2015
HOME
Steuern mit Bluetooth
Steuern mit WLAN II
Steuern mit WLAN III

Smartphone/Tablet schaltet Relais via WiFi und ESP8266/Arduino
Steuern mit WLAN
Ergänzung zum eBook "Messen und Steuern mit dem Smartphone"

Ende 2014 betritt der ESP8266-Baustein die Szene. Der Chip aus dem Hause espressif war zunächst nur chinesisch dokumentiert. Er ermöglicht es, sehr preiswert Steuerungen über das WLAN zu realisieren, ohne irgendeine vorhandene Infrastruktur. Das WiFi/RS232-Modul kann als eigener Access-Point (AP) fungieren und macht damit andere Router überflüssig! Dies ist insbesondere unterwegs oder/und in abgelegen Gegenden von Vorteil.

Auf diese Art und Weise sind dann z.B. Temperaturregler in Anlagen vorstellbar, die ohne aufwändige Verkabelung auskommen, da die Signale drahtlos über die eigene WiFi/WLAN-Infrastruktur übertragen werden und diese hier vorgestellte Steuerung als Teil einer Regelung ihre Anwendung findet. Zusätzlich bietet dieser Ansatz die Möglichkeit der Fernüberwachung lokaler Regelungs- und Steuereinrichtungen.

In diesem Beispiel dient ein Arduino als Vermittler und als Mess- und Steuergerät. Das hier dargestellte Beispiel schaltet ein Relais, um zum Beispiel elektrische Geräte im 230 V-Netz zu steuern. Diese Steuerung soll über mobile Geräte, wie Smartphone oder Tablet erfolgen, die auch simultan die Steuerung übernehmen können.


Aufbau

Für diesen Aufbau werden die folgenden Geräte und Bauteile benötigt:

  • Arduino mit Entwicklungsumgebung
  • ESP8266-1 neuerer Art mit 9600 Baud
  • Ein Kondensator ca. 470 uF - 1000 uF
  • Ein Relais-Breakout (oder nur eine LED)
  • Verbindungskabel
  • Ein Smartphone, Tablet oder auch ein PC als Steuergerät

Ohne Steuergerät können die Kosten der Hardware im einstelligen Euro-Bereich bleiben, ein Arduino-Mini inklusive.
Die Verschaltung ist übersichtlich und schnell gesteckt. Bei der Spannungsversorgung ist etwas Vorsicht geboten, da der ESP8266 empfindlich auf falsche Spannungen reagiert. Ein Kondensator stabilisiert die schwachen 3,3 Volt bei Sendebetrieb etwas. Die direkte Verbindung der TX/RX-Leitungen erfolgt auf eigenes Risiko.


Sketch Arduino als Vermittler
Im Arduino werkelt ein kurzes Programm, ein Sketch. Es ist eine Minimalfassung, die ohne Soft-Serial auskommt und nach einiger Internetrecherche nun reibungsfrei läuft. Bei der Übertragung des Programms (Upload) muss die Verbindung zum ESP8266 kurz gelöst werden. Danach ist die Verbindung erforderlich, da die Kommunikation zwischen ESP und Arduino über diese zwei seriellen Leitungen erfolgt. Ein PC ist ab da nicht mehr erforderlich. Im eBook "Messen und Steuern mit dem Smartphone" wird gezeigt, wie auch die Programmierung und Übertragung vom Smartphone aus - ganz ohne PC - funktioniert.

Der Sketch initialisiert die Kommunikation auf 9600 Baud, den ESP8266 als AP (CWMODE), der mehrere Teilnehmer erlaubt und schaltet den Server-Modus an. Sollte nach einer Weile ein Problem auftauchen, so kann der ESP8266 zurrück gesetzt werden (AT+RST), wenn bei einem Arduino-Reset der Analogeingang 0 (A0) auf Massepotential liegt. Mit espReadLine() werden Zeichen vom ESP8266 eingelesen, mit Serial.print() bzw. Serial.println ausgegeben.

Die Hauptschleife überprüft, ob das Zeichen ("1") zum Schalten des Relais empfangen wird. Die Zeichenkette vom ESP hat das Format "+IPD,2,5:Hallo", wenn ein Teilnehmer mit der id 2 die 5 Buchstaben Hallo sendet. Falls 3 Parameter erkannt werden, folgt die Prüfung auf "1" und das Relais an Pin 12 wird entsprechend geschaltet. Als Rückmeldung wird "LED is OFF" bzw. "LED is ON " gesendet. (Dies wurde bei der Bluetooth-Steuerung hier an anderer Stelle ebenso gemacht). Mit CIPSEND wird der Adressat (id) und die Anzahl (12) der zu senden Zeichen vorweg übertragen und anschließend die eigentliche Botschaft. Dabei wird der aktuelle Zustand des Pin 12 abgefragt.

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
//OHNE SOFT SERIAL
#define PIN 12 
char *startup[]={"ATE0","AT+CWMODE=2","AT+CIPMUX=1",
                 "AT+CIPSERVER=1","AT+CIPSTATUS"};
void setup()
{pinMode(PIN,OUTPUT); Serial.begin(9600); 
 if(analogRead(A0)==0)
 {Serial.println("AT+RST");delay(2000);espReadLine(1000);}
 for(int i=0;i<5;i++)
 {Serial.println(startup[i]);espReadLine(0);}
}
 
char *espReadLine(int ms)
{char s[80]=""; //buffer
 if(ms)delay(ms);
 int len=Serial.readBytesUntil('\n',s,sizeof(s)-4); s[len]=0;
 return s;
}  

void loop()
{int id,len;char s[80]; 
 if(3==sscanf(espReadLine(0),"+IPD,%d,%d:%s",&id,&len,s))
 {digitalWrite(PIN,s[0]== '1'? HIGH : LOW); // OUTPUT    
  sprintf(s,"AT+CIPSEND=%d,12",id);// Message to id
  Serial.println(s);espReadLine(0);// +\r\n
  if(digitalRead(PIN))Serial.println("LED is ON "); 
                 else Serial.println("LED is OFF");
 }
}

Steuern mit Play-Store-App WiFi TCP/UDP Commander
Insbesondere mit dem Android TCP/UDP-Commander, einer Play-Store-App, steuert sich die Anordnung völlig problemlos. Aber auch ein kleines RFO-Basic-Programm weiter unten lässt das Relais per Touch schalten. Auch das alte Hyperterminal ermöglicht TCP/IP Verbindungen unter Windows 8.1. Im iTunes-Store findet man ähnliche Applikationen.

Voreingestellt ist die Adresse 192.168.4.1 und der Port 333. Dies wurde so bei behalten, um möglichst wenig Überhang zu erhalten. Damit die Steuerung funktioniert, muss aber erst der AP am Smartphone oder Tablet geändert sein. Also in den WLAN-Einstellungen einen AP mit Namen "ESP_..." suchen und eine Verbindung herstellen. Danach kann auch ein "Connect" in in der nebenstehenden App erfolgen und mit Betätigung des Tasters "LED AN" oder das Senden einer "1" im hier augeblendeten Terminalfenster sollte das Relais schalten. Die "0", oder die Schaltfläche "LED AUS" schaltet wieder ab. Die Kommandos werden in den Einstellungen der App festgelegt. Dort können auch Schieber angezeigt werden, die entsprechende Werte übertragen. Das Schieben lässt die blaue ESP-LED aufleuchten, der obige Sketch wertet jedoch nichts aus. (Hier ein Sketch, der darauf reagiert).

Die Anregung zu dieser Lösung war der Beitrag unter "AllAboutEE", der eine LED-Steuerung über eine Webseite vorstellt(e). Das Interessante ist dort die Auslagerung von Code in Form von Java-Script auf die Client-Seite, wodurch der kleine Arduino entlastet wird. Hier wird aber bewusst auf HTML/Browser verzichtet, um schlank zu bleiben.


Basic in der Hosentasche RFO-Basic auf dem Smartphone
Sockets und TCP werden von RFO-Basic unterstützt und so musste in der Bluetooth-Lösung nur die Verbindungsart geändert werden. Diese erfolgt nun über "192.168.4.1", an Port 333 via Sockets. Falls die Verbindung steht, wird die IP ausgegeben, um dann nach drei Sekunden in den Grafik-Modus zu wechseln.

Nach jedem Touch wird der gelbe Kreis umgeschaltet und gleichzeitig eine "1" bzw, "0" über WLAN an den ESP8266 geschickt. Dieser reicht diese Zeichen über die beiden seriellen Leitungen dem Arduino weiter, der entsprechend das Relais schaltet. Die Pause in der Touch-Abfrage schont den Akku des Smartphones.

PRINT "WLan Steuerung mit ESP8266."
PRINT "Arduino Led13 schalten."
SOCKET.CLIENT.CONNECT "192.168.4.1",333
SOCKET.CLIENT.STATUS r
IF r THEN
 PRINT "Connected to ";
 SOCKET.CLIENT.SERVER.IP a$
 PRINT a$
ELSE
 END
ENDIF
PAUSE 3000

GR.OPEN 255, 0,0,0
GR.ORIENTATION 1
GR.SCREEN w,h
r = 255
g = 200
b = 0
GR.COLOR 255,r,g,b,1
GR.CIRCLE rc, w/2, h/2, w/3
lf$=CHR$(13)

DO
 GR.SHOW rc
 GR.RENDER
 SOCKET.CLIENT.WRITE.LINE "1"+lf$
 GOSUB touch
 GR.HIDE rc
 GR.RENDER
 SOCKET.CLIENT.WRITE.LINE "0"+lf$
 GOSUB touch
UNTIL x<100
END

touch:
DO
 GR.TOUCH touched,x,y
 PAUSE 20
UNTIL touched
WHILE touched
 GR.TOUCH touched,x,y
 !pause 20
REPEAT
RETURN

Fazit
Insgesamt erscheint die TCP/IP-Lösung gegenüber der Bluetooth-Lösung aus "Messen und Steuern mit dem Smartphone" etwas solider, wenn es um die Funk-Übertragung geht. Beide senden etwa im selben Frequenzbereich, aber BT war und ist hier immer etwas "wackelig". Erst wenn der Access-Point länger ununterbrochen in der Luft ist, können Aussagen zur Zuverlässigkeit erfolgen. Ein 24h-Lauf war viel versprechend.

Auch für den alten iPod Touch der 2. Generation gab/gibt es noch ein kompatibles Testprogramm im App-Store: "WIFI TCP Test Tool". Es ist nützlich, um das Zusammenspiel verschiedener Apps und Programme zu untersuchen. Zur Zeit laufen hier Tests für den gemischten (Dauer-) Betrieb, also "AT+CIPMODE=3" mit als Router eine ältere Fritzbox. Die Anmeldung erfolgte manuell mittels Terminal und ist nur einmal erforderlich, wodurch eine Änderung der "2" auf "3" im obigen Quelltext die Steuerung auf beide Arten zulässt.

Im Station-Modus sollte es möglich sein, das Relais von jedem Ort mit Internet, aus der Ferne zu steuern - und das möglichst ohne Wartungsarbeiten bzw. manuellem Eingriff ...

Das Ergebnis des Dauertests ist verlinkt als Steuern mit WLAN II oder LED-Chat.

Weitere Software
.
Startseite Bücher Software Digital RTV Musik Kontakt

Für Inhalt und weitere Verzweigung externer Links sind die Betreiber der dortigen Seiten verantwortlich - H.-J. Berndt