Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
Добрый день!
Недавно заинтересовался идеей создания «умного дома». Так как из необходимых компонентов в моем распоряжении пока что имеются только arduino и телефон на андроиде, решено было начать с создания пульта управления и связи его с остальной частью системы.
Моё видение системы выглядит так:
Думаю стоит совместить домашний и веб-серверы, прикупив статический айпишник, но на первое время сойдет и так. Начнем с простого – научимся удаленно управлять светодиодом и LCD-дисплеем.
Web-server
На веб-сервере создаем БД с двумя таблицами – leds и texts. Таблица leds содержит 2 поля – id и status. Она содержит одну запись с актуальным состоянием светодиода. Таблица texts содержит 2 поля – id и text. Она также содержит одну запись с текстом, который в данный момент отображается на LCD-дисплее.Теперь напишем пару скриптов, которые будем вызывать с телефона и передавать информацию для БД. Пишем на php.
Скрипт led.php (управление светодиодом):
Скрипт msg.php (управление LCD-дисплеем):
Я думаю, что из комментариев ясно, как работают эти скрипты. Это все, что находится на веб-сервере. Теперь перейдем к домашнему серверу (или говоря проще, компьютеру, к которому подключен ардуино).
Домашний сервер
На нем будет постоянно работать программка (можно даже назвать ее – демон), посылающая запросы к БД и при изменении находящейся там информации, посылающая на COM-порт с ардуино соответствующую команду. Программку напишем на языке Processing:Import processing.serial.*; //библиотека для работы с COM-портом
import de.bezier.data.sql.*; //библиотека для работы с БД MySQL
Serial port;
MySQL dbconnection;
int prevLEDState = 0; //предыдущее состояние светодиода
String prevS = ""; //предыдущий текст, отпаврленный на LCD-дисплей
void setup()
{
port = new Serial(this, "COM4", 9600); //инициализируем COM-порт 4 (на не прицеплена ардуина), скорость обмена - 9600 бод
port.bufferUntil("\n");
String user = "имя_пользователя";
String pass = "пароль";
String database = "имя_бд";
dbconnection = new MySQL(this, "ваш_домен.ru", database, user, pass); //соединяемся с БД
dbconnection.connect();
}
void draw()
{
//следим за информацией о светодиоде в БД
dbconnection.query("SELECT * FROM leds WHERE id = "1""); //делаем запрос к таблице leds
while (dbconnection.next()) //обходим выборку из результата запроса
{
int n = dbconnection.getInt("status"); //получаем значение из поля status
if (n != prevLEDState) //если оно изменилось по сравнению с предыдущем "тактом" работы программы, то посылаем команду на COM-порт
{
prevLEDState = n;
port.write("1"); //первый переданный символ будет означать код выполняемой операции: 1 - управление светодиодом, 2 - управление LCD-дисплеем
port.write(n);
}
}
//следим за информацией о LCD-дисплее в БД
dbconnection.query("SELECT * FROM texts WHERE id = "1""); //делаем запрос к таблице texts
while (dbconnection.next())//обходим выборку из результата запроса
{
String s = dbconnection.getString("text"); //получаем значение из поля text
if (s != prevS)
{
prevS = s;
port.write("2");
port.write(s);
}
}
delay(50); //делаем задержку в 50 мс, чтобы не слать запросы непрерывно
}
Пояснять этот код я тоже не стану, все и так понятно.
Еще 1 важный момент. Чтобы программа с нашего компьютера могла обращаться к БД, расположенной на удаленном сервере, надо это разрешить. Вводим наш ip в список разрешенных:
Приложение для телефона
Телефон у меня андроиде, для него и пишем. Не буду сильно вдаваться в подробности (очень хорошо как о установке среды программирования, так и о написании первого приложения написано вот в этой статье - ссылка).Внешний вид приложения выглядит довольно скромненько, но в данном случае это не главное:
Приведу только отрывки кода программы под Android. Функция, вызывающая скрипт, управляющий светодиодом:
public void changeLED()
{
try
{
URL url1 = new URL("http://ваш_домен.ru/led.php");
HttpURLConnection urlConnection = (HttpURLConnection) url1.openConnection();
try {
InputStream in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream());
}
finally {
urlConnection.disconnect();
}
}
catch (Exception e)
{
}
}
Функция, отсылающая текст для отображения на LCD-дисплее:
public void submitMsg()
{
final EditText tt = (EditText) findViewById(R.id.editText1);
try
{
URL url1 = new URL("http://ваш_домен.ru/msg.php?msg="+tt.getText());
HttpURLConnection urlConnection = (HttpURLConnection) url1.openConnection();
try {
InputStream in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream());
}
finally {
urlConnection.disconnect();
}
}
catch (Exception e)
{
}
}
Ну и главная функция, в которой происходит привязка обработчиков событий к кнопкам:
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
final Button btn1 = (Button) findViewById(R.id.button1);
btn1.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
public void onClick(View v) // клик на кнопку
{
changeLED();
}
});
final Button btn2 = (Button) findViewById(R.id.button2);
btn2.setOnClickListener(new Button.OnClickListener() {
public void onClick(View v) // клик на кнопку
{
submitMsg();
}
});
}
И еще один важный момент – добавить разрешение приложению на выход в интернет. Для этого в файл AndroidManifest.xml (он находится в директории нашего андроид-приложения) надо добавить строчку:
Экспортируем наше приложение в файл APK и устанавливаем на телефон. Пульт управления умным домом готов!
Arduino
Ну и наконец последнее, но не по значению – подключение ардуино и ее прошивка. Схема подключения LCD-экрана и светодиода к Arduino Uno выглядит следующим образом:
Резистор берем на 220 Ом. Более подробно про подключение LCD-экрана можно прочитать здесь - ссылка
А вот как это все выглядит в реальности:
Правда красиво?
Задача ардуино состоит в прослушивании того, что программа-демон на домашнем сервере посылает на COM-порт, к которому и подключена ардуино (хотя фактически подключение идет по USB-кабелю, но компьютер распознает его как последовательный порт). После получения каких-либо данных с компьютера, контроллер по первому символу переданной информации распознает код команды (т.е. чем сейчас предстоит управлять – LCD-дисплеем или светодиодом). Далее в зависимости от кода и следующей за ним информации выполняется либо включение/выключение светодиода, либо вывод на дисплей переданного сообщения. Итак, вот собственно код:
#include
Я думаю, пояснений он не требует, так как я очень подробно все расписал в комментариях. Единственное, что стоит отметить, так это некоторые ограничения на передаваемые для вывода на дисплей строки. Они не должны содержать пробелов (это ограничение накладывается несовершенством моего алгоритма) и не должны содержать кириллицы (т.к. она поддерживается не всеми дисплеями, а если и поддерживается, то требует передачи кодов символов в своей собственной кодировке, преобразовывать символы в которую нет никакого желания).
Заключение
Ну вот и все. Оказалось, что это довольно просто.Видео того как все работает:
Как и многие другие самоделкины, я регулярно использую микроконтроллеры AVR для всяких разных любительских поделок. А благодаря концепции «Arduino» эти поделки теперь приобретают еще и элегантный вид. Действительно, за какие-то 300-400 рублей мы получаем миниатюрную многослойную плату с маской, шелкографией и с полностью разведенной на ней периферией для микроконтроллера (причем в SMD исполнении!). Я уже не говорю о всевозможных подключаемых модулях этой же «Arduino» серии: датчиках, контролерах, дисплеях и целых наборов, так нужной нам дополнительной периферии. И опять же всё также недорогих и в прекрасном исполнении. Практически уже нет необходимости, что-то разводить и допаивать на «коленке».
Но все эти разнообразные любительские поделки, требуют естественно, предварительного программирования. Да и в последующем при разных усовершенствованиях, постоянно приходится эти поделки перепрошивать . Понятное дело, что удобнее делать это дистанционно, чем постоянно таскать их к обычному программатору. Вообще, благодаря той же платформе «Arduino», вариантов и здесь много: Bluetooth, ZigBee, радиоканал с вашим личным протоколом, IR, и даже Wi-Fi. Все они позволяют наладить беспроводной контакт с вашим микроконтроллером. Но мы же остановимся на последнем варианте. Основных причин здесь четыре:
1: современно, интернет вещей же!
2: беспроводной роутер есть в каждой квартире, регистрируй в домашней сети свои устройства и вуаля!
3: ваши поделки осуществляют революционный скачок в своём развитии; мало того, что их можно программировать на расстоянии, они теперь ещё и сами могут общаться с окружающим их миром: электронные часы самостоятельно берут точное время с часовых NTP-серверов, исполнительные устройства управляются с другого конца города или страны, регистрирующие девайсы сохраняют накопленные данные в облако и т.д. и т.п.
4: есть замечательная серия микросхем ESP8266 на которой не очень легко всё это реализовать.
Далее, в этой статье на примере механической руки на сервоприводах - будет разобрано и продемонстрировано удаленное программирование и обмен данными с ПК (или чего угодно) с устройствами на базе AVR микроконтроллеров. Сразу же хочу отметить, что все программы приведенные в дальнейшем являются чисто демонстрационными и никакой коммерческой ценности не имеют. Поэтому претензии, типа, почему программатор такой кастрированный и мало функциональный или почему нет дополнительных сервисов, которые есть везде, не принимаются. Поскольку коды открытые, любой желающий может допилить их по своему усмотрению, мне же для работы, пока хватает и таких.
Предполагается, что читатель уже знаком и с «Arduino» модулями (шилдами) и с подключением и прошивкой ESP8266. На самом деле в Сети выложено огромное количество материалов разъясняющих азы работы с этими девайсами и мне не хотелось бы здесь повторяться. Для новичков в конце статьи есть перечень полезных ссылок по этим вопросам, где можно найти кучу информации, почему это всё у вас не работает. По своему опыту бывшего инженера электронщика могу ответственно заявить, что 99 % неполадок сводится к следующему:
1. Плохие контакты. Поскольку «Arduino» шилды, подразумевают коммутацию с друг другом через провода вида «папа-мама», а не через пайку, то очень часто что-нибудь, где-нибудь, да отходит. Проверяйте. Да и вообще, как говорится, электроника это наука о контактах.
2. Проблемы с питанием. Не подавайте 5 вольт питания туда, где требуется 3.3. Иногда из ESP8266 от этого идёт дым. Хотя с другой стороны логические сигналы от пятивольтовых устройств она переваривает без проблем.
3. Проблемы с достаточной мощностью питания. ESP8266 имеет подлую натуру и иногда может потреблять чуть ли не триста миллиампер, хотя до этого могла удовлетворяться и тридцатью. Соответственно хилый стабилизатор 3.3 вольт платы «Arduino», к которому вы ничтоже сумняшеся, её подключили, тут же просаживается до микроскопических значений. А вы не можете понять, почему оно, то работает, то нет.
4. Путаница с выводами. Всегда проверяйте, какие сигналы куда идут. Приемник RXD должен соединяться с передатчиком TXD, также как и TXD с RXD, но MOSI должно соединяться с MOSI, а MISO с MISO и так далее.
5. Не рассчитывайте на внутрисхемные подтягивающие резисторы в ESP8266, всегда подтягивайте выводы к нулю или питанию, через 5-10 килоомные внешние резисторы, а не просто перемычкой. Иначе можете в лучшем случае получить невиданный доселе ток потребления, а потом обонять неприятный запах горелого пластика.
6. Косяки программного обеспечения. Поскольку ПО для индивидуальных юзеров пишется таким же энтузиастами, то периодически вылазят глюки самих прошивок и баги при обновлении версий этих же прошивок. Лечится ползанием по соответствующим форумам, иногда даже англоязычным. Некоторые товарищи даже утверждали, что и сама микросхема ESP сырая как погода в Питере, но с другой стороны существует также мнение что с 2014 (года её первого выпуска) ситуация с этим кардинально улучшилась (в отличие от погоды).
7. Загадочные глюки. Это редкое, но нервопотребляющее явление. У меня к примеру, не шилось удалённо одно «Arduino»устройство. Вернее шилось но с ошибками. Но шилось без ошибок, если на нем висел шлейф от программатора (но без самого программатора). «АГА», сказал я себе и припаял конденсатор 15 пФ, между выводом передачи данных и выводом синхронизации. Всё заработало. Но день убил.
Итак, давайте начнем с самого простого. У нас есть механическая конечность MechArm (но не такая какую собрал Говард Воловитс) сделанная в Китае и персональный компьютер с Windows. Задача - удаленная прошивка программы и управление ея с компьютера.
Для управляющего контроллера возьмем симпатичную миниатюрную платку Arduino Nano c камнем ATmega328P. Эта плата прекрасно впихивается внутрь механической руки.
Теперь определимся каким образом мы её будем программировать. Существуют три основных способа наиболее подходящих для удаленной прошивки: через интерфейс SPI, через встроенный загрузчик, через порт JTAG.
Самый простой вариант, это конечно встроенный загрузчик (бутлоадер). Это заранее прописанная во FLASH память, программа, которая по определенному протоколу получает код, (допустим по самому простому UART) и специальными командами записывает его в место расположения загружаемой программы. Так работает, например, сам загрузчик ARDUINO IDE. После сброса или старта, загрузчик ждет какое-то время данные на приём и если не дожидается начинает исполнение программы с нулевого адреса. Если данные приходят, он пишет их в программную секцию. После следующего сброса загруженная программа начинает исполняться. В деталях, возможно, я описал неточно, но суть именно такая. В итоге нам требуется всего три вывода для программирования: приемник RTD, сброс RESET и земля GND. Вообще, используется еще и передатчик TRD, для верификации записанной программы, но для простых демонстрационных приложений (не для атомной электростанции), проверку можно опустить.
Сам загрузчик пишется на языке ассемблера, есть примеры простых загрузчиков в даташитах на AVR. Можно раскопать существующий уже загрузчик, если он в открытом доступе и просто использовать его в готовом виде, если известен протокол по которому он работает. Единственный нюанс, что для этого требуется настроить AVR в специальный режим, путем прошивки специальных фьюз-битов, что делается обычным программатором, а потом им же зашить сам загрузчик в память микроконтроллера (то есть без программатора один раз все равно не обойтись).
Второй вариант, это программирование по последовательному интерфейсу SPI. Тут уж внутреннего загрузчика нет, а программируем мы, посылая специальные команды и затем данные, по вышеупомянутому интерфейсу. Здесь у нас загрузчик уже внешний, но его все равно писать надо. При передаче используются в добавление к RESET и GND уже четыре дополнительных вывода MOSI, MISO - данные, SLK синхронизация, СS - выбор кристалла. Но вообще также можно убрать MISO и СS. Данные будут только приниматься (верификации программы тогда не будет), а кристалл у нас и так всего один.
У каждого подхода есть свои плюсы и минусы (а JTAG я вообще не рассматривал, поскольку жизнь человеческая коротка). Но в итоге я склонился к SPI поскольку на ассемблере писать было лень, а открытых готовых загрузчиков я не нашел (просто хорошо не искал).
Для построения беспроводного канала я, как уже говорилось, выбрал крайне широко известную в настоящее время микросхему ESP8266 - микроконтроллер, а точнее целый SoC (System-on-Chip) китайского производителя Espressif с интерфейсом Wi-Fi. Помимо Wi-Fi он отличается возможностью исполнять программы из внешней флэш-памяти. А конкретно для своего проекта я взял ESP8266-07 с 512 Кб памяти на борту.
Вообще годится любая ESP8266, где есть лишние ноги для реализации SPI. Поэтому самая простая ESP8266-01 нам не подойдет, так как у неё разведено совсем мало ножек для портов ввода-вывода. Но с другой стороны разница в цене на них меньше ста рублей, а доступны они одинаково. Ну и большие отладочные платы с ESP, где для удобства разведена куча периферии, нам тоже не годятся, так как не влазят, туда куда мы их хотим впихнуть, в нашу механическую руку.
Глобальная суть идеи в общем была такова. С компьютера на ESP без проводов по WI-FI (в рамках вашей домашней сети) передается тело загружаемой в микроконтроллер программы. А ESP уже по проводам с использованием интерфейса SPI записывает эту программу непосредственно во FLASH память микроконтроллера. Потом естественно сбрасывает его и дает возможность загруженной программе выполняться. Кроме того в ESP должен быть независимый блок, который заведует еще и обменом данными с микроконтроллером, так как мы хотим не только программировать, ни и еще обмениваться с ним данными. В частности для проекта с MechArm, после записи программы, мы ещё передаем сигналы управления сервоприводами, дабы привесть эту руку в движение. Поэтому на самой ESP нам желательно поднять TCP сервер для передачи программы и UDP сервер для управления MechArm. Соответственно эти серверы присоединяются к домашней сети и внимательно слушают, нет ли там желающих загрузить новый код в MechaArm или помахать кому-нибудь ею.
Так-то, я нашел в Сети, прошивки уже позволяющие производить программирование AVR по воздуху, но там главная проблема в том, что для чего другого эту прошивку использовать уже нельзя. А нам хотелось бы после программирования и общаться с AVR также удаленно.
Какое ПО мы будем использовать:
Для ПК, я писал всё на JAVA, среда IntelliJ IDEA . Но в принципе, можно на чём угодно, нам там главное написать клиент, который будет отправлять программу для прошивки AVR на ESP8266.
Сами программки для AVR я пишу в ATMEL STUDIO , на языке С, редко на ассемблере. Скетчи Arduino не использую принципиально, практически любая нужная библиотека пишется за час другой, причем с полным пониманием её работы. Я пробовал скетчи, но пока у вас нет на AVR операционной системы, скетчи так и будут отбирать у друга периферию и регулярно глючить. Да сама IDE Arduino по сравнению с ATMEL STUDIO, конечно вещь весьма примитивная. Но тут вопрос, конечно, спорный, гуманитариям и школьникам веселее и проще будет, наверное, со скетчами.
Для программирования ESP8266 я использовал прошивку NodeMCU, а программы писал на языке Lua. Нет, я бы с удовольствием писал бы на Java и на С, но их же на ESP нет. Luа язык в применении к нашей задаче не сложный, освоить его пара пустяков. А собственно для загрузки программ и их отладки на ESP, я взял IDE ESPlorer . Отечественный бесплатный продукт (но можете сделать автору donation), который конечно не сравнить со средами упомянутыми выше, но как говорится дарёному коню… Но чтобы пользоваться ESPlorer и писать на LUA, нам сначала необходимо сменить в микросхеме ESP8266 базовую прошивку (поставляемую от производителя) на новую. В этом предприятии нам поможет программа NODE MCU PyFlasher. В смысле, поможет её перепрошить. А саму прошивку мы сами создадим и получим в руки на сайте создателей: NodeMCU .А более подробно об этом процессе вы можете прочесть
Всё очень доступно и понятно. К базовым библиотекам добавляем поддержку SPI и битовые операции (в LUA в нашем случае битовые операции перегружены и от них мало толку). Много в прошивку библиотек пихать не следует, так как из-за наличия всякого разнообразного софта на ESP8266 остается совсем мало памяти, какие-то жалкие 20 кБ.
Конечно, вы можете просто взять готовую прошивку, коих много уже болтается в Интернете, но не рекомендую. Хотя бы потому, что на некоторых нет поддержки битовых операции (а они нам нужны) и нет регулирования скорости передачи данных по SPI.
Соответственно, они передаются по умолчанию со скоростью 40 Мгц делённые на какой-то небольшой коэффициент и поэтому AVR их переваривать не успевает.
Кому лень создавать прошивку можете скачать мою из облака .
Теперь у нас есть прошивка и нам надо загрузить её в ESP8266 вместо базовой. Для этого нам пригодится простейший адаптер USB - UART.
Присоединяем ножки TXD к RXD, а RXD к TXD, делаем общей землю, но не используем, как казалось, удобный вывод питания 3.3 В на адаптере. В большинстве случаев ESP8266 просадит его напрочь. Поэтому запитываем ёё отдельно. Потом переводим ESP в режим программирования (GP0 на землю, если кто забыл) и запускаем NODE MCU PyFlasher .
Главное, не забудьте стереть флэш-память (yes, wipes all data), иначе в зависимости от версии прошивки после программирования в памяти может остаться ненужный мусор, который в свою очередь будет сыпать мусор в консоль при дальнейшей работе. До этого я использовал софт, где не было опции стереть предварительно память, намучался жутко, так как ничего не работало. А ларчик просто открывался, только правда на англоязычном форуме создателей NODE MCU.
Заимев же нужную прошивку мы теперь можем писать и отлаживать программы на языке LUA (там еще MicroPython, но я им не пользовался) используя при этом очень удобные API от NODE MCU. Запускаем уже упомянутый ранее ESPlorer.
Также настраиваем его для работы с ESP8266, устанавливаем параметры последовательного соединения. Всё достаточно просто и многократно изложено в Интернете.
Теперь пишем программульку на LUA, кою потом загрузим в ESP8266:
Загрузчик Lua для AVR, записываемый в ESP8266
function InstrProgrammingEnable () -- instruction for MC "enable programming" p=0 while p<31 do p=p+1 pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1, 0xAC,0x53) read = spi.recv(1, 8) spi.send(1,0,0) gpio.write(pin, gpio.HIGH) if (string.byte(read)== 83) then print("connection established") p=33 if(p==31) then print("no connection") end end end end function ProgrammingDisable () pin=2--END OF ESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=8 gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=5--CLK MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=6--MISO MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.INPUT) pin=7--MOSI MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.INPUT) end function ProgrammingEnable () pin=2-- RESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.LOW) pin=2--POZITIV FOR 4MSEC RESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(4) gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.LOW) tmr.delay(25000) end function InstrFlashErase() pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1,0xAC,0x80,0,0) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(15000) pin=2--RESET FOR MK gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(20000) gpio.write(pin, gpio.LOW) print("FLASH is erased") InstrProgrammingEnable () end function InstrStorePAGE(H, address, data) pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1,H,0,address,data) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(500) end function InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) pin=8 gpio.write(pin, gpio.LOW) spi.send(1,0x4C,page_address_high,page_address_low,0) gpio.write(pin, gpio.HIGH) tmr.delay(5000)-- иногда не прописываются флэш при малых задержках end function Programming (payload) pin=8--CS MASTER for SPI gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT, gpio.PULLUP) pin=4--LED LIGHTS ON LOW gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.LOW) print(string.len(payload)) page_count = 7 -- пишем 1 килобайт for k =0 ,page_count ,1 do--quantity of pages for i=0 , 127, 2 do-- -1 address = i/2 data=payload:byte(i+1+128*k) if data == nil then data = 0xff end InstrStorePAGE(0x40,address,data) -- tmr.delay(100)-- otherwise not in time write data =payload:byte(i+1+1+128*k) if data == nil then data = 0xff end InstrStorePAGE(0x48,address,data) -- tmr.delay(100) end page_address_low=bit.band(k ,3)*64 -- 3 это двоичное 11 page_address_high=k/4+frame1024*2 tmr.delay(1000) InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) tmr.wdclr() end pin=4--LED gpio.mode(pin, gpio.OUTPUT) gpio.write(pin, gpio.HIGH) end --MAIN BLOCK wifi.setmode(wifi.STATION) --wifi.sta.config("имя сети","пароль") -- set SSID and password of your access point station_cfg={} tmr.delay(30000) station_cfg.ssid="имя сети" tmr.delay(30000) station_cfg.pwd="пароль" tmr.delay(30000) wifi.sta.config(station_cfg) tmr.delay(30000) wifi.sta.connect() tmr.delay(1000000) print(wifi.sta.status()) print(wifi.sta.getip()) while (wifi.sta.status()~=1) do if(wifi.sta.status()==5) then break end end sv=net.createServer(net.TCP,30) tmr.delay(100) print("SERVER READY") sv:listen(4000,function(c) c:on("receive", function(c, payload) print(payload) if (payload =="program\r\n") then c:send("ready\r\n") print("ready for program\r\n") spi.setup(1, spi.MASTER, spi.CPOL_LOW, spi.CPHA_LOW, spi.DATABITS_8,320,spi.FULLDUPLEX) ProgrammingEnable () tmr.delay(100) InstrProgrammingEnable () tmr.delay(100) InstrFlashErase() tmr.delay(100) frame1024=0--номер переданого фрей мов st=net.createServer(net.TCP,30) st:listen(4001,function(c) c:on("receive", function(c, payload) tmr.wdclr() Programming (payload) frame1024=frame1024+1 end) end) end if (payload =="data\r\n") then c:send("ready\r\n") print("ready for data\r\n") srv=net.createServer(net.UDP) tmr.delay(1000) pin=10 gpio.write(pin, gpio.HIGH) uart.setup(0,9600,8,0,1,0) srv:listen(5000) srv:on("receive", function(srv, pl) pl=pl*1 --print(pl) uart.write(0,pl) tmr.wdclr() end) end if (payload =="stop\r\n") then if(st~=nil) then st:close() frame1024=0 ProgrammingDisable () print("stop program") end if(srv~=nil) then srv:close() print("stop data") end end end) end) end)
Где соответствующие функции выполняют следующие действия:
function InstrProgrammingEnable () – переводит микроконтроллер в режим программирования специальной командой отправляемой по SPI.
function ProgrammingEnable () – просто ресетим AVR на 25 мс перед началом программирования
function ProgrammingDisable () – после окончания программирования, переводим выводы SPI в ESP8266 в неактивное состояние, чтобы они не мешались нам при выполнения кода на микроконтроллере (вдруг они там используются)
function InstrFlashErase() – затираем флэш-память на микроконтроллере перед началом программирования. Зачем это нужно объяснять не нужно.
function InstrStorePAGE(H, address, data) – по этой команде во внутренний буфер микроконтроллера записывается байт программы. Но это ещё не сама флэш запись, так как флэш пишется здесь постранично по 128 байт.
function InstrWriteFLASH(page_address_low,page_address_high) – а вот это уже запись флэш и она требует времени, обратите внимание на временную задержку 5 000 мкс.
function Programming (payload) – самая большая и важная функция использующая и вышеперечисленные функции. Она берет передаваемую программу кусками по 1024 байт, делит их на байтики и формирует для них адреса, а затем отправляет в микроконтроллер во внутренний буфер и через каждый 128 байт инициализирует запись флэш. Потом берет следующий килобайт кода и повторяет операцию, естественно со смещением в адресах, чтобы писать дальше а не затирать записанное. Вначале, я пробовал пересылать программы целиком, но при превышении 6 килобайт в ESP8266 элементарно кончается доступная память и она вылетает. Один килобайт оказался самой удобной единицей, ибо аккуратно делится на части и удобно передается по TCP (нам же надо его с компьютера ещё получить). Больший размер тоже не нужен, TCP, сами знаете, в текущей версии ограничивает передаваемый пакет, в 1500 что ли байт (но у меня передавался почему-то 1440, вроде).
Как бы ничего сложного, но несколько подводных камней пришлось преодолеть.
Регистрируемся в беспроводной сети.
Создаем вначале TCP сервер, который слушает три команды:
1. “program” (будем программировать),
2. “data” (будем меняться данными),
3. ”stop” (всё прекращаем).
Если мы программируем, то сначала инициализируем SPI и создаем еще один TCP сервер, который хапает данные (код прошиваемой программы) покилобайтно и вызывает под них функции программирования микроконтроллера. Я понимаю, что выглядит глупо создавать второй сервер, но это необходимость, ибо местное API поддерживает создание только одного сокета, а нам необходимо разделять команды ”program” и “data” собственно с передаваемыми данными, ибо на глаз они не различаются, там байты и тут байты.
Если же мы хотим не программировать, а обмениваться данными, посылая их в нашем случае в микроконтроллер, то мы сначала отправляем по TCP строку ”data”. В ответ на это будет создан уже UDP сервер (я напомню, что мы управляем динамически механической рукой и нам задержки с формированием TCP пакетов не нужны, да и вообще отправлять один байт целым TCP кадром моветон). А UDP дейтаграммы у нас будут маленькими и формироваться будут быстро.
После инициализируется UART, и каждый принимаемый в беспроводном виде байт, отправляется уже по проводу TXD на микроконтроллер, который обязан, буде там прошита соответствующая программа, его принять. Обмен данными в другом направлении организовать также не сложно, но я пока его не реализовывал.
Ну и по команде ”stop” вышеупомянутые сервера (кроме самого первого) закрывают соединения и самый главный сервер вновь переходит в состояние ожидания команд ”program” и “data”.
Поскольку SPI интерфейс программно эмулируется в ESP8266, то порты ввода-вывода для сигналов CS, CLK, MISO,MOSI, RESET (для AVR), можете использовать любые доступные, а не те, что указаны у меня в загрузчике. Кроме того оказалось, что CS и MISO в принципе тоже можно в данном случае оборвать, будет работать и без них. Ну и один вывод задействуется на встроенный в плату ESP8266 светодиод, чтобы мигал иногда и показывал, что программа ещё живая.
Проверок на ошибки записи не делается (за исключением первого запроса к AVR, но эта информация просто выводится на консоль), EEPROM не программируется, больше 32 Кб не шьется – короче есть ещё над чем поработать. Скорость обмена по SPI примерно 115 Кбит, за несколько секунд всё прошивается, примерно, как у обычного последовательного программатора типа ISP500).
Берите код, вписывайте свои сети и пароли, компилируйте на ESplorer, обзывайте его “init” (чтобы запускался при рестарте) и отправляйте на ESP8266. Должно работать. В смысле работать беспроводным программатором, как минимум.
Мы же теперь займемся управляющей стороной – персональным компьютером.
По сути, нам нужно взять файл формата HEX, в который превращаются ваши программы, написанные в среде ATMEL STUDIO и отправить его по WI-FI на известный нам порт сокета (в данном случае 4000). Маленькая загвоздка в том, что нам нужен двоичный файл BIN для пересылки, а ATMEL STUDIO радует нас только HEXом. Выхода здесь два; или перевести его в формат BIN специальной программой конвертером, типа WinHex или сделать это самим в своей программе. Я пока не сделал, но вроде это не сложно, там надо отрезать заголовок и сделать что-то ещё.
В итоге программу-загрузчик я написал на JAVA (в основном потому, что больше ни на чем не умею), работая в просто прекрасной и бесплатной среде IntelliJ IDEA. В ней создается TCP клиент, который ищет сервер запущенный на ESP8266. Если находит, то связывается с ним и отправляет ему файл расположенный по такому-то адресу. Код ниже.
Загрузчик файлов на JAVA, работающий на стороне ПК
import java.io.*; import java.net.*; import java.util.ArrayList; import java.util.List; public class Net { public static void main(String args) { new Http_client(4000); } } class Http_client extends Thread { int port; String s; String Greetings_from_S; Http_client(int port){ this.port = port; start(); } public void run() { //192.168.1.113 -это адрес ESP8266 в моей сети. Но вообще, узнается из общения с роутером // лучше сделать его статическим, роутеры это умеют try (Socket socket = new Socket("192.168.1.113", port)) { PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()),true); pw.println("program");// Greetings with SERVER System.out.println("program"); BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream())); Greetings_from_S = br.readLine(); System.out.println(Greetings_from_S); if(Greetings_from_S.equals("ready")) { try { File file = new File("d:BlinkOUT.bin");// адрес выгружаемого файла BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(new FileInputStream(file)); byte data = new byte; bis.read(data); byte data_buffer = new byte; int frames = data.length/1024; System.out.println(frames); int residy = data.length%1024; for (int i = 0; i < frames;i++) { for (int k = 0; k< (1024); k++) { data_buffer[k] = data; } sendingChunk(data_buffer); } byte data_buffer2= new byte; for (int i = 0; i < residy;i++) { data_buffer2[i] = data; } sendingChunk(data_buffer2); pw.println("stop");// System.out.println("stop program"); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } public void sendingChunk (byte data_buffer){ try (Socket socket = new Socket("192.168.1.113", 4001)){ BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream((socket.getOutputStream())); bos.write(data_buffer); bos.flush(); System.out.println(data_buffer.length); } catch (Exception e) { System.out.println(e); } } }
Тут конечно накручено лишнего, всякие ready, в принципе не нужны. Если уж TCP соединение установлено, то оно установлено. Единственная проблема была в том, что файл никак не хотел отправляться ровными кусками по 1024 байт, как мне очень требовалось, хотя я и явно указывал размер. Видимо там какой-то финальный буфер недоступный из JAVA, и он отправляет пакеты размером, каким ему хочется, что для приемной стороны совершенно неприёмлемо. Сначала я пробовал сделать задержку, чтобы буфер уставал ждать следующие куски и отправлял как есть. Но задержка стала работать, когда достигла 10 секунд, что мне как-то показалось многовато на один передаваемый килобайт.
Но потом я заметил, что почему-то первый кусок всегда идет ровный, какой был заказан, а уже со второго начинается непредсказуемая вакханалия. Поэтому я сделал так, чтобы клиент открывал соединение, отправлял порцию кода в 1024 байт и закрывал соединение. И так пока не отправится весь файл. Всё успешно заработало.
Единственное, для запуска необходимо поставить на компьютер среду выполнения JAVA. Но я обычно запускаю сразу из IntelliJ IDEA ибо там в консоли всегда видно, что происходит (но и здесь среда JAVA нужна). Хотя, конечно, по-умному надо сделать GUI. То есть окошко, где выпадает путь к файлу, возможность менять там же в окне номера портов и ну и прочие нужные вещи. И все это собрать в виде исполняемого файла.
А таперича, как говаривал Коровьев, вернемся граждане, собственно к механической конечности MechArm, что была упомянута в самом начале. У нас теперь есть возможность удаленно её запрограммировать, а затем ею поуправлять. Перейдём к программе управления на стороне микроконтроллера.
В данном случае нам необходимо контролировать четыре сервопривода. Вот таких.
Такой привод управляется прямоугольными импульсами, периода 20 мс (50Гц) с коэффициентом заполнения от 2 до 4 процентов. То есть 2% это полный поворот в одну сторону, 4% в другую. Задача как раз для встроенного в AVR ШИМ.
Один сервопривод используется для движения вправо-влево; второй на себя – от себя; третий вверх-вниз; четвертый – сама клешня, которая должна сжиматься и разжиматься. Всё написано на С и откомпилировано до HEX файла в ATMEL STUDIO. Немного странный вид программы связан с тем, что изначально рука управлялась с клавиатуры привязанной проводами к микроконтроллеру. Но провода вчерашний день, надо эволюционировать дальше.
Можно конечно использовать скетчи для сервоприводов от ”ARDUINO”, но мне они не понравились. Самому писать интересней. К тому же все четыре сервопривода должны работать одновременно, а не в мультиплексированном режиме, когда ШИМ переключается на каждый сервопривод поочередно. Ибо гравитацию никто не отменял и поднятая вверх конечность, моментально опустится, если на соответствующий сервопривод перестанут поступать управляющие импульсы. Я не уверен, что ”ARDUINO” скетч обеспечивает одновременный режим работы для четырех серво. А вот сами мы вполне можем написать программку отвечающую нужным требованиям. Да и вообще при отсутствии операционной системы, которая отделяет агнцев от козлищ, применение скетчей конкурирующих за периферийные устройства микроконтроллера (а мы даже и не знаем заранее какие) дело слишком багопроизводительное.
Вот сам код, который мы записываем в Arduino Nano посредством ESP8266-07.
Программа для управление MechArm для микроконтроллера AVRmega328P
#define F_CPU 16000000
#include Теперь нам осталось лишь написать управляющую программу, простите за тавталогию, для управления механической рукой уже непосредственно с компьютера по WI-FI. Что там происходит понятно из окошка. Текст программы я здесь не привожу (он доступен на В этой статье информация о том как собрать свой танк, оснащенный Web Камерой и управляемый посредством Wifi роутера. Необходимые материалы:
Сборка нашего монстра
Как мы скачали, делаем следующее:
1) Включить роутер и подождать загрузки. Можно выбрать один из режимов:
«Точка доступа» и «Клиент Wi-Fi сети». Для настройки режима Клиента: Если сделали все правильно, то у вас пойдет RSS строка в нижней части экрана. Когда все заработала, у вас появятся раздел модули, там вы находите модуль "РОБОТ". Устанавливайте. Готово. Подключение L298N, Arduino Nano, MR3020, Камера и другое На картинке все наглядно показано, но на всякий случай напишу. Вывод Arduino DIGITAL 4 - к IN1 пину модуля. Питание так скажем логистики, осуществляется вторым аккумулятором. Емкость 2000 mA/h 5v, дабы не спалить роутер. Да и с двумя аккумуляторами робот стабильней работает. Так вот, его мы подключаем просто в разъем микро USB. Через USB хаб который подключен к роутету питанию уже получает и камера и наша ардуинка. Скетч для Arduino Nano
/*
Версия 1.5 WIFI Tanka на DD1-1
Реализовано:
1) Движение камеры по X и Y
2) Гудок
3) Фары
4) Звук при включении
*/
#include Внесение изменений в роутер
Канал Science Vetal показал, как сделать машинку на управлении практически от любого андроид смартфона. При этом не будем использовать «Arduino», возьмем микроконтроллер от китайского производителя «Espressive» «esp 8266», штуковина представляет из себя «Arduino» плюс wi-fi модуль. Вы помните «Arduino uno», оно большое, а здесь маленькая такая штучка, в которой есть wi-fi, возможности «Arduino». К этому микроконтроллеру китайцы разработали такой shield. Он удобный: можно подключить 2 двигателя, или даже 4, при этом можно использовать 11 выводов. Так же возьмем 2 двигателя, 2 стандартных «Arduino» колеса. Когда на «aliexpress» вводишь «Arduino» в поиск, открываются не только платы, но, сопутствующие товары. Интересные элементы, обязательно что-то интересное найдете, попробуйте. Возьмём для питания 2 аккумулятора 18650, к ним бокс для 2-х акб, также возьмем 2 уголка, размеры около 5 дюймов, это не столь важно там плюс-минус полдюйма, дюйм. Дело в том, что конструкция может быть ваша, но представленная в ролике авторская удачна, проста. Берем 2 уголка, при помощи винтов их необходимо соединить, чтобы сюда спокойно помещался shield. Сверлом, диаметр которого 3 мм, делаем 4 отверстия. Берем малюсенькие винты, зажимаем, соединяем эту конструкцию. Такая штуковина получается, прочности данного соединения для такой машинки, как делаем, предостаточно. Сбоку для вала видео сверлим отверстие диаметром 8 мм, получается конструкция, но необходимо еще сделать 3 отверстия диаметром 3 мм: одно для этого выступа, для этих отверстий крепежных еще 2. Берем, подставляем таким способом, закручиваем с помощью винтов. Один из идеальных случаев, машинка нравится, сюда нечего добавить, ее незачем переделывать. Делаем отверстия для крепления платы. Ничего не меняем, кроме как тут, где стоит галочка, выбираем адрес к файлу, который будем заливать, затем выбираем нужный com port, нажимаем кнопочку start. Также под видео есть ссылка на программу, которую нужно установить на ваш любимый android. Закрепил эту плату, вставляем микроконтроллер. Подключаем провода от двигателей, смотрим, если нижний будет «A-», то с этой стороны «B-» будет верхний. Настало время прикрепить колеса. Делается это легко, так как колёса двигателей – это комплект. В этом месте сверлим отверстие диаметром 4 мм, вставляем винт. Делаем такую нехитрую операцию, регулируем высоту, даже еще ниже можно, что-то получился винт, который сильно торчит. Это лишнее. Это получается, устройство дороже на копеечки, что нам, в общем-то, не нужно, как-то оно выглядит коряво. Так посмотрим, как получается устройство, которое будет управляться андроидом на расстоянии через wifi. Конечно, получше штука. Отсек для аккумуляторов прикрепим термоклеем, машинка получается. Вставляем аккумуляторы, необходимо быть внимательным, так как бывает часто так, что все вроде бы правильно собрал, вставил аккумуляторы, а устройство не работает. Оказывается, что эти черные пластиковые боксы. Они не дают акб встать на место. Когда-нибудь задумывались о том, чтобы управлять любыми электронными устройствами с помощью смартфона? Согласитесь, управлять роботом или любыми другими устройствами с вашего смартфона было бы очень круто. Предлагаем простой урок для начинающих и чайников о том как с помощью Arduino через Bluetooth управлять смартфоном. Если вам после этого урока захочется познакомиться с Arduino поближе - вы можете найти книги о нём . Устройства
Модуль - Bluetooth Module HC 05/06 Программное обеспечение
Arduino IDE Обычно мы делаем этот шаг в конце, но, чтобы вы понимали к чему мы должны прийти - посмотрите на результат на этом промежуточном шаге. Также ниже мы опубликовали видео урока по шагам. Цепь в нашем уроке настолько проста и мала, что нам нужно сделать всего несколько соединений: Arduino Pins___________Bluetooth Module Pins
Подключите минус светодиода к GND на Arduino, а плюс к контакту 13 через сопротивление 220 Ом - 1 кОм. В целом, на нашем рисунке ниже всё довольно наглядно. Не подключайте RX к RX и TX к TX выходы Bluetooth к выходам Arduino, вы не получите никаких данных, здесь TX означает "передача", RX означает "прием". Теперь нам нужно написать программу и загрузить её в наш Arduino. Если вы этого пока еще не умеете делать - скачайте книги . Код ниже именно то, что нам нужно загрузить в Ардуино.
/* Bluetooh Basic: LED ON OFF
* Coder - Mayoogh Girish
* Website - http://bit.do/Avishkar
* Download the App: https://github.com/Mayoogh/Arduino-Bluetooth-Basic
* This program lets you to control a LED on pin 13 of arduino using a bluetooth module
*/
char data = 0; //Variable for storing received data
void setup()
{
Serial.begin(9600); //Sets the baud for serial data transmission
pinMode(13, OUTPUT); //Sets digital pin 13 as output pin
}
void loop()
{
if(Serial.available() > 0) // Send data only when you receive data:
{
data = Serial.read(); //Read the incoming data and store it into variable data
Serial.print(data); //Print Value inside data in Serial monitor
Serial.print("\n"); //New line
if(data == "1") // Checks whether value of data is equal to 1
digitalWrite(13, HIGH); //If value is 1 then LED turns ON
else if(data == "0") // Checks whether value of data is equal to 0
digitalWrite(13, LOW); //If value is 0 then LED turns OFF
}
}
Модуль HC 05/06 работает по последовательному каналу связи. Андроид-приложение последовательно отправляет данные на модуль Bluetooth, когда вы нажимаете определенную клавишу. Bluetooth на другом конце получает данные и отправить на Arduino через TX-соединение модуля Bluetooth (RX-соединение Arduino) . Код загруженный в Arduino проверяет полученные данные и сравнивает их. Если получена "1" - светодиод включается и выключается при получении "0". Откройте монитор последовательного порта и наблюдайте полученные данные. В этом уроке мы не будем касаться создания приложений для устройств на основе Андроида. Вы можете скачать приложение на GitHub. Как использовать приложение?
После того как мы подключились через Bluetooth - нам нужно скачать и установить приложение, которое при помощи смартфона 🙂 будет управлять нашим светодиодом на расстоянии. Скачать приложение вы можете бесплатно на сайте Амазон.ком. Подсоединяем смартфон к модулю Bluetooth HC 05/06: После этого мы устанавливаем приложение на наш смартфон. Открываем его. Выбираем устройство - выбираем модуль Bluetooth из списка (HC 05/06). После успешного подключения нажмите кнопку ON для включения светодиода и кнопку OFF, чтобы выключить светодиод. Потом уже можно нажать кнопку "Отключить", чтобы отключиться от модуля Bluetooth.
Это было руководство для чайников и начинающих по подключению модуля Bluetooth с Arduino. Этот проект можно улучшить и поднять на более высокий уровень для, например, автоматизация дома через управление смартфоном, управляемый робот и многое другое.
Суть программы ясна из текста и комментариев. Мы используем счетчик Т1 для образцового периода 20 мс и счетчики Т0, Т2 для выдачи ШИМ сигналов на четыре линии порта ввода-вывода, благо каждый из этих двух счетчиков, может работать на два устройства.
В программе устанавливаются начальные положения сервоприводов, через загрузку счетных регистров OCR0A, OCR0B, OCR2A,OCR2B. Также вводятся константы ограничители, поскольку нам не всегда нужен размах в 180 градусов. Ну и дальше, по прерыванию от UART, программа ловит число отправленное ESP8266 (от 1 до 8) и переводит его в команду для соответствующего сервопривода. Приводов четыре, каждый работает в двух направлениях, поэтому целых чисел от одного до восьми вполне хватает. Как только число выбрано, содержимое вышеупомянутых регистров счетчиков либо инкрементируется либо декрементируется, соответственно изменяя скважность управляющего импульса и угол поворота выбранного сервопривода. Те приводы, которые мы не выбирали, сохраняют старое значение угла поворота, (поскольку содержимое соответствующих регистров хоть и обновлялось, но не менялось) и продолжают удерживать механическую руку в прежнем положении.
Код также написан на JAVA, но немного облагорожен. Появился GUI и возможность редактировать номера портов и сетевой адрес ESP8266. 
Настройка Роутера MR3020.
Первым делом начнем с роутера. Я долго думал что выбрать OR-WRT или CyberWRT. OR-WRT гибок в настройках, но все редактирование и внесения своих настроек осуществляется через терминал с помощи программы Putty. А так как Я боялся на тот момет работать через терминал, Я выбрал где есть графический интерфейс это CyberWRT, плюс возможно подключение через USB порт.
Для того что бы изменить прошивку нашего роутера, нужно скачать прошивку CyberWrt MR3020.
2) Зайти и залогиниться на 192.168.0.254 (по умолчанию admin\admin)
3) Найти в меню слева System Tools, там пункт System Upgrade и залить прошивку через веб-форму
4) Дождаться перезагрузки (порядка 4х минут)
Роутер готов к настройке.
- выберите режим «Клиент Wi-Fi сети»
- IP адрес Вашего устройства (по этому адресу будет доступно Ваше устройство. Постарайтесь выбрать незанятый IP. Например: 192.168.1.100)
- Маска подсети (255.255.255.0)
- Шлюз (например, IP Вашего домашнего роутера или шлюза - 192.168.1.1)
- Тип шифрования (тип шифрования, используемый в Вашей домашней сети)
- Пароль (пароль, для доступа к Вашей домашней сети)
Вывод Arduino DIGITAL 5 - к IN2 пину модуля.
Вывод Arduino DIGITAL 6 - к IN3 пину модуля.
Вывод Arduino DIGITAL 7 - к IN4 пину модуля.
Вывод Arduino GND - к GND клеме модуля.
GND клема модуля - Минус аккумулятора.
7.2V клема модуля - Плюс аккумулятора.
RM клема модуля - Правый моторчик.
LM клема модуля - Левый моторчик.
USB порт Arduino - Подключаем к USB хаб
Web Камера - Подключаем к USB хаб
USB хаб - Подключаем к USB роутера
Вам необходима скачать библиотеку CyberLib , она предназначена только для Atmega 328.
Для того что бы управлять камерами были внесены изменения в библиотеку роутера. Вам нужно будет скачать измененный код и заменить исходные файлы ним.
Все радиодетали и модули в этом китайском магазине .
Программа и скетч http://bbs.smartarduino.com/showthread.php?tid=2013
Приложение для управления https://play.google.com/store/apps/details?id=com.doit.carset
Плата - Arduino
Светодиод (LED)
Резистор - 220Ω
Android-устройство
Android Studio (на самом деле не нужно, т.к. приложение для Андроида вы найдете ниже)Шаг 2. Как это работает
Шаг 3. Начинаем собирать схему
RX (Pin 0)___________________TX
TX (Pin 1)___________________RX
5V_________________________VCC
GND_______________________GND
Шаг 5. Как происходит процесс
Шаг 6. Приложение для Андроид-устройств
