MiNi Project - MQTT กับบอร์ด ESP8266
Mini Project
Mini Project ที่กลุ่มพวกเราสนใจคือ พวกเราต้องการที่ทำการวัดอุณหภูมิ โดยใช้ sensor DHT11 เชื่อมต่อเข้ากับ MQTT และทำการควบคุมการเปิดปิดหลอดไฟจากที่ไหนก็ได้ โดยทดลองใช้ บอร์ด Raspberry Pi โดยที่พวกเราสนใจที่จะทำ Project นี้ เพราะคิดว่าอาจจะเป็นประโยชน์ในการทำการเกษตรได้ในอนาคต สามารถทำการควบคุมการเปิดปิดของหลอดไฟ ในฟาร์ม เมื่อถึงอุณหภูมิ ที่ต้องการได้ โดย Project นี้ เราคิดว่าสามารถพัฒนา ให้เป็นการแจ้งเตือน อุณหภูมิ ผ่านโทรศัพท์มือถือ หรือ เปิดปิดไฟ จากมือถือได้เหมือนกัน
อุปกรณ์ที่ใช้
Hardware
• DHT11
• บอร์ด ESP8266
• บอร์ด Raspberry Pi
Software
• Arduino IDE
• Arduino IOT Cloud
• hivemq.com
• Thornny
• Raspberry Pi OS
Raspberry Pi Pin Configuration
แผนภาพด้านล่างจะแสดง Pin ของ Raspberry Pi เราจะเริ่มเชื่อมต่อกับ Pin 7ซึ่งเป็น GPIO4 ของ Raspberry Pi การกำหนดค่า Pin GPIO จะเหมือนกันสำหรับ Raspberry Pi ทั้งหมด
Connection Diagram
เราจะทำการเชื่อมต่อ Sensor อุณหภูมิ และความชื้น DHT11 กับ Raspberry Pi ตามภาพด้านล่าง
วัดอุณหภูมิจาก DHT11 โดยใช้ Raspberry Pi4
- ก่อนอื่นเราจะทำการติดตั้ง library Adafruit DHT ให้เข้าไปที่ Raspberry pi Os แล้วทำการ clone ตาม Code ด้านล่าง
git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT.git
เพื่อดาวโหลดไฟล์ที่จำเป็นภายใต้โฟลเดอร์ ที่ชื่อว่า Adafruit_Python_DHT
2.ls เพื่อแสดงไฟล์ Adafruit_Python_DHT แล้ว cd เข้า ไฟล์นั้น
3.รัน command เพื่อ ติดตั้ง python Version2 และ Version3
sudo python setup.py install
sudo python3 setup.py install
pi@raspberrypi:~/Adafruit_Python_DHT $ sudo python setup.py install
pi@raspberrypi:~/Adafruit_Python_DHT $ sudo python3 setup.py install
- เข้าไปแก้ไข Code ตาม part ไฟล์ ดังนี้
/usr/local/lib/python3.9/dist-packages/Adafruit_DHT-1.4.0-py3.9-linux-aarch64.egg/Adafruit_DHTแล้วแก้ไข Code ตามนี้
elif match.group(1) == 'BCM2711': #Pi 4b return 3
5.เปิด ไฟล์ dht11.py เพื่อเขียนโค้ดดังนี้ โค้ดส่วนนี้จะทำหน้าที่ อ่าน ข้อมูลจาก sensor วัด อุณหภูมิ dth11 โดยให้แสดงผลผ่าน terminal และแสดงค่า อุณหภูมิ กับ ค่าความชื้นสัมพัทธ์
ทำการเชื่อมต่อ บอร์ด Rpi4 กับ sensor วัดอุณหภูมิ dht11 ผ่านขา pin
เมื่อกด run code จะแสดงผลลัพธ์ ผ่าน terminal ดังนี้
การใช้ บอร์ด ESP8266 กับ Sensor วัดอุณหภูมิ DHT11 ผ่าน MQTT Broker
โดยเมื่อลองใช้ Raspberry Pi แล้ว กลุ่มเราอยากจะลองเปลี่ยนไปใช้เป็น ESP8266 เนื่องจากมี wifi ในตัว พวกเราได้ใช้ Code และ รันบนบอร์ด ESP8266 แต่ว่า Error
หลังจาก ที่ Code Error เราได้ทำการติดตั้ง Adafruit_Sensor Library เพิ่มเติมตามคำแนะนำของอาจารย์ ทำให้ Code สามารถ Compile ได้ แต่ยังไม่สามารถแสดงค่า ของอุณหภูมิ ที่วัดออกมาได้
หลังจากที่ code สามารถ Compile ได้แล้วเราจะมาเลือก Broker MQTT ที่จะใช้เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์วัดอุณหภูมิ และ บอร์ด ESP8266 ทำการควบคุมการเปิดปิดไฟ จาก MQTT แสดงค่า อุณหภูมิผ่าน MQTT
กลุ่มของเราได้เลือก Broker hivemq.com เป็น Broker ที่เราจะใช้ในการเชื่อมต่อ อุปกรณ์วัดอุณหภูมิ DHT11 กับบอร์ด ESP8266
เว็บที่ใช้ hivemq
ภาพตัวอย่าง Broker ที่เราเลือกใช้ โดยเมื่อเราได้กำหนดและทำการเชื่อม wifi ที่เราเชื่อมต่ออยู่ตามรูปนี้
แล้วทำการ Run code เพื่อเช็คว่าตัว code มี error ตรงไหนรึเปล่า
จากนั้นให้เราไปที่ Broker ที่เราได้เลือกไว้ เป็น Broker ที่ชื่อว่า hivemq.com
จากนั้นให้กด ปุ่ม Try MQTT Browser Client เพื่อเข้าสู่ MQTT Browser Client
รูปภาพแสดงหน้าตา เมื่อกด ปุ่ม Try MQTT Browser Client หลังจากนั้นทำการเลือก Port ที่เราใช้ คือ Port 8000 แล้วกดปุ่ม Connect สีฟ้า
เมื่อกดปุ่ม Connect แล้ว หลังจากนั้น เราจะใส่ Topic ที่เราได้กำหนด ในcode เป็น Topic ที่ชื่อว่า room/lamp ทำการส่ง Message ว่า “on” เพื่อทำให้ไฟ ติด โดยถ้าต้องการให้ข้อมูลส่งได้ ครบถ้วนและไม่ต้องหล่น ให้ตั้ง QoS เป็น 2
จากนั้นให้เราทำการ Add Topic Subscription เป็น Topic ที่ชื่อว่า room/temperature และ room/humidity เพื่อบอก อุณหภูมิ และ ความชื้นสัมพัทธ์
เมื่อทำการ add Topic Subscription จะแสดงค่า อุณหภูมิ และ ความชื้นสัมพัทธ์ ที่ DHT11 วัดได้
ภาพรวมทั้งหมดจะแสดงดังนี้
ในส่วนของการควบคุมการเปิดปิดไฟนั้น เมื่อเราได้กำหนด Topic เป็น room/lamp และกำหนด Messages ที่จะส่งเป็น “on” เพื่อให้ไฟติด ให้เรากดปุ่ม Publish ไฟจะติด
และเมื่อเราทำการส่ง Message “off” เพื่อทำการปิดไฟ ตามรูปด้านล่าง
เมื่อ Message ที่วิ่งผ่าน MQTT Broker ส่งมาถึงตัวบอร์ด ไฟจะดับ ตามรูปที่แสดงด้านล่าง
การแสดงอุณหภูมิที่วัดได้ ผ่านโทรศัพท์มือถือ
Block diagram
การแสดงอุณหภูมิที่วัดได้ ผ่านโทรศัพท์มือถือ
จากที่เราได้ลองใช้ DHT11 กับบอร์ด ESP8266 แล้ว สามารถวัดอุณหภูมิโดยแสดงบน Broker ที่ชื่อว่า hivemq.com และ สามารถ ส่ง message “on” หรือ “off” เพื่อควบคุมการเปิดปิดไฟได้แล้วนั้น เราได้เล็งเห็นว่า จากงานที่เราทำ สามารถนำไปพัฒนาต่อได้ โดยอาจจะใช้ DHT11 ในการวัดอุณหภูมิ แล้วแสดงบนโทรศัพมือถือ เพื่อบอกอุณหภูมิในห้องที่เราอาศัยอยู่ได้
โดยเราได้ลองใช้เป็น Arduino IOT Cloud ซึ่งเป็น Server ให้บริการสำหรับ IOT ลักษณะการทำงานคล้ายกับที่ Google Cloud Firebase , Amazon AWS ให้บริการ
เมื่อเข้าไปที่หน้า IOT Cloud แล้วทำการ Log in อาจจะใช้ Google ในการ LogIN ก็ได้ หลังจากนั้น ให้เราทำการเพิ่ม Project ในการสร้างอะไรสักอย่างไปที่ Create Thing ทำการ Add Variables สร้างตัวแปรขึ้นมา และ กำหนดของข้อมูล เราได้กำหนดเป็น temperature ประเภทของข้อมูลจะเป็น CloudTemperatureSensor temperature; เมื่อเราได้ทำการ Add Variable ตามที่เราต้องการแล้วจะได้หน้าต่างตามนี้
การตั้งค่าอุปกรณ์โดยเลือกเป็นบอร์ด ESP8266 NodeMCU (ESP12E Module)
การตั้งค่า Variable โดยมี 2 ค่าคือ Temperature และ Humidity
ในหน้า Things จะแสดงชื่องานของเรา
ในหน้านี้ได้ตั้งชื่อ ว่า Temperature ในส่วนของ Setup ได้ลิงค์ข้อมูล อุณหภูมิกับความชื้นมาคือ humudity กับ teperature และ setup บอร์ด ESP8266 เป็น NodeMCU (ESP12E Module) ตัวเว็บจะให้เราตั้งค่าบอร์ดและเชื่อมต่อ Network
ทำการตั้งค่า Configure network ใส่รหัส wifi Secret Key ที่จะได้รับตอนตั้งค่าบอร์ดในตอนแรก
เมื่อเสร็จแล้ว Network จะขึ้นแบบนี้
เมื่อเชื่อมต่อสำเร็จตัว Associated Device จะ online
ในส่วนของการ Upload code ลงบอร์ดจะต้อง Download Arduino Create Agent ก่อน
ให้คลิก Dowload และติดตั้ง Arduino Create Agent ให้เรียบร้อย
ในส่วนของ code ในหน้า Sketch เราจะทำการเพิ่ม ฟังก์ชันที่ชื่อว่า dht_sensor_getdata() เพื่อส่งข้อมูลของอุณหภูมิและความชื้น โดยทำการกำหนด ไลบรารี ของ sensor DHT11 ซึ่งเมื่อเรา Search Libraries เราจะเห็นว่า Libraries ได้ติดตั้งไว้อยู่แล้ว โดยฟังก์ชัน void loop() เราจะทำการ เรียกใช้ ฟังก์ชัน dht_sensor_getdata() ซึ่งในฟังก์ชันนี้เราจะมีการอ่านค่า อุณหภูมิ และ ความชื้น และเอามาเก็บไว้ที่ตัวแปรที่เราได้กำหนดไป แล้วมาแสดงที่ หน้า Dashborad ไปยัง Widget ที่เราได้กำหนดไว้
ในส่วนนี้ Dashboards เราจะกำหนด Widget ที่จะใช้แสดงสำหรับ Project ของเรา เมื่อเราได้เลือก widget ที่จะใช้แสดงแล้วเราจะทำการลิ้งค์ว่า widget ที่เราใช้จะแสดงเป็นข้อมูลประเภทไหน เมื่อเรากำหนดเสร็จแล้ว Widget เหล่านี้ที่เราเลืือก ก็จะแสดงบน แอปพลิเคชันโทรศัพท์ของเราด้วย
การตั้งค่า Dashboaeds เพื่อเชื่อมข้อมูลจาก Sensor มาแสดงเป็น GUI โดย Link จาก Variable
การ Link variable
เมื่อ sensor DHT11 อ่านค่า temperature กับ humidity ได้แล้วจะแสดงให้เราเห็นดังนี้
ในโทรศัพท์จะมีแอพชื่อ Arduino IoT Cloud Remote
ให้เราติดตั้งและ login ก็จะมีให้หน้า Dashboards ที่เราทำไว้ในเว็บมาเเสดง
เมื่อกดเข้าไปก็จะแสดงหน้า Temperature และ Humidity ที่วัดได้บนมือถือของเรา เท่านี้เราก็จะสามารถดู Temperature และ Humidity บนมือถือของเราได้แล้ว
