A análise de condições climáticas atua em benefício da qualidade de vida, auxiliando em plantações, sistemas hídricos, e até mesmo na prevenção de doenças humanas. Anteriormente, desenvolvemos uma ferramenta de estudo meteorológico através do IBM Cloud e Node-RED, armazenando as informações coletadas em um navegador web com host particular. Nesse post iremos explorar a construção de tal projeto através das ferramentas disponíveis pelo Blynk, transmitindo o controle  e monitoramento sem fio de um ESP32 a uma plataforma mobile.

Circuito Elétrico

          Para concluir as atividades desse post, tenha em mãos os seguintes componentes:

          Você pode compra-los clicando nos links acima ou visitando nosso site: www.curtocircuito.com.br.

          A construção do circuito elétrico irá exigir um valor de correte elétrica maior do que o fornecido internamente em placas DOIT ESP32,  portanto, iremos utilizar uma fonte de Protoboard como meio de fornecer uma alimentação externa para o projeto. A tensão de saída da fonte poderá ser ajustada entre 5V e 3,3V de acordo com a posição dos plugs amarelos, destacados na imagem abaixo, e no caso desse projeto, iremos ajusta-la em 5V.  A fonte de Protoboard possui polaridade, portanto verifique os polos atentamente antes de conectá-los ao Protoboard.


Verifique a polaridade antes de conectar a fonte ao protoboard.

          LEDs RGB possuem quatro terminais, sendo três responsáveis por emitir as cores e um (o maior entre eles) a polaridade. A alimentação do LED será dividida entre Ánodo ou Catodo comu, se for anodo conecte a fileira positiva, se for catodo na fileira negativa.

LED RGB possui polaridade, se for anodo conecte ao positivo, catodo ao negativo.


          Encaixe o LED no Protoboard, conectando os resistores de 330 Ω entre os pinos do LED e as portas digitais D02, D04 e D23 do ESP32, e alimente o pino maior de acordo com o tipo de LED.



Sensor de Chuva

          Este componente emite leituras analógicas e digitais, ao entrar em contato com água, possibilitando diferenciar um chuvisco de uma tempestade. A leitura digital irá identificar a presença de água sob as hastes metálicas do sensor, alternando entre 0 e 1, enquanto o valor analógico permite analisar a intensidade, variando de 0 á 4095. A pinagem do componente será divida da seguinte maneira:


O sensor de chuva dispões de 4 pinos, sendo dois deles parte do sinal de comunicação.
 
          A leitura analógica será limitada a alguns terminais ao acionar o módulo Wi-Fi, sendo essas as portas ADC1 32, 33, 34, 35, 36 e 39. Encaixe os pinos GND e VCC nas fileiras de alimentação do Protoboard, o terminal D0 do sensor na porta digital D12 e o A0 na porta VP.Como a largura de um único protoboard mostra-se insuficiente para acoplar um ESP32, recomendamos a junção de duas placas. 


Conectando o sensor de chuva ao ESP32


          Os valores do sensor serão interpretados de forma decrescente, ou seja, quanto menor for a leitura analógica, maior será o volume da chuva. Para testar o funcionamento do sensor utilize o seguinte exemplo:

// Projeto Curto Circuito - ESP32: Sensor de Chuva

//Sensor de Chuva - Pinagem e variáveis 
int pino_d = 12; // Pino ligado ao D0 do sensor
int pino_a = 36; // Pino ligado ao A0 do sensor
int val_d = 0;   // Armazena o valor lido do pino digital
int val_a = 0;   // Armazena o valor lido do pino analógico
// LED
int pin = 2;    // Vermelho Pino D2 do ESP32
int pin2 = 4;   // Azul Pino D4 do ESP32

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  // Sensores INPUT
  pinMode(pino_d, INPUT);
  pinMode(pino_a, INPUT);
  // LEDs OUTPUT
  pinMode(pin, OUTPUT);
  pinMode(pin2, OUTPUT);
}

void loop()
{
  // Armazena os valores de leitura
  val_a = analogRead(pino_a);
  // Se a leitura analógica for menor que 300
  if ( val_a < 1000)
  { // Chuva intensa
    digitalWrite(pin, 0);   // Desliga
    digitalWrite(pin2, 1);  // Liga
    Serial.println("Chuva Intensa");
    Serial.println(val_a );
  }
  // Se a leitura analógica for menor que 500 e maior que 300
  if (val_a <= 3000 && val_a >= 1000)
  { // Chuva moderada
    digitalWrite(pin, 1);    // Liga
    digitalWrite(pin2, 1);   // Liga
    Serial.println("Chuva Moderada ou Chuvisco");
    Serial.println(val_a );
  }
  // Se a leitura analógica for maior que 500
  if ( val_a > 4000)
  { // Sem previsão de Chuva
    digitalWrite(pin, 1);    // Liga
    digitalWrite(pin2, 0);   // Desliga
    Serial.println("Sem previsão de chuva");
    Serial.println(val_a );
  }
}
          A leitura analógica em val_a será inicialmente de 4095, tal valor irá diminuir ao aplicar água sob as hastes do sensor, acima de 3000, irá representar um leve gotejar, até 1000, chuva moderada, e abaixo disso poderá ser considerado como tempestade.

O funcionamento do sensor de chuva poderá ser avaliado ao mergulha-lo em um copo com água, ou gotejar algum líquido sob as hastes de metal.


Módulo DHT22

          O módulo DHT 22 facilita a construção de plataformas voltadas a estudos climáticos, pois simplifica a leitura de umidade e temperatura em um único componente, com precisão que varia de 2% á 5% e tempo de resposta de até dois segundos. A leitura da Temperatura alcança uma faixa de -40° á 80º, e para a Umidade de 0% á 100%.Esse tipo de sensor poderá ser encontrado de duas formas distintas, uma com o padrão comum apresentando quatro terminais, e outro em um módulo que irá resumir a quantidade de terminais para três. A diferença entre eles encontra-se na construção do circuito elétrico, enquanto o modelo comum exigi a aplicação de um resistor de pull-up e o isolamento de um terminal, o módulo poderá ser aplicado diretamente ao microcontrolador.

A diferença entre eles se da pela quantidade de componentes necessário para seus respectivos funcionamentos.

          A pinagem do sensor será distribuída de acordo com a imagem seguir, sendo a alimentação lógica entre 3,3 á 5 V, o ENB deverá ser isolado, ou seja, não será conectado a nenhum terminal, e o píno OUT será o sinal de leitura, que no caso do sensor comum de quatro terminais deverá ser acompanhado por um resistor de aproximadamente 10KΩ.

A diferença entre o módulo DHT e o padrão comum será observado na quantidade de terminais, e no circuito elétrico necessário para o funcionamento de ambos.

          Caso tenha optado por utilizar o módulo conecte os pinos de alimentação no Protoboard, e o pino OUT na porta D14.


O módulo DHT 22 deve ser conectado a um pino diigital, e no caso desse exemplo será o pino D14.


          Se optou pelo modelo comum de quatro terminais, conecte os pinos de alimentação nas fileiras do protoboard, um resistor de 10KΩ entre a porta digital D3 e o pino 2 do sensor, um jumper entre o resistor e polo positivo do Protoboard, e pino ENB deverá ser isolado.

O modelo padrão de sensor DHT22 irá seguir o seguinte parâmetro, isolando o terceiro terminal.

          Recomendamos instalar a biblioteca “DHT sensor library”, como meio de auxilio no desenvolvimento de futuros projetos referente a este componente, que pode ser facilmente instalada através do Gerenciador de Bibliotecas da IDE do software Arduino;


Biblioteca DHT, disponível no gerenciador do Arduino IDE.


          Utilize o exemplo apresentado abaixo como meio de testar o funcionamento do módulo:

// Projeto Curto Circuito – ESP32: DHT22 Teste

#include "DHT.h" // Inclui a biblioteca DHT
#define DHTPIN 13 // Define que OUT será conectado em D13
#define DHTTYPE DHT22 // Define o modelo de sensor como DHT 22 
// DHT irá interpretar os valores de leitura do pino de acordo com o tipo de sensor
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);    // Taxa de transmissão 9600 dBs
  dht.begin();           // Taxa de transmissão do sensor
}

void loop()
{
  delay(2000);          // Intervalo de 2 segundos entre as leituras
  // Indica a Umidade (%)
  float h = dht.readHumidity();
  // Indica a temperatura em Celsius (°C)
  float t = dht.readTemperature();
  // Escreve os valores de leitura no monitor serial
  Serial.print("Umidade: ");
  Serial.print(h);
  Serial.print(" %\t");
  Serial.print("Temperatura: ");
  Serial.print(t);
  Serial.print(" *C ");
}

           A biblioteca DHT trará consigo algumas funções próprias que irão simplificar a coleta de leituras climáticas,  em dht.readHumidity() iremos obter os valores referentes a umidade, enquanto o dht.readTemperature() nos fornecerá a temperatura ambiente. Em #define DHTTYPE, definimos o tipo de sensor DHT que será atribuído a programação, sendo eles divididos entre: DHT11, DHT21, DHT22.


BMP280

          O módulo BMP 280 será utilizado para obter leituras referentes à Altitude, Pressão e Temperatura, com precisão de 1% e tempo de resposta em aproximadamente dois segundos. A faixa de leitura da temperatura será similar ao apresento pelo módulo DHT22, a pressão será de 30000 á 110000 Pa (Pascal), e a altitude de 100000 á 100 m (metros).


O sensor BMP280 dispões de 4 pinos para leitura de sinais referentes a temperatura, pressão e altitude.


          Para adiciona-lo ao circuito, conecte os pinos de alimentação no Protoboard, SCK na porta D4, SDA porta D5, CS porta D18, e SDO porta D19.


O sensor BMP280 dispões de 4 pinos para leitura de sinais referentes a temperatura, pressão e altitude.


          Adicione a  biblioteca “Adafruit BMP280 Library”, que poderá ser facilmente instalada através do Gerenciador de Bibliotecas da IDE do software Arduino.


Biblioteca Adafruit bmp280, disponível no gerenciador do Arduino IDE.


          As leituras de pressão variam de acordo com a altitude e as condições de temperatura no ar, quanto maior for a altitude em relação ao mar, menor será a pressão. A proporção de comparação do nível do mar poderá ser dada pelos seguintes valores: 


Os valores e pressão e altitude serão inversamente proporcionais.

// Projeto Curto Circuito – ESP32: BMP280 teste

//---Bibliotecas---
#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BMP280.h>

//---BMP Pinagem---
#define BMP_SCK 4
#define BMP_SDI 5
#define BMP_CS 18
#define BMP_SDO 19
Adafruit_BMP280 bmp280(BMP_CS, BMP_SDI, BMP_SDO,  BMP_SCK);

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  bmp280.begin();
}

void loop()
{
  // Temperatura em Celsius
  Serial.print("Temperature = ");
  Serial.print(bmp280.readTemperature());
  Serial.println(" *C");
  // Pressão em Pascal
  Serial.print("Pressure = ");
  Serial.print(bmp280.readPressure());
  Serial.println(" Pa");
  // Altitude em Metros
  Serial.print("Approx altitude = ");
  Serial.print(bmp280.readAltitude(1013.25));
  Serial.println(" m");
  Serial.println();
  delay(2000);
}
          O funcionamento da programação dependerá do ajuste das variáveis em uma interface adequada, no caso do modelo de sensor utilizado nesse post, será o protocolo de comunicação SPI, que utilizar 4 pinos de comunicação (BMP_CS, BMP_SDI, BMP_SDO, BMP_SCK). A interface SPI requer a definição da pinagem de comunicação entre o sensor e o ESP32. 
//---BMP Pinagem---
#define BMP_SCK 4
#define BMP_SDI 5
#define BMP_CS 18
#define BMP_SDO 19

          A função Adafruit_BMP280 bmp280, cria uma variável responsável por interpretar a leitura nos pinos de comunicação, para realizar a leitura das condições climáticas, basta aplicar as funções readTemperaturereadPressure, que funcionarão de forma similar a ferramentas como digitalWrite ou analogWrite, ou readAltitude(1013.25), que irá utilizar um cálculo simples de conversão dos valores em metros.


Programação

          A programação será uma junção de todas as funções de leitura atribuídas aos sensores apresentados até então, armazenando as informações em portas de comunicação virtual.

// Projeto Curto Circuito – ESP32 & Blynk: Análise Meteorológica

//-------- Bibliotecas -----------
#define BLYNK_PRINT Serial
#include "DHT.h" // DHT
#include <BlynkSimpleEsp32.h> // Blynk-ESP32
#include <Adafruit_BMP280.h>
#include <SPI.h>
#include <WiFi.h> // Wi-Fi
#include <WiFiClient.h> // Wi-Fi client 
//-------- DHT 22 -----------
#define DHTTYPE DHT22 // Tipo DHT 22, AM2302, AM2321
#define DHTPIN 12 // Pino 12 (GP12)
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
//-------- Token de Autenticação -----------
char auth[] = " TOKEN_DE_AUTENTICAÇÃO"; // Coloque aqui o código de Token
//-------- Configurações de Wi-fi -----------
const char* ssid = "NOME_DA_REDE";      // Nome da rede Wi-Fi
const char* password = "SENHA"; // Senha da rede
//-------- Sensor bmp280 --------
#define BMP_SCK 4
#define BMP_SDI 5
#define BMP_CS 18
#define BMP_SDO 19
Adafruit_BMP280 bmp280(BMP_CS, BMP_SDI, BMP_SDO,  BMP_SCK);
//-------- Sensor de Chuva--------
#define pino_d 2
#define pino_a 36
int  val_a = 0;
int  val_d = 0;

BlynkTimer timer;
void sendSensor()
{
  float h = dht.readHumidity();   // Armazena a leitura da umidade em “h”
  float t = dht.readTemperature();// Armazena a leitura da umidade em “t”
  float p = bmp280.readPressure();
  float a = bmp280.readAltitude(1013.25);
  val_a = analogRead(pino_a);     // Armazena os valores de leitura do sensor de Chuva
  Blynk.virtualWrite(V5, h);      // Umidade porta virtual V5
  Blynk.virtualWrite(V2, t);      // Temperatura porta virtual V2
  Blynk.virtualWrite(V3, p);      // Pressão porta virtual V3
  Blynk.virtualWrite(V9, a);      // Altitude porta virtual V9
  Blynk.virtualWrite(V10, val_a); // Chuva porta virtual V10
}
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  bmp280.begin();                    // bmp280
  dht.begin();                       // DHT
  Blynk.begin(auth, ssid, password); // TOKEN+REDE+SENHA
  timer.setInterval(1000L, sendSensor);
}
void loop()
{
  timer.run();
  Blynk.run();
}
          Lembre-se de instalar a biblioteca Blynk antes de transferir a programação. A conexão entre o circuito elétrico e o servidor do aplicativo, irá depender exclusivamente do Token de autenticação e das configurações de Wi-Fi. Ao pressionar o botão "Create New Project" no próprio aplicativo, será enviado um token automaticamente para o e-mail cadastrado no Blynk.

O token é um  código utilizado para gerar um acesso de segurança.

          Os sensores serão declarados da mesma forma que foram apresentado nos exemplo anteriores, o único diferencial será para enviar as informações de leitura, que deverão ser armazenadas em portas virtuais do aplicativo, através da função Blynk.virtualWrite. Na programação utilizamos os seguintes pinos virtuais: 
  Blynk.virtualWrite(V5, h);          // Umidade porta virtual V5
  Blynk.virtualWrite(V2, t);           // Temperatura porta virtual V2
  Blynk.virtualWrite(V3, p);          // Pressão porta virtual V3
  Blynk.virtualWrite(V9, a);          // Altitude porta virtual V9
  Blynk.virtualWrite(V10, val_a); // Chuva porta virtual V10
          As funções timer.run() e Blynk.run(), servirão para criar um bloqueio, impedindo que qualquer coisa aconteça fora das funções Blynk e Timer.  A timer.setInterval(1000L, sendSensor), faz parte da função Timer, e realiza a tarefa de direcionar a leitura para o void sendSensor(). Enquanto o Blynk.begin(auth, ssid, password), será responsável por manter a conexão entre o aplicativo e o circuito.

Bllynk

          Instale em algum dispositivo mobile o aplicativo Blynk (disponível gratuitamente para plataformas IOS e Android), clique em NEW Project e selecione o tipo de sistema/placa que estará utilizando, no caso desse projeto "ESP32 Dev Board".

Utilize o Blynk para construir um controle mobile de automação .


          Na tela inicial do aplicativo, clique em , procure pela ferramenta Gauge e adicione uma unidade, que será aplicado a leitura da umidade.

O Gauge será utilizado para construir uma avaliar as informações de  forma crescente.


          Nas configurações de cada Gauge ajuste os seguintes parâmetros:


Configure os dois Gauge como mostra a imagem.


          Retorne ao menu de ferramentas e adicione um objeto SuperChart, este será utilizado na exibição das informações em gráficos.


Utilizado para gerar gráficos automaticamente.


          Nas opções de configuração construa um tópico para cada informação que deseja inserir no gráfico (Temperatura, Umidade e Pressão). Procure colocar cores diferentes em cada tópico.


Construa tópicos para cada opção que deseja adicionar no gráfico. 


          Clique  no botão  e acesse as opções de formatação do gráfico. Configure os parâmetros de cada tópico como mostra o exemplo da imagem a seguir:

Cada informação deverá ser adicionada manualmente de acordo com a leitura nos pinos presente em INPUT.

          Em modo AUTO os valores serão ajustados automaticamente em tempo real, porém, em alguns casos, como a temperatura e a umidade, será melhor definir um ponto mínimo/máximo de leitura.

          Adicione uma barra de progresso Level H, e configure-o com a finalidade de exibir a leitura do sensor de chuva. O senso interpreta valores abaixo de 2000 como chuva, portanto, a melhor forma de visualizar essa barra será colocar a ordem de leitura de forma decrescente de 4000 á 0.


Ajuste a barra de progresso para medir a intensidade no sensor de chuva.
              

          Procure a ferramenta Value Display, e ajuste os parâmetros de configuração para coletar os valores de leitura da altitude.


Ferramenta utilizada para exibir valores numéricos em um display


          Adicione duas ferramentas button para controlar as cores do LED RGB, infelizmente não será possível controlar as três cores nesse caso, pois o valor de 2000 energias será insuficiente.


A ferramenta Button dispõe de diversas opção de configuração para o funcionamento do controle mobile.


          Pressione o botão , iniciando o funconamento do aplicativo. Em poucos instantes as ferramentas irão exibir as informações coletadas nos respectivos sensores. A conexão entre o Blynk e p ESP32 costuma ser imediata, caso haja algum problema, verifique se as informações de Wi-Fi e Token foram adicionadas corretamente na programação.


As informações serão atualizadas em tempo real.



Considerações Finais

          O gráfico SuperChart permitirá a visualização dos dados coletados, tanto em tempo real, quanto a horas e dias atrás, demonstrando assim que a plataforma possui um armazenamento de informações na nuvem. E mesmo com um valor limite para a construção de aplicativos gratuitos, foi possível transmitir a leitura de todos os sensores de forma clara e objetiva, gerando assim uma estação meteorológica mobile completa. O Blynk também permite a reciclagem de ferramentas, por exemplo, se quiser trocar o layout desse projeto, substituir ou adicionar funções, basta clicar no objeto e arrasta-lo ao canto superior da tela, o item será deletado, e o saldo referente ao mesmo será retornado, possibilitando que o usuário explore outras opções como Bluetooth, MQTT, envio de notificações por e-mail, redes sociais, etc. O compartilhamento e publicação  dos aplicativos particulares também irá consumir parte do dinheiro virtual, sendo praticamente preciso adquirir um pequeno saldo, porém, não há necessidade caso queira manter apenas em um único celular.