Сегодня я хочу рассказать как можно настроить передачу данных с цифрового датчика давления BMP085 по сети. Для этого нам понадобится сам датчик и модуль NodeMCU (в моем случае это клон от WeMos). В качестве протокола передачи мы будем использовать MQTT, так как сам по себе протокол достаточно распространен для интеграции с другими сервисами.

Прежде чем заняться пайкой и самой прошивкой NodeMCU, необходимо озаботиться о сервере. В качестве принимающей стороны больше всего распространен Mosquitto его можно поставить на что угодно, в моем случае это был RaspberryPi, так как дальше локальной сети передавать телеметрию у меня не планировалось.

Порядок его установки довольно типичный и найти его можно на официальном сайте. Для RaspberryPi это так:

wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-repo.gpg.key
sudo apt-key add mosquitto-repo.gpg.key

# Then make the repository available to apt:

cd /etc/apt/sources.list.d/

# Then one of the following, depending on which version of debian you are using:

sudo wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-wheezy.list
sudo wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-jessie.list

# Then update apt information:

apt-get update
apt-get install mosquitto

Далее необходимо добавить его в автозапуск и собственно включить

sudo systemctl start mosquitto
sudo systemctl enable mosquitto

Проверить работоспособность сервера можно с помощью многочисленных инструментов. Для Mac OS мне показался удобным MQTT.fx. Он бесплатный и выполняет все необходимые функции.

Теперь, когда наш брокер MQTT готов, можно заняться самим девайсом. Для начала припаяем BMP085 к нашему WiFi-модулю

В качестве протокола общения с BMP мы используем I2C.  К счастью, нам не придется полностью реализовывать процесс общения с модулем, все уже сделано за нас. У нас есть два варианта. Первый - библиотека написанная на C, для этого будет необходимо включить соответствующий модуль и пересобрать прошивку. Либо использовать lua реализацию.

Если есть желание использовать C модуль, то это делается в по адресу app/include/user_modules.h

#define LUA_USE_MODULES_BMP085

Дальнейшую сборку можно обеспечить с помощью Docker выполнив команду из корня проекта

docker run --rm -ti -v `pwd`:/opt/nodemcu-firmware marcelstoer/nodemcu-build build

Однако спешу заметить, что есть вероятность столкнуться с такой проблемой, что данные с датчика будут приходить довольно таки дикие. Вот тут issue с проблемой с которой столкнуться лично я https://github.com/nodemcu/nodemcu-firmware/issues/1471.

Использование Lua реализации не требует пересборки проекта и ее можно взять в репозитории прошивки NodeMCU  по адресу `lua_modules/bmp085/bmp085.lua`. В моем случае у меня не корректно работало форматирование температуры, да и по какой то причине модуль был удален из ветки master, поэтому я залил его отдельным файлом с исправлениями:

--------------------------------------------------------------------------------
-- BMP085 I2C module for NODEMCU
-- NODEMCU TEAM
-- LICENCE: http://opensource.org/licenses/MIT
-- Christee <Christee@nodemcu.com>
--------------------------------------------------------------------------------
    local moduleName = ... 
    local M = {}
    _G[moduleName] = M
  
    --default value for i2c communication
    local id=0

    --default oversampling setting
    local oss = 0
    
    --CO: calibration coefficients table.
    local CO = {}

    -- read reg for 1 byte
    local function read_reg(dev_addr, reg_addr)
      i2c.start(id)
      i2c.address(id, dev_addr ,i2c.TRANSMITTER)
      i2c.write(id,reg_addr)
      i2c.stop(id)
      i2c.start(id)
      i2c.address(id, dev_addr,i2c.RECEIVER)
      local c=i2c.read(id,1)
      i2c.stop(id)
      return c
    end   

    --write reg for 1 byte
    local function write_reg(dev_addr, reg_addr, reg_val)
      i2c.start(id)
      i2c.address(id, dev_addr, i2c.TRANSMITTER)
      i2c.write(id, reg_addr)
      i2c.write(id, reg_val)
      i2c.stop(id)
    end    

    --get signed or unsigned 16
    --parameters:
    --reg_addr: start address of short
    --signed: if true, return signed16
    local function getShort(reg_addr, signed)
      local tH = string.byte(read_reg(0x77, reg_addr))
      local tL = string.byte(read_reg(0x77, (reg_addr + 1)))
      local temp = tH*256 + tL
      if (temp > 32767) and (signed == true) then 
        temp = temp - 65536
      end
      return temp
    end    

    -- initialize i2c
    --parameters:
    --d: sda
    --l: scl
    function M.init(d, l)      
      if (d ~= nil) and (l ~= nil) and (d >= 0) and (d <= 11) and (l >= 0) and ( l <= 11) and (d ~= l) then
        sda = d
        scl = l 
      else 
        print("iic config failed!") return nil
      end
        print("init done")
        i2c.setup(id, sda, scl, i2c.SLOW) 
        --get calibration coefficients.
        CO.AC1 = getShort(0xAA, true)
        CO.AC2 = getShort(0xAC, true)
        CO.AC3 = getShort(0xAE, true)
        CO.AC4 = getShort(0xB0)         
        CO.AC5 = getShort(0xB2)
        CO.AC6 = getShort(0xB4)
        CO.B1  = getShort(0xB6, true)
        CO.B2  = getShort(0xB8, true)
        CO.MB  = getShort(0xBA, true)
        CO.MC  = getShort(0xBC, true)
        CO.MD  = getShort(0xBE, true)      
    end

    --get temperature from bmp085
    --parameters:
    --num_10x: bool value, if true, return number of 0.1 centi-degree
    --                     default value is false, which return a string , eg: 16.7
    function M.getUT(num_10x)
      write_reg(0x77, 0xF4, 0x2E);
      tmr.delay(10000);
      local temp = getShort(0xF6)
      local X1 = (temp - CO.AC6) * CO.AC5 / 32768
      local X2 = CO.MC * 2048/(X1 + CO.MD)
      local r = (X2 + X1 + 8)/16 
      if(num_10x == true) then 
        return r
      else 
        return (r/10)
      end
    end

    --get raw data of pressure from bmp085
    --parameters:
    --oss: over sampling setting, which is 0,1,2,3. Default value is 0 
    function M.getUP_raw(oss)
      local os = 0
      if ((oss == 0) or (oss == 1) or (oss == 2) or (oss == 3)) and (oss ~= nil) then
        os = oss
      end
      local ov = os * 64
      write_reg(0x77, 0xF4, (0x34 + ov));
      tmr.delay(30000); 
      --delay 30ms, according to bmp085 document, wait time are:
      -- 4.5ms 7.5ms 13.5ms 25.5ms respectively according to oss 0,1,2,3
      local MSB = string.byte(read_reg(0x77, 0xF6))
      local LSB = string.byte(read_reg(0x77, 0xF7))
      local XLSB = string.byte(read_reg(0x77, 0xF8))
      local up_raw = (MSB*65536 + LSB *256 + XLSB)/2^(8 - os)
      return up_raw
    end

    --get calibrated data of pressure from bmp085
    --parameters:
    --oss: over sampling setting, which is 0,1,2,3. Default value is 0
    function M.getUP(oss)
      local os = 0
      if ((oss == 0) or (oss == 1) or (oss == 2) or (oss == 3)) and (oss ~= nil) then
        os = oss
      end
      local raw = M.getUP_raw(os)
      local B5 = M.getUT(true) * 16 - 8;
      local B6 = B5 - 4000
      local X1 = CO.B2 * (B6 * B6 /4096)/2048
      local X2 = CO.AC2 * B6 / 2048
      local X3 = X1 + X2
      local B3 = ((CO.AC1*4 + X3)*2^os + 2)/4
      X1 = CO.AC3 * B6 /8192
      X2 = (CO.B1 * (B6 * B6 / 4096))/65536
      X3 = (X1 + X2 + 2)/4
      local B4 = CO.AC4 * (X3 + 32768) / 32768
      local B7 = (raw -B3) * (50000/2^os)
      local p = B7/B4 * 2
      X1 = (p/256)^2
      X1 = (X1 *3038)/65536
      X2 = (-7357 *p)/65536
      p = p +(X1 + X2 + 3791)/16
      return p
    end

    --get estimated data of altitude from bmp085
    --parameters:
    --oss: over sampling setting, which is 0,1,2,3. Default value is 0
    function M.getAL(oss)
      --Altitudi can be calculated by pressure refer to sea level pressure, which is 101325
      --pressure changes 100pa corresponds to 8.43m at sea level
      return (M.getUP(oss) - 101325)*843/10000
    end

    return M

Далее нам необходимо задать файл init.lua который будет запускаться при запуске самой NodeMCU. Его можно взять с официального сайта https://nodemcu.readthedocs.io/en/master/upload/#initlua. В принципе он выполняет все необходимые операции по подключению к WIFI. Необходимо только лишь добавить credentials.lua со всеми необходимыми данными WIFI. Туда же мы и добавим остальную конфигурацию:

-- Параметры WIFI
local PASSWORD = "Пароль WIFI"
local SSID = "SSID WIFI"

-- Параметры MQTT брокера
local MQTT_BROKER = "IP адрес MQTT брокера"
local MQTT_DEVICE_ID = "ID текущего устройства. На ваш выбор"

-- Порты куда мы припаяли BMP085
local I2C_SDA = 2
local I2C_SCL = 1

После того как WIFI был успешно подключен, управление программой передается в файл application.lua. В нем мы опишем процесс подключения к MQTT брокеру, чтение данных с BMP085  и их последующую отправку.

dofile("credentials.lua")

function configureBMP() 
    print ("Configure BMP085 Module")
    local bmp = require("bmp")
    bmp.init(I2C_SDA, I2C_SCL)
end

function getPressure()
    return bmp.getUP(3) 
end

function getTemperature()
    return bmp.getUT(false)
end

function publish()
    print("Start publish timer") 
    timer = tmr.create()
    -- Период отправки 30 секунд
    timer:register(30000, tmr.ALARM_AUTO, function()
        print("Sending data...") 
        local t = getTemperature()
        m:publish("temperature/" .. MQTT_DEVICE_ID ,t,0,0)
        local p = getPressure()/100
        m:publish("pressure/" .. MQTT_DEVICE_ID,p,0,0)
    end)
    timer:start()
end

function mqttConnect() 
    print ("Connecting to MQTT Broker to", MQTT_BROKER, " with id ", MQTT_CLIENT_ID)
    m = mqtt.Client(MQTT_CLIENT_ID, 120)
    m:on("offline", function(T)
        print ("MQTT Broker is offline")
    end)
    m:connect(MQTT_BROKER,1883,0,1, function(T)
        print ("MQTT Broker is online")
        publish() 
    end)
end

configureBMP()
mqttConnect()

Здесь мы вызываем подключение к MQTT  брокеру и в случае успеха запускаем отправку данных раз в 30 секунд.

Для отправки файлов lua на NodeMCU можно воспользоваться программой nodemcu-uploader. Она доступна на GitHub https://github.com/kmpm/nodemcu-uploader.

nodemcu-uploader --port /dev/cu.usbserial-1450  upload credentials.lua
nodemcu-uploader --port /dev/cu.usbserial-1450  upload bmp.lua
nodemcu-uploader --port /dev/cu.usbserial-1450  upload application.lua
nodemcu-uploader --port /dev/cu.usbserial-1450  upload init.lua

Адрес USB порта скорее всего будет другой. Для MacOS его можно посмотреть командой

ls /dev/cu.usbserial-*

Так как у вас скорее всего ничего другого кроме NodeMCU на данный момент не подключено, то выбор между адресами будет не велик.

Когда мы успешно записали все 4 файла на NodeMCU, то можно нажимать на кнопку Reset на модуле или же просто отключить/подключить питание. Следить за процессом подключения в модуле можно по UART на том же порту через любой serial терминал. Например, screen

screen /dev/cu.usbserial-1430

Если вы все сделали правильно, то в MQTT клиенте можно наблюдать данные с модуля