Node-RED Laboratorios: Firmata, Serial e Ethernet

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Laboratorios: Node-RED

Node-RED e Arduino com protocolo Firmata

Referência: [1].

Para interação com Arduíno o módulo correspondente deve ser instalado no Node-RED: 

node-red-node-arduino

O Node-RED se comunica com o Arduíno através da serial USB utilizando o protocolo Firmata. Para tal a biblioteca Firmata deve ser instalada no Arduíno e deve ser carregado o sketch StandardFirmata.

Capacidades
O Arduíno suporta os seguintes modos de operação:
  • Entradas e saídas digitais: Valores 0 ou 1
  • Entradas analógicas: Valores 0 a 1023
  • Saídas PWM (analógicas): Valores 0 a 255
  • Saídas servo: 0 a 180

No Node-RED os nós arduino in e arduino out permitem interação com um Arduíno conectado a serial e rodando o sketch StandardFirmata.

arduino in
Permite selecionar entradas digitais ou analógicas. Os valores são lidos em msg.payload e o número do pino como msg.topic.
Quando uma entrada do Arduíno é modificada o Node-RED é imediatamente notificado.
  • Este processo funciona bem para as entradas digitais.
  • Para as entradas analógicas podem ser obtidos muitos valores, os quais devem ser manuseados. Por exemplo, pode-se usar um atraso para ajustar um tempo de amostragem e descartar valores intermediários. Outra opção é utilizar um nó rbe (Report by Exception node) e configurar para reportar mudanças somente a partir de um dado montante de variação.
arduino out
Permite selecionar saídas digitais, analógicas (PWM) ou tipo servo. Espera valores numéricos inteiros em msg.payload para transferir ao Arduíno.
Programação em blocos no Node-RED

Node-RED e Arduino com comunicação serial

Para interação com Arduíno o módulo correspondente deve ser instalado no Node-RED: 

node-red-node-serialport

Como exemplo foi utilizado um Arduino UNO ao qual foram acoplados um led para controle e um sensor de temperatura DHT22. A comunicação entre o Arduíno e o Node-RED é realizada via comunicação serial, com o Arduíno enviando periodicamente os dados de temperatura e umidade e esperando comandos para o led.

Código fonte Arduino
O código Arduino abaixo descreve o cenário da aplicação.
Código para DHT22 adaptado do exemplo [2].
/*         
 Comunicação com Arduino via serial com NodeRED 
 Transmite: Medida de temperatura e umidade (DHT22)
 Rebebe: Comandos para acionamento de led
*/

#include "DHT.h"
#define DHTPIN 2     // Digital pin connected to the DHT sensor
#define DHTTYPE DHT22   // DHT 22  (AM2302), AM2321
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

const int ledPin = 13; // the pin that the LED is attached to
int incomingByte;      // a variable to read incoming serial data into

unsigned long lastMsg;

void setup() {
  Serial.begin(57600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  dht.begin();

}

void loop() {
  //Verifica se há dados chegando na porta serial para controle do led
  if (Serial.available() > 0) {
    incomingByte = Serial.read();
    if (incomingByte == 'H') {
      digitalWrite(ledPin, HIGH);
    }
    if (incomingByte == 'L') {
      digitalWrite(ledPin, LOW);
    }
  }
  //A cada 2s realiza leitura do sensor DHT22 e imprime dados na serial
  unsigned long now = millis();
  if (now - lastMsg > 2000) {
    lastMsg = now;
    //Lê sensor DHT22
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    if (isnan(h) || isnan(t)) { //isnan (is not a number) retorna 1 se não for um número
      Serial.println(F("Failed to read from DHT sensor!"));
      return;
      }
    //Dados de umidade e temperatura são impressos separados por ","
    Serial.print(h);
    Serial.print(F(","));
    Serial.print(t);
    } 
}
Programação em blocos no Node-RED

Os dados de umidade e temperatura recebidos pela entrada serial são separados na forma de vetor pelo nó split, convertidos para números pelo nó to number e separados em duas saídas pelo nó switch.

Os comandos para acionamento do led enviam pela serial os caracteres H ou L.

Node-RED e Arduino via brocker Moquitto

Veja exemplo descrito em MQTT e Arduino.

Programação em blocos no Node-RED

Node-RED e ESP8266 via brocker Moquitto

Veja exemplo descrito em MQTT e ESP8266.

Programação em blocos no Node-RED

Node-RED e Firebase

Permite a interação do Node-RED com a plataforma de computação em nuvem Firebase mantida pela Google. Para tal o módulo correspondente deve ser instalado no Node-RED: 

node-red-contrib-firebase

Dados manuseados pelo Node-RED podem ser salvos no Firebase Realtime database, o qual implementa um banco de dados NoSQL que fornece as aplicações clientes atualizações em tempo real (“realtime” updates) quando os dados mudam na base de dados. As operações básicas no banco de dados são:

  • set() - Salva dado em uma referência específica, substituindo o valor anterior.
  • push() - Adiciona dado em uma lista de valores.
  • once() - Lê dado de uma referência e acompanha qualquer mudança no mesmo.

O nó firebase modify permite modificar ou adicionar dados no banco de dados do Firebase.

Exemplos de uso

Node-RED e Raspberry Pi

Com um Raspberry Pi rodando o Node-RED e fácil de interagir com sensores e atuadores conectados as portas GPIO através da Web.

Este laboratório foi inspirado no post [3], que mostra coletar dados de umidade e temperatura através do sensor DHT11 conectados a um Raspberry Pi através do Node-RED.

Instalação do Node-RED
Pode ser instalado diretamente pela interface gráfica do Raspberry Pi no caminho:
Preferências/Recommended Software/Programming/Node-RED
ou via terminal de comandos, como sugerido em [4]
bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/master/deb/update-nodejs-and-nodered)
este comando instala o Node.js, npm e Node-RED no Raspberry Pi e também pode ser usado para realizar a atualização de uma instalação existente.
Inicialização do Node-RED
O Node-RED é iniciado no Raspberry Pi diretamente pelo terminal com o comando:
node-red-start
e pode ser parado com CTRL-C.
Acesso via Web do Node-RED
Através de um navegador pode-se acessar diretamente o Node-RED rodando no Raspberry Pi através da URL:
<Endereço IP>:1880

Acionamento de led

Hardware
  • Para acionamento de um led, ou outro dispositivo comandado por saída digital, conectar o dispositivo na porta GPIO escolhida, utilizando um resistor limitador de corrente no caso do led.
Node-RED
  • Utilizar blocos inject para enviar os comandos ao led, um configurado para enviar o comando numérico 0 e o outro 1, pois as saídas digitais aceitam somente comandos numéricos 0 e 1.
  • Conectar ambos os blocos inject em um bloco rpi gpio out e configurar com a porta na qual o led for conectado.

Sensor de temperatura e umidade DHT22

Hardware
  • Conectar os pinos do sensor DHT22 ao Raspberry Pi conforme a figura. Conectar um resistor de 10 KΩ entre a saída de dados do sensor e a alimentação 5 V (resistor pull up).
            ________
           |        |
           | DHT 22 | 
           |________|
             | | | |
   (5 V) ----+ |   +---- (terra)
               +---(gpio)
Node-RED
  • Instalar blocos para interação com sensor DHT22: Manage Palette/Install
node-red-contrib-dht-sensor
  • Utilizar um bloco inject configurado para enviar timestamp em intervalos de 15 segundos ao sensor.
  • Conectar a saída do bloco inject a um bloco rpi dht22 e configurar com a porta na qual o sensor for conectado.
  • Conectar a saída do bloco rpi dht22 a um bloco debug para acompanhar as informações enviadas pelo sensor.

Programação em blocos no Node-RED

Referências

  1. ↑ https://nodered.org/docs/faq/interacting-with-arduino
  2. ↑ https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library/blob/master/examples/DHTtester/DHTtester.ino
  3. ↑ https://www.filipeflop.com/blog/sensor-dht11-com-node-red-e-raspberry-pi/
  4. ↑ https://nodered.org/docs/getting-started/raspberrypi

Evandro.cantu (discussão) 13h47min de 1 de junho de 2020 (-03)

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