در پروژه ایستگاه هواشناسی میکروپایتون طراحی وب سرور با استفاده از سنسور BME280 با برد توسعه ESP32 و MicroPython را یاد می گیریم. BME280 برای اندازه گیری دما بر حسب سلسیوس، همچنین بر حسب فارنهایت، رطوبت و فشار استفاده می شود. این وب سرور به عنوان یک ایستگاه هواشناسی عمل می کند زیرا دما، رطوبت و فشار را در صفحه وب با استفاده از MicroPython نشان می دهد. ما از MicroPython برای ساخت یک وب‌سرور EP32 استفاده خواهیم کرد که از طریق هر دستگاهی که دارای مرورگر وب است قابل دسترسی باشد. در این پروژه برای کدنویسی از نرم‌افزار upycraft استفاده خواهیم کرد. در ادامه این آموزش با مرجع تخصصی آردوینو به زبان فارسی، دیجی اسپارک همراه باشید.
سنسور BME280
سنسور BME280 برای اندازه گیری های مربوط به دمای محیط، فشار هوا و رطوبت نسبی استفاده می شود. این سنسور در برنامه های تحت وب و تلفن همراه استفاده می شود. این سنسور از I2C یا SPI برای ارتباط داده ها با میکروکنترلرها استفاده می کند. اگرچه چندین نسخه مختلف از BME280 در بازار موجود است، نسخه ای که ما در مورد آن مطالعه خواهیم کرد از پروتکل ارتباطی I2C استفاده می کند.
تراشه ESP32
ESP32 می تواند به عنوان یک سیستم کامل مستقل یا به عنوان یک دستگاه MCU عمل کند و بار اضافی ارتباطات را در پردازنده اصلی برنامه کاهش دهد. ESP32 می تواند با سیستم های دیگر ارتباط برقرار کند تا از طریق SPI عملکرد Wi-Fi و بلوتوث را ارائه دهد. ESP32 با سوئیچ های آنتن داخلی، RF balun، تقویت کننده قدرت، تقویت کننده دریافت، فیلترها و ماژول های مدیریت توان یکپارچه شده است. ESP32 با حداقل الزامات برد مدار چاپی (PCB) ، عملکرد و تطبیق پذیری بی نظیری را به برنامه های شما اضافه می کند. برد ESP32 نسل پیشرفته ESP8266 است. یکی از تفاوت‌های آن بلوتوث داخلی‌اش می‌باشد. همچنین دارای هسته وایفای ۲,۴ گیگا هرتزی و بلوتوث داخلی تولید شده با تکنولوژی ۴۰ نانومتری شرکت TSMC می‌باشد. این ماژول دارای بهترین پرفورمنس در مصرف انرژی می‌باشد یعنی با کمترین مصرف انرژی بهترین نتیجه را برای ما به همراه دارد. اگر بخواهیم دقیق‌تر به این برد نگاه کنیم باید بگوییم که این یک chip است که پلتفرم NodeMCU در اون پیاده سازی شده که به این نوع چیپ ها System on a chip microcontrollers هم گفته می‌شود.
قطعات مورد نیاز
شرح پروژه ایستگاه هواشناسی میکروپایتون
در پروژه ایستگاه هواشناسی میکروپایتون با BME280 و برد ESP32 به عنوان یک Master عمل می کند، و سنسور BME280 به عنوان یک Slave به دلیل اینکه یک دستگاه خارجی است، به عنوان یک Slave عمل می کند. بردهای توسعه ESP با حسگر BME280 از طریق پروتکل I2C برای دما، فشار هوا و رطوبت نسبی ارتباط برقرار می کنند. و در ادامه با راه‌اندازی یک وب سرور مقادیر مورد نظر را در شبکه لوکال نمایش می‌دهیم.
شماتیک پروژه ایستگاه هواشناسی میکروپایتون
کتابخانه BME280 در میکروپایتون
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 |
from machine import I2C import time BME280_I2CADDR = 0x76 BME280_OSAMPLE_1 = 1 BME280_OSAMPLE_2 = 2 BME280_OSAMPLE_4 = 3 BME280_OSAMPLE_8 = 4 BME280_OSAMPLE_16 = 5 BME280_REGISTER_DIG_T1 = 0x88 BME280_REGISTER_DIG_T2 = 0x8A BME280_REGISTER_DIG_T3 = 0x8C BME280_REGISTER_DIG_P1 = 0x8E BME280_REGISTER_DIG_P2 = 0x90 BME280_REGISTER_DIG_P3 = 0x92 BME280_REGISTER_DIG_P4 = 0x94 BME280_REGISTER_DIG_P5 = 0x96 BME280_REGISTER_DIG_P6 = 0x98 BME280_REGISTER_DIG_P7 = 0x9A BME280_REGISTER_DIG_P8 = 0x9C BME280_REGISTER_DIG_P9 = 0x9E BME280_REGISTER_DIG_H1 = 0xA1 BME280_REGISTER_DIG_H2 = 0xE1 BME280_REGISTER_DIG_H3 = 0xE3 BME280_REGISTER_DIG_H4 = 0xE4 BME280_REGISTER_DIG_H5 = 0xE5 BME280_REGISTER_DIG_H6 = 0xE6 BME280_REGISTER_DIG_H7 = 0xE7 BME280_REGISTER_CHIPID = 0xD0 BME280_REGISTER_VERSION = 0xD1 BME280_REGISTER_SOFTRESET = 0xE0 BME280_REGISTER_CONTROL_HUM = 0xF2 BME280_REGISTER_CONTROL = 0xF4 BME280_REGISTER_CONFIG = 0xF5 BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA = 0xF7 BME280_REGISTER_TEMP_DATA = 0xFA BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA = 0xFD class Device: """Class for communicating with an I2C device. Allows reading and writing 8-bit, 16-bit, and byte array values to registers on the device.""" def __init__(self, address, i2c): """Create an instance of the I2C device at the specified address using the specified I2C interface object.""" self._address = address self._i2c = i2c def writeRaw8(self, value): """Write an 8-bit value on the bus (without register).""" value = value & 0xFF self._i2c.writeto(self._address, value) def write8(self, register, value): """Write an 8-bit value to the specified register.""" b=bytearray(1) b[0]=value & 0xFF self._i2c.writeto_mem(self._address, register, b) def write16(self, register, value): """Write a 16-bit value to the specified register.""" value = value & 0xFFFF b=bytearray(2) b[0]= value & 0xFF b[1]= (value>>8) & 0xFF self.i2c.writeto_mem(self._address, register, value) def readRaw8(self): """Read an 8-bit value on the bus (without register).""" return int.from_bytes(self._i2c.readfrom(self._address, 1),'little') & 0xFF def readU8(self, register): """Read an unsigned byte from the specified register.""" return int.from_bytes( self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 1),'little') & 0xFF def readS8(self, register): """Read a signed byte from the specified register.""" result = self.readU8(register) if result > 127: result -= 256 return result def readU16(self, register, little_endian=True): """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, with the specified endianness (default little endian, or least significant byte first).""" result = int.from_bytes( self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 2),'little') & 0xFFFF if not little_endian: result = ((result << 8) & 0xFF00) + (result >> 8) return result def readS16(self, register, little_endian=True): """Read a signed 16-bit value from the specified register, with the specified endianness (default little endian, or least significant byte first).""" result = self.readU16(register, little_endian) if result > 32767: result -= 65536 return result def readU16LE(self, register): """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in little endian byte order.""" return self.readU16(register, little_endian=True) def readU16BE(self, register): """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in big endian byte order.""" return self.readU16(register, little_endian=False) def readS16LE(self, register): """Read a signed 16-bit value from the specified register, in little endian byte order.""" return self.readS16(register, little_endian=True) def readS16BE(self, register): """Read a signed 16-bit value from the specified register, in big endian byte order.""" return self.readS16(register, little_endian=False) class BME280: def __init__(self, mode=BME280_OSAMPLE_1, address=BME280_I2CADDR, i2c=None, **kwargs): # Check that mode is valid. if mode not in [BME280_OSAMPLE_1, BME280_OSAMPLE_2, BME280_OSAMPLE_4, BME280_OSAMPLE_8, BME280_OSAMPLE_16]: raise ValueError( 'Unexpected mode value {0}. Set mode to one of ' 'BME280_ULTRALOWPOWER, BME280_STANDARD, BME280_HIGHRES, or ' 'BME280_ULTRAHIGHRES'.format(mode)) self._mode = mode # Create I2C device. if i2c is None: raise ValueError('An I2C object is required.') self._device = Device(address, i2c) # Load calibration values. self._load_calibration() self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, 0x3F) self.t_fine = 0 def _load_calibration(self): self.dig_T1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_T1) self.dig_T2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T2) self.dig_T3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T3) self.dig_P1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_P1) self.dig_P2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P2) self.dig_P3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P3) self.dig_P4 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P4) self.dig_P5 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P5) self.dig_P6 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P6) self.dig_P7 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P7) self.dig_P8 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P8) self.dig_P9 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P9) self.dig_H1 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H1) self.dig_H2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_H2) self.dig_H3 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H3) self.dig_H6 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H7) h4 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H4) h4 = (h4 << 24) >> 20 self.dig_H4 = h4 | (self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) & 0x0F) h5 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H6) h5 = (h5 << 24) >> 20 self.dig_H5 = h5 | ( self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) >> 4 & 0x0F) def read_raw_temp(self): """Reads the raw (uncompensated) temperature from the sensor.""" meas = self._mode self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL_HUM, meas) meas = self._mode << 5 | self._mode << 2 | 1 self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, meas) sleep_time = 1250 + 2300 * (1 << self._mode) sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575 sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575 time.sleep_us(sleep_time) # Wait the required time msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA) lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 1) xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 2) raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4 return raw def read_raw_pressure(self): """Reads the raw (uncompensated) pressure level from the sensor.""" """Assumes that the temperature has already been read """ """i.e. that enough delay has been provided""" msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA) lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 1) xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 2) raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4 return raw def read_raw_humidity(self): """Assumes that the temperature has already been read """ """i.e. that enough delay has been provided""" msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA) lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA + 1) raw = (msb << 8) | lsb return raw def read_temperature(self): """Get the compensated temperature in 0.01 of a degree celsius.""" adc = self.read_raw_temp() var1 = ((adc >> 3) - (self.dig_T1 << 1)) * (self.dig_T2 >> 11) var2 = (( (((adc >> 4) - self.dig_T1) * ((adc >> 4) - self.dig_T1)) >> 12) * self.dig_T3) >> 14 self.t_fine = var1 + var2 return (self.t_fine * 5 + 128) >> 8 def read_pressure(self): """Gets the compensated pressure in Pascals.""" adc = self.read_raw_pressure() var1 = self.t_fine - 128000 var2 = var1 * var1 * self.dig_P6 var2 = var2 + ((var1 * self.dig_P5) << 17) var2 = var2 + (self.dig_P4 << 35) var1 = (((var1 * var1 * self.dig_P3) >> 8) + ((var1 * self.dig_P2) >> 12)) var1 = (((1 << 47) + var1) * self.dig_P1) >> 33 if var1 == 0: return 0 p = 1048576 - adc p = (((p << 31) - var2) * 3125) // var1 var1 = (self.dig_P9 * (p >> 13) * (p >> 13)) >> 25 var2 = (self.dig_P8 * p) >> 19 return ((p + var1 + var2) >> 8) + (self.dig_P7 << 4) def read_humidity(self): adc = self.read_raw_humidity() # print 'Raw humidity = {0:d}'.format (adc) h = self.t_fine - 76800 h = (((((adc << 14) - (self.dig_H4 << 20) - (self.dig_H5 * h)) + 16384) >> 15) * (((((((h * self.dig_H6) >> 10) * (((h * self.dig_H3) >> 11) + 32768)) >> 10) + 2097152) * self.dig_H2 + 8192) >> 14)) h = h - (((((h >> 15) * (h >> 15)) >> 7) * self.dig_H1) >> 4) h = 0 if h < 0 else h h = 419430400 if h > 419430400 else h return h >> 12 @property def temperature(self): "Return the temperature in degrees." t = self.read_temperature() ti = t // 100 td = t - ti * 100 return "{}.{:02d}C".format(ti, td) @property def pressure(self): "Return the temperature in hPa." p = self.read_pressure() // 256 pi = p // 100 pd = p - pi * 100 return "{}.{:02d}hPa".format(pi, pd) @property def humidity(self): "Return the humidity in percent." h = self.read_humidity() hi = h // 1024 hd = h * 100 // 1024 - hi * 100 return "{}.{:02d}%".format(hi, hd) |
کد های پروژه ایستگاه هواشناسی
در این قسمت نحوه نمایش خواندن و نمایش مقادیر بدست آمده از BME280 را در وب سرور یاد خواهیم گرفت. در ادامه نیاز به ساخت فایل دیگری داریم، به همین ترتیب، یک فایل با نام boot.py را نیز آپلود خواهیم کرد. این مورد شامل تمام پیکربندی‌های اصلی مانند راه‌اندازی پین‌ها، I2C GPIO و وارد کردن کتابخانه‌های مرتبط دیگر است. و در نهایت فایل main.py را آپلود می کنیم که حاوی کد نهایی ما برای پیکربندی وب سرور است که بعد از boot.py اجرا می شود.
کد های فایل boot.py
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 |
try: import usocket as socket except: import socket from time import sleep from machine import Pin, I2C import network import esp esp.osdebug(None) import gc gc.collect() import BME280 # ESP32 - Pin assignment i2c = I2C(scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=10000) # ESP8266 - Pin assignment #i2c = I2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=10000) ssid = 'REPLACE_WITH_YOUR_SSID' password = 'REPLACE_WITH_YOUR_PASSWORD' station = network.WLAN(network.STA_IF) station.active(True) station.connect(ssid, password) while station.isconnected() == False: pass print('Connection successful') print(station.ifconfig()) |
- مقادیری که در این باید تغییر کند میبوط به اطلاعات شبکه وای فای شماست که در بخش کد مدنظر موارد ssid و pass را وارد می‌کنیم.
|
1 2 |
ssid = 'Enter your SSID name' password = 'Enter your SSID password here' |
کد های فایل main.py
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 |
def web_page(): bme = BME280.BME280(i2c=i2c) html = """<html> <head> <title>BME280 Web Server</title> <meta http-equiv="refresh" content="10"> <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1"> <link rel="stylesheet" href="https://use.fontawesome.com/releases/v5.7.2/css/all.css" integrity="sha384-fnmOCqbTlWIlj8LyTjo7mOUStjsKC4pOpQbqyi7RrhN7udi9RwhKkMHpvLbHG9Sr" crossorigin="anonymous"> <link rel="icon" href="data:,"> <style> html {font-family: Arial; display: inline-block; text-align: center;} p { font-size: 1.2rem;} body { margin: 0;} .topnav { overflow: hidden; background-color: #0e7c7b; color: white; font-size: 1.7rem; } .content { padding: 20px; } .card { background-color: white; box-shadow: 2px 2px 12px 1px rgba(140,140,140,.5); } .cards { max-width: 700px; margin: 0 auto; display: grid; grid-gap: 2rem; grid-template-columns: repeat(auto-fit, minmax(300px, 1fr)); } .reading { font-size: 2.8rem; } .card.temperature { color: #0e7c7b; } .card.humidity { color: #17bebb; } .card.pressure { color: #3fca6b; } </style> </head> <body> <div class="topnav"> <h3>BME280 WEB SERVER</h3> </div> <div class="content"> <div class="cards"> <div class="card temperature"> <h4><i class="fas fa-thermometer-half"></i>Temp. Celsius</h4><p><span class="reading">""" + str(bme.temperature) + """</p> </div> <div class="card temperature"> <h4><i class="fas fa-thermometer-half"></i> Temp. Fahrenheit</h4><p><span class="reading">""" + str(round((bme.read_temperature()/100.0) * (9/5) + 32, 2)) + """F</p> </div> <div class="card pressure"> <h4><i class="fas fa-angle-double-down"></i> PRESSURE</h4><p><span class="reading">""" + str(bme.pressure) + """</p> </div> <div class="card humidity"> <h4><i class="fas fa-tint"></i> HUMIDITY</h4><p><span class="reading">""" + str(bme.humidity) + """</p> </div> </div> </div> </body> </html>""" return html s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) s.bind(('', 80)) s.listen(5) while True: try: if gc.mem_free() < 102000: gc.collect() conn, addr = s.accept() conn.settimeout(3.0) print('Got a connection from %s' % str(addr)) request = conn.recv(1024) conn.settimeout(None) request = str(request) print('Content = %s' % request) response = web_page() conn.send('HTTP/1.1 200 OK\n') conn.send('Content-Type: text/html\n') conn.send('Connection: close\n\n') conn.sendall(response) conn.close() except OSError as e: conn.close() print('Connection closed') |
نتیجه نهایی
در نهایت پس از آپلود کد های پروژه ایستگاه هواشناسی میکروپایتون، فایل های ساخته شده برای کتابخانه در ترمینال upycraft اگر تمامی مراحل به درستی انجام شده باشد و اتصال وایفای برقرار باشد یک IP که آدرس وب سرور مربوط پروژه ایستگاه هواشناسی شما است نمایش داده خواهد شد، که با جستجو این ip آدرس در مرورگر خود به اطلاع مربوط به سنسور دسترسی پیدا خواهید کرد. به منظور تغییر ظاهر وب‌سرور قادر خواهید بود با تغییر کد های مربوط به صفحه وب در کد های اصلی پروژه تغییرات مد نظر را اعمال کنید.
کلام آخر با سایفر
چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.
در پایان نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید و با اشتراک گذاری این آموزش در شبکه های اجتماعی , از وبسایت دیجی اسپارک حمایت کنید.
