Maak een wifi-paraplu met Arduino en Paper Signals
Vorige maand hebben we je kennis laten maken met de NodeMCU: een ontwikkelbordje met wifi dat compatibel is met de Arduino-ontwikkelomgeving. Door de aanwezigheid van wifi kan de NodeMCU informatie ophalen van internet. Google vertaalt die informatie met Paper Signals in papieren widgets. Tijd om te knutselen en een wifi-paraplu te maken!
De NodeMCU hebben we een tijdje geleden in twee projecten gebruikt om weersinformatie van internet op te halen. Deze keer gaan we door op dit thema, maar op een heel bijzondere manier. We gaan van papier een paraplu maken die openklapt als het gaat regenen. Hiervoor gebruiken we Googles Paper Signals. Dit zijn papieren widgets die aan de hand van beweging informatie vanaf internet tonen. Google heeft zes van deze Paper Signals bedacht waaronder de paraplu waar we in dit artikel mee aan de slag gaan. Google ziet de Paper Signals als verlengstuk van de Google Assistant en je bedient de Paper Signals dan ook met je smartphone. De code op de NodeMCU zelf maakt gebruik van de Arduino-ontwikkelomgeving. Behalve met Googles code waarvoor je een smartphone met Google Assistant nodig hebt, kun je ook andere Arduino-code gebruiken. Wij hebben een eigen programma gemaakt dat laat zien of het gaat regenen waarvoor je geen smartphone nodig hebt.
©PXimport
01 Andere microcontroller
Het door Google gebruikte ontwikkelbordje is overigens niet de NodeMCU, maar de Adafruit Feather Huzzah. Net als de NodeMCU is dit bordje gebaseerd op de ESP8266. Het grootste praktische verschil is de prijs, want waar een NodeMCU zo’n 3,50 euro kost, is de Huzzah met een prijs van zo’n 19 euro een stuk duurder. Het goede nieuws voor ons is dat een NodeMCU zoveel op de Feather Huzzah lijkt dat de code voor de Paper Signals ook op de NodeMCU kan draaien. Ook het fysieke formaat komt vrijwel overeen waardoor je een NodeMCU met een beetje proppen in Googles papieren sjablonen kunt krijgen. Naast de NodeMCU heb je nog een belangrijk onderdeel nodig, namelijk een micro-servomotor. Een servomotor kan maximaal 180 graden draaien waarbij de hoek nauwkeurig bepaald kan worden. Perfect dus om iets als een wijzer aan te sturen.
02 Benodigdheden
Uiteraard heb je een NodeMCU-ontwikkelbordje nodig. Zorg ervoor dat dit de smalle variant is die ook wordt aangeduid met 1.0 of V2. Je herkent ‘m aan de witte onderkant waar Amica op staat. Koop niet het NodeMCU-bordje dat verkocht wordt als V3. Dit bordje herken je aan een zwarte onderkant waar LoLin op staat. Het woord LoLin staat bij deze verkeerde versie tevens op de bovenkant. Naast de NodeMCU hebt je nog een aantal dingen nodig om een Paper Signal te maken. Qua hardware heb je een micro-servomotor nodig. Google kiest zelf voor de SG92R, maar een servomotortje van gelijke afmeting als de SG90 of de ES08MII uit het pakket ‘Arduino en nu verder (online)’ (zie kader) zal ook werken. Omdat je zowel de NodeMCU als het servomotortje inbouwt in een papieren behuizing is er geen plaats voor een breadboard. Daarom heb je speciale jumperdraden nodig met aan de ene kant een ingang (female) en aan de andere kant een pinnetje (male), oftewel een male/female-jumperdraad. Hierdoor kun je de stekker van het servomotortje direct aansluiten op de pinnetjes van de NodeMCU.
Je hebt uiteraard papier nodig, gebruik hiervoor geen standaardkopieerpapier. Dat is te zwak en zal door beweging scheuren. In plaats daarvan kun je het beste lekker dik papier van zo’n 200 gram gebruiken. Niet alle printers kunnen overweg met zulk zwaar papier, maar vermoedelijk zal het met 150 grams papier ook lukken. Daarnaast heb je lijm nodig. Een lijmstift is handig om knoeien te voorkomen. Voor het uitknippen heb je een schaar en een hobbymesje nodig. Verder zijn een liniaal en een lege pen handig om de vouwlijnen voor te krassen.
©PXimport
Arduino en nu online verder
Het project dat u op de volgende pagina’s vindt, ligt in het verlengde van het pakket ‘Arduino en nu online verder’, van dezelfde makers als dit tijdschrift. Het pakket bestaat uit een instructieboek met daarin 14 projecten. Daarnaast vind je in het pakket de NodeMCU, een breadboard en alle componenten die je nodig hebt om alle projecten te bouwen. Ook bevat het een servomotortje dat we in deze workshop weer gebruiken. Je vindt het pakket zolang de voorraad strekt hier. Normaal gesproken kost dit pakket 64 euro, gebruik de code ARDUINOTOTAAL om 10 euro korting te krijgen!
©PXimport
03 Ontwikkelomgeving installeren
Voordat je aan de slag kunt met het bouwen van je Paper Signal, dien je eerst de Arduino IDE te installeren en de ondersteuning voor de NodeMCU toe te voegen in de Arduino IDE. Hoe dat moet, lees je hier. Googles code maakt gebruik van de ArduinoJson-bibliotheek. Die bibliotheek moeten we daarom toevoegen aan de ontwikkelomgeving, anders geeft de code foutmeldingen bij het compileren. Klik in het menu op Schets en vervolgens op Bibliotheek gebruiken. Klik op Bibliotheken beheren en tik json in het zoekveld. Selecteer ArduinoJson en klik op Installeren en vervolgens op Sluiten. Je kunt de code downloaden van Github . Pak deze code uit en open de code in de Arduino-ontwikkelomgeving.
©PXimport
Google Assistant gebruiken
Op het moment van schrijven is Google Assistant nog niet uit in Nederland waardoor je op zowel Android als iOS een omweg moet gebruiken om Google Assistant te gebruiken. Om Google Assistant op een iPhone te gebruiken heb je een Amerikaans iTunes-account nodig waarmee je kunt inlogen op de Amerikaanse Apple Store. Daar kun je de app Google Assistant downloaden. In Android 6 en hoger is Google Assistant beschikbaar wanneer je je smartphone instelt op Engels. Ga naar instellingen en kies Talen en invoer. Klik op Talen en vervolgens op Een taal toevoegen wanneer English (United States) nog niet in de lijst staat en kies deze taal. Houd vervolgens English (United States) ingedrukt en sleep de taal naar de eerste positie om je telefoon op Engels in te stellen. Je kunt nu in de Google-app naar Settings, waarna je in het onderdeel Google Assistant op Settings drukt. Via Devices kun je voor jouw apparaat Google Assistant inschakelen. Om Google Assistant onder Android te gebruiken, houd je de thuisknop ingedrukt.
04 Code voorbereiden
Open op je smartphone de Google Assistant en geef het spraakcommando “Talk to Paper Signals”. De Google Assistant opent nu de aparte assistent voor Paper Signals. De assistent vraagt wat voor signal je wilt maken. Kies Umbrella signal en vervolgens I’m ready. Je krijgt nu een code terug van drie woorden, die code vormt de koppeling tussen jouw Paper Signal en de Google Assistant. Open in de Arduino-schets het tabblad Credentials.h. Vervang de tekst your-signal-id door de code die je van de Google Assistant hebt gekregen, bijvoorbeeld ‘mega-despairing-panda’. Voor de meeste Paper Signals zijn geen voorbereidingen in de code nodig, maar de paraplu die wij gaan bouwen vormt één van de uitzonderingen. Voor het verwerken van de locatie maakt paraplu verbinding met Google Maps, terwijl de weerdata wordt opgehaald via de Dark Sky API. Voor beide diensten dien je een api-sleutel op te halen. De api-sleutel voor Google Maps krijg je zo. Zorg dat je bent ingelogd op je Google-account en klik op Get A Key. Doorloop de korte wizard en je krijgt een api-sleutel. Plak deze in de Arduino-code in plaats van YOUR_GEOCODING_API_KEY. De api-sleutel voor Dark Sky krijg je zo. Klik op Sign Up en maak een account aan. Na het inloggen krijg je een Secret Key, kopieer deze en plak deze in de Arduino-code in plaats van YOUR_DARK_SKY_API_KEY. Vul tot slot de naam en wachtwoord van je draadloze netwerk in. Sla je code op en sluit je NodeMCU aan. Upload de code nu naar je NodeMCU door op Upload te klikken (pijltje naar rechts).
©PXimport
05 Hardware testen
Voordat je de NodeMCU en het servomotortje in papier inbouwt, is het handig om het geheel even te testen, zo weet je zeker dat jouw Paper Signal kan communiceren met Googles clouddiensten. Haal je NodeMCU los van de pc en sluit de male/female-jumperkabels aan op de stekker van het servomotortje. Uiteraard hoeven de male/female-jumperkabels niet dezelfde kleur te hebben als de kabels van het motortje, zolang je maar de juiste aansluitingen maakt. Op het motortje is oranje/geel de datakabel, rood de 5volt-aansluiting en bruin de GND-aansluiting. Google sluit in de instructies de datakabel van de servo aan op pin 14 van de Huzzah, dat komt overeen met pin D5 op de NodeMCU. Sluit de rode draad aan op VIN en de bruine draad op de GND naast VIN. Zijn alle draadjes aangesloten, dan sluit je NodeMCU weer aan op een pc of usb-lader en wacht je even tot het programma geladen is. Open de Google Assistant op je smartphone. Zit je niet meer in het onderdeel voor Paper Signals, geef dan het spraakcommando “Talk to Paper Signals”. Staat het gedeelte voor Paper Signals nog open, dan kun je direct het spraakcommando “Test my Umbrella Signal” geven. Beweegt het servomotortje na de test, dan ben je klaar om te gaan knutselen met papier.
©PXimport
06 Vouwen en plakken
Download het pdf-bestand met daarin de bouwtekening voor de paraplu en open het bestand in Acrobat Reader om het af te drukken. Controleer voordat je op Afdrukken klikt goed de instellingen, want het document is in het Amerikaanse Letter-formaat. Zorg er dus voor dat je het document bij het afdrukken niet verkleind om het helemaal passend op een A4 te krijgen door te kiezen voor Ware grootte. Ter controle heeft Google op de eerste pagina een lijn gezet die precies één inch breed is wanneer je het document op de juiste grootte hebt afgedrukt. Nu kun je alle onderdelen uitknippen langs de dikke lijnen. De onderdelen zoals B, C en G bevatten ook dingen middenin die je moet uitsnijden. De stippellijnen moet je vouwen, het is handig als je met behulp van een liniaal en een lege pen de stippellijnen eerst inkrast om ze eenvoudiger te vouwen. Als alternatief is een (bank)pasje dat je op de stippellijnen legt een handig hulpmiddel om scherpe vouwen te maken. Je legt het pasje op de vouwlijn waarna je de vouw maakt. Hier vind je stap voor stap de vouw- en plakinstructies. Je begint in deel 1 met de onderdelen D, E en F waarna je in stap 2 het omhulsel B voor de motor bouwt. Let er hierbij op dat je het wijzertje op de servomotor eerst helemaal tegen de klok indraait waarna je het wijzertje verwijdert. In deel 3 vouw je onderdeel G, het omhulsel voor de wijzer. We willen je nog wel één tip meegeven tijdens het vouwen en lijmen van deel 3. Zorg ervoor dat je in de laatste stap de vleugels niet vastlijmt.
©PXimport
07 Aanpassingen in het doosje
Bij stap 4 gaan we het net even anders doen dan Google, omdat wij gebruik maken van de NodeMCU in plaats van de Feather Huzzah. Knip de buitenkant van C uit. Vervolgens zitten er in onderdeel C vier vlakken die je moet uitsnijden. We gaan er echter maar drie uitsnijden omdat de NodeMCU geen batterijaansluiting heeft. De vlakken die je moet uitsnijden hebben we op de afbeelding rood gemaakt. Snijd het door ons toegevoegde gele vlak dat je ook op de afbeelding nog niet uit. Vervolgens moet je nog iets anders doen, want waar je onderdeel C net als de andere onderdelen normaal gesproken met de bedrukte kant naar binnen vouwt, vouwen wij dit onderdeel juist met de bedrukte kant naar buiten. De aansluitingen van de NodeMUC zitten namelijk op een andere plek dan die op de Huzzah. Het toeval wil echter dat de aansluitingen precies gespiegeld zijn. De bedrukking zul je uiteindelijk niet meer zien omdat onderdeel C in het Paper Signal verborgen zit en er een ander onderdeel op wordt geplakt.
©PXimport
08 Doosje dichtplakken
Vouw het doosje op de deksel na dicht en leg de NodeMCU onderste boven in het doosje. Sluit de oranje data-draad van je servomotor aan op pin D5 van de NodeMCU, de rode draad op VIN en de bruin of zwarte draad op GND. Haal de draden door de gaten in het dekseltje. Dat zal je met de voedingsdraden vermoedelijk wel lukken, maar de oranje datadraad is wellicht net te krap doordat de NodeMCU net wat breder is dan het door Google bedachte Huzzah-bordje. Is dat het geval, knip dan het gedeelte dat wij op de afbeelding geel gemaakt hebben weg. Hierdoor zitten de aansluitpin van het jumperdraad niet in de weg. Is het dichtplakken lastig, gebruik dan een stukje plakband om dit doosje dicht te plakken. Plak dat niet teveel op de bovenkant van het doosje, want daar moet je later nog een papieren deel opplakken en mogelijk hecht de papierlijm die je gebruikt niet goed op plakband. Vouw nu de rest van de onderdelen in elkaar volgens de instructies die Google je in deel 5 geeft.
©PXimport
09 In gebruik nemen
Sluit je paraplu aan op een spanningsbron en open de Google Assistant. Geef de spraakcommando’s “Talk to paper signals” en “modify umbrella signal”. Vervolgens kun je met het commando “track the rain in” bijhouden of het ergens regent. Omdat de Google Assistant Engels spreekt, is het lastig om de Nederlandse plaatsnamen uit te spreken. Je kunt de commando’s echter ook typen. Overigens herkent Google niet alle plaatsnamen, alleen de grotere steden in Nederland lijken te werken. Vervolgens is het afwachten of je paraplu opent.
10 Eigen code gebruiken
Googles papieren widgets zijn ook in combinatie met geheel eigen code te gebruiken. Uiteindelijk stuurt de code simpelweg een servomotor aan. In Googles code kun je op het tabblad APICalls.h achterhalen naar welke posities je de servo moet sturen om een Paper Signal juist aan te sturen. Op basis hiervan hebben we een eigen programma gemaakt dat de paraplu opent als het gaat regenen. Hiervoor gebruiken we gratis weerdata van Buienradar waarover je meer informatie hier kunt vinden. Buienradar heeft data voor de neerslag tot twee uur in de toekomst voor ieder coördinaat in Nederland en een groot gedeelte van het gebied rondom Nederland. In ons Arduino-programma dat je kunt downloaden hier, kun je in de code op regel 11 de coördinaten die zijn ingevuld vervangen door de door jouw gewenste coördinaten. Op regel 7 kun je instellen hoeveel keer vijf minuten er in de toekomst gekeken moet worden, standaard staat deze waarde op 3 oftewel een kwartier.
Je kunt de coördinaten van een locatie achterhalen via Google Maps. Wanneer je in Google Maps op een locatie klikt, dan verschijnt er een pop-up met de coördinaten. Rond deze coördinaten af op twee decimalen en neem deze over in de code. Let er op dat je punten gebruikt als decimaalteken en geen komma’s. Vul in het programma verder de naam en het wachtwoord van je draadloze netwerk in waarna je de code kunt uploaden. Gaat het regenen, dan gaat net als bij Googles code de paraplu open, terwijl de paraplu dicht blijft als het niet regent. Je kunt de data van buienradar ook even in je browser openen om te controleren of de paraplu open of dicht hoort te zijn. Surf hiernaartoe en vervang de coördinaten bij lat en lon in de url door de door jouw gewenste coördinaten. Zie je een waarde groter dan 0, dan gaat het op dat tijdstip regenen.
©PXimport
