Rivista #231: Arduino Yun con Board Ethernet a 2 relè

Tra i contenuti del fascicolo 231 (Dicembre 2018/Gennaio 2019), attualmente in edicola, un articolo dedicato ad un sistema di automazione con Arduino Yún e Board Ethernet a 2 relè.

Vi presentiamo una soluzione di automazione che fornisce la possibilità di controllare una serie di relè, utilizzando la rete locale cablata Ethernet. Il tutto pilotato dalla nuova versione della scheda Arduino Yún. Il progetto che vi presentiamo nasce dalla disponibilità pressoché contemporanea di due dispositivi che, seppur di origini diverse, si prestano perfettamente ad essere integrati tra di loro in una soluzione di automazione remotizzabile.

Il primo dispositivo è la scheda Arduino Yún, tornata ad essere disponibile, nella nuova versione Rev. 2, dopo un periodo di relativa “assenza” dal mercato. Il secondo dispositivo è una scheda relè comandabile via TCP/IP su una rete Lan Ethernet, disponibile presso Futura Elettronica con il codice ETH2RELBOARD.

Il progetto che vi proponiamo permette di utilizzare la scheda Arduino Yún sia come web server, che come schedulatore a tempo,  per comandare una o più schede relè dislocate sulla rete locale, secondo lo schema di riferimento visibile in Fig. 1. Una piccola avvertenza. La realizzazione di questa applicazione richiede un po’ di dimestichezza con l’ambiente GNU/Linux, la scrittura di programmi in linguaggio HTML, Javascript, PHP e Python. Una conoscenza di reti e di configurazione di router certo non guasta.

L’applicazione prevede che la scheda Arduino Yún e la scheda Relè siano collegate in rete locale tramite collegamenti Ethernet, ovviamente anche distanti tra di loro.

A questo punto una pagina HTML, raggiungibile attraverso l’Access Point di Arduino Yún, permette di visualizzare lo stato dei relè e dei pin di output. Utilizzando lo schedulatore Cron, disponibile in OpenWRT, è possibile impostare l’attivazione dei relè e dei pin di output ad orari prestabiliti, in realtà è possibile impostare minuti, ore, giorni di calendario o della settimana e mesi associati alla operazioni sui relè.

La scelta di Arduino Yún per questa applicazione è dettata dal fatto che, data l’esiguità del software necessario, non si giustifica l’utilizzo di un microcomputer più potente come potrebbe essere Raspberry Pi.

ARDUINO YÚN

La geometria della scheda Arduino Yún è rimasta pressoché invariata, rispetto alle versioni precedenti. Le principali innovazioni””sono riassumibili come segue:

• il circuito di alimentazione è stato migliorato e reso più robusto;
• è stato implementato un USB hub;
• la posizione dei connettori Ethernet e USB è invariata ma sono stati entrambi disposti in modo da ridurre le dimensioni, in altezza, della scheda. In particolare, il connettore Ethernet è stato ribassato all’interno di un incavo sulla scheda, così pure come il connettore USB, che è stato montato orizzontalmente, anch’esso ribassato per mezzo di un incavo nella scheda. Queste modifiche permettono di inserire eventuali shield di espansione ad una distanza minore dalla scheda “principale” senza particolari rischi di creare corticircuiti sulle schermature dei connettori;
• il sistema operativo OpenWRT, che costituisce il motore del componente Atheros AR9331, è stato aggiornato ad una versione che contiene numerose patch per la risoluzione di bug e malfunzionamenti.

Per chi volesse approfondire maggiormente le caratteristiche e l’utilizzo della scheda Arduino Yún, rimandiamo agli articoli pubblicati sulla rivista Elettronica In ed al libro “Alla scoperta di Arduino Yún”. Una notazione importante riguarda l’utilizzo dei pulsanti di reset presenti sulla scheda. Ne sono presenti ben tre, posizionati come visibile in Fig. 3, con varie funzioni che descriviamo di seguito:

• 32U4 Reset button – Questo pulsante permette il reset del microcontrollore ATmega32U4;
• Yún reset button – La pressione del pulsante “Yún reset button” permette di eseguire il reboot del sistema operativo OpenWRT. Chiaramente tutti i dati in memoria saranno persi e tutti i processi attivi al momento saranno terminati;
• WiFi reset button – Il pulsante “WiFi reset button” ha una doppia funzione. La pressione normale permette di riportare il modulo WiFi alla configurazione di fabbrica, cioè configurato come Access Point con IP statico 192.168.240.1 con nome SSID “Arduino Yun-XXXXXXXXXXXX”, dove le dodici ”X” rappresentano il MAC address della scheda Yún. Per resettare il modulo WiFi è necessario tenere premuto il pulsante per almeno cinque secondi … ma non molti di più. Il reset del modulo WiFi comporta anche il reboot di OpenWRT.

Abbiamo detto di non tenere premuto il pulsante molto oltre i cinque secondi perché il pulsante ha una doppia funzione. Tenuto premuto per più di 30 secondi provoca il ripristino del sistema operativo OpenWRT con la versione originale, ovvero quella caricata in fabbrica. Una buona opzione per permettere di recuperare eventuali operazioni maldestre. Questo lascia la libertà di sperimentare senza il timore di trovarsi in situazioni senza via d’uscita. Più semplice di così. Chiaramente il prezzo è di perdere tutte le configurazioni e gli eventuali aggiornamenti eseguiti su OpenWRT.

Un ulteriore richiamo sui LED presenti sulla scheda, posizionati come visibile in Fig. 4, e sul loro significato:

• USB – Blu, indica attività sul connettore USB;
• WLAN (WiFi) – WiFi attivo;
• POWER – Indica la presenza di alimentazione;
• WAN – Indica la presenza di una connessione di rete Ethernet attiva;
• Pin 13 – Riporta lo stato del pin 13;
• Serial TX – Indica attività sulla porta seriale in trasmissione (per esempio quando si utilizza il monitor seriale);
• Serial RX – Indica attività sulla porta seriale in trasmissione (per esempio quando si utilizza il monitor seriale).

Ricordiamo ancora che i due processori di Arduino Yún possono eseguire programmi che collaborano tra di loro grazie all’ambiente Bridge, composto da una libreria per Arduino dal lato del processore 32u4 e del corrispondente framework dal lato del sistema OpenWRT. Lo schema di riferimento del funzionamento di questo sistema di comunicazione è visibile in Fig. 5. Per un  approfondimento sul funzionamento di questa architettura e sull’utilizzo delle diverse funzionalità disponibili vi rimandiamo alla lettura del libro citato all’inizio dell’articolo.

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Il progetto prosegue con:

SCHEDA RELÈ ETH2RELBOARD

PREPARAZIONE DI ARDUINO YÚN

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CONFIGURAZIONE SCHEDA RELÈ

Se volete integrare questa applicazione all’interno della vostra rete locale, dovete configurare opportunamente sia la componente router del sistema OpenWRT che l’interfaccia Ethernet della scheda Relè. Per eseguire questo compito è bene avere una certa conoscenza della configurazione di reti TCP/IP, soprattutto per quanto riguarda la sicurezza. Come avrete notato gli accessi sono senza password, a parte il configuratore di OpenWRT, e questo non è certo il massimo in termini di sicurezza. Se decidete di integrare l’applicazione nella vostra rete, proteggetela a dovere. Tornando alla configurazione della scheda Relè vi consigliamo di utilizzare lo strumento messo a disposizione dal produttore. Lo trovate tra i file scaricabili dal sito Futurashop (www.futurashop.it) nella documentazione della scheda ETH2RELBOARD. Per poter utilizzare questo strumento è necessario collegare, con un cavo diretto, l’interfaccia Ethernet della scheda Relè con l’interfaccia Ethernet del vostro PC. Poi assegnate un indirizzo IP statico all’interfaccia di rete del PC che appartenga alla stessa sottorete della scheda Relè, per esempio 192.168.1.30. Scaricate il file, scompattatelo ed eseguite il programma “Config Utility.exe“. Si apre l’applicazione visibile in Fig. 19.

Cliccate sul pulsante “Connect” e, nella finestra popup, inserite l’indirizzo della scheda Relè, tipicamente 192.168.1.100. Cliccate su “OK” ed otterrete la finestra di configurazione visibile in Fig. 20. Impostate le vostre configurazioni e poi confermate cliccando sul pulsante “Save”

L’articolo completo è pubblicato sul numero 231 (Dicembre 2018/Gennaio 2019), acquistabile in tutte le edicole.

Il materiale utilizzato in questo progetto è disponibile presso Futura Elettronica. (www.futurashop.it). La board ARDUINO YÚN REV 2 (cod. ARDUINOYUNREV2) è in vendita a Euro 59,50, l’alimentatore switching 5 VDC / 3 A con connettore micro USB (cod. AL05-3USB) costa Euro 10,50, la scheda ethernet a 2 relè (cod. TH2RELBOARD) è disponibile a Euro 34,00, l’alimentatore switching 12 VDC / 1,2 A (cod. AL12V1A2) è in vendita a Euro 8,50. Il libro “Alla scoperta di Arduino Yún” (cod. YUNBOOK1) è disponibile a Euro 12,90 e il cavo UTP CAT5E 2XRJ45 da 1,8 metri (cod. PAC609B018) costa Euro 2,70. I prezzi si intendono IVA compresa.