MaxBlitz-br: IOT - enviando dados via MQTT

Este artigo mostra como fazer um projeto básico de IOT (Internet das Coisas) utilizando a placa MBZ.
Os dados provenientes das portas analógicas A0, A1, A2 e A3 do Arduino (ATMega328P) serão enviados via serial para o ESP8266, que através do protocolo MQTT, os publicará no serviço IOT da Adafruit.

1) Criar conta no serviço IOT 

Para poder publicar os dados na nuvem, será necessário criar uma conta e configurar conforme detalhado abaixo:

1.1) crie uma conta no site iot.adafruit.com
1.2) crie 4 feeds com os seguintes nomes: A0, A1, A2 e A3
1.3) crie um dashboard chamado "mbz"
1.4) no dashboard mbz, crie 4 blocks do tipo gauge, com os seguintes titles: A0, A1, A2 e A3
1.5) configure os valores mínimos do gauge para 0 e o máximo para 255
1.6) instale na IDE do Arduino a biblioteca Adafruit MQTT Library

2) Limpar programa no ATMega328P

Para evitar erros de upload de programa para o ESP8266, é aconselhável limpar o programa no ATMega328P.

2.1) Mude os jumpers perto do conector FDTI para a posição "atmega":

    

2.2) Selecione no menu "Ferramentas" a placa "Arduino/Genuino Uno":

2.3) Crie um "programa em branco", selecionando "Novo" no menu "Arquivo", compile e faça o upload para o ATMega328P:

3) Carregar o programa no ESP8266

O programa mbz_mqtt_esp8266.ino recebe os dados do Arduino e faz a publicação.

3.1) Conecte uma fonte de alimentação externa

3.2) Selecione no menu "Ferramentas" a placa "Generic ESP8266 Module":

3.3) Mude os jumpers perto do conector FDTI para a posição "esp". Mude os jumpers perto do ESP8266 conforme a imagem abaixo:

3.4) Pressione o botão "ESP_reset"

3.5) Compile e faça o upload do programa abaixo para o ESP8266:

Programa mbz_mqtt_esp8266.ino

/*******************************************************************
  MBZ MQTT example (ESP8266)
  -----------------------------
  Este programa recebe os dados das portas analógicas do ATMEGA328P 
  e os envia para o serviço de IOT da Adafruit via protocolo MQTT 
********************************************************************/
#include <ESP8266WiFi.h>
#include "Adafruit_MQTT.h"
#include "Adafruit_MQTT_Client.h"

#define SSID "WIFI_SSID"           // id do roteador WIFI
#define PWD  "WIFI_PASSWORD"       // senha do roteador WIFI

#define SERVER "io.adafruit.com"   // servidor MQTT
#define PORT   1883                // porta do servidor
#define USR    "AIO_USER"          // usuário do IO Adafruit 
#define KEY    "AIO_KEY"           // chave de acesso do IO Adafruit

WiFiClient client;
Adafruit_MQTT_Client mqtt(&client, SERVER, PORT, USR, KEY);

Adafruit_MQTT_Publish PIN_A0 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, USR "/feeds/A0");
Adafruit_MQTT_Publish PIN_A1 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, USR "/feeds/A1");
Adafruit_MQTT_Publish PIN_A2 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, USR "/feeds/A2");
Adafruit_MQTT_Publish PIN_A3 = Adafruit_MQTT_Publish(&mqtt, USR "/feeds/A3");

void setup() {
  Serial.begin(19200);

  // Conecta no WIFI
  Serial.println();
  Serial.print("Conectando no WIFI: ");
  Serial.println(SSID);

  WiFi.begin(SSID, PWD);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();

  Serial.println("WiFi conectado");
  Serial.print("IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
  Serial.println();
}

// variaveis dos sensores
int val_A0 = 0;
int val_A1 = 0;
int val_A2 = 0;
int val_A3 = 0;

void loop() {
  // verifica se recebeu dados pela serial
  if (getSerialData()) {
    if (mqtt.connect() == 0) {
      // envia dados para o servidor MQTT
      PIN_A0.publish(val_A0);
      PIN_A1.publish(val_A1);
      PIN_A2.publish(val_A2);
      PIN_A3.publish(val_A3);
    }
  }

  delay(100);
}

bool getSerialData() {
  String serialData;
  bool ret = false;

  if (Serial.available()) {
    // lê porta serial
    serialData = Serial.readString();
    
    // retorna 'ok' para sinalizar que recebeu os dados
    Serial.print("ok");
  }

  if (!serialData.equals("")) {
    val_A0 = getValue(serialData, "A0");
    val_A1 = getValue(serialData, "A1");
    val_A2 = getValue(serialData, "A2");
    val_A3 = getValue(serialData, "A3");
    ret = true;
  }

  return ret;
}

int getValue(String str, String tk) {
  String buff = "";
  int p0, p1;

  p0 = str.indexOf(tk);

  if (p0 != -1) {
    p0 = str.indexOf(":", p0) + 1;
    p1 = str.indexOf(";", p0);
    buff = str.substring(p0, p1);
  }

  return buff.toInt();
}

Lembre-se de mudar as variáveis SSID, PWD, USR e KEY para os valores correspondentes à sua configuração.

Você pode testar se a publicação dos dados no IO Adafruit está funcionando, digitando uma string no Monitor serial, equivalente a que o Arduino enviará: A0:55;A1:62;A2:64;A3:61;

3.6) Mude os jumpers perto do ESP8266 conforme a imagem abaixo: 

3.7) Pressione o botão "ESP_reset"

4) Carregar o programa no ATMega328P

O programa mbz_mqtt_atmega.ino lê os dados das portas analógicas A0, A1, A2 e A3 e os envia um uma mensagem ESP8266.

4.1) Selecione no menu "Ferramentas" a placa "Generic ESP8266 Module":

4.2) Mude os jumpers perto do conector FDTI para a posição "atmega":

4.3) Compile e faça o upload do programa abaixo para o ATMega328P:

Programa mbz_mqtt_atmega.ino

/*******************************************************************
  MBZ MQTT example (ATMEGA328P)
  -----------------------------
  Este programa lê dados das portas analógicas (A0, A1, A2 e A3) 
  e envia para o módulo ESP8266.
  O ESP8266 recebe os dados e os envia o serviço de IOT da Adafruit 
  via protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport
********************************************************************/
#include <SoftwareSerial.h>

#define rxPin 2
#define txPin 3
SoftwareSerial EspSerial(rxPin, txPin); // RX, TX

#define PIN_ENABLE_ESP8266 4

// variaveis dos sensores
int val_A0 = 0;
int val_A1 = 0;
int val_A2 = 0;
int val_A3 = 0;

void setup() {
  // seta a velocidade das portas seriais
  Serial.begin(19200);
  EspSerial.begin(19200);

  // inicializa o ESP8266
  Serial.println("Inicializando o ESP8266");
  pinMode(PIN_ENABLE_ESP8266, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_ENABLE_ESP8266, LOW);
  delay(200);
  digitalWrite(PIN_ENABLE_ESP8266, HIGH);
  delay(200);

  // seta as portas A0, A2, A2 e A3 para leitura
  pinMode(A0, INPUT);
  pinMode(A1, INPUT);
  pinMode(A2, INPUT);
  pinMode(A3, INPUT);
}

void loop() {
  // lê os valores das portas analógicas
  updateSensors();

  // envia os dados para o ESP8266
  sendSensorsData();

  // aguarda 5 segs para fazer a próxima transmissão,
  // pois a conta gratuita do Adafruit IO limita 
  // a publicação de no máximo 60 posts por minuto
  delay(5000);
}

void updateSensors() {
  val_A0 = readSensor(A0);
  val_A1 = readSensor(A1);
  val_A2 = readSensor(A2);
  val_A3 = readSensor(A3);
}

int readSensor(int pinSensor) {
  int t = 0;
  int v = 0;
  int readings = 10;

  // faz 10 leituras e tira a média dos valores
  for (int i = 0; i < readings; i++) {
    t += analogRead(pinSensor);
    delay(5);
  }

  // limita os valores entre 0 e 255
  v = map(t / readings, 0, 1023, 0, 255);

  return v;
}

void sendSensorsData()
{
  int timeout = 2000;
  String strBuffer = "";

  // envia os dados pela serial
  EspSerial.print("A0:"); EspSerial.print(val_A0); EspSerial.print(";");
  EspSerial.print("A1:"); EspSerial.print(val_A1); EspSerial.print(";");
  EspSerial.print("A2:"); EspSerial.print(val_A2); EspSerial.print(";");
  EspSerial.print("A3:"); EspSerial.print(val_A3); EspSerial.print(";");

  // espera por uma resposta do ESP8266
  long int time = millis();

  while ( (time + timeout) > millis())
  {
    if (EspSerial.available() > 0)
    {
      strBuffer = EspSerial.readString();
      break;
    }
    delay(1);
  }

  // verifica se o ESP8266 mandou uma mensagem 'ok'
  // indicando que recebeu os dados com sucesso
  if (strBuffer.equals("ok")) {
    Serial.println("Dados transmitidos com sucesso.");
  } else {
    Serial.println("Problemas na comunicação.");
  }
}

5) Testar a comunicação

5.1) Selecione no menu "Ferramentas" a opção "Monitor Serial"

5.2) Selecione a velocidade "19200"

5.3) Abra no seu browser o dashboard "mbz":

Agora você pode personalizar seu dashboard, configurando de acordo com as necessidades do seu projeto IOT.