Začínáme s Pythonem pro ESP8266 a ESP32: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Bacground

ESP8266 a jeho mladší velký bratr ESP32 jsou levné Wi-Fi mikročipy s plným zásobníkem TCP/IP a schopností mikrořadiče. Čip ESP8266 se poprvé dostal do povědomí komunity tvůrců v roce 2014. Od té doby nízká cena (<5 USD), jeho schopnost Wi-Fi, vestavěná flash paměť o velikosti 1 nebo 4 MB a řada dostupných vývojových možností desek, učinil z čipu ESP jeden z nejpopulárnějších mikrořadičů pro projekty WiFi a IoT DIY.

MicroPython je štíhlá a efektivní implementace stále populárnějšího programovacího jazyka Python, který zahrnuje malou podmnožinu standardní knihovny Pythonu a je optimalizován pro provoz na mikrokontrolérech.

Kombinace těchto dvou je velmi zajímavou možností pro kutilské projekty, jak pro začátečníky, tak pro pokročilejší uživatele.

Projekt MiPy-ESP

V roce 2015 začaly moje první projekty s ESP8266 s čipem ESP-01 pomocí Arudions pro spouštění příkazů AT čipu přes sériové připojení. Poté jsem v příštích letech použil jádro Arduino pro ESP8266 pro programování čipů v jazyce C ++. To funguje dobře, ale pro nadšence Pythonu byl můj objev implementace Python 3 v MicroPythonu skvělá zpráva.

Projekt MiPy-ESP je flexibilní rámec využívající MicroPython pro full-stack projekty Python IoT na mikrořadičích rodiny ESP.

Rámec je vyvinut vývojářským týmem LeGarage Technical Comittee Software Developer (LG-TC-SWDT-01) s cílem nahradit již zavedený kód založený na C ++ pro naše aplikace s mikrokontroléry.

Projekt poskytuje základní funkce jako např

• Postupy připojení k síti
• Webový server s přístupovým bodem pro čip (pro wifi připojení a obsluhování čipových webových stránek pro datové I/O)
• Funkce MQTT
• Protokolování/ladění
• Plánování událostí mikrokontroléru
• Hardwarové I/O rutiny

S jedním hlavním kompaktním skriptem kódu (main.py), vše s globální konfigurací (config.py).

Tento kód mictocontroller běží s robustní údržbou čipových připojení k WiFi síti a brokerům MQTT. Stávající moduly MicroPython pro různý hardware lze snadno integrovat do systému.

Rámec MiPy-ESP se stal páteří všech našich projektů IoT hobby elektroniky zahrnujících mikrořadiče rodiny ESP. Byl testován na několika deskách řady ESP, jako jsou desky NodeMCU, Wemos a Lolin.

Následující tutoriál je příručkou, jak začít s mikrokontroléry řady ESP a MicroPython pomocí rámce MiPy-ESP.

Krok 1: Deska Wemos D1 Mini ESP8266

Rámec MiPy-ESP funguje s většinou mikrokontrolérů založených na ESP8266.

Mini vývojová deska Wemos D1 mini je založena na čipu ESP-8266EX. Na půdorysu 2,5 x 3,5 cm nabízí 4 MB flash paměti, 11 digitálních vstupních/výstupních pinů, všechny piny podporují přerušení, PWM, I2C, SPI, sériový a 1 analogový vstup s maximálním vstupem 3,3 V, lze provozovat na 5V napájení, má připojení micro USB a je kompatibilní s prkénkem. Nízká cena a malé rozměry z něj udělaly moji oblíbenou desku ESP.

Verze desky D1 mini pro je navíc dodávána s možností připojení externí antény, což výrazně zvyšuje dosah připojení (dosah +100 m). Kromě toho je deska dodávána také s řadou desek rozšiřujících desek, které jsou připraveny k okamžitému použití, s podobnými kompaktními rozměry.

Krok 2: Připravte se na MicroPython na čipu ESP

V tomto prvním kroku budete

• Připojte desku ESP přes USB k počítači
• Nainstalujte si software Esptool pro flashování čipu
• Vymažte paměť čipu
• Flashujte čip pomocí firmwaru MicroPython
• Nainstalujte Rshell, který umožní interakci příkazového řádku s vaším čipem
• Nainstalujte mpy-cross (pro kompilaci souborů.py do binárního souboru)

Připojení desky k počítači pomocí USB Desky s vestavěným sériovým portem USB zpřístupňují UART vašemu počítači a jsou nejjednodušší možností, jak začít. U desek bez připojení USB lze k připojení kolíků GPIO pro blikání připojených k vnějšímu světu použít modul FTDI s rozhraním USB na sériový port, ale v tomto tutoriálu to není zahrnuto.

Pro MicroPython používající kód MiPy-ESP je minimální požadavek na velikost čipu flash 1 MB. Existuje také speciální sestavení pro desky s 512 kB, ale toto nemá podporu pro souborový systém, na kterém MiPy-ESP závisí.

Při použití kabelu USB se deska připojí k počítači. To také umožňuje programování a ladění přes sériové připojení. Když je nahrán kód projektu a váš projekt je nasazen, externí napájení je připojeno přes kolíky napájecího zdroje na desce.

Informace o instalaci softwaru Esptool najdete v úložišti Esptool GitHub. Pokud chcete používat Windows/Linux/OSX (MAC), výše uvedený odkaz to také pokrývá. Balíček Pythonu lze nainstalovat do

pip install esptool

Pro uživatele Linuxu jsou balíčky pro Esptool spravovány pro Debian a Ubuntu a lze je také nainstalovat pomocí

sudo apt nainstalovat esptool

Vymazání flash paměti ESP Pomocí Esptool poté vymažete flash paměť ESP příkazem

esptool.py --port /dev /ttyUSB0 erase_flash

Stažení firmwaru MicroPyton Firmware MicroPython se nachází v souboru.bin, který lze stáhnout z webu MicroPython.

Aktuální hlavní větev projektu repo byla testována a je funkční s Micropython v.1.12. Aby byl zajištěn úspěch s rámcem MiPY-ESP, stáhněte si soubor 'esp8266-20191220-v1.12.bin' z tohoto odkazu a zapište firmware na čip příkazem:

esptool.py --port /dev /ttyUSB0 --baud 460800 write_flash --flash_size = detekovat 0 esp8266-20191220-v1.12.bin

Instalace Rshell Balíček Rshell umožňuje interakci příkazového řádku s vaším prostředím MicroPython nainstalovaným na čipu. Najdete ho v tomto odkazu. Rshell je jednoduchý shell, který běží na hostiteli a používá raw-REPL společnosti MicroPython k odesílání úryvků pythonu na pyboard za účelem získání informací o souborovém systému a ke kopírování souborů do a ze souborového systému MicroPython. REPL znamená Read Evaluate Print Loop a je to název daný interaktivní výzvě MicroPython, ke které máte přístup na ESP8266. Použití REPL je zdaleka nejjednodušší způsob, jak otestovat kód a spustit příkazy. Nainstalujte Rshell příkazem:

sudo pip install rshell

Instalaci kompilátoru mpy-cross MicroPython lze použít se soubory ascii.py nahranými do čipového souborového systému. MicroPython také definuje koncept souborů.mpy, což je formát binárního kontejnerového souboru, který obsahuje předkompilovaný kód a který lze importovat jako normální modul.py. Zkompilováním souborů.py do souboru.mpy bude pro váš spuštěný kód k dispozici více paměti RAM - a to je nutné, aby měl funkční základní modul rámce MiPy -ESP.

Pro nasazení kódu MiPy-ESP kompilátor mpy-cross MicroPython cross kompiluje skripty.py do.mpy před nahráním čipu. Nainstalujte balíček mpy-cross podle pokynů v tomto odkazu. Alternativně lze příkaz mpy-cross nainstalovat příkazem Python pip nebo spustit z cesty ke složce mpy-cross, pokud zde naklonujete úložiště MicroPython z GitHubu.

Nyní máte nainstalován MicroPython a všechny potřebné nástroje, abyste mohli začít s budováním prvního projektu MiPy-ESP

Krok 3: Začínáme s MiPy-ESP

V tomto kroku budete

Stáhněte si rámec MyPy-ESP

Stažení rámce MiPy-ESP Projekt MiPy-ESP najdete na GitHubu v tomto úložišti kódů. Z GitHubu si můžete stáhnout strukturu souboru úložiště nebo jej klonovat do počítače

klon git

S úložištěm kódů nainstalovaným na vašem počítači máte nyní všechny moduly kódu, které potřebujete k vytvoření out-of-the-box projektu ESP IoT. Další podrobnosti o sadě nástrojů v dalším kroku.

Krok 4: Rámcová architektura MiPy-ESP

V tomto kroku budete

se dozvíte o pracovním postupu kódu MiPy-ESP

Architektura kódu MiPy-ESP

Všechny moduly architektury Python se nacházejí ve složce /src v úložišti kódů MiPY-ESP. Složka src/core obsahuje základní moduly, které jsou součástí každého projektu. Složka src/drivers obsahuje výběr modulů pro připojení různých hardwarů k vašemu čipu. Složka src/utilities obsahuje volitelné moduly nástrojů, které lze zahrnout do projektu.

Soubory main.py a config.py se nacházejí ve složce src/. Toto jsou hlavní soubory, které je třeba upravit při vytváření projektu:

config.py:

Tento soubor je globálním konfiguračním souborem pro váš projekt. Má různá nastavení, vše s popisnými komentáři v souboru.

main.py:

Toto je hlavní skript pro smyčku kódu mikrořadiče. Obsahuje kód specifický pro aplikaci v rámci. Po spuštění čipu main.py spustí a importuje všechny moduly závislé na projektu s danými vstupy ze souboru config.py. Výše uvedený vývojový diagram ukazuje rozložení skriptu main.py.

Obrázek výše popisuje pracovní postup main.py:

1. Při spuštění se kód pokusí připojit čip k síti Wi-Fi. Dříve použité sítě a jejich hesla (šifrovaná na čipu) jsou uložena ve flash paměti. SSID sítě a jejich hesla lze zřídit v souboru wifi.json ve formátu {" SSID1 ":" Heslo "," SSID ":" Heslo2 "}. Dané sítě v tomto souboru jsou uloženy, hesla jsou šifrována a soubor je při spuštění odstraněn.
2. Pokud nejsou nalezeny žádné již známé sítě, kód nastaví webový server přístupového bodu (AP). SSID a heslo čipového AP serveru se nastaví v souboru config.py. Po přihlášení k čipu SSID se webová stránka pro přihlášení čipu k Wi-Fi zobrazí na adrese 192.168.4.1. Zjištěné sítě se zobrazí v nabídce nebo lze SSID zadat ručně (skryté sítě) společně s heslem Wi-Fi. Po úspěšném připojení čipu k Wi-Fi se AP server vypne a main.py kód přejde k dalším krokům.

3. V části Nastavení na main.py

   • jsou definovány funkce pro úlohy a zpětná volání (atd. zpětná volání MQTT) a pravidelné události.
   • Jsou nastaveny různé časované úlohy pro spuštěné funkce.
   • Je vytvořen klient brokera MQTT

4. Kód pak přejde do hlavní smyčky mikrořadiče,

   • průběžná kontrola připojení makléře k síti a MQTT,
   • Předplatné MQTT,
   • hardwarové I/O
   • a naplánované úlohy.
   • Po ztrátě připojení k síti nebo zprostředkovateli MQTT se kód pokusí obnovit.

Krok 5: Příprava kódu projektu

V tomto kroku budete

• informace o struktuře souborů úložiště MiPy-ESP
• připravte kód svého projektu pro nahrání čipu

Struktura složek úložiště Obrázek výše popisuje strukturu složek úložiště a uvádí aktuální moduly rámce. Váš projekt je fází ve složce src/. Moduly základní architektury MiPy-ESP jsou umístěny ve src/core, volitelné obslužné moduly v src/utilities a hardwarové moduly v src/driver.

Většina dostupných hardwarových knihoven MicroPython může přejít do složky ovladače/ bez jakýchkoli úprav. Všechny přítomné ovladače jsou testovány s rámcem MiPy-ESP. Pokud jde o moduly ve složkách/ nástrojích, budou přidány další, jakmile ožijí.

Stanovení kódu projektu Váš kód specifický pro projekt by měl být umístěn ve složce src/. Již existují soubory main.py a config.py, které můžete upravovat. Zkopírujte také požadované projektové nástroje ze src/utilities a src/drivers do src/.

V případě, že byste chtěli na čip poskytnout známé sítě Wi-Fi a hesla, přidejte soubor wifi.json do src/.

Kompilace a příprava k odeslání Za předpokladu, že Makefile lze použít pro přípravu souborů pro přenos na čip, kompilací souborů.py v / src, kompilací základních modulů a přenosem kompilovaných souborů do nové složky s názvem build / příkazem

udělat stavbu

Soubory v sestavení jsou připraveny k nahrání do čipového souborového systému. Ve výchozím nastavení nejsou main.py a config.py kompilovány do binárních souborů, aby k nim byl snadný přístup pro kontrolu nasazených čipů. Příkaz:

vyčistit

Odstraní build/ složku a její obsah.

Krok 6: Kompilace a nahrání kódu do mikrokontroléru

V této sekci budete

• nahrajte připravené soubory v sestavení/ z poslední sekce
• spustit a sledovat běžící kód

Odesílání sestavení/ souborů pomocí Rshell

Nahrajte všechny soubory v adresáři /build na ESP čip pomocí Rshell. Když je mikrokontrolér připojen k USB, spusťte příkaz Rshell z buildu/ složky

rshell -p /dev /ttyUSB0

Poté zkontrolujte soubory čipů (pokud existují) pomocí

ls /pyboard

Všechny soubory na čipu lze odstranit pomocí

rm /pyboard/*.*

Zkopírujte všechny soubory projektu v buildu/ na čip:

cp *. * /pyboard

Potom spusťte interaktivní terminál Pythonu příkazem

dopl

Nyní můžete z modulu MiPy-ESP logger vyvolat příkazy Pythonu nebo importovat moduly a sledovat sériový výstup čipů.

Restartujte čip stisknutím tlačítka reset nebo pomocí příkazového řádku

import hlavní

nebo

importní stroj

a pak

machine.reset ()

V závislosti na vašem nastavení protokolování/ladění v konfiguračním souboru projektu bude repl nyní zobrazovat zprávy o ladění z čipu ESP přes sériové připojení.

To by snad mělo začít.