Batteriegestützte Internet-of-Things-Device: ESP8266 Wemos D1-mini Temperatursensor mit WLAN und MQTT

(Den Blogtext mit Bildern gibt es auch da: https://www.anginf.de/?p=526)

Ich habe für das ChaosBBQ einen kleinen Workshop vorbereitet, bei dem man sich ein kleines IoT-Device selbst zusammenlöten kann. Die Idee war, dass es möglichst lange mit einfachen Batterien läuft. Daher habe ich ein paar Aspekte darin verarbeitet, die im Umgang mit Internet-of-Things („Internet der Dinge“) häufig verwendet werden:

Wemos D1.mini, ein Breakout-Board mit dem ESP8266-Chip
Programmierung mit der Arduino IDE
Kommunikation mit WLAN
Protokoll MQTT zur Kommunikation mit einem MQTT-Broker, um die gemessenen Temperatur-Werte zu übermitteln

Hier der kurze Überblick über die benötigten Utensilien:

Wemos D1.mini
Stiftleisten (sind meistens mitgliefert
4.7 kOhm Widerstand
Temperatursensor DS18B20
Batteriebox (alternativ auch eine 3er-Box aus Conrad/Völkner/Reichelt/….
Nicht abgebildet: Lötkolben, Lötzinn, etwas kleine Kabel

Hier der Wemos D1.mini im Detail:

Als Trick zum einfach festlöten der Stiftleisten steckt man am besten die reinen Leisten mit den reinen Stiften umgedreht in ein Breadboard:

Hier noch Kabel, Temperatursensor und der Widerstand:

Okay ein wenig Standard-Lötzinn braucht man zum Löten doch noch:

Die Stiftleisten auf den Wemos D1.mini anlöten:

Die zweite Seite ist eigentlich optional, da nur eine Seite für den Sensor verwendet wird. Aber da wir schon mal dabei sind…

Von der Batteriebox aus muss noch die Stromversorgung angelötet werden. Dazu den nun mit den Stiftbuchsen bestückten Wemos D1.mini im Breadboard belassen und bei „3V3“ den Pluspol und bei „G“ den Minuspol anlöten.

Sofern nicht-aufladbare Batterien verwendet werden (wie in diesem Beispiel), so sollte man die Gesamtspannung bei 3 Volt belassen. Daher den dritten Batteriehalter mit einem Stück Draht überbrücken (hier in weiß). Verwendet man stattdessen Akkus, so liefern diese jeweils nur 1.2 Volt je Zelle und daher werden insgesamt 3.6 Volt benötigt. Mit 2.4 Volt wollte der ESP8266 partout nicht starten…

Damit der ESP8266 aus dem DeepSleep, in den wir ihn später schicken wollen, sich auch selbst wieder aufwecken kann, benötigt dieser noch eine Drahtbrücke zwischen D0 und RST (hier in blau). WICHTIG: Zur Programmierung muss diese Drahtbrücke wieder entfernt werden, daher diese dafür entfernen und – ganz wichtig – die Verbindung NICHT LÖTEN.

Fehlt noch der Temperatursensor selbst und ein Widerstand. Der Temperatursensor sollte mit der flachen Seite zum Chip liegen. Dann gehört das linke Bein in D5, die Mitte in D6 und das rechte Bein in D7. Nachdem man den Sensor eingesteckt hat, wird noch ein Widerstand zwischen 3V3 und dem mittleren Bein, also D6 benötigt. Dieser fungiert als „Pull-Up“ und stellt damit die Protokollfähigkeit sicher. Sollte der Sensor öfter sehr merkwürdige Werte (z.B. -127 °C) liefern, ist wahrscheinlich der Widerstand etwas herausgerutscht.

Damit der Sensor seine Daten auch verschickt, brauchen wir noch ein Programm, welches wir mit der Arduino IDE auf den ESP8266 aufspielen. Hierzu beachten, dass unter „Boards“ auch der Wemos D1.mini ausgewählt ist.

Im hochgeladenen Programm müssen noch die WLAN-SSID, das WLAN-Passwort, die IP des MQTT-Servers und der Topic-„Pfad“ und ggf. der Topic-„Name“ geändert werden.