Kaip pradėti daiktų interneto projektą pradedantiesiems
Daiktų internetas (IoT) vis labiau paplitęs kasdieniame gyvenime – nuo namų apšvietimo, kurį galima valdyti mobiliaisiais telefonais, temperatūros jutiklių sandėliuose iki oro kokybės stebėjimo įrenginių. Nors tai gali skambėti sudėtingai, IoT projekto pradžia iš tikrųjų yra gana prieinama net pradedantiesiems, jei tik jie supranta pagrindines sąvokas ir laikosi teisingų veiksmų. Šis straipsnis padės jums praktiškai ir tikslingai pradėti IoT projektą nuo nulio.
1. Supraskite pagrindines daiktų interneto sąvokas
Paprastai tariant, daiktų internetas (IoT) yra sistema, jungianti fizinius įrenginius (jutiklius / pavaras) prie interneto, kad duomenis būtų galima perduoti, stebėti ir (arba) valdyti nuotoliniu būdu. Daiktų interneto projektai paprastai susideda iš keturių pagrindinių komponentų:
1. Įrenginys: mikrovaldiklis arba mini kompiuteris, pvz., ESP32, Arduino arba Raspberry Pi.
2. Jutikliai / pavaros: jutikliai duomenims (pvz., temperatūrai, drėgmei, judesiui) nuskaityti ir pavaros veiksmams atlikti (pvz., relės įjungimui, variklio įjungimui, solenoido atidarymui).
3. Ryšys: „Wi-Fi“, „Bluetooth“, „LoRa“ arba mobilusis tinklas duomenims siųsti.
4. Platforma / serveris / valdymo skydas: debesijos programa arba paslauga, skirta duomenims saugoti, grafikams rodyti ir valdymui teikti (pvz., MQTT brokeris, „Node-RED“, „ThingsBoard“, „Firebase“, „Blynk“ arba savadarbis serveris).
Pradedantiesiems nebūtina visko suprasti iš karto. Pradėkite nuo nedidelio projekto, kuris tiesiog nuskaito jutiklius ir rodo duomenis, o tada palaipsniui plėskite.
2. Apibrėžkite paprastus ir aiškius projekto tikslus
Dažna pradedančiųjų klaida – nuo pat pradžių projektų steigimas per dideliems. Pasirinkite realius tikslus, pavyzdžiui:
– Kambario temperatūros ir drėgmės stebėjimas internetu
– LED lemputės, kurias galima įjungti per programėlę
– Judesio jutiklis, siunčiantis pranešimus į „Telegram“
– Automatinis augalų laistymas pagal dirvožemio drėgmę
– Elektros energijos suvartojimo stebėjimas (pažangus)
Įsitikinkite, kad projektas turi vieną pagrindinę funkciją. Pavyzdžiui: „Noriu kas 10 sekundžių nuskaityti temperatūrą ir nusiųsti ją į ataskaitų skydelį.“ Kai ta viena funkcija bus sėkminga, pridėkite kitą.
3. Pasirinkite pradedantiesiems tinkamą įrenginį
Štai keletas populiarių daiktų interneto įrenginių parinkčių:
a) ESP32 (rekomenduojama pradedantiesiems daiktų interneto vartotojams)
ESP32 yra nebrangus mikrovaldiklis su integruotu „Wi-Fi“ ir „Bluetooth“. Jo privalumai:
- Prieinamos kainos
– Daug pamokų ir bendruomenių
– Tinka „Wi-Fi“ pagrindu veikiantiems daiktų interneto projektams
– Galima programuoti naudojant „Arduino IDE“ arba „MicroPython“
b) „Arduino Uno“ (tinka mokytis pagrindinės elektronikos)
„Arduino Uno“ lengva išmokti naudoti, tačiau jame nėra integruoto „Wi-Fi“. Daiktų internetui reikės papildomo modulio, pvz., ESP8266.
c) „Raspberry Pi“ (sudėtingesniems projektams)
„Raspberry Pi“ yra tarsi mini kompiuteris, puikiai tinkantis vietiniams serveriams, kameroms ar sudėtingoms programoms valdyti. Tačiau pradedantiesiems ESP32 paprastai yra paprastesnis ir pigesnis.
Jei daugiausia dėmesio skiriate namų daiktų internetui, ESP32 yra labiausiai subalansuotas pasirinkimas.
4. Paruoškite būtiniausius komponentus
Pirmajam projektui galite pasiruošti:
– 1x ESP32 plokštė
– USB laidas (maitinimui ir programų įkėlimui)
– Maišymo lenta (nebūtina, bet naudinga)
– Užvedimo laidai
– 1 paprastas jutiklis: DHT11/DHT22 (temperatūra/drėgmė) arba LDR (šviesa)
– LED + rezistorius (indikatoriui)
Vien su šiuo komponentu galite sukurti daug pagrindinių projektų.
5. Sužinokite pagrindinę reikalingą elektroniką
Jums nereikia būti elektronikos ekspertu, tačiau yra keletas svarbių sąvokų:
– VCC, GND ir signalo kaiščiai ant jutiklio
– Įtampa 3.3 V, palyginti su 5 V (ESP32 paprastai yra 3.3 V)
– LED rezistorius, kad LED nebūtų pažeistas
– Skaitmeninė ir analoginė įvestis / išvestis
– Kaip skaityti jutiklio duomenų lapą (minimalus kontaktų išdėstymas ir darbinė įtampa)
Įtampos paklaidos yra dažna įrenginio gedimo priežastis. Įsitikinkite, kad jutiklis suderinamas su ESP32, arba, jei reikia, naudokite lygio keitiklį.
6. Pasirinkite, kaip bendrauti: HTTP ar MQTT?
Daiktų internete duomenys turi būti siunčiami iš įrenginio į serverį arba programą. Yra du įprasti būdai:
a) HTTP (lengviau suprantamas)
ESP32 siunčia duomenis per HTTP užklausas į serverį arba API. Jis tinka pradedantiesiems, nes koncepcija panaši į svetainės atidarymą.
b) MQTT (populiarus daiktų interneto standartas)
MQTT yra lengvas, publikavimo / prenumeratos pagrindu veikiantis protokolas. Jis tinka periodiniam jutiklių duomenų perdavimui ir realaus laiko sistemoms. Paprastai jame naudojami tokie brokeriai kaip „Mosquitto“, „HiveMQ“ arba „EMQX“.
Jei norite greitai pradėti, pradėkite nuo HTTP. Tačiau jei rimtai žiūrite į daiktų internetą, labai rekomenduojamas MQTT.
7. Nustatykite prietaisų skydelio platformą
Kad projektas atrodytų kaip daiktų internetas (IoT), duomenys turėtų būti matomi ataskaitų srityje. Pradedantiesiems patogūs variantai:
– „Blynk“: labai lengva valdyti ir stebėti per programėlę
– „ThingSpeak“: puikiai tinka duomenų grafikams (temperatūrai, drėgmei ir kt.)
– „Firebase“: lanksti mobiliosioms programėlėms, bet šiek tiek techniškesnė
– „Node-RED“: tinka srautams kurti ir greitai integracijai
– „ThingsBoard“: tinka didesnio masto daiktų interneto įrenginiams
Pradedantiesiems „Blynk“ arba „ThingSpeak“ dažnai yra pirmas pasirinkimas dėl greito nustatymo.
8. Pradėkite nuo pavyzdinio projekto (projekto pradžios)
Štai efektyvaus mokymosi būdo pavyzdys:
1. Mirksėkite ESP32 šviesos diodą (bandymo plokštė ir IDE)
2. Nuskaitykite jutiklio rodmenis (pvz., DHT11) ir parodykite juos serijinio prievado monitoriuje.
3. Prijunkite ESP32 prie „Wi-Fi“
4. Siųskite jutiklio duomenis į platformą („ThingSpeak“ / „Blynk“)
5. Sukurkite paprastus valdiklius: mygtuką programėlėje, kad įjungtumėte šviesos diodą arba relę.
6. Pridėkite funkcijas: duomenų siuntimo intervalą, triukšmo filtrą, jutiklio kalibravimą
Tokie maži žingsneliai aiškiai parodo jūsų progresą ir sumažina nusivylimą.
9. Nuo pat pradžių atkreipkite dėmesį į saugumą
Daiktų internetas dažnai susijęs su namų tinklais ir duomenimis. Pradedantiesiems saugumas dažnai pamirštamas, nors jis yra labai svarbus. Bent jau atlikite šiuos veiksmus:
– Neužkoduokite „Wi-Fi“ slaptažodžių viešose saugyklose
– Naudokite saugius API prieigos raktus ir jų nesidalinkite
– Jei įmanoma, rimtiems projektams naudokite HTTPS arba MQTT su TLS.
– Pakeiskite numatytąjį slaptažodį maršrutizatoriuje arba vietiniame serveryje
– Apribokite įrenginio prieigą prie interneto, jei to nereikia.
Mokymosi projektams pirmiausia tiesiog supraskite saugumo sąvokas ir pripraskite prie tinkamų praktikų.
10. Testavimas, dokumentavimas ir tobulinimas
Geras daiktų interneto projektas yra ne vienkartinė sėkmė, o stabili ir kartojama. Praktika:
– Patikrinkite „Wi-Fi“ ryšį, kai signalas silpnas
– Jutiklių testavimas įvairiomis sąlygomis
– Užtikrina paprastą serijinės išvesties registravimą
– Dokumentacijos rašymas: grandinės, kodas ir kaip paleisti
– Kurti papildomas versijas (v1, v2, v3)
Dokumentacija padės jums, kai norėsite sukurti didesnį projektą arba juo pasidalinti su kitais.
Uždarymas
Pradedantiesiems pradėti daiktų interneto projektą nebūtinai turi būti sudėtinga. Svarbiausia pasirinkti paprastą projektą, naudoti tinkamą įrenginį, pvz., ESP32, suprasti jutiklių ir jungčių pagrindus ir pabandyti siųsti duomenis į paprastą ataskaitų suvestinę. Taikydami nuoseklų metodą – šviesos diodas, jutiklis, „Wi-Fi“, duomenų siuntimas, tada valdymas – sukursite tvirtą pagrindą sudėtingesniems daiktų interneto projektams ateityje.
Jei norite, galiu padėti jums sukurti išsamų daiktų interneto projekto pavyzdį pradedantiesiems (pvz., ESP32 + DHT22 + ThingSpeak/Blynk) su komponentų sąrašu, laidais ir kodu. Ar norite projekto, kuris būtų skirtas stebėjimui (jutikliai) ar valdymui (relėms/LED)?
