Lab06

O que esse vamos ver neste lab?

• Instalação e uso de bibliotecas externas para arduino

  • Arduino JSON
  • Sensor de temperatura e umidade DTH11

• Comunicação serial entre Arduino e o Node-RED

  • Como mandar dados do arduino para o node-RED no formato JSON

• Como desenvolver um sistema supervisório para monitoramento de temperatura e umidade

Instalação e uso de bibliotecas externas para arduino

Normalmente os criadores das bibliotecas descrevem o passo-a-passo para utilizar as bibliotecas criadas, mas de forma geral podemos instalar uma biblioteca externa de duas formas:

• Por Download:

  • Fazer o download do arquivo .zip da biblioteca
  • Descompactar o arquivo dentro da pasta ~/Arduino/libraries/
  • Pronto! Podemos usar em nosso projeto.
  • De forma geral é isso, eventualmente o criador da biblioteca irá orientar eventuais etapas adicionais.

• Pelo gerenciador de bibliotecas:

  • abra o Arduino IDE
  • acesse: Sketch ==> Include Library ==> Manage Libraries…
  • Digite na busca o nome da biblioteca
  • Encontre a opção desejada e clique em instalar
  • Pronto! Podemos usar em nosso projeto.
  • Algumas libs dependem de outras de outras libs, nesse caso é necessário instalar todas as libs.

Imagem passo-a-passo

DICA: Explore a documentação e os exemplos da biblioteca instalada.

Biblioteca ArduinoJson

A biblioteca ArduinoJSON é escrita em C++ para realizar a comunicação de dados no formato JSON (JavaScript Object Notation) com aplicações para IoT. Pra quem conhece Python a estrutura é muito parecida com a de dicionários:

{"Key1":"Value1", "Key2":"Value2", "Key3":"Value3","....":."...."}

Documentação oficial em: arduinoJSON

Exercise

Faça a instalação da biblioteca arduinoJSON direto pelo ArduinoIDE, no campo de busca digite ArduinoJson e instale a biblioteca. Para mais detalhes de como realizar a instalação acesse aqui a documentação oficial de instalação

Sensor DTH11

O DTH11 é um sensor digital de temperatura e umidade muito utilizado em diversas aplicações. Para facilitar o trabalho utilizamos uma biblioteca para realizar as leituras de temperatura e umidade.

Pino	Descrição
1	Alimentação, VCC, 3,5V ~ 5,5V
2	DATA, transmissão de dados
3	NC, Não Conectado
4	Alimentação, GND, 0v

Cuidado para não inverter os pinos de alimentação.

Exercise

Faça a instalação das bibliotecas para usar o DTH11: Adafruit Unified Sensor Libs:

1. Adafruit Sensor

2. DTH Sensor.

Após o download descompacte o arquivo .zip e mova-o para a pasta ~/Arduino/Libraries/

Testando o sensor DTH11

Para testar o funcionamento do sensor vamos executar 2 etapas: Montagem do hardware e Desenvolvimento do Software.

O hardware de teste

Monte o circuito da imagem abaixo e não esqueça de conectar o resistor

Exercise

De acordo com o circuito qual o pino do arduino é utilizado para realizar comunicação digital com o sensor DTH11?

O código de teste

Crie um novo projeto no ArduinoIDE e tilize o código de teste abaixo: Este código foi adaptado do site filipeflop

/*
Código para teste do sensor DTH11 

*/
#include "DHT.h"
#define DHTPIN  7  //define o pino usado no arduino
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); //declara a objeto da classe

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("DHTxx test!");
  dht.begin();
}

void loop() 
{
  float h = dht.readHumidity();  // faz leitura da umidade
  float t = dht.readTemperature();  // faz leitura da temperatura

  // testa se retorno é valido, caso contrário algo está errado.
  if (isnan(t) || isnan(h)) 
  {
    Serial.println("Falha na leitura do sensor DHT");
  } 
  else
  {
    Serial.print("Umidade: ");
    Serial.print(h);
    Serial.print(" %t");
    Serial.print("Temperatura: ");
    Serial.print(t);
    Serial.println(" *C");
  }
  delay(500); //delay de 0,5s
}

O teste

Após montar o circuito e escrever o código, carregue o código no arduino e abra o Monitor Serial para visualizar o funcionamento com mas medidas da temperatura e umidade, o resultado esperado deve ser igual da imagem abaixo.

Parabéns!! Primeira parte concluida, vamos em frente...

Usando a biblioteca Arduino Json

Vamos altera nosso código para enviar as informações do sensor DTH11 em formato JSON, observe o código abaixo com as alterações:

Uma etapa importante é definir a variavel TAMANHO que serve como buffer em bytes para alocar o JSON que vamos trabalhar. Para isso podemos utilizar o ArduinoJson Assistant neste link, siga o passo-a-passo da ferramenta para descobrir o valor minimo que devemos utilizar.

Exercise

Utilizando o ArduinoJson Assistant qual o valor recomendado para o json do exemplo abaixo?

{
"Key1":10.10258,
"Key2":50.28546
}    

/*
Código exemplo demonstrando o funcionamento do Sensor DTH11 enviando 
informações via serial no formato JSON para o servidor node-Red que recebe e transmite via protocolo MQTT 

*/

/////Json
#include <ArduinoJson.h>
const int TAMANHO = 50;  //define o tamanho do buffer para o json

///// Sensor DTH
#include "DHT.h"
#define DHTPIN  7  //define o pino usado no arduino
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); //declara a objeto da classe

////// Outras declarações
#define led 13 //define led conectado no pino 13

void setup() 
{
  //inicialia c sensor
  dht.begin();

  //inicializa comunicação serial
  Serial.begin(9600);

  //configura pinos de saida do arduinos
  pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() 
{
  StaticJsonDocument<TAMANHO> json; //Aloca buffer para objeto json

  // Faz a leitura da temperatura  
  float temp = dht.readTemperature();
  // faz a leitura da humidade
  float umi = dht.readHumidity();

  //formato de escrita do json
  json["temperatura"] = temp;
  json["umidade"] = umi;

  serializeJson(json, Serial);
  Serial.println();

  //delay
  delay(500);
}

Etapa 2 concluida! Agora o nosso programa envia dados no formato Json, facilitando a integração com outros sistemas incluindo o Node-RED.

Comunicação serial com node-RED

Vamos usar o node serialport para realizar a comunicação serial entre o node-red e o arduino conectado na porta que conectado na porta USB , por padrão esse não vem instalado. Faça a instalação do node node-red-node-serialport.

No node-RED monte o flow

Agora configure o node da serial da seguinte forma:

- Serial Port: com o nome da porta COM que está alocada para o arduino
- baud rate: para 9600.

Faça o deplay e se tudo estiver correto, no debug vai aparecer as mensagens recebidas pelo arduino.

Desenvolvimento de um sistema supervisório para monitoramento de temperatura e umidade

Para o desenvolvimento do sistema de supervisório ficar completo basta adaptar o fluxo que temos no node-RED para receber os tópicos de temperatura e umidade separados e enviar para o dashboard.

Exercise

Faça as adaptações necessárias para exibir os valores de temperatura e umidade em 2 gauge e 2 chart como na imagem abaixo:

Desafio TOP

Baseado na solução do desafio anterior, altere o fluxo para enviar os dados do node-RED via protocolo MQTT. Em um segundo computador crie um fluxo no node-RED que recebe os topicos enviados.

Controlando o arduino pelo node-RED

Chegou a hora de fazer o caminho de volta, ja mandamos dados para o node-RED, agora é vez de receber dados do node-RED.

Desafio Final

Adicione um switch no dashboard e configure para enviar a string “liga” e “desliga” pela serial, para controlar um LED do arduino. DICA: Veja o exemplo Serial-JSON - RX na aba de exemplos aqui do site.

---

Last update: September 17, 2022