Arduino Yún: азы. Основы построения монитора умного дома.

UPD: Дальнейшее развитие темы здесь: http://forum.amperka.ru/threads/esp8266-raspberry-pi-2-азы-построения-управления-умным-домом.5043/

Эта тема больше не поддерживается - поддерживается та, что приведена по ссылке выше. Причину смотреть здесь.

Как обычно, сначала видео. На нем сервер на Arduino Yún показывает температуру (analogRead пустой ноги Ардуинки) и состояние светодиода на ноге 13.
Температура показывается в режиме реального времени, видим что цифра постоянно обновляется. Светодиодом идет управление через веб-интерфейс.

Пример реального применения Arduino Yun смотрим здесь.

Хочу в общих чертах рассказать об опыте общения с этой, мне кажется, незаслуженно обойденной вниманием платой.

Первый вопрос - почему не малина? Все ниже сказанное, лишь ИМХО.

Малина известна давно, но мне показалась очень специфичной вещью: недокомпьютер но переардуино.
Единственно полезной в домашнем хозяйстве поделкой на малине , которая мне попалась на глаза, был сетевой радиоприемник, но глядя на то, как его надо "пилить" энтузиазм не появился.
В общем, в домашних самоделках вполне хватало Ардуино, поскольку суть этих самоделок всегда приблизительно одна: что-то произошло на входе -> по некоторому алгоритму сработал выход. Ардуино имеет широкую гамму дополнительных плат и библиотек на все случаи жизни.
Следующий этап автоматизации привел к логическому выводу о необходимости объединения самостоятельных элементов "умного дома(?)" в одно место. А место это потребовало представленности в сети.
Вот здесь то и пришла мысль о недокомпьютере Малине. Посчитал деньги. Увидел, что есть варианты. Решился на Yun.
Кто хочет более глубокого сравнения малины с Yún - загляните сюда. В целом, сравнение не в пользу Yún, однако у этой штуки все таки есть ряд удобств, а именно.
- Yún работает "из коробки", где уже установлена ОС OpenWrt с веб-сервером. То есть не нужны никакие пляски с мышками, клавиатурами, мониторами, SD-картами с операционной системой.
- Налажены "железные" связи с Ардуино, подключение к сети - элементарное, причем и через wi-fi, что само по себе отдельное удобство.
- Простое удобство - ардуинка и Линукс процессор питается от одного источника питания.
- Все это, включая Ардуинную часть, программируется по сетке.
(А при легких ударах в бубен Ардуинку можно программировать и через интернет!).
Линуксная часть, естественно, программируется только по сети.
Мы имеем процессор, в два раза менее мощный (по частоте) чем на Малине. Но одновременно мы имеем операционку в самом контроллере, а не на карточке. Важно ли ДЛЯ НАШЕГО СЛУЧАЯ это отставание в скорости? Полагаю нет.

И, наконец, для тех, кто "не в теме" на тему Линукса, типа меня, разницы между Малиной и Yún - никакой.

Есть одно различие, которое не устранимо в Yún - отсутствие GCC, и, следовательно, возможности программировать на языке С(С++). Важно ли это? Для нашего случая тоже - нет. Потому что нам будут нужны, web-сервер, PHP, MySql, jQuery, Python - а они есть.
Кто не знает что это за зверинец - не отчаивайтесь. Я тоже не знаю точно.

UPD. 10/11/2014. GCC есть! А инструкции по установке смотреть здесь, здесь и здесь.

Итого. Цель этих постов - пробить окошко от Ардуино в среду Линукс. Небольшое окошко. Чтобы вы потом расширили его сами по своему размеру, опыту и терпению.
До покупки Yún этого опыта у меня не было. Опишу свои начальные шаги, которые обычно и являются самыми трудными: главное знать куда идти, а остальное подскажет Гугл
Кстати, вот как, ИМХО, должна выглядеть правильная Arduino Yun. Модуль nRF24L01+ на ней и больше ничего. Плата собирает и коммутирует информацию с различных устройств в обе стороны. И все. Одной такой штуковины вполне хватит для дома. Больше не надо. А опыт работы с ней 100% пригодится для дальнейших экспериментов с малиной.

(Да можно к ней все что угодно приколхозить, nRF24L01+ - это минимум )
Вот, кстати, реально работающий на Yun прототип отражения температуры в сети: через nRF24L01+ идет прием показаний датчика DS18B20 с другой Ардуино и отражение на странице.
Адрес, конечно, я вам не дам, только скриншот

 

До Yun все злодейства с Ардуиной проводились в среде CodeBlocks. Yun она, к сожалению, не поддерживает. Но возвращаться к родной IDE очень не хотелось, и нашелся вариант.

В среде Ардуино, в настройках, есть опция "Использовать внешний редактор". Если ее выбрать, экран среды Ардуино становится серым и ничего печатать уже нельзя. Длительное время эта опция ставила меня в тупик. Оказалось все просто.
Снимаем флажок и обычным путем создаем скетч с необходимым нам названием. Сохраняем. Ставим флажок, экран становится серым.
Тот же файл открываем внешним редактором (не закрывая в Ардуино), тем же CodeBlocks, и работаем с ним.
После внесения изменений - сохраняем, переходим в среду Ардуино и нажимаем значок проверки или загрузки в плату. IDE Ардуино перезагружает файл и действует в соответствии с указаниями.
Не очень удобно, конечно, но все зависит от "любви" к родной IDE.

 

Нулевое, что можно сделать в Yun, - расширить ее память путем добавления микро-СД карточки. После этого расширения все вновь добавляемые пакеты будут устанавливаться на карточку. На нее же будут помещаться файлы вашего веб-сервера.

Нулевое, потому что можно этого и не делать. Внутренней памяти для заявленных нами целей ей и так хватит, но вот потом - кто знает. В общей сложности в Yun памяти 16 ГБ, 1/3 занято операционкой, ну пусть еще пакетами 2-3 займем.
Заметим, что для Малины применяют карты 4-8 гб и все прекрасно работает.

В общем, я сделал. Делать или нет вам - не знаю.
Руководство на эту тему находится здесь. Там все предельно ясно, кроме одного забавного момента
Когда операция прошла успешно, нужно нажать кнопку сброса, не отключая сериал-монитора компьютера. Тогда Yun перезагрузится с отражением в сериале лога свой загрузки, после чего можно будет через потребовать отчет о проделанной работе путем набора и отправки команды df-h//mnt/sda1
Прикол заключается в том, что кнопок сброса в Yun три. Нажмете не ту - отчета не получите, хотя, конечно, ничего страшного не случится (этот отчет получим затем по-другому). Какую точно кнопку нажимать и где искать - смотреть на картинке.

 

Ну а первое - завести плату в сетку. Инструкция по этому действу находится здесь.
Общий смысл в том, что будучи включенной впервые, Yun создает свою собственную сетку wi-fi, с соответствующим названием, к которой можно подключиться с компьютера, и заглянуть в Yun путем набора адреса 192.168.240.1 в браузере и набрав пароль [arduino].
Находясь внутри, выбираете новое название для платы, устанавливаете свой пароль доступа, выбираете свою w-fi сетку, вводите ее пароль сохраняетесь и после чего плата сама перегружается. Поскольку Yun выключает свою сеть, ваш компьютер автоматом вернется в домашнюю сеть.
Теперь надо найти Yun и запомнить ее адрес в сети. Делается это так.
Убедились, что через некоторое время на плате зажглась и светится белая лампочка - зашла в сеть. Запускаете среду Ардуино и открываете вкладку Port. Вот там и будет описание адреса и нового названия вашей платы. Запоминаем.

UPD. А можно поиграть вот этой очень полезной утилитой.

А затем две опциональные, но очень важные вещи.
1. Следует задать постоянный IP адрес для платы в вашем роутере. Очень полезное дело, иначе периодически, хотя и не часто, придется его "ловить" для связи с платой. Не знаете как - расспросите Гугл поиском "установка статического ip адреса на роутере" + [название вашего роутера]. Никогда не делали? Не стесняемся. Это еще цветочки.
2. К этому надо добавить и переадресацию портов в роутере. Действуем также через Гугл. Переадресация портов позволит смотреть вашу Yun через интернет, а не только через локальную сеть, что является очень важным для управления домом вне дома. Побеждайте этот вопрос сами.

В общем, плата в сети и можно с ней работать. Причем выбирать в настройках порта сетевой порт и грузить ее через сетку. При этом плата будет первый раз запрашивать пароль - не забудем.
Ну а если забыли и вообще что-то пошло косяком?
Возвращаем плату к заводским настройкам, путем удержания более 30 секунд кнопки Wi-Fi Reset. Плата как новая.
А если держать эту кнопку от 5 до 30 секунд - плата сбрасывает только сетевые настройки и ее можно завести в другую сеть так как описано в этом посте сначала.

На сайте и в IDE дано много примеров работы с Yun. Но все они страдают существенным (?) недостатком: нет примера системного взаимодействия Ардуино и Линукс частей.
Поэтому все что есть официального вы рассмотрите сами, а здесь будем решать следующую задачу: создать прототип сайта, который в состоянии динамически отражать информацию с платы, а также передавать ей команды, что собственно и показано в первом посте.
Кому это кажется простым - велкам сюда. Там красиво и сложно.

Работа на вечер: установить программу WinSCP, PuTTy и Notepad++. Если решились на Yun - теперь это наши основные инструменты. (И для Малины, видимо, тоже.)

 

Продолжим подготовительные работы. Запускаем WinSCP заполняем первое окошко:

Нажимаем Save. Ставим галочку "Save Password", хотя и не рекомендуется, но кулхакеров по Yun пока еще не много - бояться не стоит. Потом это избавит вас от необходимости вводить пароль и в терминальном соединении чере PuTTy.
После чего нажимаем кнопку Login.
Дальше пройдет диалог на тему, что там проблемы с сертификатами - соглашаемся на все условия, и мы вошли в Yun. Увидим типа такого:

Продолжим настройку. Options -> Preferences -> Applications ставим галку в поле "Remember session password and pass it to PuTTY". "Ок".
Нажимаем на кнопочку в верхнем ряду, где изображены два монитора и молния, и через некоторое время у нас должно появиться вот такое окно:

Ок, шаг сделан.
Если окно не открылось - у вас проблемы с путями к файлу PuTTy. Исправляем их в той вкладке, что было указано ранее.
А если все нормально, набираем команду df -h и видим свою раскладку по памяти в Yun:

И последнее - в WinSCP заходим в Опции, вкладка Editors и добавляем путь к исполняемому файлу Notepad++ и поднимаем его наверх. Выбираем Default editor encoding - UTF-8.

Заходим в программу Notepad++, Опции -> Настройки -> Новый документ выбираем кодировку UTF-8 без метки BOM.

Подготовительные работы для связи с Yun закончены!
Продолжение...

 

Теперь пора зарядить Yun. Для этого установим LAMP. Это такой комплект web-сервера, php и MySql.
Как это делается. (Не боимся! В случае ошибки держим больше 30 секунд кнопу сброса Wi-Fi и начинаем все заново. Хоть сто раз!)
Заходим через WinSCP в нашу плату, затем жмем кнопку PuTTY (та что два монитора и молния между ними).
Начинаем передавать команды Yun путем копирования их в буфер обмена с сайта, и вставления их в PuTTY терминал правой кнопкой мыши и подтверждения ввода (ох и непривычно сначала). Это все что здесь выделено красным цветом.
Если все происходит правильно - то в терминале в итоге НИЧЕГО НЕ ПРОИСХОДИТ. К этому тоже придется привыкнуть. Во многих случаях передав команду вы не получите никакого подтверждения - значит все идет как надо. Иногда вы увидите некоторые действия. Главное, чтобы не выскакивало Error.
Первое. Допиливаем web-сервер uHTTPd. То есть передаем плате все команды от секции
opkg update
opkg install uhttpd
до секции включительно.
/etc/init.d/uhttpd restart
Теперь в корне нашей платы появилась папка /srv/www , где будут лежать наши файлы сервера, включая php и слушаться через 81 порт.
Проверяем работу:
echo "<P>Hello, this web server runs on OpenWrt!!</P>" > /srv/www/index.html
А теперь заходим браузером по адресу Yun и 81 порту (http://192.168...:81/index.html)) и должны увидеть надпись: "Hello, this web server runs on OpenWrt!!"

Второе. Устанавливаем PHP следующими командами:
opkg update
opkg install php5 php5-cgi
opkg install zoneinfo-core
opkg install zoneinfo-europe
opkg install php5-mod-json
opkg install php5-mod-hash
opkg install php5-mod-session
Третье. Конфигурируем uHTTPd. (лучше взять эти команды со страницы а не отсюда!)
uci add_list uhttpd.llmp.interpreter=".php=/usr/bin/php-cgi"
uci set uhttpd.llmp.index_page="index.html index.htm default.html default.htm index.php"
uci commit uhttpd
sed -i 's,doc_root.*,doc_root = "",g' /etc/php.ini
sed -i 's,;short_open_tag = Off,short_open_tag = On,g' /etc/php.ini
/etc/init.d/uhttpd restart
Проверяем работу PHP:
echo "<?php phpinfo(); ?>" > /srv/www/index.php
Заходим по адресу http://192.168...:81/index.php) и видим много полезной информации, и кроме того сообщение об ошибке во временной зоне - исправим чуть позже.
Четвертое. Устанавливаем MySql.
Нет смысла переписывать всю секцию MySql. Последовательно вставляете и исполняете команды.
Однако в конце будет необходимо править файл php.ini по адресу /etc/php.ini
Как это делать лучше всего? Не так как предлагают на сайте, а через WinSCP. Прямо заходим в папку, щелкаем по файлу и, если вы все сделали ранее правильно, он откроется у вас в Notepad++. Внесли изменения - нажали кнопочку сохранения и исправленный файл сохранился в Yun.
Выполняем все необходимые операции, а также заходим в секцию [Date] и раскомментируем и правим строку:
date.timezone = "Europe/Moscow"
...или где вы, там, живете...
Все, Yun подготовлена к работе с сервером, PHP и базой данных. Все что будет происходить дальше - это:
- программирование Ардуино скетчами,
- работа с базой данных через PuTTy,
- загрузка через WinSCP файлов сервера в папку /srv/www.

UPD: А еще нам потребуется Mosquitto. Смотреть здесь.

 

Разберемся с тем, что мы будем делать дальше. Вот картинка:

Скетч Ардуино подает команды системе Линукс на отправку в базу данных (MySql) информации о температуре и запрашивает из нее информацию о том, в каком состоянии должен находиться светодиод. Получив данные, действует в соответствии с ними.

Веб-сервер показывает нам страничку index.html, которая отражает текущую ситуацию. На страничке внедрен код JavaScript (jQuery.js), который два раза в секунду обращается к страничке mysql.php, которая, в свою очередь, читает и отображает информацию из базы данных.

Если на страничке пользователь нажимает на кнопку - команда передается другой страничке - click.php, которая пишет в базу данных информацию о необходимом состоянии светодиода. Ее, в свою очередь, считывает Arduino через Shell и управляет ногой 13. Одновременно информация возвращается на страницу через mysql.php.

Все это выглядит запутанно, но скоро все станет ясно. Причем, помним, в нашу задачу не входит глубинное изучение MySql, PHP и JavaScript. Мы лишь собираем инструменты для управления домом. А их надо не так много: отобразить что есть и передать команду на изменение.
Разберемся с каждым из этих элементов.

 

Начнем с создания базы данных. Для освоения элементарных навыков обращаемся сюда. А именно сразу к главе 8. Там на пальцах все рассказано. (Все ознакомительные версии литературы, на которую я ссылаюсь, присутствуют в Интернете.)
Табличка будет иметь следующие поля:

id - уникальный ТАБЛИЧНЫЙ идентификатор записи;
stuffName - как оно называется;
stuffId - то же, что и название, но для использования в скетчах (назначение зарезервировано для Ваших будущих творений);
arduStatus - число, описывающее состояние объекта, сюда Ардуино вносит свои данные, а мы их читаем;
webStatus - число - цель, сюда вы из web-морды пишите свои пожелания.​

Как это работает. Ардуино в строку, принадлежащую, например, лампочке, в поле arduStatus пишет цифру "1", и вы видите, что лампочка включена. В поле webStatus вы пишите цифру "0". Ардуино читает ее, выключает лампочку и в свое поле arduStatus записывает теперь "0". Прочитав его, вы узнаете что команда исполнена.
Ну а если у вас строка принадлежит термометру, то Ардуино просто пишет данные в поле arduStatus, а вы их считываете.
Вот что должно получиться:

 

А как мы это получим?
Заходим в PuTTy через WinSCP.

Код (Text):

mysql -pВАШПАРОЛЬбезПРОБЕЛА

CREATE DATABASE home;

USE home;

CREATE TABLE homeStuff (
id INT NOT NULL AUTO_INCREMENT,
stuffName VARCHAR(15),
stuffId INT,
arduStatus INT,
webStatus INT,
PRIMARY KEY(id)
);

INSERT INTO
    homeStuff (stuffName, stuffId, arduStatus, webStatus )
VALUES
    ("Switch", "100", "0", "0"),
    ("Thermo", "200", "268", "0");

SELECT * FROM homeStuff;

И теперь выполним команду
GRANT ALL ON home.* TO 'user'@'localhost' IDENTIFIED BY 'pass';
Эта команда создаст пользователя user с паролем pass. Этот товарищ потребуется нам в дальнейшем.

 

скажите а phpmyadmin запихнуть можно для удобства?

 

Я не нашел такого. Не думаю что овчинка стоит выделки - не так много придется работать с базой, чтобы этот огород городить, вполне хватает командной строки создать простую табличку с несколькими строками.

 

Пора написать скетч для Ардуино Yun. Вот он. Постарался объяснить все.

Код (C):

#include <Process.h>
int inPin = A0;    // Нога типа измеряем температуру
int outPin = 13;  // Управляем светодиодом
int thermo;        // Здесь получается "температура"
int lamp;          // Здесь узнаем что надо делать со светодиодом на ноге 13

void setup() {
  Bridge.begin();  // Запускам Мост к Линуксу
                    // Делаем  13 ногу выходjм, чтобы светить
  pinMode(outPin, OUTPUT);

}

void loop()
{
    // Тайная функция получения температуры
    thermo = analogRead(inPin);
    // Превращаем температуру в стринг
    const String temperature=String(thermo);

    // Запускаем процесс, который в свою очередь
    // запускает Shell команду Yun и вносит температуру в базу MySql
    Process mysql;
    mysql.runShellCommand("sh ~/mysql.sh "+temperature);

    // Узнаем из базы MySql что требуется сделать с 13 ногой
    lamp = getMySqlStatus();
    // Если там единица - зажечь диод
    if (lamp == 1) {
        digitalWrite(outPin, 1);
    }
    // А нет - погасить
    else {
        digitalWrite(outPin, 0);
    }
    // Пару секунд не мучить железяку - пусть подумает над своим поведением
    delay(2000);
}
    // Функция вызывает Shell команду и возвращает знчение из таблицы MySql
int getMySqlStatus(){
    Process lampstatus;
    lampstatus.runShellCommand("sh ~/lampstatus.sh");
    while(lampstatus.running());
    int lamp_status = lampstatus.parseInt();
    return lamp_status;
}
 

Строки
mysql.runShellCommand("sh ~/mysql.sh "+temperature);
lampstatus.runShellCommand("sh ~/lampstatus.sh");
Вызывают shell команды Линукс с соответствующими названиями. О них мы поговорим позже.

UPD 15.12.2014. Скетч ниже ничем не отличается от предыдущего, но работать будет устойчивее.

Код (C):

#include <Process.h>
int inPin = A0;    // Нога типа измеряем температуру
int outPin = 13;  // Управляем светодиодом
int thermo;        // Здесь получается "температура"
int lamp;          // Здесь узнаем что надо делать со светодиодом на ноге 13

void setup() {
  Bridge.begin();  // Запускам Мост к Линуксу
                    // Делаем  13 ногу выходjм, чтобы светить
  pinMode(outPin, OUTPUT);

}

void loop()
{
    // Тайная функция получения температуры
    thermo = analogRead(inPin);
 
    // Узнаем из базы MySql что требуется сделать с 13 ногой
    lamp = getMySqlStatus();
    // Если там единица - зажечь диод
    if (lamp == 1) {
        digitalWrite(outPin, 1);
    }
    // А нет - погасить
    else {
        digitalWrite(outPin, 0);
    }
    // Пару секунд не мучить железяку - пусть подумает над своим поведением
    delay(2000);
}
    // Функция вызывает Shell команду и возвращает знчение из таблицы MySql
int getMySqlStatus(){
    Process lampstatus;
    lampstatus.runShellCommand("sh ~/lampstatus.sh");
    while(lampstatus.running());
    int lamp_status = lampstatus.parseInt();
    return lamp_status;
}

void func_thermo(int){
    // Запускаем процесс, который в свою очередь
    // запускает Shell команду Yun и вносит температуру в базу MySql
    Process mysql;
    // Превращаем температуру в стринг
    const String tempNow=String(thermo);
    mysql.runShellCommand("sh ~/mysql.sh "+tempNow);
}
 

 

Следующий шаг - в директорию root при помощи программы WinSCP поместим три файла - lampstatus.sh, mysql.sh, restart_uhttpd.sh, которые в приложении. Выглядеть это должно вот так:

Первые два файла - это файлы, к которым обращается скетч Ардуино, с целью получить или загрузить данные в базу home в таблицу homeStuff.
А вот третий файл непосредственного отношения к нашему скетчу не имеет, но может оказаться очень полезным. Иногда сервер зависает. Делаем две вещи.
Один раз: правая кнопка мыши - свойства - там где "Разрешения" напротив "Владелец" поставить галочку в "Х".
Потом каждый раз как сервер ведет себя неправильно: правая кнопка мыши, Пользовательские команды, Выполнить.

 

А теперь идем в директорию /srv/www, кладем туда прилагаемые файлы, и должны получить такую картину:

Если все до этого было сделано правильно, то по адресу http://192.168. ... . ...:81/ вы должны получить данные с вашего условного термометра, а при работе с соответствующими кнопками красный светодиод на ноге 13 должен включаться и выключаться.

Не исключаю, что с первого раза это не получится. Почему? Потому что в таком большом повествовании я мог где-то ошибиться и что-то перепутать. А могли и вы не усмотреть.
В любом случае, я показал лишь путь, по которому следует идти, а не написал пошаговое руководство.
Смысла в пошаговом руководстве нет - у всех для решения разные задачи.
Тот кто с нуля, как я, решит его пройти, должен самостоятельно освоить несколько вещей, которые в основной части не сложны.
Сначала надо создать html страничку - смотрите на мой файл index.html. Для понимания азов вполне достаточно ресурса htmlbook.ru.
Затем следует разобраться с тремя php файлами, к которым идет обращение с этой страницы. Ничего сложного в них нет. Эти файлы работают с базой данных. Ресурс для понимания - php.su.
И последнее - в index.html включаются скрипты JQuery. Это безумно глубокая тема, но есть выход. Просто обратиться к книге Геннадия Самкова "jQuery. Сборник рецептов." Не вникая в суть работы с JavaScript при помощи этой книги можно найти пример решения любой вашей любительской задачи.
Успехов!

 

может кому-то пригодиться.
Повторил эту красивую работу (огромное спасибо ИгорьК).

в моем случае в файле "/srv/www/login.php" пришлось заменить строку $db_hostname = 'localhost';
на строку $db_hostname = '127.0.0.1';
не знаю почему но без этого БД не находилась (учтем что я полный чайник).

 

Интересно, сколько России продано Arduino Yun. Две или три?

 

Я покупал в России
Вопрос по существу - почему может не моргать 13-я нога ?
Дергаем ее через сайт - картинка на сайте меняется на зажженную лампу - в DB значение arduStatus меняется 0->1 - а светодиод на 13 ноге не реагирует. Значение webStatus не меняется.
Может быть такое, что Вы выложили промежуточную версия скетча (пока не успеваю вникнуть до конца в код).

 

Посмотрите сами, (1.) что пишет в базу click.php, (2.) что читает из базы файл lampstatus.sh и (3.) вызывается ли именно он из скетча Ардуино. В этой цепочке может быть ошибка.
Коль скоро лампочка на страничке реагирует - запись в базу происходит успешно. Ну а дальше по цепочке. Будет время - проверю.

 

Ошибка была в файле lampstatus.sh. Файлы заменил. В них неверно были указаны юзер и пароль для доступа к mysql.

 

да. я увидел. начал тестировать в PuTTy но не хватило времени пришлось прерваться.
вообще не здорово у меня получилось с правами GRANT ALL ON home.* TO 'user'@'localhost' IDENTIFIED BY 'pass'; - не понимаю почему - Не могу войти в mysql под этим юзером, могу только под root. Буду читать.