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Por fin podemos hablar de el primer proyecto más o menos serio que he hecho con ESP8266 y esta vez se trata de un medidor de nivel agua con los datos guardados en la nube, de manera que sean accesibles desde cualquier sitio.

Principios de funcionamiento

Para empezar, imaginemos que tenemos una cisterna donde tenemos agua. Primero debemos asumir que las medidas de la cisterna se mantienen constantes en todo momento, esto es, ancho, largo y alto. Para conocer el volumen de agua que reside en el interior tan solo necesitaremos saber cuál es la altura del agua, ya que es la única variable del sistema.

Con esto claro, necesitamos un mecanismo que sea capaz de medir a qué altura de encuentra el agua. Mi idea ha sido utilizar un sensor ultrasónico, cuyo funcionamiento es el siguiente:

1. El altavoz emite un sonido de frecuencia ultrasónica (imperceptible al oido humano)
2. Se pone un cronómetro en marcha.
3. El micrófono recibe la señal que había sido emitida por el altavoz.
4. Se para el cronómetro que se había puesto en marcha al emitir el sonido
5. Se calcula sabiendo la velocidad del sonido, la distancia a la que está el objeto sobre el cual ha rebotado la pulsación ultrasónica.

Materiales

Para empezar los materiales que he utilizado son:

• ESP-01 (ESP8266)
• Fuente de alimentación de 3.3V
• Fuente de alimentación de 5V
• Programador FTDI
• Sensor ultrasónico HC-SR04

Montaje hardware

El módulo ultrasónico HC-SR04 tiene 4 pines:

1. Vdd: debemos conectar 5V. No podemos conectar directamente los 3.3V con los que alimentamos el ESP-01. Una lástima.
2. Trig: es el encargado de dar la orden al altavoz de que emita el pulso.
3. Echo: es el micrófono que espera el rebote del pulso emitido.
4. GND: es importante unificar la masa del ESP-01 con la propia de la fuente de 5V para evitar problemas de grounding.

En mi caso he utilizado los 5V que tiene disponible el Arduino, aunque es algo bastante engorroso. Para la versión final, utilizaré un convertidor lineal (para conseguir los 3.3V) y una sola alimentación.

La conexión entre el ESP-01 y el HC-SR04 es extremadamente sencilla:

1. GPIO0 – Echo
2. GPIO2 – Trig

Software

Para hacer funcionar el HC-SR04 con NodeMCU, he utilizado el código que ha subido sza2 en GitHub modificándolo un poco.

Se trata de dos archivos: init.lua y hcsr04.lua. Cabe destacar que el ESP8266 ejecuta init.lua en cuanto se enchufa. La base de su funcionamiento reside en el uso de la función tmr.alarm(), que ejecuta una función cada intervalo de tiempo que nosotros definamos. En este caso, la función de medir distancia.

tmr.alarm(0, 3600000, 1, function() send(device.measure()) end)

El código de sza2 envía vía serie el resultado cada 0,5s, pero podemos configurarlo como nosotros queramos. Solo recordar que hay que introducir el tiempo en milisegundos.

En el código original se imprime por pantalla el resultado, pero como hemos dicho anteriormente nuestro objetivo es que la lectura sea subida a un servidor para poder ver el nivel de agua desde cualquier sitio.

Para ello he utilizado una plataforma llamada ThingSpeak, que sirve precisamente para esto. Su funcionamiento es muy sencillo. La información se guarda en los que ThingSpeak llama canales. En cada canal podemos añadir hasta 8 variables que queramos monitorizar, y la manera en que podemos guardar nuevos datos es haciendo una petición HTTP con el método GET. Las variables que tenemos que incluir en la petición HTTP es el código del canal (para saber dónde hay que guardar la información), el número del campo a guardar seguido del valor.

conn:send("GET /update?key=CodigoAPI&field1="..value1.." &field2="..value2.."HTTP/1.1\r\n")

De esta manera quedará registrado automáticamente en ThingSpeak, como podemos ver en este applet:

También decir que el HC-SR04 devuelve valores contiguos que difieren unos de otros por motivos obvios, por lo que he modificado el código para que devuelva el valor medio de 500 medidas.

El código completo del archivo init.lua es:

dofile("hcsr04.lua")
wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.config("SSID","pass")
print(wifi.sta.getip())
device = hcsr04.init()
print("Loading...")
 
function send(value)
  if value ~= -1 then
    print(value)
    conn=net.createConnection(net.TCP, 0)
    conn:on("receive", function(conn, payload) print(payload) end)
    conn:connect(80,'184.106.153.149')
    conn:send("GET /update?key=CodigoAPI&field1="..value.." HTTP/1.1\r\n")
    conn:send("Host: api.thingspeak.com\r\n")
    conn:send("Accept: */*\r\n")
    conn:send("User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible;ESP8266; Windows NT 5.1)\r\n")
    conn:send("\r\n")
  end
end
 
tmr.alarm(0, 60000, 1, function() send(device.measure()) end)

hcsr04 = {};
 
function hcsr04.init(pin_trig, pin_echo)
	local self = {}
	self.time_start = 0
	self.time_end = 0
	self.trig = pin_trig or 4
	self.echo = pin_echo or 3
	gpio.mode(self.trig, gpio.OUTPUT)
	gpio.mode(self.echo, gpio.INT)
 
	function self.echo_cb(level)
		if level == 1 then
			self.time_start = tmr.now()
			gpio.trig(self.echo, "down")
		else
			self.time_end = tmr.now()
		end
	end
 
	function self.measure()
          medidas = 500
          mean = 0
		for i=1,medidas,1 do
			gpio.trig(self.echo, "up", self.echo_cb)
			gpio.write(self.trig, gpio.HIGH)
			tmr.delay(100)
			gpio.write(self.trig, gpio.LOW)
			tmr.delay(100000)
			if (self.time_end - self.time_start) < 0 then
				return -1
			end
			mean = mean + (self.time_end - self.time_start) / 58
		end
		print(mean/medidas)
		return mean/medidas
	end
	return self
end