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

Netflix gaat dit jaar zijn mobiele app van een redesign voorzien. Daarbij komt er ruimte voor verticale video's om het verticale scherm van smartphones tegemoet te komen.

Dat kondigde co-CEO Greg Peters gisteren aan tijdens een gesprek met investeerders. De nieuwe interface van de mobiele app is nog niet getoond, maar moet ergens dit jaar uitkomen en Netflix helpen met "de uitbreiding van onze zaken gedurende het komende decennium".

Verticale video's

Netflix geeft aan dat het al sinds mei vorig jaar experimenteert met verticale video's. Daarbij worden er korte clips uit films en series van Netflix getoond in een verticaal formaat - iets wat voor smartphonegebruikers wereldwijd steeds natuurlijker voelt dankzij socialmedia-apps als TikTok en Instagram. Daarbij wordt het voor consumenten steeds normaler om videocontent op hun mobiel te kijken in plaats van op tv.

Netflix wil de opties voor verticale video's dus uitbreiden en de vernieuwde mobiele app die later dit jaar uit zal komen, moet dit mogelijk maken. Daarnaast wil het bedrijf ook meer stappen maken in de wereld van videopodcasts, waar de vernieuwde app ook geschikter voor moet worden. Deze week heeft Netflix de eerste exclusieve videopodcasts gedebuteerd.

Plannen van Netflix

De hierboven beschreven veranderingen lijken te suggereren dat Netflix zijn markt wil verbreden en het een en ander leert van populaire socialmediaplatforms. Tegelijkertijd blijft het streamingbedrijf investeren in nieuwe films en series.

Netflix wil ook nog altijd filmproductiebedrijf Warner Bros. overnemen, en daarmee dus ook HBO Max. Beide bedrijven zien de overname zitten, maar Paramount zit ertussen en wil Warner Bros. ook graag overnemen. Uiteindelijk beslissen aandeelhouders van Warner Bros. Daarom heeft Netflix de overnamedeal deze week nog wat verfijnd, waarbij er in meer 'contant' geld uitbetaald wordt in plaats van aandelen.

Je bent onderweg en ziet dat je telefoon nog maar vijf procent batterij heeft. Op dat moment is een powerbank precies wat je nodig hebt. Alleen: welke? De juiste keuze begint met twee vragen: hoeveel energie heb je onderweg nodig en hoe snel moet die energie eruit kunnen?

Capaciteit: mAh is handig, maar reken in Wh

In de specificaties van powerbanks zie je bijna altijd een getal in milliampère-uur (mAh). Maar daarbij moet je je wel realiseren dat dat niet het hele verhaal is. Fabrikanten geven die mAh vaak op bij de interne batterijspanning van de cellen in de powerbank (meestal rond 3,6 tot 3,7 volt). Jouw telefoon laadt meestal via 5 volt, en bij snelladen soms op 9 of 12 volt. Die omzetting kost energie.

Zie de powerbank als een watertank met een kraan die je moet omzetten naar een andere maat aansluiting. Dat omzetten levert altijd wat verlies op. Daarom haal je in de praktijk niet 10.000 mAh uit 10.000 mAh. Reken grofweg met een bruikbare opbrengst die vaak ergens rond de 60 tot 80 procent ligt, afhankelijk van de kwaliteit van de elektronica en hoe je laadt. Met 10.000 mAh kun je een gemiddelde smartphone daarom meestal geen twee keer volledig vullen, maar eerder ongeveer anderhalf keer. Heb je een telefoon met een kleinere accu, dan kom je dichter bij de opgegeven twee keer; met een grotere accu haal je dat juist minder snel.

Wil je wat preciezer rekenen, kijk dan naar wattuur (Wh). Dat is de eenheid die echt iets zegt over hoeveel energie erin zit. Een eenvoudige omrekening helpt: Wh = (mAh × volt) / 1000. Staat er op de powerbank bijvoorbeeld 10.000 mAh bij 3,7 V, dan is dat ongeveer 37 Wh aan energie in de cellen, voordat je het omzetverlies meeneemt.

Hoeveel capaciteit heb je echt nodig?

Als je vooral een extra lading voor je telefoon zoekt op een lange dag, dan zit je met 10.000 mAh in de praktijk vaak goed. Is 'bijna vol' al al genoeg, dan kan 5.000 mAh ook, maar reken er dan niet op dat je elke moderne smartphone die helemaal leeg is weer volledig volgeladen krijgt. Ga je een weekend weg of laad je meerdere apparaten op, dan is 20.000 mAh een logische stap. Je hebt dan meer oplaadcapaciteit, maar houd er wel rekening mee dat dat ook betekent dat de powerbank groter en zwaarder is.

Voor tablets geldt hetzelfde principe, alleen is de interne accu meestal groter dan die van een telefoon. Daardoor lijkt een powerbank die voor je telefoon prima is, bij een tablet ineens snel leeg. Dat is niet vreemd: je giet simpelweg meer water in een grotere emmer. Voor laptops ligt het net even anders: daar draait het niet alleen om capaciteit, maar vooral om het vermogen (wattage). Daar komen we zo op terug.

🔋Tot zover ging het over de hoeveelheid energie (mAh/Wh). De volgende stap is de afgifte: met welk vermogen (watt) kan de powerbank die energie aan je telefoon, tablet of laptop leveren? 

Snelheid: wattage maakt het verschil

Capaciteit zegt iets over hoe vaak je kunt laden. Snelheid gaat over wattage: hoeveel vermogen de powerbank kan leveren. Dat vermogen is vooral relevant als je snel wilt bijladen, of als je een tablet of laptop wilt opladen. USB-c is daarbij de norm geworden, en USB Power Delivery (PD) is de techniek waarmee lader en toestel afspraken maken over spanning en stroom. Je powerbank en je telefoon of laptop stemmen dat onderling af, zodat laden snel kan zonder dat het onveilig wordt. Daarvoor moeten de poort en je kabel het wel ondersteunen. Let daarom ook op de aansluitingen: usb-c heb je nodig voor snelladen met Power Delivery, terwijl usb-a vooral handig is als je oudere kabels of accessoires gebruikt.

©vadish - stock.adobe.com

Eén powerbank voor telefoon én laptop: waar je op let

Een laptop opladen vraagt meer dan een telefoon. Bij een telefoon kom je vaak weg met 10 tot 20 watt. Een laptop heeft meestal 45 watt of meer nodig, en veel modellen werken prettiger met 65 watt of hoger, zeker als je tijdens het laden ook blijft werken. De beste snelcheck is simpel: kijk naar het wattage van je eigen laptoplader. Dat is je richtgetal. Zit je daar ver onder, dan kan het laden extreem traag worden, of je laptop accepteert de lader helemaal niet.

Ook de juiste kabel is belangrijk. Voor hogere vermogens is niet elke usb-C-kabel geschikt. Tot ongeveer 60 watt (meestal 20 V bij 3 A) gaat het vaak goed met een kabel die expliciet 3 A ondersteunt. Ga je boven de 60 watt, dan heb je doorgaans een usb-c-kabel nodig die 5 A aankan. Zulke kabels hebben meestal een kleine chip in de stekker, een zogeheten e-marker. Die chip vertelt aan de powerbank en je laptop dat de kabel veilig meer stroom kan verwerken. Zie het als een identiteitsbewijs: zonder e-marker schakelt het systeem vaak terug naar een lagere stand, zodat het laden langzamer gaat en de kabel niet te warm wordt. Kijk in de specificaties of op de kabel zelf of er 3 A (tot circa 60 W) of 5 A (voor hogere vermogens) staat; dat is de snelste check. 

Formaat en gewicht: energie weegt nu eenmaal wat

Meer capaciteit betekent meestal meer cellen, en dus meer gewicht. Een powerbank van 20.000 mAh zit vaak ergens in de buurt van 350 tot 500 gram. Dat voelt in een jaszak al snel log. In een rugtas valt het mee. Stel jezelf dus de vraag: wil je elke dag een kleine powerbank mee voor noodgevallen, of is dat voor jou niet genoeg en ga je dus voor een grotere powerbank? 

Veiligheid: kies niet alleen op prijs

Bij draagbare accu's wil je geen twijfel over veiligheid. Een powerbank hoort bescherming te hebben tegen oververhitting, overladen en kortsluiting, maar bij heel goedkope modellen is dat niet altijd goed geregeld. De kans dat het misgaat is klein, alleen zijn de gevolgen groot als het wél gebeurt. Kies daarom liever een merk dat laat zien hoe het met veiligheid omgaat en dat testnormen en keurmerken gewoon vermeldt. Je hoeft die standaarden niet uit je hoofd te leren, maar het helpt als een merk concreet zegt welke testen en keurmerken het gebruikt. 

Zo kies je de juiste powerbank

 De juiste powerbank kies je door stap voor stap te bepalen wat je nodig hebt: eerst de hoeveelheid energie (liefst in Wh, met mAh als praktische indicatie), daarna de laadsnelheid (wattage en PD), en pas daarna pas de vorm en het gewicht. Voor dagelijks gebruik zit je vaak goed met een compacte powerbank rond 10.000 mAh met usb-c en Power Delivery. Wil je meer capaciteit zodat je meerdere keren kunt opladen (of ook je tablet opladen), dan is 20.000 mAh logischer. Houd er dan wel rekening mee dat de powerbank zwaarder wordt. Wil je ook een laptop kunnen laden, kijk dan naar het wattage van je laptoplader en kies een powerbank die dat vermogen via usb-c PD kan leveren, inclusief een kabel die geschikt is voor dat hogere vermogen.