Веб сервер ESP32 для управления несколькими реле

11.04.2021Вольтик.руArduino для начинающих, Инструкции и решения проблем, Проекты на ESP8266 / EPS322

Использование реле с ESP32 – отличный способ удаленно управлять бытовой техникой переменного тока.

В этом руководстве мы объясним, как управлять модулем реле с помощью ESP32, и рассмотрим, как работает реле, как подключить реле к ESP32, а также как создать веб-сервер для удаленного управления реле (или сколь угодно большого количества реле).

Как работает реле?

Реле – это переключатель с электрическим приводом, и, как и любой другой переключатель, его можно включать, пропуская через него ток. Им можно управлять с помощью низких напряжений (например, 3,3 В) которые выдаются разъемами GPIO ESP32. Реле позволяет нам управлять высокими напряжениями (12 В, 24 В) или сетевым напряжением (220 В).

1, 2, 4, 8 и 16-канальные модули реле

Существуют реле с одним, двумя, четырьмя, восемью и даже шестнадцатью каналами. Количество каналов определяет количество выходов, которыми мы можем управлять.

Производятся релейные модули, которые могут питаться от 5 В и 3,3 В. Оба могут использоваться с ESP32 – также возможно использовать вывод VIN (который обеспечивает 5 В) или вывод 3,3 В

Кроме того, некоторые поставляются со встроенной оптопарой, которая добавляет дополнительный «уровень» защиты, оптически изолируя ESP32 от цепи реле.

Распиновка реле

В демонстрационных целях рассмотрим распиновку 2-канального релейного модуля. Использование релейного модуля с другим количеством каналов аналогично.

На левой стороне есть два набора по три разъема для подключения высокого напряжения, а контакты на правой стороне (низковольтные) подключаются к GPIO ESP32.

Подключение сетевого напряжения

Рассматриваемое реле имеет два разъема, каждый с тремя гнездами: общий (COM), нормально замкнутый (NC) и нормально разомкнутый (NO).

COM: подключите ток, которым вы хотите управлять (напряжение сети).

NC (нормально замкнутый): нормально замкнутая конфигурация используется, когда вы хотите, чтобы реле было замкнуто по умолчанию. Контакт NC подключен к контакту COM пока вы не отправите сигнал от ESP32 на реле, чтобы разомкнуть цепь.

NO (нормально разомкнутый): нормально разомкнутая конфигурация работает наоборот: контакт NO не соединен с COM, пока вы не пошлете сигнал от ESP32, чтобы замкнуть цепь.

Пины управления

Низковольтовая часть имеет две гребенки из четырех контактов и из трех контактов. На первую гребенку выведены VCC (+ питания) и GND (земля) для питания модуля, а также два входа (IN1 и IN2) для управления нижним и верхним реле соответственно.

Если у вашего реле только один канал, у вас будет только один контакт IN. Если у вас четыре канала, у вас будет четыре контакта IN и так далее.

Сигнал, отправляемый на контакты IN, определяет, активно реле или нет. Уровень логического нуля для реле – 2 В и ниже; логической единицы – выше 2 В. Это означает, что есть следующие режимы работы:

Нормально замкнутая конфигурация (NC):

сигнал HIGH – ток течет

сигнал LOW – ток не течет

Нормально разомкнутая конфигурация (NO):

сигнал HIGH – ток не течет

сигнал LOW – ток течет

Следует использовать нормально замкнутую конфигурацию, когда ток должен протекать большую часть времени, и вы хотите размыкать цепь только в необходимых случаях.

Используйте нормально разомкнутую конфигурацию, если вы хотите, чтобы ток периодически протекал (например, для включения лампы).

Выбор источника питания

На вторую гребенку выведены контакты GND, VCC и JD-VCC. Вывод JD-VCC питает электромагнит реле. Обратите внимание, что на модуле есть джампер, соединяющий контакты VCC и JD-VCC; На этой фотографии он желтый, но ваш может быть другого цвета.

При установленном джампере выводы VCC и JD-VCC соединяются. Это означает, что электромагнит реле питается напрямую от вывода питания ESP32, поэтому реле и цепи ESP32 физически не изолированы друг от друга.

Без джампера вам потребуется независимый источник питания для питания электромагнита реле через вывод JD-VCC. Эта конфигурация физически изолирует реле от ESP32 с помощью встроенной оптопары, которая предотвращает повреждение ESP32 при скачках напряжения.

Подключение модуля реле к ESP32

На схеме показана схема подключения 2-канального релейного модуля, подключение другого количества каналов аналогично.

В качестве альтернативы вы можете использовать источник питания 12 В для управления приборами на 12 В.

В этом примере мы управляем лампой. Нам нужно время от времени включать лампу, поэтому лучше использовать нормально разомкнутую конфигурацию.

Мы подключаем контакт IN1 к GPIO 26, но можно использовать любой другой подходящий GPIO.

Скетч Arduino для управления реле с помощью ESP32

Код для управления реле с ESP32 так же прост, как управление светодиодом или любым другим выходом. В этом примере, поскольку мы используем нормально открытую конфигурацию, нам нужно отправить сигнал LOW, чтобы подать ток, и сигнал HIGH, чтобы остановить его.

Данный код включает и выключает лампу каждые 5 секунд.

const int relay = 26;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(relay, OUTPUT);
}

void loop() {
  // посылаем сигнал LOW при конфигурации NO
  // (если вы используете конфигурацию NC, то сигнал HIGH)
  digitalWrite(relay, LOW);
  Serial.println("Current Flowing");
  delay(5000); 
  
  // посылаем сигнал HIGH, чтобы остановить ток
  // (если вы используете конфигурацию NC, то сигнал LOW)
  digitalWrite(relay, HIGH);
  Serial.println("Current not Flowing");
  delay(5000);
}

const int relay = 26;

void setup() {

Serial.begin(115200);

pinMode(relay, OUTPUT);

}

void loop() {

// посылаем сигнал LOW при конфигурации NO

// (если вы используете конфигурацию NC, то сигнал HIGH)

digitalWrite(relay, LOW);

Serial.println("Current Flowing");

delay(5000);

// посылаем сигнал HIGH, чтобы остановить ток

// (если вы используете конфигурацию NC, то сигнал LOW)

digitalWrite(relay, HIGH);

Serial.println("Current not Flowing");

delay(5000);

}

Как работает код?

Задаём пин, к которому подключен контакт IN.

const int relay = 26;

1	const int relay = 26;

В функции setup() определяем пин реле как выход.

pinMode(relay, OUTPUT);

1	pinMode(relay, OUTPUT);

В цикле loop() отправляем сигнал LOW, чтобы позволить току течь и зажечь лампу.

digitalWrite(relay, LOW);

1	digitalWrite(relay, LOW);

Если используется конфигурация NC, отправляем HIGH сигнал, чтобы лампа загорелась. Затем ждём 5 секунд.

delay(5000);

1	delay(5000);

Размыкаем цепь, отправив сигнал HIGH на контакт реле. Если используется нормально замкнутая конфигурация, отправляем сигнал LOW.

digitalWrite(relay, HIGH);

1	digitalWrite(relay, HIGH);

Управление несколькими реле с помощью веб-сервера ESP32

В этом разделе мы создали пример веб-сервера, который позволяет вам управлять любым количеством реле через веб-сервер, независимо от того, настроены ли они как нормально разомкнутые или как нормально замкнутые.

Вам просто нужно изменить несколько строк кода, чтобы определить количество реле, которыми вы хотите управлять, и назначение контактов.

Для создания этого веб-сервера мы используем библиотеку ESPAsyncWebServer.

Установка библиотеки ESPAsyncWebServer

Выполните следующие шаги, чтобы установить библиотеку ESPAsyncWebServer:

Скачайте библиотеку ESPAsyncWebServer по ссылке: https://codeload.github.com/me-no-dev/ESPAsyncWebServer/zip/master
Разархивируйте папку.
Переименуйте папку в ESPAsyncWebServer.
Переместите папку ESPAsyncWebServer в папку с установочными библиотеками среды разработки Arduino.

Есть и другой способ. В среде разработки Arduino вы можете перейти в Sketch> Include Library> Add .ZIP library… и выбрать библиотеку, которую вы только что загрузили.

Установка библиотеки Async TCP для ESP32

Для работы библиотеки ESPAsyncWebServer требуется библиотека AsyncTCP. Выполните следующие шаги, чтобы установить эту библиотеку:

Загрузите библиотеку AsyncTCP по ссылке: https://codeload.github.com/me-no-dev/AsyncTCP/zip/master
Разархивируйте папку.
Переименуйте папку в AsyncTCP.
Переместите папку AsyncTCP в папку с установочными библиотеками среды разработки Arduino.
Заново откройте вашу среду разработки Arduino.

Также вы можете перейти в Sketch> Include Library> Add .ZIP library… и выбрать библиотеку, которую вы только что загрузили.

После установки необходимых библиотек скопируйте следующий код в свою среду разработки Arduino

// Импортируем необходимые библиотеки
#include "WiFi.h"
#include "ESPAsyncWebServer.h"
// Выставляем конфигурацию NO
#define RELAY_NO    true
// Указываем количество реле
#define NUM_RELAYS  5
// Присваиваем каждому реле свой выход
int relayGPIOs[NUM_RELAYS] = {2, 26, 27, 25, 33};
// Замените на свои данные сети
const char* ssid = "<strong><em>укажите</em></strong><strong><em> SSID</em></strong>";
const char* password = "<strong><em>укажите</em></strong> <strong><em>пароль</em></strong>";
const char* PARAM_INPUT_1 = "relay";
const char* PARAM_INPUT_2 = "state";
// Создаем AsyncWebServer, используя 80 порт.
AsyncWebServer server(80);
const char index_html[] PROGMEM = R"rawliteral(
<!DOCTYPE HTML><html>
<head>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
<style>
html {font-family: Arial; display: inline-block; text-align: center;}
h2 {font-size: 3.0rem;}
p {font-size: 3.0rem;}
body {max-width: 600px; margin:0px auto; padding-bottom: 25px;}
.switch {position: relative; display: inline-block; width: 120px; height: 68px}
.switch input {display: none}
.slider {position: absolute; top: 0; left: 0; right: 0; bottom: 0; background-color: #ccc; border-radius: 34px}
.slider:before {position: absolute; content: ""; height: 52px; width: 52px; left: 8px; bottom: 8px; background-color: #fff; -webkit-transition: .4s; transition: .4s; border-radius: 68px}
input:checked+.slider {background-color: #2196F3}
input:checked+.slider:before {-webkit-transform: translateX(52px); -ms-transform: translateX(52px); transform: translateX(52px)}
</style>
</head>
<body>
<h2>ESP Web Server</h2>
%BUTTONPLACEHOLDER%
<script>function toggleCheckbox(element) {
var xhr = new XMLHttpRequest();
if(element.checked){ xhr.open("GET", "/update?relay="+element.id+"&state=1", true); }
else { xhr.open("GET", "/update?relay="+element.id+"&state=0", true); }
xhr.send();
}</script>
</body>
</html>
)rawliteral";
// Подставляет секцию кнопок в шаблон веб-страницы
String processor(const String& var){
//Serial.println(var);
if(var == "BUTTONPLACEHOLDER"){
String buttons ="";
for(int i=1; i<=NUM_RELAYS; i++){
String relayStateValue = relayState(i);
buttons+= "<h4>Relay #" + String(i) + " - GPIO " + relayGPIOs[i-1] + "</h4><label class=\"switch\"><input type=\"checkbox\" onchange=\"toggleCheckbox(this)\" id=\"" + String(i) + "\" "+ relayStateValue +"><span class=\"slider\"></span></label>";
}
return buttons;}
return String();}
String relayState(int numRelay){
if(RELAY_NO){
if(digitalRead(relayGPIOs[numRelay-1])){
return "";
}
else {
return "checked";}
}
else {
if(digitalRead(relayGPIOs[numRelay-1])){
return "checked";}
else {
return "";}
}
return "";}
void setup(){
// Используем последовательный порт для отладки
Serial.begin(115200);
// Выключает все реле при запуске программы (конфигурация NO, цепь разомкнута при сигнале HIGH)
for(int i=1; i<=NUM_RELAYS; i++){
pinMode(relayGPIOs[i-1], OUTPUT);
if(RELAY_NO){
digitalWrite(relayGPIOs[i-1], HIGH);
}
else{
digitalWrite(relayGPIOs[i-1], LOW);}
}
// Подключаемся к WiFi (указать SSID и пароль)
WiFi.begin(ssid, password);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(1000);
Serial.println("Connecting to WiFi..");
}
// Выводим IP ESP32 в ЛВС
Serial.println(WiFi.localIP());
// Адрес для веб-страницы
server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){
request->send_P(200, "text/html", index_html, processor);
});
// Посылаем запрос GET <ESP_IP>/update?relay=<inputMessage>&state=<inputMessage2>
server.on("/update", HTTP_GET, [] (AsyncWebServerRequest *request) {
String inputMessage;
String inputParam;
String inputMessage2;
String inputParam2;
// Получаем значение input1 в <ESP_IP>/update?relay=<inputMessage>
if (request->hasParam(PARAM_INPUT_1) & request->hasParam(PARAM_INPUT_2)) {
inputMessage = request->getParam(PARAM_INPUT_1)->value();
inputParam = PARAM_INPUT_1;
inputMessage2 = request->getParam(PARAM_INPUT_2)->value();
inputParam2 = PARAM_INPUT_2;
if(RELAY_NO){
Serial.print("NO ");
digitalWrite(relayGPIOs[inputMessage.toInt()-1], !inputMessage2.toInt());
}
else{
Serial.print("NC ");
digitalWrite(relayGPIOs[inputMessage.toInt()-1], inputMessage2.toInt());
}}
else {
inputMessage = "No message sent";
inputParam = "none";
}
Serial.println(inputMessage + inputMessage2);
request->send(200, "text/plain", "OK");
});
// Запускаем сервер
server.begin();
}
void loop() {
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

// Импортируем необходимые библиотеки

#include "WiFi.h"

#include "ESPAsyncWebServer.h"

// Выставляем конфигурацию NO

#define RELAY_NO true

// Указываем количество реле

#define NUM_RELAYS 5

// Присваиваем каждому реле свой выход

int relayGPIOs[NUM_RELAYS] = {2, 26, 27, 25, 33};

// Замените на свои данные сети

const char* ssid = "<strong><em>укажите</em></strong><strong><em> SSID</em></strong>";

const char* password = "<strong><em>укажите</em></strong> <strong><em>пароль</em></strong>";

const char* PARAM_INPUT_1 = "relay";

const char* PARAM_INPUT_2 = "state";

// Создаем AsyncWebServer, используя 80 порт.

AsyncWebServer server(80);

const char index_html[] PROGMEM = R"rawliteral(

<!DOCTYPE HTML><html>

<head>

<style>

html {font-family: Arial; display: inline-block; text-align: center;}

h2 {font-size: 3.0rem;}

p {font-size: 3.0rem;}

body {max-width: 600px; margin:0px auto; padding-bottom: 25px;}

.switch {position: relative; display: inline-block; width: 120px; height: 68px}

.switch input {display: none}

.slider {position: absolute; top: 0; left: 0; right: 0; bottom: 0; background-color: #ccc; border-radius: 34px}

.slider:before {position: absolute; content: ""; height: 52px; width: 52px; left: 8px; bottom: 8px; background-color: #fff; -webkit-transition: .4s; transition: .4s; border-radius: 68px}

input:checked+.slider {background-color: #2196F3}

input:checked+.slider:before {-webkit-transform: translateX(52px); -ms-transform: translateX(52px); transform: translateX(52px)}

</style>

</head>

<body>

<h2>ESP Web Server</h2>

%BUTTONPLACEHOLDER%

var xhr = new XMLHttpRequest();

if(element.checked){ xhr.open("GET", "/update?relay="+element.id+"&state=1", true); }

else { xhr.open("GET", "/update?relay="+element.id+"&state=0", true); }

xhr.send();

}</script>

</body>

</html>

)rawliteral";

// Подставляет секцию кнопок в шаблон веб-страницы

String processor(const String& var){

//Serial.println(var);

if(var == "BUTTONPLACEHOLDER"){

String buttons ="";

for(int i=1; i<=NUM_RELAYS; i++){

String relayStateValue = relayState(i);

buttons+= "<h4>Relay #" + String(i) + " - GPIO " + relayGPIOs[i-1] + "</h4><label class=\"switch\"><input type=\"checkbox\" onchange=\"toggleCheckbox(this)\" id=\"" + String(i) + "\" "+ relayStateValue +"><span class=\"slider\"></span></label>";

}

return buttons;}

return String();}

String relayState(int numRelay){

if(RELAY_NO){

if(digitalRead(relayGPIOs[numRelay-1])){

return "";

}

else {

return "checked";}

}

else {

if(digitalRead(relayGPIOs[numRelay-1])){

return "checked";}

else {

return "";}

}

return "";}

void setup(){

// Используем последовательный порт для отладки

Serial.begin(115200);

// Выключает все реле при запуске программы (конфигурация NO, цепь разомкнута при сигнале HIGH)

for(int i=1; i<=NUM_RELAYS; i++){

pinMode(relayGPIOs[i-1], OUTPUT);

if(RELAY_NO){

digitalWrite(relayGPIOs[i-1], HIGH);

}

else{

digitalWrite(relayGPIOs[i-1], LOW);}

}

// Подключаемся к WiFi (указать SSID и пароль)

WiFi.begin(ssid, password);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(1000);

Serial.println("Connecting to WiFi..");

}

// Выводим IP ESP32 в ЛВС

Serial.println(WiFi.localIP());

// Адрес для веб-страницы

server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){

request->send_P(200, "text/html", index_html, processor);

});

// Посылаем запрос GET <ESP_IP>/update?relay=<inputMessage>&state=<inputMessage2>

server.on("/update", HTTP_GET, [] (AsyncWebServerRequest *request) {

String inputMessage;

String inputParam;

String inputMessage2;

String inputParam2;

// Получаем значение input1 в <ESP_IP>/update?relay=<inputMessage>

if (request->hasParam(PARAM_INPUT_1) & request->hasParam(PARAM_INPUT_2)) {

inputMessage = request->getParam(PARAM_INPUT_1)->value();

inputParam = PARAM_INPUT_1;

inputMessage2 = request->getParam(PARAM_INPUT_2)->value();

inputParam2 = PARAM_INPUT_2;

if(RELAY_NO){

Serial.print("NO ");

digitalWrite(relayGPIOs[inputMessage.toInt()-1], !inputMessage2.toInt());

}

else{

Serial.print("NC ");

digitalWrite(relayGPIOs[inputMessage.toInt()-1], inputMessage2.toInt());

}}

else {

inputMessage = "No message sent";

inputParam = "none";

}

Serial.println(inputMessage + inputMessage2);

request->send(200, "text/plain", "OK");

});

// Запускаем сервер

server.begin();

}

void loop() {

}

Определяем конфигурацию реле

Изменим следующую переменную, чтобы указать, какую конфигурацию мы используем. Установим для переменной RELAY_NO значение true для конфигурации NO и значение false для конфигурации NC.

#define RELAY_NO true

1	#define RELAY_NO true

Определяем количество реле (каналов)

Можно определить количество реле, которыми вы хотите управлять, в переменной NUM_RELAYS. Для примера мы устанавливаем значение 5.

#define NUM_RELAYS 5

1	#define NUM_RELAYS 5

Определение назначения контактов реле

В следующей переменной вы можете определить выходы ESP32, которые будут управлять реле:

int relayGPIOs [NUM_RELAYS] = {2, 26, 27, 25, 33};

1	int relayGPIOs [NUM_RELAYS] = {2, 26, 27, 25, 33};

Количество реле, заданное в переменной NUM_RELAYS, должно соответствовать количеству выходов, назначенных в массиве relayGPIOs.

Учетные данные сети

Укажите свои данные сети.

const char * ssid = "укажите SSID";
const char * пароль = "укажите пароль";

1 2	const char * ssid = "укажите SSID"; const char * пароль = "укажите пароль";

Подключение 8-канального реле к ESP32

В демонстрационных целях мы используем 5 каналов реле. Подключите ESP32 к реле, как показано на следующей схеме.

Демонстрация

После внесения необходимых изменений загрузите код в свой ESP32.

Откройте монитор последовательного порта со скоростью 115200 бод и нажмите кнопку ESP32 EN, чтобы получить его IP-адрес.

Затем откройте браузер и введите IP-адрес ESP32, чтобы получить доступ к веб-серверу.

Вы увидите результат, похожий на этот (представлен на фото)

Теперь вы можете управлять реле удаленно с помощью смартфона.

Корпус для безопасности

Для законченности проекта поместите реле и ESP внутри корпуса, чтобы не повредить и не замкнуть контакты.

Заключение

Использование реле с ESP32 – отличный способ удаленно управлять бытовой техникой переменного тока.

Управлять реле с помощью ESP32 так же просто, как управлять любым другим выходом, нужно просто посылать HIGH и LOW сигналы.

Данный материал был переведен с сайта RandomNerdTutorials.com. Авторские права принадлежат ее автору - Rui Santos. Автор продает очень полезные и толковые курсы по ESP8266 / ESP32 (на английском языке), ознакомиться с которыми можно по ссылке.
Вопросы по прошивке и работе с кодом лучше писать напрямую автору в комментариях к статье (на англ. языке)

Вольтик.ру

Вольтик - это слаженная команда амбициозных и заядлых инженеров. Мы создали этот проект с целью вовлечения вас, талантливых и начинающих профессионалов, в увлекательный мир мейкерской микроэлектроники!