8 Kanal I2C – Relais per WLAN ( WiFi ) steuern mit ESP8266 Webserver über Netzwerk

Auf dem WiFi Modul ESP8266 läuft ein TCP Server der über den I2C Bus die relay Karte steuert. Bedienung erfolgt über Internetbrowser. Eine Webseite mittels Java Skript und AJAX Technologie sendet Steuerungsbefehle und zeigt aktueller Schaltzustand der Relais. Für den Fall, wenn Relais von mehreren Orten gesteuert werden, kann die Anzeige des Relais Zustands im Browser im Sekundentakt aktualisiert werden. Kosten der Bauteile betragen etwa 20€. Also ein low cost Projekt.

8 Kanal 5V Relay Relais Module Modul für Arduino 8051	PCF8574 IO Erweiterungskarte Blau I2C-Bus Modul	ESP8266 Modul
Kabel	5V USB Adapter	DC / DC 3.3V AMS1117-3.3V

8 Kanal Relais Karte mit I2C Port-Erweiterungsmodul zusammen mit Kabel kosten 12,40€ bei Amazon. ESP8266 kostet 3,50€ und 5V USB-Netzteil 3 ,00€ Spannungsregler 3,21€ macht zusammen 22,11€.
Da braucht man keine Platane zu löten. Einfach Module nach Schaltplan verbinden und die Schaltung ist fertig. In diesem Projekt werden nur 8 Relais angesteuert aber theoretisch können es (8 Output × 8 IC PCF8574 =) 64 Relais sein.

Schaltplan

Beschreibung der Schaltung

Die Schaltung benötigt 2 Spannungen: 5V für Relaiskarte und I2C Modul und 3,3V für ESP6288 Modul. 5V Liefert USB-Ladeadapter, 3,3V Liefert DC / DC 3.3V AMS1117-3.3V Modul. Diesem Modul, meiner Meinung nach, fehlt ein größere Kondensator. Deswegen wurde C1 eingeführt. Über Steckerleiste J1 kann ein RS232 Adapter angeschlossen werden um Firmware zu laden und den Server zu konfigurieren. Beim Starten der Schaltung mit geschlossenem Jumper EP1 geht ESP6288 Modul in Programmiermodus. ESP6288 Modul ist per I2C-Buss mit der PCF8574 IO Erweiterung Modul verbunden. Ich habe absichtlich GPIO0 als Clock-Signal konfiguriert weil ESP-01 Modul wehrend den Bootvorgang an GPIO2 Mühl sendet. Stromaufnahme der 8 Kanal Relaiskarte beläuft auf (70mA/Relais x 8=) 560mA. Dazu kommt 200mA vom ESP-01 Modul und 100mA Kleinkram wie PCF8574 und Optokoppler. Macht insgesamt 860mA. USB-Ladeadapter soll mindestens 1A liefern können. Relais schalten beim Low-Pegel an den IN-Eingängen. Glücklicherweise liefert PCF8574 beim Anlegen der Spannung High, so der Ausgangszustand ist Aus für alle Kanäle.

Funktionsweise

Nach dem Anlegen der Versorgungspannung startet ESP8266 als Server. Beim Aufruf der Index Seite wird eine Webseite erzeugt mit 8 Buttons. Sobald Webseite im Browser geladen ist, startet ein Java-Script, der mittels AJAX, asynchron Daten über Schaltzustand der Relais abfragt. Danach geschieht das Abfragen der Relais jede 3 Sekunden. Wenn ein Button betätigt wird, sendet Java-Script über AJAX Daten an den ESP8266 WebServer. ESP8266 sendet Daten über I2C-Bus und steuert über I2C-Bus und PCF8574 IO Erweiterungskarte den 8 Kanal Relais Modul. Nach dem das Steuerbefehl erfolgreich über I2C geschickt wurde, erhält Webseite über AJAX Antwort des ESP8266 Servers und zeigt mit der Farbe des Buttons neuen Schaltzustand der Relay (Eigentlich wird Schaltzustand aller 8 Relay aktualisiert). Interessant wird es, wenn man von mehreren Rechnern gleichzeitig den 8 Kanal Relay Board steuert.

Quellcode

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#include <ESP8266WiFi.h>

#include <ESP8266WebServer.h>

#include <EEPROM.h>

#include <Wire.h> // I2C -Bibliothek

#include "Index.h" // Enthaelt HTML-Code der Index Webseite

// const char indexHtml[5423]={};

char ssid[32] = "1234\0";

char passphrase[64] = "567890\0";

char output = 0; // Schltzustaende

char IC = 32; // Adresse des I2C ICs

int i, port;

ESP8266WebServer *server; //Zeiger auf Objekt Klasse Server

EspClass esp; // Objekt esp um Reset zu machen

void setup() // Wird 1 Mal beim Start ausgefuehrt

{

Wire.begin(2, 0); // I2C-Bus initialisieren GPIO2-Data GPIO0-Clock

Wire.setClock(1000); // I2C-Bus Freqenz

// Anfangszustand 1111 11111 (Relais ausgeschaltet)

Wire.beginTransmission(IC); // IC-Adresse

Wire.write(~output); // Byte senden Daten werden Inveriert

Wire.endTransmission(); // I2C Stopbedingung

Serial.begin(115200);

Serial.println("\r\n") ;

EEPROM.begin(66); // EEPROM initialisieren mit 64 Byts

sprungmarke:

// Eeeprom einlesen

for (i = 0; i < 32; i++) ssid[i] = EEPROM.read(i);

for (i = 32; i < 64; i++) passphrase[i - 32] = EEPROM.read(i);

port = EEPROM.read(64);

port += EEPROM.read(65) * 256;

// Wenn EEPROM leer

if (ssid[0] == 255)

{

Serial.println("SSID nicht konfiguriert\r\n") ;

Serial.println("Weiter mit \"Enter\"\r\n") ;

while (!Serial.available())yield(); // Warte bis Seriell etwas reinkommt

InputEEPR(); // Unterprogramm zum configurieren der WiFi

goto sprungmarke;

}

WiFi.mode(WIFI_STA); // Station Modus

WiFi.begin(ssid, passphrase);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) // Warten auf verbindung

{

delay(500);

Serial.print(".");

if (Serial.available()) InputEEPR(); // Ausgang wenn Seriell etwas empfangen

} // dann Wlan Name und Passwort eingeben

server = new ESP8266WebServer(port); // Objekt Server Bilden und dem Zeiger Uebergeben

Serial.println("");

Serial.print("Verbunden mit ");

Serial.println(ssid);

Serial.print("IP address: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

// Bechandlung der Ereignissen anschlissen

server->on("/", Ereignis_Index);

server->on("/schalte.php", Ereignis_Befehl);

server->begin(); // Starte den Server

Serial.print("HTTP Server gestartet am Port: ");

Serial.println(port);

}

void Ereignis_Befehl() // Wird ausgefuehrt wenn "http://<ip address>/schalte.php" aufgerufen wurde

{

String relaisNr = server->arg("relais"); // Relais Nr. empfangen

int z = relaisNr.toInt(); // String zu Integer konvertieren

z--; // 1 abzien, weil bits im Byte werden ab 0 gezaelt

String zustand = server->arg("schalte");

if (zustand == "1") bitSet(output, z); // Wenn Einschalten gewuenscht Bit setzen

if (zustand == "0") bitClear(output, z); // Wenn Ausschalten gewuenscht Bit zuruecksetzen

char k = 0; // Temporere Variable fuer XOR Operation

if (zustand == "2") output ^= bitSet(k, z); // Umschalten den gewaelten Relay mit XOR

Wire.beginTransmission(IC); // I2C IC-Adresse

Wire.write(~output); // Byte Invertieren, bei "0" sind Relais an

Wire.endTransmission(); // Stop-Bedingung I2C

// Serial.println(String(int(output)));

server->send(200, "text/plain", String(int(output)) ); // Antwort an Internet Browser senden

}

void Ereignis_Index() // Wird ausgefuehrt wenn "http://<ip address>/" aufgerufen wurde

{

server->send(200, "text/html", indexHtml); // HTML Webseie befindet sich im "Index.h"

}

void loop()

{

if (Serial.available()) InputEEPR(); // Wenn Seriell etwas empfangen

server->handleClient(); // Server Ereignisse abarbeiten

}

void InputEEPR() //Hier wird Wlan-Zugang sowie Port konfiguriert

{

String Text = ""; // Variable für Port Nummer als Text

char inser; // Variable für RS232-Empfangene Zeichen

inser = Serial.read();

if (inser != 13) return; // Wenn NICHT "Enter" dann Unterprogramm verlassen

schleife:

Serial.println("");

Serial.println("Bitte auswaelen zum aendern");

Serial.print("1. SSID: ");

Serial.println(ssid);

Serial.print("2. Passwort: ");

Serial.println(passphrase);

Serial.print("3. Serverport: ");

Serial.println(port);

Serial.println("4. Ausgang");

Serial.println("5. Reset");

Serial.println("");

while (!Serial.available()) yield(); // Warte bis etwas empfangen wird

inser = Serial.read(); // Auswahl empfangen

switch (inser) // Zutreffendes ausfuehren

{

case '1':

Serial.println("Input SSID: ");

for (i = 0; i < 32; i++)

{

while (!Serial.available()) yield(); //warte bis etwas empfangen wird

inser = Serial.read();

Serial.write(inser);

if (inser == '\r') // Wenn Zeile abgeschlossen ist

{

EEPROM.write(i, '\0'); // Stringende setzen

break; // for schleife verlassen

} else EEPROM.write(i, inser); // nechste Zeichen empfangen

}

Serial.println("\r\nOK");

EEPROM.commit(); // EEPROM fuesikalisch beschreiben

for (i = 0; i < 32; i++) ssid[i] = EEPROM.read(i); // Neue Daten in Variablen laden

break;

case '2':

Serial.println("Input Passwort: ");

for (i = 32; i < 64; i++)

{

while (!Serial.available()) yield();

inser = Serial.read();

Serial.write(inser);

if (inser == '\r')

{

EEPROM.write(i, '\0');

break;

} else EEPROM.write(i, inser);

}

Serial.println("\r\nOK");

EEPROM.commit();

for (i = 32; i < 64; i++) passphrase[i - 32] = EEPROM.read(i);

break;

case '3':

Serial.println("Input Port: ");

for (i = 0; i < 5; i++)

{

while (!Serial.available()) yield(); // warte bis etwas empfangen wird

inser = Serial.read();

Serial.write(inser);

if (inser == '\r') break; // Wenn zeile abgeschlossen ist for schleife verlassen

else Text += (char)inser;

}

Text += '\0'; // Stringende setzen

Serial.println("\r\nOK");

port = Text.toInt(); // Integer aus Text bilden

char* p;

p = reinterpret_cast<char*>(&port); // Byte array aus Integer machen

EEPROM.write(64, p[0]); // und im EEPROM speichern

EEPROM.write(65, p[1]);

EEPROM.commit();

port = EEPROM.read(64); // Neue Daten in Variablen laden

port += EEPROM.read(65) * 256;

break;

case '4':

WiFi.begin(ssid, passphrase);

return; // Unterprogramm InputEEPR() verlassen

break;

case '5':

esp.reset();

break;

default:

break;

}

goto schleife; // Nach der Eingabe wieder zum Menu zurueckkehren

}

Download Programm Download Firmware BIN-Datei und Quellcode als ZIP-Datei IP_I2C_Relais.zip

Server Client Kommunikation

http://<Domain>/ Webseite mit Buttons und AJAX Funktionalität
Weitere Infos für den Fall, wenn Sie eigene Steuerungswebseite erstellen möchten. Die kann ja auf jedem beliebigem Server laufen.
http://<Domain>/schalte.php Abruf aktueller Relaiszustandes. Als Antwort wird eine Zahl im Textformat empfangen z.B „129“ bedeutet Binär„1000 0001“ Relais 1 und Relais 8 sind „an“.
http://<Domain>/schalte.php?relais=2&schalte=0 bedeutet Relais 2 Ausschalten
Argument „relais“ Relais Nummer wählen
Argument „schalte“ 0-Auschalten, 1-Einschalten, 2-Umschalten(wenn „aus“ dann „an“, wenn „an“ dann „aus“)

WiFi Zugang Setup

Wlan Netzwerk, Password sowie Port Nummer wird über RS232-Terminal eingegeben und im EEPROM gespeichert.
Vorgehensweise: USB-Seriell mit dem ESP8266 WebServer verbinden, Terminalprogramm so einstellen das die Tastatureingaben direkt übertragen werden, kein Echo. Baudrate 115200, 8 Bit, kein handshake. Einschalten, Eingabetaste betätigen. Es wird eine Auswahlmenü angezeigt. Durch Eingabe der Zahl wird Menüpunkt ausgewählt (ohne „Enter“). Eingabe der Daten wird mit einem „Enter“ abgeschlossen.

Webinterface

8 Kanal I2C – Relais per WLAN steuern mit ESP8266 Webserver über Netzwerk

Schaltplan

Beschreibung der Schaltung

Funktionsweise

Quellcode

Server Client Kommunikation

WiFi Zugang Setup

Webinterface