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Iniciando IoT com ESP8266

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SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 3

2. Material Necessário e Configurações ........................................................................................ 4

2.1 Instalando a IDE Arduino ..................................................................................................... 5

2.2 Configurando a Arduino IDE para programar com ESP8266 ............................................... 7

2.3 Piscando um LED com ESP8266......................................................................................... 13

3. ESP8266 como Web Server ..................................................................................................... 15

3.1 Conectando o ESP8266 a rede WiFi .................................................................................. 15

3.2 Criando uma página HTML ................................................................................................ 18

3.2.1 Montando a página HTML .......................................................................................... 18

3.2.2 Exibindo status de entrada digital .............................................................................. 21

3.2.3 Enviando Informações via HTML ................................................................................ 23

4. MQTT – Message Queue Telemetry Transport ....................................................................... 26

4.1 Configuração do CloudMQTT ........................................................................................... 26

4.2 Programação do ESP826 para o MQTT ............................................................................ 29

4.3 Configurando o aplicativo MQTT Dash ............................................................................. 31

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1. INTRODUÇÃO

Este artigo irá auxilia-lo a criar sua própria smarthouse controlada via celular ou via

websites. O trabalho está divido em duas partes:

A primeira parte é composta pela criação do controle através de um servidor local

– ou seja- o seu aplicativo só funcionará dentro dos limites do seu WiFi e a segunda

parte é utilizando um servidor externo e esse sim te permite controlar sua casa de

qualquer lugar, basta ter uma conexão com a internet.

Ambos os caminhos são bons tudo depende da aplicação que você deseja realizar.

Ao final deste artigo você derverá ser apto a controlar sua casa remotamente.

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2. Material Necessário e Configurações

Lista de materiáis necessários para a construção e testes.

• Módulo ESP8266

• Protoboard

• Jumpers

• Leds

• IDE Arduino

Especificações do NodeMCU ESP8266

- Tensão de Operação: 3,3 V

- Voltagem mínima: 4,5V

- Voltagem máxima: 9,0V

– ESP8266 ESP-12F

– Wireless padrão 802.11 b/g/n

– Antena embutida

– Conector micro-usb

– Modos de operação: STA/AP/STA+AP

– Suporta 5 conexões TCP/IP

– Portas GPIO: 11

– GPIO com funções de PWM, I2C, SPI, etc

– Taxa de transferência: 110-460800bps

– Suporta Upgrade remoto de firmware

– Conversor analógico digital (ADC)

– Distância entre pinos: 2,54mm

– Dimensões: 49 x 25,5 x 7 mm

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Figura 1- NodeMCU ESP8266 Pinos

2.1 Instalando a IDE Arduino A IDE do arduino pode ser baixada no te https://www.arduino.cc/en/main/software

conforme ilustrado na imagem abaixo:

Figura 2- Download arduino

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A instalação é a clássica NEXT -> NEXT -> FINISH e ao finalizar você será

apresentada a tela inicial

Figura 3- Tela inicial Arduino

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2.2 Configurando a Arduino IDE para programar com ESP8266

Para que o arduino reconheça a placa é necessário fazer algumas configurações

na IDE para que ela seja capaz de passar os códigos.

1º Passo: Instale o driver de compatiblidade da placa. Existem diferentes tipos de

módulos WiFi no mercado, o usado para os exemplos da apostila é o Módulo Esp8266

Nodemcu V3.

Figura 4- Módulo Esp8266 Nodemcu V3

Para este módulo faça o download no link a seguir:

https://1drv.ms/u/s!ApoIMgZBos6Xg7RdbqXLmsb0SEAMUQ?e=gP9PmV

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Caso esteja utilizando o Esp8266 Cp2102 faça o download no link abaixo:

https://1drv.ms/u/s!ApoIMgZBos6Xg7RvzMEnxheMQAqQFA?e=kDI49G

Figura 5- Esp8266 Cp2102

2º Passo: Extraia o arquivo e o execute como administrador, conforme a imagem

abaixo:

Figura 6- Instalação driver

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3º Passo: Clique no botão INSTALL e aguarde a mensagem de confirmação.

Figura 7- Botão INSTALL

4º Passo: Abra seu Arduino IDE e vá na opção Arquivo e depois Preferências,

conforme abaixo:

Figura 8- Preferências arduino

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5º Passo: Adicione o link a seguir para incorporar a placa ESP.

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Figura 9 - URL do ESP8266

6º Passo: Adicione o modelo da placa no arduino IDE, vá em Ferramentas ->

Gerenciador de Placas....Conforme mostrado abaixo:

Figura 10- Gerenciador de Placas

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7º Passo: Busque por ESP8266 e clique em Instalar.

Figura 11- Instalando ESP

8º Passo: Após instalado a placa deverá ser reconhecida, para verificar vá

novamente em Ferramentas -> Placa e escolha NodeMCU 1.0(ESP-12E Module).

Conforme a imagem abaixo:

Figura 12- Adicionando a placa

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9º Passo: Agora escolha a porta da sua placa. Para isso vá em Ferramentas ->

Portas. Caso a porta não apareça com o nome da placa, igual abaixo:

Figura 13- Porta Indefinida

Clique no botão Iniciar e digite devmgmt.msc isso irá abrir o gerenciador de

dispositivos vá em Portas LPT COM e veja em qual o driver está instalado. Isso é

claro, tenha certeza de que você conectou o módulo na sua entrada USB.

Figura 14- Gerenciador de Dispostivos

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2.3 Piscando um LED com ESP8266

Com o Arduino devidamente instalado em configurado, vamos testar se o código

está indo para a placa, para isso vamos começar o básico pisca led.

Figura 15- Código PiscaLed

Se tudo ocorrer bem você vai receber a mensagem “CARREGADO” e deverá ser

capaz de ver o led piscando.

Figura 16- Led acesso

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O código para o exemplo acima se encontra disponível em:

https://github.com/perabru/PiscaLedESP8266

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3. ESP8266 como Web Server

Agora iremos fazer o ESP se comportar como um servidor web – ele irá hospedar

e gerenciar uma página HTML que vamos criar através do código – caso você possua

dúvida sobre o que é um servidor recomendo ir na apostila

http://univaptec.hol.es/uploads/INFORMATICA/REDES/Apostila%20Redes.pdf não

há necessidade de profundos conhecimentos, basta saber que o módulo vai

armazenar uma página localmente.

3.1 Conectando o ESP8266 a rede WiFi

Para conectar o ao WiFi – vamos precisar primeiramente de uma rede e a senha

dela.

Ao código – primeira coisa a se fazer é incluir a biblioteca do ESP8266 para o WiFi,

conforme ilustrado no código abaixo:

Agora, precisamos criar duas variáveis do tipo char que irão receber os valores

nome da rede a senha, conforme mostrado no código abaixo:

No arduino também podemos criar funções, o que facilita o entendimento e a

organização do código – aqui criamos a função conectarWiFi que recebe como

parâmetro justamente a rede e a senha.

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Agora vamos começar mostrando algumas mensagens para o usuário, o código

abaixo informa que ele está tentando se conectar a rede com SSID – e conforme já

definimos o SSID é BRUNO – no seu caso deverá ser o nome da sua rede. E

utilizamos o métodos WiFi.begin que é responsável por conectar.

Enquanto o WiFi não conecta ele vai ficar mostrando apenas um ponto a cada

0,5s.

Após conectado ele irá informar o status e passar o IP que foi recebido.

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Dentro do void setup() vamos apenas inicializar o método conectarWiFi e definir

a taxa de comunicação em 115200 bps.

Agora passe o código para o módulo, se tudo ocorrer bem, quando você clicar no

serial monitor deverá ver as seguintes informações:

Figura 17- WiFi Conectado

Código completo https://github.com/perabru/ESP8266WiFi

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3.2 Criando uma página HTML

Continuando o nosso código, agora vamos criar nossa primeira página HTML

dentro do Arduino.

3.2.1 Montando a página HTML

Antes do void setup vamos definir o nosso servidor HTTP para isso faça como

abaixo:

E dentro do void setup iniciaizamos o servidor e informamos ao usuário.

Dentro do void loop vamos começar a construir nossa página, primeiro vamos

garantir que quando o servidor não estiver disponível, ainda assim vamos ficar

tentando conexão, para isso, faça como o código abaixo:

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Com servidor definido e inicializado vamos criar nossa página HTML utilizando o

client.print se você já programou em PHP alguma vez deve saber que é possível criar

marcações HTML dentro do ECHO, o base é exatamente a mesma.

Agora passe o código para seu módulo, se tudo ocorrer bem, você deverá ver a seguinte

tela ao entrar no serial monitor

Figura 18- Servidor Inicializado

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Para ver a página, basta copiar seu IP e colar no navegador, conforme a figura

abaixo:

Figura 19- Página HTML

As novas adições que fizemos no código se encontram em:

https://github.com/perabru/ESP8266WiFi_HTML

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3.2.2 Exibindo status de entrada digital

Com nossa página HTML sendo criada vamos agora enviar informações do módulo

para isso vamos adicionar um botão que irá mandar seu estado lógico para o

controlador. Monte conforme o circuito abaixo:

Figura 20- Circuito Botão

No código vamos adicionar o botão ao pino digital D2, conforme abaixo:

Definimos o botão como entrada PULLUP

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E agora dentro do void loop() adicionamos um digitalRead para saber o estado do

botão e escrever a página HTML conforme necessário.

Passe o código para a placa, pegue o IP e cole no navegador, se tudo ocorrer bem

você deverá ver essa saída:

Figura 21- BT Solto

Figura 22- BT Pressionado

O código com as novas adições se encontra em:

https://github.com/perabru/ESP8266_WiFi_HTML_BT

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3.2.3 Enviando Informações via HTML

Agora que já obtemos as informações do módulo, vamos adicionar um LED e um

botão na nossa página HTML para acende-lo e apaga-lo. Adicione o LED conforme o

diagrama abaixo.

Figura 23- LED ESP8266

O anôdo – a parte positiva – do LED foi ligado ao pino D1 e o Catôdo – a parte

negativa – do LED ligado ao GND.

Modificando o código – primeiramente vamos adicionar uma constaten pare receber

o LED que está ligado no pino D1.

Agora vamos criar uma variável do tipo booleana para receber o estado do LED.

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Dentro do void setup() definimos nosso LED como saída.

Criamos uma variável do tipo String chamada req – que irá armazenar a requisição

do usuário (ligar ou desligar o led) e após ler irá esvaziar o buffer.

Toda vez que a requisição for válida acendemos o LED caso ele já não esteja

aceso e desligado quando requisitado, conforme imagem abaixo.

Agora criamos o botão para ligar e desligar o LED no HTML.

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Passe o código para a placa se tudo correr bem você deverá ser apto a acender e

apagar o LED através do HTML.

Figura 24- Enviando comandos HTML

O código completo pode ser encontrado em:

https://github.com/perabru/ESP8266_WIFI_HTML_BT_COM

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4. MQTT – Message Queue Telemetry Transport

Protocolo assíncrono que foi criado pela IBM – conhecido por ser máquina a máquina

se tornou uma referência para IoT.

4.1 Configuração do CloudMQTT

Para que o aplicativo funcione de maneira correta – precisaremos estar em um

servidor online para isso vamos utilizar o CloudMQTT, siga os passos abaixo:

1º Passo: Acesse https://www.cloudmqtt.com e você será adicionado para a tela a

seguir, e clique em LOGIN no canto direito superior.

Figura 25- Página CloudMQTT

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2º Passo: Faça o login com e-mail e senha ou por alguma rede social.

Figura 26- Tela de Login

3º Passo: Clique no botão Create New Instance

Figura 27- Criar Instância

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4º Passo: Nessa tela dê um nome ao seu servidor – o plano mantenha o gratuito e a

tag coloque esp8266 e clique em Select Region

Figura 28- Plano e Nome

5º Passo: Selecione a região e o datacenter pode deixar o padrão e clique em review.

Figura 29- Selecionar Regiao

6º Passo: Nesta tela apenas clique em Create Instance

Figura 30- Criar Instancia

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7º Passo: Clique no nome da nova instância e pegue as informações, conforme

aqui:

Figura 31- Acesso

4.2 Programação do ESP826 para o MQTT

Para programar no MQTT vamos precisar adicionar uma biblioteca chanda

PubSubClient, siga os passos mostrado a seguir:

1º Passo: clique em Sketch -> Incluir biblioteca-> Gerenciar Bibliotecas.

Figura 32- Incluir biblioteca

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2º Passo: Espere o gerenciador de biblioteca atualizar e pesquise por PubSubClient

conforme ilustrado abaixo, vamos instalar a versão de Nick O’Leary.

Figura 33- Instalar biblioteca

3º Passo: Monte o circuito para um LED e coloque-o no pino D1 – use a figura 23

como referencia.

4º Passo: Inclua as blibiotecas ESP e PubSub conforme ilustrado abaixo.

5º Passo: Defina a lâmpada como L1 no pino D1

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6º Passo: Preencha com as informações da sua rede e as do servidor MQTT

O restante do código comentado se encontra em:

https://github.com/perabru/MQTT

4.3 Configurando o aplicativo MQTT Dash

1º Passo: Instale o aplicativo MQTT DASH, no link a seguir:

https://play.google.com/store/apps/details?id=net.routix.mqttdash

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2º Passo: Preencha com as informações do servidor, conforme ilustrado

abaixo:

Figura 34 - Configuração MQTT Dash

3º Passo: Coloque usuário e senha:

Figura 35- Usuario e Senha

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4º Passo: Clique no +

Figura 36 - Adicionando nova entrada

5º Passo: Adicione os sinais enviados e salve.

Figura 37-Adicionando novos botoes

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6º Passo: Passe o código para a placa e teste o seu novo sistema!!