27/10/2017

Oficina Maker de IoT – Conecte sua planta à Internet com Thingspeak

ÍNDICE DE CONTEÚDO

Neste tutorial vamos explicar como conectar sensores que monitoram uma planta à Internet utilizando um conjunto eletrônico simples e a IDE Arduino. Com um módulo NodeMCU, encontrado no mercado, conectamos 3 sensores (de umidade de solo, de temperatura e de umidade) e conectamos esse módulo a uma plataforma de nuvem. Para esse experimento foi escolhido o Thingspeak, um serviço de nuvem grátis para uso comum. A seguir está listado o que é necessário para a experiência.

O material utilizado para a oficina foi:

1 Node MCU;
1 Cabo USB;
1 Sensor Umidade de Solo;
20 Unidades Cabos Jumper Macho – Macho;
1 Sensor DHT11;
1 Protoboard;
1 planta (utilizamos um vaso pequeno com Margarida).

Foi utilizado o sistema operacional Windows 10 para a oficina. Nele foram instalados.

Instalação da IDE Arduino

Entre neste link e faça o download da IDE Arduino. Utilize a opção Windows ZIP file for non admin install. Baixe o zip e descompacte na pasta c:.

Instalação do plugin para uso do NodeMCU

Abra a IDE do Arduino e instale o Plugin para NodeMCU. Para isso selecione File > Preferences e na opção Additional Boards Manager URLs coloque o seguinte endereço:

http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Confirme clicando em OK.

Selecione Board > Board Manager.

Procure por NodeMCU e clique em Install.

E então selecione a placa utilizada nesta experiência. Procure por NodeMCU.

Antes de conectar o NodeMCU ao PC, é necessário instalar o driver USB para que o Windows 10 reconheça a placa como dispositivo válido. Existem dois NodeMCUs diferentes, cada um deles necessita de um driver diferente. A seguir estão apresentados dois drivers que podem ser utilizados, instale o que for utilizar no seu caso.

https://www.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers

https://github.com/nodemcu/nodemcu-devkit/tree/master/Drivers

Para utilizar a biblioteca do sensor DHT, é necessário fazer o download da pasta lib neste link e colocá-la na mesma pasta onde a IDE Arduino busca as bibliotecas. No meu caso, a pasta é a seguinte:

C:\Users\Thiago\Documents\Arduino\libraries

É necessário instalar a lib PubSubClient na IDE do Arduino. Para isso clique em Sketch > Include Library > Manage Libraries.

Procure por PubSubClient e instale o plugin.

Utilizando o Thingspeak para conectar um dispositivo IoT

Para utilizar o Thingspeak, é necessário fazer um cadastro neste site:

https://thingspeak.com/users/sign_up

Informe os dados e verifique que recebeu um e-mail. Clique no link recebido e depois faça o login:

Crie um novo canal no ThingSpeak clicando em New Channel. Na aba Settings configure o Canal como a imagem a seguir:

Clique em Save Channel.

Clique em Sharing e marque a opção Share channel view with everyone para que o canal fique público e acessível a todos.

Clique em API Keys e copie a Key para que possamos utilizá-la no firmware do módulo eletrônico.

Firmware do NodeMCU

A partir do firmware preparado para essa oficina, modifique os campos que estão marcados como XXXXX. É necessário modificar o firmware para incluir as informações de Key do Thingspeak. A cada 20 segundos o NodeMCU vai enviar os dados de todos os sensores para o Thingspeak.

Os dados que conseguimos foram os seguintes:

API KEY: KKLZ0KXNGCN0KNH2

Veja como fica o firmware para essa API Key.

/* 
 Oficina Maker IoT - EsalqShow

 Realização: Embarcados

*/
 
//Include da lib de Wifi do ESP8266
#include <ESP8266WiFi.h>
//Include da lib do sensor DHT11 e DHT22
#include "DHT.h"
 
//Define do pino a ser utilizado no ESP para o sensor = GPIO4
#define DHT_DATA_PIN 2
#define DHTTYPE DHT11
 
//Definir o SSID da rede WiFi
const char* ssid = "OficinaIoT";
//Definir a senha da rede WiFi
const char* password = "EmbarcadoS";
 
//Colocar a API Key para escrita neste campo
//Ela é fornecida no canal que foi criado na aba API Keys
String apiKey = "KKLZ0KXNGCN0KNH2";       //trocar pela API Write
const char* server = "api.thingspeak.com";
 
DHT dht(DHT_DATA_PIN, DHTTYPE);
WiFiClient client;
 
void setup() {
  //Configuração da UART
  Serial.begin(9600);
  //Inicia o WiFi
  WiFi.begin(ssid, password);
 
  //Espera a conexão no router
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
 
  dht.begin();
 
  //Logs na porta serial
  Serial.println("");
  Serial.print("Conectado na rede ");
  Serial.println(ssid);
  Serial.print("IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}
 
void loop() {
 
  //Espera 20 segundos para fazer a leitura
  delay(20000);
  //Leitura de umidade
  float umidade = dht.readHumidity();
  //Leitura de temperatura
  float temperatura = dht.readTemperature();
 
  //Se não for um numero retorna erro de leitura
  if (isnan(umidade) || isnan(temperatura)) {
    Serial.println("Erro ao ler o sensor!");
    return;
  }

  int umidadeSolo = analogRead(0);

  umidadeSolo = -0.0977*umidadeSolo + 100;
 
  //Inicia um client TCP para o envio dos dados
  if (client.connect(server,80)) {
    String postStr = apiKey;
           postStr +="&amp;field1=";
           postStr += String(temperatura);
           postStr +="&amp;field2=";
           postStr += String(umidade);
           postStr +="&amp;field3=";
           postStr += String(umidadeSolo);
           postStr += "\r\n\r\n";
 
     client.print("POST /update HTTP/1.1\n");
     client.print("Host: api.thingspeak.com\n");
     client.print("Connection: close\n");
     client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: "+apiKey+"\n");
     client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n");
     client.print("Content-Length: ");
     client.print(postStr.length());
     client.print("\n\n");
     client.print(postStr);
 
     //Logs na porta serial
     Serial.print("Temperatura: ");
     Serial.print(temperatura);
     Serial.print(" Umidade: ");
     Serial.println(umidade);
     Serial.print(" Umidade Solo: ");
     Serial.println(umidadeSolo);
  }
  client.stop();
}

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101

/*

Oficina Maker IoT - EsalqShow

Realização: Embarcados

*/

//Include da lib de Wifi do ESP8266

#include <ESP8266WiFi.h>

//Include da lib do sensor DHT11 e DHT22

#include "DHT.h"

//Define do pino a ser utilizado no ESP para o sensor = GPIO4

#define DHT_DATA_PIN 2

#define DHTTYPE DHT11

//Definir o SSID da rede WiFi

const char* ssid = "OficinaIoT";

//Definir a senha da rede WiFi

const char* password = "EmbarcadoS";

//Colocar a API Key para escrita neste campo

//Ela é fornecida no canal que foi criado na aba API Keys

String apiKey = "KKLZ0KXNGCN0KNH2"; //trocar pela API Write

const char* server = "api.thingspeak.com";

DHT dht(DHT_DATA_PIN, DHTTYPE);

WiFiClient client;

void setup() {

//Configuração da UART

Serial.begin(9600);

//Inicia o WiFi

WiFi.begin(ssid, password);

//Espera a conexão no router

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}

dht.begin();

//Logs na porta serial

Serial.println("");

Serial.print("Conectado na rede ");

Serial.println(ssid);

Serial.print("IP: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

}

void loop() {

//Espera 20 segundos para fazer a leitura

delay(20000);

//Leitura de umidade

float umidade = dht.readHumidity();

//Leitura de temperatura

float temperatura = dht.readTemperature();

//Se não for um numero retorna erro de leitura

if (isnan(umidade) || isnan(temperatura)) {

Serial.println("Erro ao ler o sensor!");

return;

}

int umidadeSolo = analogRead(0);

umidadeSolo = -0.0977*umidadeSolo + 100;

//Inicia um client TCP para o envio dos dados

if (client.connect(server,80)) {

String postStr = apiKey;

postStr +="&field1=";

postStr += String(temperatura);

postStr +="&field2=";

postStr += String(umidade);

postStr +="&field3=";

postStr += String(umidadeSolo);

postStr += "\r\n\r\n";

client.print("POST /update HTTP/1.1\n");

client.print("Host: api.thingspeak.com\n");

client.print("Connection: close\n");

client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: "+apiKey+"\n");

client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n");

client.print("Content-Length: ");

client.print(postStr.length());

client.print("\n\n");

client.print(postStr);

//Logs na porta serial

Serial.print("Temperatura: ");

Serial.print(temperatura);

Serial.print(" Umidade: ");

Serial.println(umidade);

Serial.print(" Umidade Solo: ");

Serial.println(umidadeSolo);

}

client.stop();

}

Montagem do Hardware e programação

Monte o circuito na protoboard conforme a figura a seguir. Utilize o pino D4 para o dispositivo DHT11, pino 3 (dispositivo azul) e o pino A0 para o sensor de umidade de solo, pino 1. Ligue a alimentação de ambos os sensores, GND e 3V nos sinais do NodeMCU. Entre os pinos 3 e 4 do sensor DHT11, coloque um resistor de 10k.

A seguir está uma foto de como fica o hardware montado.

Conecte o dispositivo na USB do PC. Verifique se o PC reconheceu o dispositivo. Clique em Tools > Port e verifique se a placa aparece em alguma COM, como por exemplo, COM5. Compile e programe utilizando a opção Sketch > Upload. O dispositivo vai ser programado, vai iniciar, se conectar à Internet e depois ao Thingspeak e vai começar a enviar dados pra lá.

Ao conectar ao Thingspeak, os dados vão aparecer na aba Private View do seu canal.

Agradecimentos

Fizemos essa oficina a pedido da Secretaria de Agricultura do Estado de São Paulo. Fabio Souza e Thiago Lima representaram o Embarcados neste evento. Mais de 50 pessoas realizaram a oficina nos dias 10 e 11 de outubro durante a EsalqShow. Essa foi uma ação para promover o próximo evento chamado Agrifutura que vai ser realizado no fim do mês de novembro de 2017 em São Paulo.

Gostaríamos de agradecer também à Secretaria que viabilizou a realização desse evento.

Thiago Lima

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Sou formado em Engenharia Elétrica na USP Sao Carlos, com mestrado em Engenharia Elétrica no Rochester Institute of Technology pelo CsF. Tenho 17 anos de experiência em projetos de circuitos eletrônicos. Escrevo regularmente para o Embarcados, adoro eventos sobre tecnologia, onde posso rever amigos e conhecer pessoas do ramo.

Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição-CompartilhaIgual 4.0 Internacional.

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Rafael Gustavo

06/10/2018 04:29

A quem interessar possa eu fiz o projeto acima usando apenas o ESP-01 e o DHT22.
Caso alguém deseje posso disponibilizar o programa
Meu contato: rafaelgdacruz@gmail.com

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Ronaldo

Reply to Rafael Gustavo

09/10/2018 09:11

Bom dia Rafael, poderia me enviar o código e o esquema de ligação… estou querendo ligar um ESP ao thingSpeak mas todos os tutoriais que estou encontrando são complexos. eu preciso apenas de enviar variaveis simples ao ThingSpeak. email: jronaldoac@hotmail.com
obrigado.

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