Análise de sensores ligados ao ESP32 com Node-RED

/* Projeto Curto Circuito - ESP32: Sensor de Chuva */
/* Sensor de Chuva - Pinagem e variáveis */
int pino_d = D0; /* Pino ligado ao D0 do sensor */
int pino_a = A0; /* Pino ligado ao A0 do sensor */
int val_d = 0; /* Armazena o valor lido do pino digital */
int val_a = 0; /* Armazena o valor lido do pino analógico */
/* LED */
int pin = D1; /* Vermelho */
int pin2 = D2; /* Azul */
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  /* Sensores INPUT */
  pinMode(pino_d, INPUT);
  pinMode(pino_a, INPUT);
  /* LEDs OUTPUT */
  pinMode(pin, OUTPUT);
  pinMode(pin2, OUTPUT);
}
void loop()
{ /* Armazena os valores de leitura */
  val_a = analogRead(pino_a); /* Se a leitura analógica for menor que 300 */
  if ( val_a < 1000)
  { /* Chuva intensa */
    digitalWrite(pin, 0); /* Desliga */
    digitalWrite(pin2, 1); /* Liga */
    Serial.println("Chuva Intensa");
    Serial.println(val_a );
  } /* Se a leitura analógica for menor que 500 e maior que 300 */
  if (val_a <= 3000 && val_a >= 1000)
  { // Chuva moderada
    digitalWrite(pin, 1); // Liga
    digitalWrite(pin2, 1); // Liga
    Serial.println("Chuva Moderada ou Chuvisco");
    Serial.println(val_a );
  } // Se a leitura analógica for maior que 500
  if ( val_a > 4000)
  { // Sem previsão de Chuva
    digitalWrite(pin, 1); // Liga
    digitalWrite(pin2, 0); // Desliga
    Serial.println("Sem previsão de chuva");
    Serial.println(val_a );
  }
}

          A pinagem do sensor será distribuída de acordo com a imagem seguir, sendo a alimentação lógica entre 3,3 á 5 V, o ENB deverá ser isolado, ou seja, não será conectado a nenhum terminal, e o píno OUT será o sinal de leitura, que no caso do sensor comum de quatro terminais deverá ser acompanhado por um resistor de aproximadamente 10KΩ.

 

          Se optou pelo modelo comum de quatro terminais, conecte os pinos de alimentação nas fileiras do protoboard, um resistor de 10KΩ entre a porta digital D14 e o pino 2 do sensor, um jumper entre o resistor e polo positivo do Protoboard, e pino ENB deverá ser isolado. 

A biblioteca DHT trará consigo algumas funções próprias para simplificar a coleta de leituras climáticas,  em dht.readHumidity() iremos obter os valores referentes a umidade, enquanto o dht.readTemperature() nos fornecerá a temperatura ambiente. Em #define DHTTYPE, definimos o tipo de sensor DHT que será atribuído a programação, sendo eles divididos entre: DHT11, DHT21, DHT22.

BMP280

          O módulo BMP 280 é utilizado para obter leituras referentes à Altitude, Pressão e Temperatura, com precisão de 1% e tempo de resposta em aproximadamente dois segundos. A faixa de leitura para a temperatura será similar ao apresento pelo módulo DHT22, a pressão será de 30000 á 110000 Pa (Pascal), e a altitude de 100000 á 100 m (metros). A pinagem será divida entre:

 Para adiciona-lo ao circuito, conecte os pinos de alimentação no Protoboard, SCK na porta D4, SDA porta D5, CS porta D18, e SDO porta D19.

 Nos exemplos a seguir utilizamos a biblioteca  “Adafruit BMP280 Library”, que pode ser facilmente instalada através do Gerenciador de Bibliotecas da IDE do software Arduino

As leituras de pressão variam de acordo com a altitude e as condições de temperatura no ar, quanto maior for a altitude em relação ao mar, menor será a pressão. A proporção para comparar a leitura com o nível do mar poderá ser dada pelos seguintes valores:

A função #include "Adafruit_BMP280.h" inclui a biblioteca na programação, adicionando alguns comandos como bmp280.readTemperature(), aplicado a leitura da temperatura, ou bmp280.readPressure(), na análise da pressão. A leitura da altitude será realizada através do comando bmp280.readAltitude(1013.25), que irá utilizar o valor de 1013.25 na realização de um cálculo simples de conversão, exibindo a unidade de medida dos resultados coletados em metros.

Node-RED: Host Local

A comunicação entre o ESP32 e o servidor será estabelecida pelo editor de fluxos Node-RED, se este for o seu primeiro contato com esta plataforma, realize o download do software Node.js e HiveMQ.  Para intalar o Node.js abra o Prompt de Comando do computador (escreva prompt na barra de pesquisa do menu iniciar), escreva npm install -g --unsafe-perm node-red e aguarde o termino da instalação do programa. 

A conexão local requer a execução do protocolo MQTT juntamente ao Node.JS, portanto, procure nos arquivos adiquiridos da HiveMQ a pasta bin e clique duas vezes em run, em seguida, abra uma nova janela do Prompt e escreva node-red,aguarde o termino do processamento, e por fim, procure na última linha pela frase: 

Conecte to Broker: test @mqtt:

O valor encontrado em Conecte to Broker será adicionado a função const char * mqtt_server, presente na programação a seguir, adicione toda a numeração com exceção do final 1883.  

A função client.publish será utilizada na transmissão dos valores barométricos, através de ferramentas lógicas como "event", que, como o próprio nome sugere, será utilizado na construção de eventos que direcionam a coleta de informações do Node-RED, e variáveis como HUMString e TempString, por exemplo, que armazenam as leituras coletadas em float t = dht.readTemperature() e float h = dht.readHumidity(), e  as enviam aos seus respectivos eventos.

O funcionamento do client.publish será avaliado através da comunicação entre o ESP32 e o Node-RED, portanto, acesse o navegador de internet e escreva: localhost:1880

Adicione um MQTT Input e um Debug a área de trabalho, conecte-os e clique duas vezes em MQTT para acessar as opções de configuração do nó.

 Clique no botão , adicione o valor de IP em Server, retorne a opção Topic escreva “event” e clique em Done.

const char* mqtt_server = "192.xxx.xx.xx";

 Clique no botão Deploy para implantar a atualização da lógica, selecione a opção Debug clicando no botão  e visualize as mensagens recebidas pelo servidor.

A mensagem será composta pela  frase "Hello Word", juntamente a uma contagem crescente contínua, isto porque no nó MQTT Input direcionamos a leitura do nó para o comando event, que está conectado ao conteúdo da variável msg. 

client.publish("event", msg);

 

Dashboard: Construindo Gráficos

 

          Ferramentas Dashboard servirão para editar a aparência do navegador, gerando gráficos, medidores de níveis, chaves, botões de acionamento, etc. Portanto, para adicionar um conjunto dessas ferramentas a paleta de edição do Node-RED, clique no botão e selecione a opção Manage Palette. Em Install escreva “dashboard”, procure a opção node-red-dasboard e clique em instalar.

 

 

 A primeira opção que iremos explorar desse conjunto será o nó Gauge, que possibilita a construção de uma análise por barra de nível, level, donut ou compasso.

 

 Nas configurações ajuste a unidade de medida para Celsius (Cº),  tipo de objeto como Gauge e valor mínimo  -10 e máximo 50, as demais possibilidades de edição serão opcionais, e não irão influenciar no funcionamento do nó.

 

 

 

Cada leitura individual exigirá a adição de outro nó MQTT Input e um Debug, configure tal qual demonstrado anteriormente, alterando apenas a opção Topic, este deverá conter um caminho para a leitura de algum dos sensores presentes no circuito, no caso do exemplo abaixo, iremos ajustar a leitura da temperatura.

Construa um fluxo entre os três nós, como mostra o exemplo a seguir:

 

Clique em Deploy, abra outra página no navegador e escreva:  http://localhost:1880/ui/

 

 

 

Procure por um nó Chart, das opções de dashboard, para adicionar a leitura de um dos sensores em um gráfico.

 

Nas configurações de Chart escolha o tipo como Line, isto irá imprimir as informações em um gráfico linar. As demais opções serão aplicadas no formato da leitura, criando um intervalo de tempo, limitando o alcance da leitura, ou alterando o designe de cores dos dados exibidos.

 

 

Adicione um nó MQTT Input e um Debug, configure a opção Topic com outro evento, dessa vez, iremos focar na análise da altitude.

 

Construa um fluxo entre os nós, clique no botão Deploy  e volte à página: http://localhost:1880/ui/

 

 

Repita os processos apresentados acima para os demais eventos declarados na programação:

 

O MQTT realizará a leitura de um único evento, portanto, cada caminho deverá receber um nó exclusivo.

 

 

          O controle de componentes requer a construção de um novo tipo fluxo de comunicação, que, ao invés de coletar irá transmitir informações, portanto, adicione um nó MQTT Output e um Debug. O acionamento do LED RGB será estabelecido por um nó Switch do conjunto Dashboard.

 

 

 

Nas opções do Switch, será necessário ajustar o tipo de mensagem como String, com valores 1 (HIGH) e 0 (LOW), e em Topic escreva “led”.

 

 

 

O nó MQTT Output será responsável por enviar comandos ao ESP32, este deverá ser configurado como os demais, inserindo o endereço de IP e o Topic como event.

 

        Lembre-se de clicar em Deploy sempre que desejar implantar as atualizações geradas no sistema. As informações serão atualizadas em tempo real, de acordo com os valores de leitura coletado nos sensores barométrico, porém, serão exibidas apenas enquanto o Prompt e o HiveMQ estiverem abertos no computador.

 

 

 

Considerações Finais

          Comunicações em redes locais permitem uma implementação de baixa complexidade, com poucos requisitos de processamento, sendo uma aplicação mais simples na construção inicial de sistemas automatizados.  As ferramentas disponíveis tanto no Node-RED, quanto no ESP32, permitirão a construção de uma plataforma supervisória acessível e de baixo custo para sistemas ecoeficiêntes como coberturas vivas (telhado verde), jardim suspenso, setores agrônomos, ou até mesmo bacías hidrográficas, que necessitam de um controle capaz de analisar condições climáticas e ambientais. E, projetos como o proposto neste post, seriam aliados importantes no controle e monitoramento de tais leituras. Nos próximos capítulos, iremos explorar uma melhoria importante para tal sistema, a aplicação de um host particular, permitindo o armanezamento das informações na nuvem, e o acesso de qualquer aparelho conectado a internet.