Eerder schreven we al over de Arduino: een goedkope programmeerbare microcontroller die de basis vormt voor zelf in elkaar geknutselde projecten. Het kan nog leuker: een Arduino met ingebouwde wifi-chip maakt het mogelijk om ook aan internet verbonden projectjes te maken! We gaan aan de slag met het ontwikkelbordje NodeMCU om een weerstation te maken.

Zoals gezegd besteedden we al eerder in Computer!Totaal aandacht aan Arduino, een opensource elektronicaplatform dat je zelf kunt programmeren en kunt gebruiken in combinatie met elektronische componenten. Hier kun je op onze website een aantal artikelen over Arduino lezen. Erg leuk om mee te knutselen, maar het heeft één nadeel: het blijft door gebrek aan netwerkmogelijkheden bij lokale projecten.

Een Arduino met wifi opent deuren naar nieuwe mogelijkheden. Je kunt informatie van internet ophalen en tonen, of je Arduino bijvoorbeeld inzetten als sensor die jou waarschuwingen geef, ook als je buitenshuis bent. In deze cursus gaan we een dergelijke Arduino met wifi inzetten voor twee met internet verbonden projecten die beide met weersinformatie te maken hebben. We hebben gekozen voor de NodeMCU.

Het project Weeralarm laat je aan de hand van een brandend ledje in één oogopslag zien of er in jouw regio momenteel een weeralarm van kracht is, waarbij uiteraard onderscheid gemaakt wordt tussen de verschillende kleuren die het KNMI hanteert. Uiteraard zijn ledjes niet de enige manier waarop je informatie kunt tonen. In het tweede project, Weermonitor, gebruiken we daarom een oled-schermpje waarop we weersinformatie van een zelfgekozen weerstation in Nederland tonen. Eerst wat algemene uitleg.

01 Wat is de NodeMCU?

De NodeMCU is technisch gezien geen Arduino, maar een ontwikkelbordje gebaseerd op de ESP8266 wifi-module. Je kunt deze wifi-module ook los kopen en koppelen met een Arduino. De chip is echter zo krachtig dat hij ook functioneert als een complete microcontroller. Deze chip is herkenbaar als een zilverkleurig blokje op de printplaat.

Naast de ESP8266 bevat de NodeMCU een usb-interface voor de communicatie met de ontwikkelomgeving, een voedingscircuit en twee rijen aansluitpinnen voor gebruik op een breadboard. Het NodeMCU-ontwikkelbordje is oorspronkelijk ontwikkeld voor de NodeMCU-ontwikkelomgeving waarin de programmeertaal Lua gebruikt wordt. NodeMCU en het bijbehorende bordje zijn bedoeld om op een goedkope manier IoT-projecten te maken. Het werd echter nog leuker toen ontwikkelaars ondersteuning voor de ESP8266-chip in de Arduino-ontwikkelomgeving inbouwden. Hierdoor kun je bordjes op basis van ESP8266 zoals de NodeMCU als een Arduino-bordje gebruiken.

Het grote voordeel van de NodeMCU ten opzichte van andere Arduino-bordjes voorzien van wifi is dat dit bordje erg goedkoop is. Voor drie euro heb je een compleet bordje met ingebouwde wifi-radio, dat je kunt programmeren met de Arduino-ontwikkelomgeving. Je vind de NodeMCU-bordjes op bijvoorbeeld eBay of AliExpress. Let wel op dat je de juiste versie koopt, koop er een die wordt aangeduid met 1.0 of v2. De v3 (ook aangeduid als LoLin) is breder en past hierdoor niet goed op een breadboard.

©PXimport

02 Een hoop pinnen

Net als bij een Arduino kan het aantal aansluitpinnen op de NodeMCU wat afschrikken, maar wees gerust: we gebruiken er slechts een paar. Er zit bovendien nogal wat herhaling in, zo zijn er drie 3V3-aansluitingen (+3,3 volt) en zelfs vier GND-pinnen (ground of 0 volt). De aansluitingen met dezelfde namen zijn onderling doorverbonden. Voor de schakelingen die je in zelfgebouwde projecten gebruikt, zijn vooral de digitale aansluitingen (het rijtje D0 tot en met D8) van belang. Deze aansluitingen gebruiken we om digitale signalen te versturen en uit te lezen. Daarnaast bevat de NodeMCU ook de analoge ingang (A0). Deze ingang verwerkt analoge signalen en kun je bijvoorbeeld gebruiken om sensoren uit te lezen om omgevingsfactoren te meten, zoals temperatuur en vochtigheid. De reset-pin (RST) spreekt voor zich en VIN dient om de module te kunnen voeden zonder usb-kabel. Als de module wel via de usb-kabel is verbonden, is deze aansluiting te gebruiken voor externe componenten die meer dan 3,3 volt nodig hebben.

©PXimport

03 Werking breadboard

Om de NodeMCU te gebruiken voor projecten, sluit je componenten als leds en weerstanden met jumperdraden aan. Het breadboard is letterlijk de basis van de schakelingen. Alsof het ministeck is, steek je alle componenten in de gaatjes, zodat die componenten onderling worden verbonden. Het breadboard is opgebouwd uit drie delen: aan weerszijden twee blauw-rood gemarkeerde rijen gaatjes en een deel ertussenin met een soort gootje in het midden. De gaatjes van het breadboard zijn op een slimme manier met elkaar verbonden. De buitenste twee delen bestaan elk uit twee rijen onderling verbonden gaatjes. Je hebt dus aan weerszijden van het breadboard een rode en een blauwe rij over de volle lengte van het breadboard.

In het middelste deel zijn telkens vijf gaatjes met elkaar verbonden. Als je goed kijkt, zie je cijfers en letters die de gaatjes coördinaten geven. De letters zijn van elkaar gescheiden en de cijfers vormen twee rijtjes van vijf verbonden gaatjes. Zo zijn a15 t/m e15 met elkaar verbonden en f15 t/m j15 ook. Tussen e15 en f15 loopt dus geen verbinding. De illustratie maakt het duidelijk. De grijze lijntjes geven aan op welke manier de gaatjes onderling zijn verbonden. Dus: telkens vijf gaatjes in het middelste deel en alle gaatjes over de hele lengte aan de buitenkanten. Overigens zijn de twee buitenste rijen niet met elkaar verbonden, al hebben ze dezelfde kleurcode. In onze schakelingen gebruiken we altijd de blauw gemarkeerde rij voor GND en de rood gemarkeerde rij voor 3,3 volt. Om praktische redenen werken we in deze cursus niet met coördinaten. Nu je weet hoe de gaatjes met elkaar zijn verbonden, kun je immers zelf bepalen wat je waar in het breadboard prikt. Een vuistregel: zorg ervoor dat er nooit meer dan één pootje van een component in hetzelfde rijtje zit. Prik dus nooit een led in a15 en b15, maar in a15 en a16. In e15 en f15 kan weer wel, want daartussen zit geen verbinding.

©PXimport

04 Werken met de Arduino-ontwikkelomgeving

De ontwikkelomgeving voor Arduino is een zogeheten integrated development environment oftewel IDE. We schrijven de programma’s (binnen de IDE ‘schets’ genoemd) erin, testen ze met de ingebouwde debugger en uploaden ze ermee naar de ESP-module.

De programma’s bestaan ten minste uit de functies setup en loop (lus). Alles wat in setup staat, wordt eenmalig uitgevoerd. Hier bepalen we onder andere welke aansluitpinnen we gaan gebruiken en of dat ingangen of uitgangen worden. Binnen loop staan instructies voor bijvoorbeeld het uitlezen van sensoren en het aan- en uitzetten van een led. Alles in dit gedeelte van het programma wordt oneindig vaak herhaald. Instructies die je slechts af en toe wilt uitvoeren, zet je in een of meerdere functies die je zelf definieert. In de praktijk wordt setup() nog voorafgegaan door variabelen die door het hele programma gebruikt worden. We kunnen bijvoorbeeld een pinnummer toewijzen aan een led of een drukknop, zodat we in de code niet alle pinnummers en de daarop aangesloten componenten hoeven onthouden.

©PXimport

05 Controleren en uploaden

Nadat de benodigde code is ingevoerd of geladen, is de eerste stap het verifiëren ervan. Dat gaat met het knopje met de V links bovenin. De IDE test niet de werking van de code, maar controleert of de structuur klopt. Heb je bijvoorbeeld alles netjes gegroepeerd en worden onderdelen correct geopend en afgesloten? En is er niet twee keer een andere waarde toegekend aan een constante? Overigens wordt de code voor het uploaden automatisch nog gecontroleerd. Dat voorkomt dat je code naar de module uploadt waardoor die zou kunnen vastlopen. Fouten worden gemeld in het zwarte venster onderaan.

De laatste stap is het al genoemde uploaden van je code. Dat gebeurt met de knop met de pijl naar rechts en bestaat uit drie fases, die automatisch na elkaar worden uitgevoerd. De eerste fase is zoals gezegd het controleren van het programma. De tweede fase is het compileren, dat is het omzetten naar instructies die de processor begrijpt. Die instructies zijn voor mensen onhanteerbaar, vandaar deze vertaalslag. Dit betekent overigens dat je de code niet op een later moment van de ESP-module kunt downloaden om er verder aan te werken. Bewaar je programma’s dus altijd goed! De derde en laatste fase is het daadwerkelijk versturen van de gecompileerde versie van het programma naar de module.

©PXimport

Installeren van de ontwikkelomgeving

Arduino en nu online verder

Benodigde componenten

01 Schakeling bouwen

De schakeling voor het weeralarm is eenvoudig: we sluiten een groene, gele, oranje en rode led op de NodeMCU aan. Voor elke led gebruiken we een aparte aansluiting op het bordje: de pinnen D1, D2, D5 en D6, die we in de code instellen als digitale uitgang. Verbind voor elke led de kathode (het korte pootje) van de led via een weerstand van 100 ohm met GND om de stroom door de led te begrenzen. De anode (het lange pootje) van de rode led sluit je aan op D1, die van de oranje led op D2, die van de gele led op D5 en die van de groene led op D6. Heb je niet alle kleuren leds tot je beschikking, dan kun je uiteraard ook andere kleuren gebruiken. Maar dat is natuurlijk wel minder leuk en minder duidelijk.

02 Uploaden code

Je kunt de code voor dit project hier downloaden. Open de code in de ontwikkelomgeving. Stel als eerste de naam van je draadloze netwerk (in plaats van SSID) en het wachtwoord van je draadloze netwerk in (in plaats van WACHTWOORD). Vervolgens kun je de juiste regio instellen, zodat je het weeralarm van jouw regio ziet. Het oorspronkelijke weeralarm gold voor heel Nederland, maar sinds 2010 geeft het KNMI een weeralarm per provincie. Het KNMI heeft Nederland daarom ingedeeld in vijftien regio’s. Een regio per provincie plus de Waddeneilanden, de Waddenzee en het IJsselmeergebied. In de code die je voor dit project kunt downloaden, vind je de url “/weeralarm.php?regio=utrecht” terug. Je kunt utrecht vervangen door limburg, zeeland, noord-brabant, zuid-holland, noord-holland, gelderland, flevoland, overijssel, drenthe, groningen, friesland, ijsselmeergebied, waddenzee of waddeneilanden om de juiste regio te tonen. Upload de code vervolgens naar de NodeMCU en druk op het resetknopje. Na een korte tijd gaat het lampje branden van de weercode die momenteel in jouw regio actief is.

©PXimport

ESP8266 in een domoticasysteem

©PXimport

Project Weermonitor

Benodigde componenten

01 Schakeling bouwen

De schakeling voor de weermonitor is nog eenvoudiger dan die van het weeralarm. Het enige dat we doen is een eenvoudig beeldschermpje aansluiten. Dat kan met vier draadjes. VCC en GND van het schermpje verbinden we respectievelijk met 3.3V en GND op de ESP-module, SCL met D1 en SDA met D2. En daarmee is onze schakeling klaar. Er zijn verschillende schermpjes te koop die je kunt gebruiken in combinatie met ontwikkelbordjes. We gebruiken een I2C-OLED-schermpje met witte weergave met een afmeting van 0,96 inch met een resolutie van 128 x 64 pixels, voorzien van vier aansluitpinnen. Wil je een dergelijk schermpje los kopen, tik dan in bijvoorbeeld eBay of AliExpress de zoekterm “i2c oled 4 pin white Arduino”. Zo’n schermpje is voor zo’n 2,50 euro te vinden.

02 Oled-driver installeren

Om het oled-schermpje aan te sturen, hebben we een extra library nodig: esp8266-OLED. Download het zip-bestand, pak het uit en plaats de uitgepakte map in de map libraries van je map met Arduino-schetsen (Documents\Arduino onder je persoonlijke map in Windows). Maak eventueel de map libraries aan als die nog niet bestaat. Herstart daarna de Arduino IDE. We kunnen nu in onze code de nieuwe library gebruiken met de regel #include "OLED.h". Overigens voegen we ook een regel #include <Wire.h> toe, omdat de library OLED de library Wire nodig heeft voor de communicatie met het schermpje.

03 Code instellen

Je kunt de code voor dit project hier downloaden. Om de schets te laten werken vul je in de code de naam van je draadloze netwerk in plaats van SSID en je wachtwoord in plaats van WACHTWOORD. In de regel daarna kun je het nummer van het gewenste weerstation instellen. Ieder weerstation heeft een viercijferig nummer. Standaard staat hier 6260, de code voor het weerstation bij De Bilt. Je vindt alle weerstations hier. Upload de code vervolgens naar de NodeMCU. Herstart het bordje door op het resetknopje te drukken en de weergegevens verschijnen op het schermpje.

©PXimport

Heb je een pc met weinig opslagruimte dan loont het wellicht om in Windows 11 de bestandscompressie in te schakelen. Dan hebben we het niet over zip-archieven, maar de NTFS-compressie waarmee je bestanden, mappen en zelfs volledige schijven kunt verkleinen.

Eerst een waarschuwing

Dankzij compressie is het mogelijk om meer data op te slaan op dezelfde ruimte. In Windows 11 kun je NTFS (New Technology File System) aanspreken. Het nadeel van deze methode is dat het extra rekenkracht vraagt iedere keer dat je zo'n gecomprimeerd bestand opent. Hetzelfde gebeurt wanneer je na de bewerking het bestand sluit en er recompressie wordt toegepast. Gebruik deze methode dus voor data die je lange tijd niet gebruikt en waar extra laadtijd nauwelijks hinderlijk is.

Je kunt op deze manier ook een volledige schijf comprimeren, maar we raden af om dit met de opstartschijf te doen. Gebruik deze functie niet op usb-sticks en alleen op snelle schijven zoals ssd's. Het prestatieverlies zou teveel doorwegen. Bij jpg-afbeeldingen of mp3- of mp4-mediabestanden is de winst verwaarloosbaar.

Map comprimeren

Open Windows Verkenner en navigeer naar de map waarvan je de inhoud wilt verkleinen. Klik met de rechtermuisknop op de map en in het snelmenu selecteer je Eigenschappen. Open het tabblad Algemeen en klik op Geavanceerd. Bij de Geavanceerde kenmerken zie je onderaan Compressie en versleutelingskenmerken. Plaats een vinkje bij Inhoud comprimeren om schijfruimte vrij te maken. Klik op OK en klik daarna op Toepassen.

Selecteer indien nodig de optie Wijzigingen toepassen op deze map, submappen en bestanden en klik op de OK-knop. Net zoals voorheen kun je zo'n map openen en de bestanden bekijken in Verkenner. Om de volledige map te decomprimeren, open je opnieuw de Eigenschappen en volg je de beschreven stappen.

Station comprimeren

Het is mogelijk om een volledige schijf te comprimeren. Open Windows Verkenner en klik op Deze pc in het linkerdeelvenster. Klik met de rechtermuisknop op de opslagschijf die je wilt comprimeren. Selecteer onder het gedeelte Apparaten en stations de optie Eigenschappen. Daarna kun je opnieuw de optie aanvinken: Dit station comprimeren om schijfruimte te besparen.

Ring heeft de tweede generatie van zijn Floodlight Cam Pro uitgebracht. De voornaamste verbetering van deze schijnwerpercamera is de 4K-beeldkwaliteit. Dankzij twee felle ledlampen leent dit product zich goed voor het bewaken van een grote buitenruimte, zoals een oprit of diepe achtertuin.

Zodra we de productdoos openmaken, valt één ding meteen op. Ring levert geen voedingskabel of accu mee. De Ring Floodlight Cam Pro (2e gen) kun je namelijk alleen op de plek van een bestaande buitenlamp monteren. De IP65-gecertificeerde behuizing is grotendeels van kunststof. Desalniettemin voelt de constructie solide aan, dus die gaat niet zomaar stuk. Gunstig is dat je zowel de camera als beide schijnwerpers naar eigen wens kunt richten.

©Maikel Dijkhuizen

Montage

Voor de juiste montage-instructies ben je aangewezen op de Ring - Always Home-app. Overigens is dat geen straf, want duidelijke filmpjes en Nederlandstalige aanwijzingen loodsen je soepel door de installatieprocedure. Film de QR-code en volg vervolgens alle stappen. Een beetje kennis van elektra is trouwens geen overbodige luxe.

De fabrikant levert montagegereedschap mee, zoals pluggen, afdekdoppen en een schroevendraaier. Je hebt verder alleen nog maar een boormachine nodig. De montagebeugel bevat een kroonsteentje waarop je de gekleurde stroomdraden kunt aansluiten. Daarnaast heeft de montagebeugel een geïntegreerde waterpas, zodat je de beveiligingscamera helemaal recht hangt. Houd rekening met een ideale ophanghoogte van ongeveer drie meter.

©Maikel Dijkhuizen

Configuratie

Na de montage volgt de configuratie in de Ring - Always Home-app. Je koppelt deze beveiligingscamera van Google binnen een mum van tijd aan een 2,4GHz- of 5GHz-netwerk. Vervolgens downloadt en installeert het apparaat op eigen houtje een firmware-update. Helaas kun je deze beveiligingscamera niet met een bekabeld netwerk verbinden. Zorg op de beoogde locatie dus voor voldoende wifi-dekking. Bij te weinig bandbreedte schakelt deze beveiligingscamera automatisch terug naar een lagere videokwaliteit.

Je geeft tijdens de configuratie optioneel andere gezinsleden toegang tot de camera. Bepaal ook welke slimme meldingen je wilt ontvangen. Na detectie van personen, voertuigen en andere bewegingen stuurt de Floodlight Cam Pro je desgewenst pushnotificaties. Hierbij stel je zelf de gevoeligheid van de bewegingssensor en detectiezone in. Je kunt ook nog gebieden blokkeren, zodat je bijvoorbeeld geen activiteiten in een naburige tuin vastlegt.

©Maikel Dijkhuizen

Opnemen in 4K

De maximale videokwaliteit van 3840 × 2160 pixels betaalt zich uit, want de beelden zijn zeer scherp. Zo'n hoge resolutie is voor bewakingsdoeleinden eigenlijk niet per se nodig, al biedt het wel degelijk voordelen. Na maximaal 10× inzoomen zijn nummerborden namelijk nog goed leesbaar. Met een behoorlijk brede kijkhoek van 140 graden (horizontaal) bewaak je probleemloos een grote tuin of oprijlaan.

In het donker hebben de twee schijnlampen met een totale lichtopbrengst van 2000 lumen veel meerwaarde. Je ziet 's avonds en 's nachts op grote afstand precies wat er bij jouw woning gebeurt. Daarbij fungeert de Floodlight Cam Pro ook nog als veredelde buitenlamp. Voor een beveiligingscamera heeft dit model een luide sirene. Wie weet schrikt dat insluipers af. Dankzij ondersteuning voor tweewegaudio kun je op afstand een gesprek starten.

Je kijkt in de app eenvoudig opnames terug. Met behulp van de kalender en duidelijk vormgegeven tijdlijn bepaal je welk moment je wilt terugzien. Er is ook een slimme zoekfunctie ingebakken, zodat je met specifieke trefwoorden als 'hond', 'pakket' en 'rode auto' relevante opnames kunt vinden. Een nadeel is dat Ring-beveiligingscamera's geen lokale opslag ondersteunen. Wil je opnames van gebeurtenissen opslaan of 24/7 opnemen, dan heb je een betaald Ring Home-abonnement nodig.

©Maikel Dijkhuizen

Ring Floodlight Cam Pro (2e gen) kopen?

De Ring Floodlight Cam Pro (2e gen) heeft een heleboel voordelen, zoals een scherp beeld, twee felle verstelbare ledlampen, luide sirene en gebruiksvriendelijke app. Daarmee zijn alle ingrediënten aanwezig om op een laagdrempelige manier je tuin of oprit te bewaken. Daarentegen is de adviesprijs van 279,99 euro nogal fors. En daarmee ben je er nog niet, want voor het bewaren van opnames heb je een betaald Ring Home-abonnement nodig. Er bestaan als alternatief (veel) goedkopere floodlight-beveiligingscamera's met lokale opslag, al ondersteunen die veelal geen 4K-beeldkwaliteit.

Lees ook: Bedraad of draadloos: wat is de beste slimme deurbel voor jou?