Hur ansluter man skärmar till ESP32 för IoT-projekt?

ESP32, en kraftfull mikrokontroller med inbyggd Wi-Fi och Bluetooth, används ofta i Internet of Things (IoT)-projekt. En viktig aspekt av IoT-applikationer är att ge användaren visuell feedback om systemets status, sensorvärden eller annan relevant information. För att åstadkomma detta kan ESP32 enkelt anslutas till olika typer av skärmar, som LCD, OLED och TFT, vilket gör det möjligt att skapa interaktiva och användarvänliga gränssnitt. Den här sektionen går igenom några av de mest populära alternativen för att integrera skärmar med ESP32 och deras användningsområden.

En av de vanligaste skärmarna för sådana tillämpningar är 16x2 LCD-skärmen med I2C-gränssnitt. Detta är en kompakta och mångsidiga skärm, som vanligtvis används i inbäddade system och mikrokontrollerprojekt. Skärmen består av två rader, där varje rad kan visa upp till 16 tecken. Dess I2C-gränssnitt gör det möjligt att kommunicera med mikrokontrollern på ett enkelt sätt genom att använda endast två pinnar för att överföra data: SDA (Serial Data Line) och SCL (Serial Clock Line).

För att ansluta en 16x2 LCD till ESP32 använder man två huvudkomponenter: LCD:n och ESP32. LCD:ns anslutningar kopplas till ESP32:s motsvarande pinnar (D21 för SDA och D22 för SCL). Efter att ha kopplat ihop dessa komponenter kan du använda ett bibliotek som LiquidCrystal_I2C för att kommunicera med skärmen. Programmet för att visa text på skärmen är relativt enkelt. När du har initierat LCD:n och tänt bakgrundsbelysningen, kan du sätta en kursör på rätt position och börja skriva text.

Men för att utveckla mer avancerade och visuell tilltalande gränssnitt är OLED-skärmar ett bättre alternativ. SSD1306 OLED-skärmen är en av de mest populära modellerna och erbjuder hög kontrast och utmärkt synlighet även i svagt ljus. Dess I2C-gränssnitt gör det möjligt att enkelt ansluta den till mikrokontrollern. OLED-skärmar är särskilt användbara i projekt som kräver hög upplösning och energieffektivitet, såsom bärbara enheter och IoT-applikationer.

Till skillnad från traditionella LCD-skärmar, där bakgrundsbelysning används för att skapa bilder, fungerar OLED genom att varje enskild pixel avger sitt eget ljus. Detta gör det möjligt att skapa skarpare och mer detaljerade bilder, vilket är idealiskt för att visa grafik eller animationer. För att använda OLED-skärmar med ESP32, kan du använda bibliotek som Adafruit_SSD1306, som gör det enkelt att hantera displayen och visa text, bilder eller till och med animerade figurer.

TFT-skärmar och E-paper-skärmar är andra alternativ som kan användas för att förbättra visuell feedback i IoT-projekt. TFT-skärmar erbjuder färgdiplay och touchfunktioner, vilket gör dem användbara för mer komplexa gränssnitt. E-paper-skärmar, å andra sidan, är idealiska för tillämpningar där låg strömförbrukning är en prioritet, eftersom de behåller visad information utan att dra ström när bilden är statisk.

Förutom att förstå de tekniska detaljerna för att ansluta dessa skärmar till ESP32, bör läsaren vara medveten om vikten av att välja rätt strömkälla och korrekt konfigurera kommunikationsprotokoll för varje display. Felaktig anslutning eller otillräcklig strömförsörjning kan leda till att skärmen inte fungerar korrekt eller inte alls.

Hur man ansluter sensorer till ESP32 för att bygga ett smart växtövervakningssystem

I den här delen av boken kommer vi att titta på hur man ansluter sensorer till en ESP32-mikrokontroller för att bygga ett system som övervakar och samlar in viktiga miljödata för en växt. Genom att använda dessa sensorer kan vi säkerställa att växten får rätt mängd vatten och att miljöförhållandena runt den är optimala. Vi kommer att ansluta två viktiga sensorer: en kapacitiv jordfuktighetssensor och en DHT22-sensor för temperatur och luftfuktighet.

Anslutning av sensorer till ESP32

Först och främst behöver vi förstå hur sensorerna fungerar och hur de ska kopplas till ESP32-mikrokontrollern. Den första sensorn, DHT22, mäter temperatur och luftfuktighet. Den andra, kapacitiva jordfuktighetssensorn, används för att mäta fuktnivån i jorden.

Kapacitiva sensorer är att föredra framför resistiva sensorer eftersom de är mer hållbara och mindre känsliga för oxidation. Principen bakom en kapacitiv jordfuktighetssensor är enkel: den mäter förändringar i kapacitans, vilket är beroende av fuktnivån i jorden. När jorden är torr har den låg kapacitans, och när jorden är fuktig ökar kapacitansen. Denna förändring används för att beräkna jordens fuktnivå.

Fysiska anslutningar

För att ansluta DHT22-sensorn till ESP32 behöver vi fyra pinnar. VCC-pinnen kopplas till 3.3V på ESP32, SDA-pinnen till D13, och GND till GND. DHT22 använder en enkel seriell kommunikationsprotokoll med en enda datalinje för att läsa temperatur och luftfuktighet.

Kod för att läsa sensordata

För att börja använda dessa sensorer och läsa data från dem, öppnar vi Arduino IDE och laddar upp följande kod till ESP32. Koden kommer att läsa av både temperatur, luftfuktighet och jordfuktighet och skriva ut dessa värden till seriell monitor.

cpp
Copy code
#include <DHT.h>
#define DHTPIN 13  
#define DHTTYPE DHT22  
#define MoistureSensor 34  
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
int moisturePin = MoistureSensor;

int moistureThresholds[] = {300, 700}; // Justera dessa trösklar efter behov

int tempThreshold = 30;
int humidityThreshold = 40;
String getMoistureStatus(int value) {
  if (value < moistureThresholds[0]) {
    return "Dry";
  } else if (value >= moistureThresholds[0] && value <= moistureThresholds[1]) {
    return "Ok";
  } else {
    return "Wet";
  }
}

Koppla samman med andra system

För att skapa ett fullt fungerande smart växtövervakningssystem är det viktigt att ansluta systemet till ett meddelandetjänst som kan skicka meddelanden till användaren vid behov. I denna bok använder vi API:er från tjänster som WhatsApp, Telegram och Twitter för att skicka meddelanden när sensorerna indikerar att växten behöver uppmärksamhet.

Viktiga aspekter att tänka på

För att systemet ska fungera optimalt är det viktigt att noggrant justera tröskelvärdena för varje sensor. Jordfuktighetssensorn måste placeras ordentligt i jorden för att ge korrekta mätvärden. Det är också viktigt att förstå hur olika miljöförhållanden kan påverka sensorernas avläsningar. Till exempel kan en mycket torr omgivning påverka luftfuktigheten i området och därmed påverka sensorernas noggrannhet.

Genom att noggrant planera och testa ditt system kan du skapa en robust lösning som hjälper dig att hålla dina växter vid liv och välmående. Det handlar inte bara om att samla in data, utan att använda dessa data för att fatta informerade beslut om hur man bäst tar hand om sina växter.

Vilka verktyg och koncept är viktiga för utveckling av IoT-applikationer?

En av de mest centrala aspekterna inom IoT-utveckling är att välja rätt utvecklingsplattformar och verktyg. Arduino IDE är ett utmärkt val för nybörjare. Det erbjuder en enkel och lättanvänd plattform för att skriva, kompilera och ladda upp kod till enheter, vilket gör det till ett bra startpunkt för dem som vill lära sig mer om inbäddade system. För de som söker en mer mångsidig och kraftfull lösning erbjuder PlatformIO ett brett ekosystem som underlättar hantering av bibliotek och projekt. När det gäller mer avancerade system som ESP32 är ESP-IDF en av de bästa plattformarna, eftersom den tillhandahåller ett komplett bibliotek och verktyg för att arbeta med ESP32-mikrokontroller.

För att verkligen behärska utveckling av IoT-applikationer är det också viktigt att förstå de högre nivåerna av IoT-stacken. Detta innebär att utvecklare måste vara bekanta med både frontend- och backendutveckling, samt att ha viss förståelse för mobilutveckling för olika plattformar. Populära programmeringsspråk för IoT-applikationer inkluderar JavaScript (och TypeScript), Python, och Java. För frontend-utveckling finns ett flertal ramverk som React, Angular, Vue och Svelte att välja mellan, medan backend-utveckling kräver att man har koll på ramverk som ExpressJS, FastAPI, Flask och Django för Python, eller Spring Boot och Go för Java och andra språk.

Vid utveckling av IoT-applikationer är det också centralt att förstå de olika protokollen som används för att säkerställa effektiv och säker kommunikation mellan enheter. HTTP och HTTPS är grundläggande för webbkommunikation, medan MQTT och CoAP är specifikt utformade för att hantera effektiv meddelandehantering och kommunikation inom IoT-nätverk. Andra viktiga protokoll är AMQP, som gör det möjligt att effektivt hantera meddelanden mellan system, och olika meddelandebroar som Kafka, RabbitMQ, och HiveMQ, som hjälper till att säkerställa tillförlitlig kommunikation inom system.

Databaser spelar också en stor roll i IoT-utveckling, eftersom de måste kunna hantera stora mängder data som samlas in från enheter och sensorer. Relationala databaser som MySQL och PostgreSQL är grundläggande, men NoSQL-lösningar som MongoDB och Cassandra erbjuder skalbarhet och flexibilitet som är nödvändig för IoT. För lagring av tidsseriedata är InfluxDB ett specialiserat verktyg, och Redis används för att hantera snabba och effektiva minnesbaserade lagringslösningar.

Att förstå hur system är integrerade och kunna arbeta med teknologier som Linux och realtidsoperativsystem (RTOS) ger ytterligare fördelar för en IoT-utvecklare. Designmönster och systemintegration är grundläggande kunskaper för att bygga välstrukturerade och effektiva applikationer, och förståelse för event loops inom RTOS gör att man kan bygga mer responsiva system.