running). Если это не так, запустите сервис mosquitto с помощью команды:

sudo systemctl start mosquitto.service

1. Если у вас не установлен пакетный менеджер Homebrew, установите его следующей командой в терминале:

   /bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install.sh)"

2. Введите в терминале команду:

   brew install mosquitto

1. Запустите Node-RED в терминале:

   node-red

   Запуск может занять несколько секунд. Вы увидите, что сервер Node-RED запущен по адресу http://127.0.0.1:1880

   Внимание! Вы должны держать терминал с запущенным Node-RED открытым.

   Чтобы завершить работу с Node-RED нажмите клавиши Ctrl-C или просто закройте терминал, нажав на крестик.

2. Откройте любой браузер и введите в поисковой строке адрес http://127.0.0.1:1880
3. Перед вами появится рабочее поле программы:
4. Чтобы настроить проект на выполнение какой-либо задачи, необходимо подключить друг к другу блоки кода, которые называются «нодами». Список доступных нод располагается в левой части экрана.
5. Система из подключенных друг к другу нод называется «потоком», который и составляет рабочую программу.
6. Справа располагается информация о созданных потоках и составляющих их нодах.
7. Потоки запускаются кнопкой Deploy в правой верхней части экрана.

1. Откройте мессенджер. В поиске найдите главного бота — «@botfather». Заведите с ним диалог и отправьте сообщение «/start».
   
2. Выберите пункт «/newbot».
   
3. Придумайте имя своему боту.
   
4. Теперь придумайте уникальный логин бота. Он обязательно должен заканчиваться на «bot».
5. Скопируйте специальный токен, который вам выдал @BotFather. Он потребуется для авторизации. Токен — это уникальный ключ для доступа к сервису. Не сообщайте его никому!
   

1. Запустите Node-RED в терминале:

   node-red

   Запуск может занять несколько секунд. Вы увидите, что сервер Node-RED запущен по адресу http://127.0.0.1:1880

   Внимание! Вы должны держать терминал с запущенным Node-RED открытым.

2. Для работы с Telegram требуется установить необходимые библиотеки. Щелкните на иконке меню «≡» в правом верхнем углу экрана. В выпадающем меню выберите пункт Manage Palette.
3. В открывшемся окне выберите вкладку Install.
4. В строке поиска введите node-red-contrib-telegrambot. Щёлкните кнопку Install, чтобы установить библиотеку. Нажмите на кнопку Close, чтобы вернуться в окно потока.
   
5. Теперь в списке доступных нод появились ноды для работы с Telegram-ботом.

1. Перетащите в рабочее пространство ноды Telegram receiver и mqtt out. Соедините верхний вывод ноды Telegram receiver и вход mqtt out.
2. Щёлкните дважды по ноде Telegram receiver. В открывшемся окне нажмите кнопку с изображением карандаша для добавления нового бота.
3. Откроется окна настройки вашего бота. Введите в поле Bot-Name уникальный логин вашего бота. В поле Token введите скопированный вами ранее уникальный токен бота. Нажмите кнопку Add.
4. Дважды щёлкните по ноде mqtt out. В открывшемся окне нажмите кнопку с изображением карандаша для добавления mqtt-брокера.
5. Введите в поле Server строку localhost. Поле Port оставьте без изменений. Нажмите кнопку Add.
6. В поле Topic введите led/set. Топик – это канал, по которому передаются сообщения. Устройство может подписаться на этот канал, чтобы читать сообщения, либо может само отправлять сообщения по этому каналу. В данном случае Telegram receiver отправляет сообщения в канал led/set.
   По завершении настройки нажмите кнопку Done.
7. Добавьте ещё несколько нод в рабочее пространство: mqtt in, json и Telegram sender. Соедините их между собой.
8. Дважды щёлкните по ноде mqtt in. В поле Topic введите led/status, а затем нажмите кнопку Done.
9. Дважды щёлкните по ноде Telegram sender. В поле Bot щелкните на галочку в углу и в выпадающем списке выберите вашего бота. Нажмите Done.
   
10. Ноду json оставьте без изменений.
    
11. Нажмите кнопку Deploy, чтобы развернуть ваше приложение. Статусы всех подключённых устройств изменятся на connected.

var SSID = 'имя_вашей_wi-fi_сети';
var PASSWORD = 'пароль_вашей_wi_fi_сети';
var MQTT_HOST = 'ip_адрес_вашего_компьютера';
var TOPIC = 'led/';
 
var led = require('@amperka/led').connect(P6);
var wifi = require('@amperka/wifi').setup(function(err) {
  wifi.connect(SSID, PASSWORD, function(err) {
    if (err) {
      console.log(err);
    } else {
      console.log('Connected to Wifi');
      mqttConnect();
    }
  });
});
 
function mqttConnect() {
  mqtt = require('MQTT').connect({
    host: MQTT_HOST,
  });
  mqtt.on('connected', function() {
    console.log('MQTT connected');
    mqtt.subscribe(TOPIC + 'set');
  });
  mqtt.on('disconnected', function() {
    console.log("MQTT disconnected");
  });
  mqtt.on('publish', function(pub) {
    if (pub.topic == TOPIC + 'set') {
      var message = JSON.parse(pub.message);
      if (message.content == 'On') {
        led.turnOn();
        message.content = 'LED is turned on';
      } else if (message.content == 'Off') {
        led.turnOff();
        message.content = 'LED is turned off';
      } else {
        message.content = 'I don\'t understand';
      }
      mqtt.publish(TOPIC + 'status', JSON.stringify(message));
    }
  });
}

1. Запустите Espruino IDE и скопируйте код, приведенный выше, в рабочее поле. Сделайте необходимые изменения. Как узнать IP-адрес вашего компьютера, вы можете прочитать в разделе ниже.
2. Подключите собранное устройство к компьютеру и загрузите в него код. Дождитесь ответа от Espruino.
   
3. Если вы получили сообщение MQTT Disconnected, возможно, у вас закрыт порт, на котором работает MQTT-брокер. Чтобы его открыть, читайте инструкцию Как открыть сетевой порт на Windows 10.
   
4. Теперь перейдите в диалог со своим ботом в Telegram. Отправьте боту сообщение On – светодиод на плате должен загореться, бот ответит вам, что светодиод включен. Чтобы выключить светодиод, отправьте сообщение Off. Если вы попытаетесь отправить боту сообщение с другим содержанием, он ответит, что не понимает вас.
   

1. С помощью командной строки
   • Нажмите клавиши Win+R.
   • В появившемся окне введите cmd.
   • Нажмите «ОК»
   • В командной строке введите команду:

     ipconfig

   • В появившемся выводе найдите строку IPv4-адрес
2. С помощью PowerShell:
   • В строке поиска введите PowerShell. Запустите консоль PowerShell, щелкнув ярлык Windows PowerShell.
     
   • В консоли наберите команду gip.
   • В появившемся выводе найдите строку IPv4Address.

Прошел набор «IoT»? Молодец! Лови идеи для приборов, которые пригодятся тебе в быту. Применяй знания, полученные из набора, комбинируй различные модули, придумывай и твори с Амперкой!

Используя Troyka-модули барометра и цифрового датчика температуры и влажности, можно создать свою собственную метеостанцию. При помощи пары беспроводной передатчик — беспроводной приёмник на частоте 433 МГц ты сможешь собрать свою метеостанцию в герметичном корпусе и, придумав для неё питание на Power Shield, создать автономное устройство. Оно не будет бояться воды и будет точно сообщать тебе данные о погоде за окном. А модуль в своей комнате ты сможешь оснастить LCD-экраном, чтобы на показания датчиков было приятно смотреть. И, разумеется, ты сможешь получать все эти данные с помощью созданного тобой Telegram-бота!

При помощи датчиков влажности почвы ты сможешь всегда быть уверенным, что твои редкие растения не засохнут от недостатка воды. А даты поливов ты сможешь регистрировать с помощью сервиса Webhooks!

Датчик горючих и угарного газов MQ-9 даст тебе уверенность в безопасности твоего жилья. В случае, если он обнаружит в воздухе присутствие опасных газов, он сможет прислать сообщение тебе прямо в Telegram!

Цветная адресуемая светодиодная лента WS2811 позволит тебе создать освещение в комнате, цвет которого ты сможешь контролировать со смартфона, или даже сделать его реагирующим на музыку, которая играет в твоей комнате.

Датчик шума и ультразвуковой дальномер позволят тебе построить систему сигнализации в твоей комнате — ты всегда будешь знать, если в ней появятся непрошеные гости. А модуль MP3-плеера в комбинации с модулем аудиовыхода сможет твоим голосом вежливо попросить их покинуть твою территорию.

Если ты захочешь еще сильнее защитить свою комнату от незваных гостей — ты сможешь воспользоваться сканером RFID/NFC, выполненном все в том же формате Troyka-модуля. При помощи этого датчика можно сконструировать не только замок на дверь в комнату, но и запереть секретный ящик шкафа и даже реализовать включение компьютера по приближению к датчику NFC-карты или смартфона!

GPRS Shield, совместимый с Iskra JS, позволит тебе создавать ещё более автономные приборы — ведь теперь они будут выходить в сеть не с помощью Wi-Fi роутера, а напрямую с помощью сотовой сети. Не забудь приобрести SIM-карту с безлимитным трафиком!