Continuemos nossa exploração pelo mundo do IoT, nas asas do NodeMCU! Neste tutorial, desenvolveremos uma estação meteorológica doméstica, onde se exibirá informações tais como temperatura e condições climáticas, tanto para o dia corrente quanto para os próximos 3 dias. Nossa estação também exibirá informações internas da casa, como temperatura e umidade relativa do ar.

O diagrama em blocos abaixo, nos dá uma visão geral sobre o projeto:

No vídeo abaixo, você pode ver como ficará o projeto final:

1: Lista de materiais (BoM)

Valores referenciais em USD

• NodeMCU ESP8266-12E ($8.79)
  
• 0.96″ I2C IIC SPI Serial 128X64 White OLED LCD LED Display Module($8.99)
  
• DHT22 AM2302 Temperature And Humidity Sensor ($9.88)
  
• Mini BreadBoard ($1.00)
  
• Male-Female Dupont Cables ($1.00)
  
• Fonte externa de 5V ou bateria

2: Instalando o OLED no NodeMCU

Suponho que você já tenha o IDE do Arduino preparado com todas as bibliotecas necessárias para executar o código NodeMCU. Caso não, leia as instruções em meu tutorial premiado: Do “blink” ao BLYNK, uma viagem pela “Internet das coisas” nas asas do NodeMCU ESP-12E

Agora é hora de instalar nosso velho conhecido, o display OLED SSD1306, cujas principais características são:

• Tamanho da tela: 0.96 “
  
• Comunicação Serial I2C IIC SPI
  
• 128X64
  
• Display de caracteres na cor branca
   

Conecte os pinos do OLED ao NodeMCU, conforme descritos abaixo e no diagrama elétrico acima:

• SDA    ==> D1 (5)
  
• SCL * ==> D2 (4) * Você também poderá encontrar “SDC” ao invés de SCL
  
• VCC   ==> 3.3V ou 5V
  
• GND ==> GND

O SSD1306 pode ser alimentado tanto com 5V (externo) quanto com 3.3V fornecidos diretamente do módulo NodeMCU.

Depois de conectar o OLED,devemos baixar e instalar sua biblioteca no IDE do Arduino. Usamos em projetos anteriores a biblioteca desenvolvida pela ACROBOT, que apesar de fácil de usar, é mais limitada. Desta vez exploraremos a poderosa biblioteca gráfica desenvolvida por Daniel Eichhorn.  Entre no link abaixo e faça o descarregue a biblioteca, instalando-a no IDE do Arduino:

https://github.com/squix78/esp8266-oled-ssd1306

Certifique-se de usar a versão 3.0.0 ou maior!

Depois de reiniciado o IDE, a biblioteca já deverá estar instalada.

A biblioteca suporta o protocolo I2C para acessar a modulo OLED, usando a biblioteca Wire.h:



#include <Wire.h>
 
#include "SSD1306.h"
 
SSD1306  display(ADDRESS, SDA, SDC);

Listaremos apenas algumas API mais importantes, as quais serão utilizadas com o OLED.

A lista completa poderá ser encontrada no GITHub fornecido anteriormente neste tópico.
 

A. Controle de exibição do display:

<strong>void init(); // Initialise the display</strong>
 
<strong>void resetDisplay(void); // Cycle through the initialisation</strong>
 
<strong>void displayOn(void); // Turn the display on</strong>
 
<strong>void displayOff(void); // Turn the display offs</strong>
 
<strong>void clear(void); // Clear the local pixel buffer</strong>
 
<strong>void invertDisplay(void); // Inverted display mode</strong>
 
<strong>void normalDisplay(void); // Normal display mode</strong>
 
<strong>void setContrast(char contrast); // Set display contrast</strong>
 
<strong>void flipScreenVertically(); // Turn the display upside down</strong>

 B. Desenho gráfico

void setColor(OLEDDISPLAY_COLOR color); // Sets the color of all pixel operations
 
void setPixel(int16_t x, int16_t y); // Draw a pixel at given position
 
void drawLine(int16_t x0, int16_t y0, int16_t x1, int16_t y1); // Draw a line from pos 0 to pos 1
 
void drawHorizontalLine(int16_t x, int16_t y, int16_t length); // Draw a line horizontally
 
void drawVerticalLine(int16_t x, int16_t y, int16_t length); // Draw a lin vertically
 
void drawFastImage(int16_t x, int16_t y, int16_t width, int16_t height, const char *image); // Draw a bitmap in the internal image format

C. Operações com texto:
 

void drawString(int16_t x, int16_t y, String text);
 
// Write the text at given position
 
uint16_t getStringWidth(const char* text, uint16_t length);
 
// Returns the width of the const char* with the current font settings
 
uint16_t getStringWidth(String text);
 
// Convenience method for the const char version
 
void setTextAlignment(OLEDDISPLAY_TEXT_ALIGNMENT textAlignment);
 
// TEXT_ALIGN_LEFT, TEXT_ALIGN_CENTER, TEXT_ALIGN_RIGHT, TEXT_ALIGN_CENTER_BOTH
 
void setFont(const char* fontData);
 
// Sets the current font.
 
// Available default fonts: ArialMT_Plain_10, ArialMT_Plain_16, ArialMT_Plain_24

D. Frames (“Ui Library”)

A Ui Library é utilizada para fornecer um conjunto básico de elementos Ui chamados, Frames e Overlays. Um Frame é usado para fornecer informações onde o comportamento padrão é exibir um Frame por um tempo definido e passar para o próximo (como “Paginas”). A biblioteca também fornece um Indicador de qual frame (ou página) está sendo mostrada. Um overlay, por outro lado, é uma informação (por exemplo, um relógio) que é exibido sempre na mesma posição.

void init(); // Initialise the display
 
void setTargetFPS(uint8_t fps); //Configure the internal used target FPS
 
void enableAutoTransition(); //Enable automatic transition to next frame
 
void disableAutoTransition(); // Disable automatic transition to next frame.
 
void setAutoTransitionForwards(); // Set the direction if the automatic transitioning
 
void setAutoTransitionBackwards(); // Set the direction if the automatic transitioning
 
void setTimePerFrame(uint16_t time); //Set the approx. time a frame is displayed
 
void setTimePerTransition(uint16_t time); //Set the approx. time a transition will take
 
void setFrameAnimation(AnimationDirection dir); //Configure what animation is used to transition
 
void setFrames(FrameCallback* frameFunctions, uint8_t frameCount); //Add frame drawing functions
 
int8_t update();  // This needs to be called in the main loop

Uma vez que o OLED e sua biblioteca estejam instalados, escreveremos um simples programa, o “Hello World” para testá-los. Entre com o código abaixo em seu IDE, o resultado deverá ser algo como mostrado na foto:

/* Hello World OLED Test */
 
#include   // Only needed for Arduino 1.6.5 and earlier
 
#include "SSD1306.h" // alias for `#include "SSD1306Wire.h"`
 
SSD1306  display(0x3c, 5, 4); // Initialise the OLED display using Wire library
 
void setup()
 
{
 
Serial.begin(115200);
 
display.init(); // Initialising the UI will init the display too.
 
display.flipScreenVertically();
 
 
 
display.clear();
 
drawHelloWorld();
 
display.display();
 
}
 
void loop()
 
{
 
 
 
}
 
void drawHelloWorld()
 
{
 
display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
 
display.setFont(ArialMT_Plain_10);
 
display.drawString(0, 0, "Hello world");
 
display.setFont(ArialMT_Plain_16);
 
display.drawString(0, 10, "Hello world");
 
display.setFont(ArialMT_Plain_24);
 
display.drawString(0, 26, "Hello world");
 
}

Agora, carregue a sketch: SSD1306SimpleDemo.ino, a qual faz parte dos EXEMPLOS incluídos com biblioteca.

Antes de executar o código, altere a conexão OLED pinos em conformidade:

// Initialise the OLED display using Wire library
 
SSD1306  display(0x3c, 5, 4);

O vídeo abaixo mostra o OLED executando o código de teste:

3: Obtendo os dados internos (“Indoor”)

Neste momento, nosso NodeMCU já pode se comunicar com o mundo pelo display! Instalemos agora um sensor digital de Temperature  e umidade, nosso bom e velho DHTxx (DHT11 ou DHT22). O site da ADAFRUIT fornece ótimas informações sobre esses sensores. Abaixo, algumas informações retiradas do site:

Visão geral

Os sensores de temperatura e umidade de baixo custo da família DHT, são muito básicos e lentos, mas ótimos para hobbyists que querem fazer algum registro de dados básico. Os sensores DHT são construídos em duas partes, um sensor de umidade capacitiva e um termistor. Há também um chip muito básico no interior que faz a conversão analógica para digital. O sinal digital gerado é bastante simples de ser lido usando-se qualquer micro controlador.

DHT11 vs DHT22

Temos duas versões do sensor DHT, eles se parecem e têm a mesma pinagem, mas possuem algumas características diferentes. Aqui estão as especificações:

DHT11

• Bom para leituras de 20-80% de humidade com 5% de precisão
  
• Bom para leituras de temperatura de 0-50 ° C ± 2 ° C de precisão
  
• Não mais de 1 Hz taxa de amostragem (uma vez por segundo)
  
• Ultra baixo custo
  
• Alimentação: 3 a 5V
  
• Consumo: 2.5mA max (durante a conversão de dados)
  
• Tamanho do corpo 15.5mm x 12mm x 5.5mm
  
• 4 pinos com espaçamento de 0,1 “

DHT22

• Bom para leituras de 0-100% de humidade com precisão de 2 a 5%
  
• Bom para leituras de temperatura de -40 a 125 ° C Precisão de ± 0,5 ° C
  
• Não mais de 0,5 Hz taxa de amostragem (uma vez a cada 2 segundos)
  
• Baixo custo
  
• Alimentação: 3 a 5V
  
• Consumo: 2.5mA max (durante a conversão de dados)
  
• Tamanho do corpo 15.1mm x 25mm x 7.7mm
  
• 4 pinos com espaçamento de 0,1 “

Como você pode ver, o DHT22 é um pouco mais preciso e melhor sobre um intervalo ligeiramente maior. Ambos usam um único pino digital e são “lentos”, pois você não pode consultá-los mais de uma vez a cada segundo (DHT11) ou dois (DHT22).

Ambos os sensores funcionam bem para obter informações sobre o interior da casa a serem exibidas em nossa Estação Meteorológica Doméstica.

O DHTxx tem 4 pinos (olhando para o sensor, como mostra a foto, o pino 1 é o mais à esquerda):

• VCC (conectado a 5V externo ou a 3.3V de NodeMCU)
  
• Dados
  
• Não conectado
  
• Terra.

Uma vez que normalmente você usará o sensor em distâncias inferiores a 20m, um resistor de 10K ohms deve ser conectado entre os pinos Data e VCC. O pino de saída será conectado ao pino D3 do NodeMCU (veja o diagrama acima).

Uma vez instalado o sensor em nosso módulo, faça o download da biblioteca DHT do repositório GitHub da Adafruit e instale-o no arquivo de bibliotecas do Arduino.

Uma vez recarregado o IDE do Arduino, a “biblioteca de sensores DHT” deverá estar instalada.

Definamos os parâmetros e variáveis associadas para o sensor  (usaremos em primeiro lugar oDHT22):



/* DHT22 */
 
#include "DHT.h"
 
#define DHTPIN D3
 
#define DHTTYPE DHT22
 
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
 
int localHum = 0;
 
int localTemp = 0;

Agora criaremos uma função para leitura dos dados:

/***************************************************
 
* Get indoor Temp/Hum data
 
****************************************************/
 
void getDHT()
 
{
 
float tempIni = localTemp;
 
float humIni = localHum;
 
localTemp = dht.readTemperature();
 
localHum = dht.readHumidity();
 
if (isnan(localHum) || isnan(localTemp))   // Check if any reads failed and exit early (to try again).
 
{
 
Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
 
localTemp = tempIni;
 
localHum = humIni;
 
return;
 
}
 
}

Uma vez de posse dos dados, usemos o OLED para mostrá-los :

/***************************************************
 
* Draw Indoor Page
 
****************************************************/
 
void drawDHT()
 
{
 
int x=0;
 
int y=0;
 
display.setFont(ArialMT_Plain_10);
 
display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
 
display.drawString(0 + x, 5 + y, "Hum");
 
 
 
display.setFont(ArialMT_Plain_10);
 
display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
 
display.drawString(43 + x, y, "INDOOR");
 
display.setFont(ArialMT_Plain_24);https://youtu.be/7kg6Q7guoWk
 
String hum = String(localHum) + "%";
 
display.drawString(0 + x, 15 + y, hum);
 
int humWidth = display.getStringWidth(hum);
 
display.setFont(ArialMT_Plain_10);
 
display.setTextAlignment(TEXT_ALIGN_LEFT);
 
display.drawString(95 + x, 5 + y, "Temp");
 
display.setFont(ArialMT_Plain_24);
 
String temp = String(localTemp) + "°C";
 
display.drawString(70 + x, 15 + y, temp);
 
int tempWidth = display.getStringWidth(temp);
 
}

A foto abaixo mostra como os dados serão apresentados no display:

Você poderá fazer o download do código completo para operação “indoor” á partir de meu GitHub:

Home Weather Station Indoor code

4: Obtendo os dados externos (“Outdoor”):

Nossos dados meteorológicos serão fornecidos por um serviço gratuito, o “Weather Underground“. Você precisará criar uma conta em seu site e obter uma chave para poder se utilizar da API. Faça-o, seguindo as instruções no link abaixo:

https://www.wunderground.com/weather/apihttps://youtu.be/7kg6Q7guoWk

Nossa estação meteorológica doméstica é baseada no extraordinário trabalho desenvolvido por Daniel Eichhorn (@ squix78). Siga as instruções constantes de seu GitHub para obter as bibliotecas apropriadas. Você precisará ao menos, instalar as bibliotecas abaixo:

Weather Station by Daniel Eichhorn: https://github.com/squix78/esp8266-weather-station
Json Streaming Parser by Daniel Eichhorn: https://github.com/squix78/json-streaming-parser
Depois de ter as bibliotecas instaladas e o IDE reiniciado, baixe o programa completo a partir de meu GitHub:

MJRoBot Home Weather Station code

Depois de ter o código carregado no IDE do Arduino, abra o arquivo stationCredentials.h e entre com seus dados pessoais:

/* WIFI */
 
const char* WIFI_SSID = "YOUR SSID";
 
const char* WIFI_PWD = "YOUR PASSWORD";
 
/* Wunderground Settings */
 
const boolean IS_METRIC = true;
 
const String WUNDERGRROUND_API_KEY = "YOUR KEY";
 
const String WUNDERGRROUND_LANGUAGE = "EN";
 
const String WUNDERGROUND_COUNTRY = "CL";
 
const String WUNDERGROUND_CITY = "Santiago";

Observe que as informações meteorológicas que iremos recuperar do serviço W.Underground serão sobre Santiago (“city”) e CL (“country”: Chile). Você também deve alterá-las com os dados de sua cidade.

E é isso aí, pessoal!

Sua estação meteorológica doméstica deverá estar funcionando agora! Nas fotos abaixo, você pode ver meu protótipo funcionando:

5: Colocando a estação “na caixa”

A última etapa é montar nossa estação em uma caixa. Fiz duas montagens diferentes em caixas plásticas. Você decide a melhor maneira de “empacotar” seu projeto!

Em outra montagem, aproveitei e também testei a estação com o DHT11.

Não se esqueça de alterar os dados do DHT no arquivo “stationDefines.h”.

6: Conclusão

Como sempre, espero que este projecto possa ajudar outros a encontrarem o seu caminho no emocionante mundo da electrónica e do IoT!

Visite o meu depositário no GitHub para obter os arquivos atualizados:

MJRoBot Home Weather Station depository

Não deixem de visitar e seguir minha página: MJRoBot.org no Facebook

Saludos desde el sur del mundo!

Até o próximo tutorial!