Интернет вещей для начинающих. Визуальное программирование микроконтроллеров семейства ESP8266


kkbÈäÒÓ










js‘pcsp‘{pupq
iÐsk jsk‰ujt


{ÒςÈãĉӺ˹¯ºĄ¯ÈääÒ¯ºmÈÓÒË
äÒ}¯º}ºÓˆ¯ºãã˯ºm
°ËäË®°ˆmÈ(63


















lº°}mÈ{ºãºĄąÈ
½jÓÁ¯ÈjÓÎËÓ˯ҫ…



УДК 004.42 
ББК 32.973 
 
Ш19 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы :  
зам. директора по развитию ИШИТР ТПУ,  
к. т. н., доцент, доцент ОИТ ИШИТР ТПУ 
Дёмин Антон Юрьевич; 
к. т. н., доцент ОИТ ИШИТР ТПУ 
Погребной Александр Владимирович 
 
 
 
 
Шамин, А. А. 
Ш19  
Интернет вещей для начинающих. Визуальное программирование микроконтроллеров семейства ESP8266 / А. А. Шамин. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2023. – 120 с. : ил., табл. 
 
 
ISBN 978-5-9729-1167-7 
 
Представлены азы создания «умных вещей» и «умного дома». На примерах показано, как создаются устройства, позволяющие собирать информацию с датчиков, 
управлять исполнительными механизмами и создавать алгоритмы работы умных вещей. Все практические примеры не требуют глубоких знаний по программированию и 
электронике. Даются пояснения из области электроники, информатики, физики и других необходимых для понимания материала областей знания. 
Для широкого круга читателей, интересующихся созданием «умных» вещей. 
 
УДК 004.42 
ББК 32.973 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1167-7 
© Шамин А. А., 2023 
‹ Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 
‹ Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023 


 
 
|€k{psjp
 
 
Введение 
...............................................................................................................................5 
О чём эта книга ...............................................................................................................5 
Чего нет в этой книге......................................................................................................8 
 
1. Микроконтроллеры семейства ESP8266 и модули ESP-XX 
.....................................10 
2. Контроллер ShIoTiny.....................................................................................................19 
3. Что нужно для работы" ................................................................................................21 
4. Как попасть на страницу контроллера ShIoTiny ........................................................24 
5. Мы попали на страницу ShIoTiny ...............................................................................28 
6. Первая программа .........................................................................................................29 
7. Усложняем задачу..........................................................................................................32 
8. Монитор .........................................................................................................................34 
9. Наигрались" Теперь давайте по порядку 
....................................................................35 
9.1. Узлы, связи и события ...........................................................................................35 
9.2. Какие бывают входы и выходы" 
...........................................................................36 
9.3. События: что это такое и с чем их подают к столу.............................................37 
10. Описание узлов (нод) ..................................................................................................41 
10.1. Просто комментарий ...........................................................................................41 
10.2. Базовая логика (Basic logic) ................................................................................41 
10.3. Бинарные входы и выходы для управления внешними устройствами 
...........43 
10.3.1. Сказ про «сухие контакты» .........................................................................43 
10.3.2. Сказание о реле ............................................................................................46 
10.4. Аналого-цифровой преобразователь..................................................................53 
10.5. Технология MQTT ...............................................................................................59 
10.5.1. Настройка подключения MQTT-брокеру 
...................................................61 
10.5.2. Префикс MQTT-параметров........................................................................63 
10.5.3. Безопасность (SSL) ......................................................................................63 
10.5.4. Пример работы по протоколу MQTT .........................................................64 
10.6. Технология и протокол Rlink UDP .....................................................................68 
10.7. Датчики температуры и влажности ...................................................................72 
10.8. Математические функции 
...................................................................................75 
10.9. Функции отсчёта времени...................................................................................77 
10.10. Функции управления прохождением событий ...............................................82 
10.11. Функции сетевого сервиса ................................................................................83 
10.12. Функции сохранения параметров в энергонезависимую память 
..................83 
10.13. Функции работы с календарём и синхронизации времени ...........................85 
10.14. Системные функции ..........................................................................................87 
10.15. Шина I2C ............................................................................................................87 
10.16. Модуль индикации на базе микросхемы TM1637 
..........................................91 
11. Примеры устройств .....................................................................................................94 
11.1. Простая комнатная метеостанция ......................................................................94 
11.2. Комнатная метеостанция посложнее 
.................................................................96 
11.3. Система управления освещением ......................................................................98 


 
Заключение 
.......................................................................................................................105 
 
Полезные ссылки 
.............................................................................................................106 
 
Приложение А. Страница состояния ShIoTiny (ShIoTiny info page) ..........................107 
Приложение Б. Вкладка настройки сети и режимов работы  
ShIoTiny (Networking) .....................................................................................................109 
Приложение В. Работа с редактором ElDraw 
................................................................ 
111 
Приложение Г. Установка программного обеспечения ShIoTiny 
................................ 
115 
 


 


 
 
{{pipsjp
|ć̘䪈È}ÓÒĄÈ
 
Словосочетания «умные вещи», «умный дом» и «интернет вещей» 
сейчас встречаются буквально на каждом шагу. 
Но что же стоит за этими красивыми словами" Как это работает" 
И можно ли самому реализовать свои идеи по управлению какими-то домашними делами" 
Об этом и рассказывает эта книга на простых примерах, доступных 
даже начинающим. 
Разумеется, окружающее нас изобилие «умных вещей» и возможность объединения их в «интернет вещей» появилось не сразу. Поэтому 
позволим себе небольшой обзорный экскурс в историю автоматизации, 
концепций «умных вещей», «умного дома» и «интернета вещей». 
Есть такая избитая фраза – «лень – двигатель прогресса». И это во 
многом правда. 
С давних пор человек стремится избавить себя от рутинной работы. 
Ветряная и водяная мельница – это пример того, как человек приспособил силы природы, чтобы не крутить самому тяжёлые жернова. С тех пор 
прошли века. И человек придумывал всё новые и новые способы облегчить себе жизнь. Были придуманы паровое и водяное отопление, ткацкие 
станки и автомобили, трактора и самолёты и многое другое. Впрочем, по 
истории техники уже написаны толстые книги, которые читатель может 
найти и прочитать самостоятельно. 
Одно из свойств прогресса состоит в том, что по мере усложнения 
технических устройств всё большее значение приобретало развитие такого направления человеческой мысли, как автоматизация технологических процессов. То есть, переводя с научной терминологии на язык 
начальной школы – «как сделать так, чтобы оно само работало"». 
Автоматизация технологических процессов началась задолго до появления электроники. Например, та же паровая машина, по сути, является 
автоматической системой с обратной связью. Ткацкий станок, который 
использовал перфокарты ещё в XIX веке – это фактически машина с программным управлением. 
Бурное развитие автоматизации технологических процессов началось с появлением электротехники и электроники. 
Изобретение даже таких несложных устройств, как электромагнитные реле дало толчок к появлению простых и эффективных систем автоматизации станков, автомобилей, телефонных станций и других механизмов, машин и некоторых производств. 


Прогресс в области автоматизации двигался по мере развития электроники, теории управления, автоматики, а затем информатики и компьютерных наук. 
С появлением дешёвой и доступной электроники различные приборы автоматизации начали всё шире проникать из «большой» промышленности в сферу домашнего быта. 
Первые «умные вещи» с электронной начинкой (то есть вещи, которые автоматизируют функции, для которых они предназначены) появились более полувека назад. Как пример можно привести автоматы включения освещения или различные устройства вентиляции и подогрева помещений. Из-за дороговизны электронной компонентной базы того времени и некоторых других причин, в быту подобные вещи тогда не получили большого распространения. 
Сейчас уже никого не удивишь автоматическим включением света 
в подъезде или комнате. Привычными стали бытовые системы кондиционирования воздуха и создания микроклимата в помещении. 
Даже такие простые бытовые вещи как печь или чайник обзавелись 
некоторым «интеллектом», позволяя их счастливому хозяину вскипятить воду к заданному времени или разогреть еду до желаемой температуры. 
Следующим этапом развития «умных вещей» стала возможность обмена данными между ними, что породило концепцию «умного дома». 
В данном случае, слово «дом» стоит понимать не как жилой дом или 
квартиру, а как «здание». 
«Умный дом» – это такое здание, все функции обеспечения жизнедеятельности которого имеют единый центр управления, из которого 
можно как видеть текущее состояние аппаратуры «умного дома» и управлять ей. 
Например, у вас есть жилой дом с несколькими комнатами, двором, 
гаражом и садом. В каждой комнате дома, в гараже и в саду есть датчики 
температуры, освещённости, влажности, движения и т. д., данные от которых постоянно передаются в некий центр управления, например, в персональный компьютер. В зависимости от заданных параметров, этот компьютер может включать в той или иной комнате вентиляцию или подогрев. Может включать и выключать освещение в зависимости от времени 
суток и освещённости в помещении. Может включать и отключать освещение в саду, которое может быть основным и дежурным. В общем, может делать то, что вы сделали бы сами в тех же условиях. Разумеется, что 
такие подходы можно применить не только к жилому дому, но и к офису 
или к магазину или иному зданию. 
И, наконец, широкое распространение глобальной сети Интернет 
позволило не только соединить «умные вещи» в пределах одного здания, 


но и в пределах практически всего земного шара. Эта возможность и породила концепцию «интернета вещей». 
«Интернет вещей» предполагает обмен информацией между вещами 
в глобальном масштабе. То есть, подключение «умного дома» к интернету позволяет управлять своим домом из любой точки мира, где есть 
доступ в интернет, включать-выключать свет, температуру в комнате или 
установить «умную камеру» наблюдения, которая при обнаружении движения в заданном секторе произведёт съёмку и поместит видео в интернет и многое другое. Сейчас уже говорят об «умных холодильниках», которые сами определяют, каких продуктов не хватает и в соответствии со 
вкусами хозяина посылают заказ в магазин. 
На сегодняшний день на рынке имеется масса «умных вещей» – 
от простейших, вроде автомата управления освещением до сложных комплексных решений для управления жилыми домами и предприятиями. 
Казалось бы – покупай и используй. Но тяга к творчеству у многих людей 
неиссякаема, поэтому появляются всё новые и новые самоделки. 
Эта книга призвана помочь начинающим узнать на некоторых примерах азы создания «умных вещей», «умного дома» и «интернета вещей». 
Сегодня одна и та же «умная вещь» часто может использоваться 
сама по себе или в составе «умного дома» или подключаться к «интернету вещей». 
Поэтому все три концепции – «умных вещей», «умного дома» и «интернета вещей» – слились по сути в одну концепцию, которой хорошо 
подходит название «малая автоматизация». В дальнейшем мы будем использовать этот термин. 
В современном мире практически все электронные устройства, обладающие хоть сколько-нибудь развитым функционалом, содержат в 
своём составе управляющий элемент – микроконтроллер или микропроцессор, являющийся «мозгом устройства». 
Почти любое бытовое устройство можно снабдить «интеллектом», 
который позволит использовать его с большим комфортом для хозяина. 
Но даже если у ваc есть идея, как улучшить то или иное устройство, 
то не всегда удаётся реализовать её на практике: недостаточные знания 
электроники и программирования служат непреодолимым барьером. 
Чтобы облегчить жизнь тем, у кого есть идеи, но не достаточно знаний в указанных областях, было разработано множество аппаратных и 
программных средств, позволяющих реализовать достаточно сложные 
функции без глубоких знаний в электронике и программировании. 
В этой книге описано одно из таких средств: система визуального 
программирования контроллеров ShIoTiny. Эта система работает на популярных WiFi-микроконтроллерах семейства ESP8266 и не требует для 
своей работы ничего, кроме точки доступа WiFi и WEB-бразера. 


Для программирования в системе визуального программирования 
ShIoTiny не требуется глубоко знать какие-то языки программирования: 
алгоритмы рисуются в виде схем. 
Контроллер семейства ESP8266 с установленной на него системой 
визуального программирования ShIoTiny ниже будет называться сокращённо «контроллер ShIoTiny» или просто «ShIoTiny». 
 
 
 ËĄºÓˈmªˆº®}ÓÒĄË
 
Каждая книга имеет ограничения по объёму и количеству затрагиваемых вопросов. Не является исключением и эта книга. 
Предполагается, что читатель знаком с основами электротехники и 
в общих чертах представляет, что такое резистор, конденсатор, реле, светодиод, транзистор, а также умеет читать простые электронные схемы. 
Если это не так, то читателю рекомендуется обратиться к литературе, ставшей уже классикой изучения электротехники и электроники. 
Перечислим некоторые их этих бестселлеров. 
Во-первых, это многократно переизданная книга Свореня Рудольфа Анатольевича «Электроника шаг за шагом». На этой книге 
выросли уже несколько поколений радиолюбителей-самодельщиков, и её 
по праву можно считать «курсом электроники для самых маленьких». 
В ней вы найдёте ответы на вопросы, что такое электрическая цепь, как 
работает реле и транзистор, а также различные варианты практических 
схем. 
Во-вторых, это книга Отряшенкова Юрия Михайловича «Юный 
кибернетик», посвящённая автоматам и роботам. Книга издана ещё  
в 70-е годы XX века, но там есть большая часть, посвящённая истории 
возникновения автоматов (тогда не было ещё термина «умная вещь») и 
роботов. Кроме того, там показаны примеры практических схем на реле 
и транзисторах, которые могут быть собраны на современной элементной 
базе. Также там есть немало идей разных самодельных автоматов. 
В-третьих, это классический трёхтомник Пауля Хоровиц и Уинфилда Хилла «Искусство схемотехники», ставший библией начинающих инженеров. Он также многократно переиздавался на русском языке. 
В этом трёхтомнике читатель найдёт массу ответов на вопросы по работе 
аналоговых и цифровых схем, а также немало практических примеров 
схем и устройств. 
Замечу, что я назвал только те книги, которые стали классикой, широко доступной как в печатном, так и в электронном виде. На самом деле 
книг по электронике во много раз больше и вы, при необходимости, без 
труда найдёте их в сети Интернет. 


Кстати, о сети Интернет. Не стесняйтесь задавать вопросы поисковым системам. Особенно, если вопрос конкретный и практический. На- 
пример, если вам недостаточно приведённой информации по программированию модулей на базе ESP8266 с помощью утилиты esptool, то просто 
напишите в поисковой строке браузера «Как пользоваться esptool примеры» и тут же получите более 2000 результатов поиска, где найдёте инструкции и примеры на все случаи жизни. На запрос «Как подключить 
реле к esp8266» получено более 21ௗ000 результатов поиска. По тексту автор будет отсылать к Интернету по мере необходимости. 
Не стесняйтесь учиться сами – тогда всё у вас получится 
 
 


 
 
 lÒ}¯º}ºÓˆ¯ºãã˯©°ËäË®°ˆmÈ(63
Òäºą‚ãÒ(63;;
 
Микроконтроллер – это «мозг» современной электроники, в том 
числе и «умных вещей». Микроконтроллер – это практически законченный компьютер, выполненный в виде одной микросхемы. 
В одном кристалле находятся микропроцессор, память программ, 
память данных, таймеры, интерфейсы и многое другое. Раньше вместо 
слова «микроконтроллер» использовался термин ОЭВМ – однокристалльная электронно-вычислительная машина. Но этот термин очень долго 
выговаривать, поэтому сейчас чаще говорят просто «микроконтроллер». 
Действительно, на многие микроконтроллеры достаточно подать питание – и он готов к работе. 
Сам по себе микроконтроллер может не очень много. Чтобы его использовать, надо как-то ввести в него данные – например, с помощью 
кнопки и каким-то образом получить результат – например, с помощью 
светодиодов или реле. Но об этом ниже. 
Ассортимент микроконтроллеров, предлагаемых современной промышленностью просто огромен, как огромно и различие в цене и возможностях этих микроконтроллеров. Обзор всех особенностей выпускаемых 
микроконтроллеров выходит далеко за рамки этой книги. 
В качестве основы устройств в этой книге был выбран микроконтроллер семейства ESP8266. 
На базе этого очень дешёвого микроконтроллера выпускаются доступные и дешёвые модули ESP-07, ESP-12 и другие, которые отличаются, в основном, объёмом памяти программ. 
Почему именно это семейство микроконтроллеров было выбрано"  
Во-первых, модули на базе ESP8266 доступны почти в любом магазине радиодеталей, в любом интернет-магазине. 
Во-вторых, цена этих модулей составляет сотни рублей (а в популярном магазине AliExpress – менее 100 руб. за модуль ESP-07). Такая 
цена делает модули доступными любому желающему. 
В-третьих, для модуля на базе ESP8266 имеется ряд средств разработки, не требующих специальных знаний. Одна из таких бесплатных 
сред разработки простых «умных устройств» – ShIoTiny – описана ниже 
и используется в наших примерах. 
В-четвёртых, несмотря на низкую цену, модули на базе ESP8266 
имеют встроенный интерфейс беспроводной связи WiFi, позволяющий 
программировать их с помощью браузера (кроме начальной установки 
программного обеспечения). Позволяют объединять контроллеры в сети,