NodeMCU y MicroPython: múltiples entradas analógicas

Una de las particularidades del NodeMCU con el chip ESP8266 es tener un solo puerto analógico, a diferencia del Arduino UNO o Nano que tienen varios, esta diferencia genera que al momento de querer trabajar con más de un sensor analógico tengamos una limitante y debamos buscar alternativas.

Podemos resolver este problema utilizando diferentes métodos, por ejemplo utilizar un Arduino conectado al NodeMCU para que sense los valores de los sensores analógicos y los comunique por serie; pero se incorpora cierta complejidad y no podríamos resolver todo con MicroPython en un solo programa.

Multiplexor Analógico de 16 canales

La solución que encontré es con un pequeño chip llamado 74HC4067 que nos permite tener hasta 16 entradas analógicas por medio de una multiplexación de 4 canales digitales.

La forma de conectarlo es la siguiente:

NodeMCU PinMultiplexor Analógico
D4S0
D3S1
D2S2
D1S3
VCC3v3
GNDGND
ENGND
SIGA0

En el diagrama anterior tenemos conectado la salida de cada potenciometro a un puerto analógico de 74HC4067, en nuestro ejemplo solo utilizaremos 3 entradas para mostrar su uso. Cada sensor analógico va conectado en alguno de los puerto C0-C15.

Para poder leer cada uno de los valores de los puertos C0-C15 tenemos que poner en HIGH o LOW los puertos S0-S3 siguiendo la tabla indicada por el fabricante, se puede encontrar en el siguiente link: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd74hct4067.pdf.

De esta forma si queremos leer el puerto C0 debemos poner en en LOW D4,D3,D2 y D1. Para leer el puerto C1 seria HIGH D4 y LOW D3,D2 y D1. Extendiendo esto se entiende la idea.

Si solo deseamos leer los puerto C0, C1 y C3 para poder probar el ejemplo del diagrama se puede utilizar el siguiente código de ejemplo:


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from machine import Pin, ADC
import time

s0 = Pin(2, Pin.OUT)
s1 = Pin(0, Pin.OUT)
s2 = Pin(4, Pin.OUT)
s3 = Pin(5, Pin.OUT)

adc = ADC(0)

while True:

    # Se lee C0
    # Todos los pins van a LOW
    s0.off()
    s1.off()
    s2.off()
    s3.off()

    c0 = adc.read()

    # Se lee C1
    # Ponemos en HIGH S0 y el resto en LOW
    s0.on()
    s1.off()
    s2.off()
    s3.off()

    c1 = adc.read()    

    # Se lee C2
    # Ponemos en HIGH S1 y el resto en LOW
    s0.off()
    s1.on()
    s2.off()
    s3.off()

    c2 = adc.read()  

    print(c0,c1,c2)

    time.sleep_ms(250)

Si en cambio deseamos tener una forma dinámica de acceder a cada uno de los pins, podemos crear una lista con los elementos de la tabla de verdad anterior y recorrerla según el nro. de pin analógico que deseamos leer, a continuación el programa completo:


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from machine import Pin, ADC
import time

s0 = Pin(2, Pin.OUT)
s1 = Pin(0, Pin.OUT)
s2 = Pin(4, Pin.OUT)
s3 = Pin(5, Pin.OUT)

adc = ADC(0)

multiplexor = [  
    [0,0,0,0], #0
    [1,0,0,0], #1
    [0,1,0,0], #2
    [1,1,0,0], #3
    [0,0,1,0], #4
    [1,0,1,0], #5
    [0,1,1,0], #6
    [1,1,1,0], #7
    [0,0,0,1], #8
    [1,0,0,1], #9
    [0,1,0,1], #10
    [1,1,0,1], #11
    [0,0,1,1], #12
    [1,0,1,1], #13
    [0,1,1,1], #14
    [1,1,1,1], #15
]

pinCx = list(range(0,15))

while True:

    # Si queremos leer los valores de todos los puertos Cx
    for pin in pinCx:
        s0.value(multiplexor[pin][0])
        s1.value(multiplexor[pin][1])
        s2.value(multiplexor[pin][2])
        s3.value(multiplexor[pin][3])

        cx = adc.read()  

        print(pin," = ",cx)

    # Se lee C2
    # Ponemos en HIGH S1 y el resto en LOW
    s0.value(multiplexor[2][0])
    s1.value(multiplexor[2][1])
    s2.value(multiplexor[2][2])
    s3.value(multiplexor[2][3])

    c2 = adc.read()  

    print("Valor de C2 = ",c2)

    time.sleep_ms(250)

Si utilizamos una función, podemos simplificar aún mas:


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def valor_analogico(cx):
    s0.value(multiplexor[pin][0])
    s1.value(multiplexor[pin][1])
    s3.value(multiplexor[pin][3])
    s2.value(multiplexor[pin][2])

    lectura = adc.read()    

    return lectura

Para utilizar simplemente invocamos de la siguiente manera:


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lectura = valor_analogico(2) #leemos C2

Se puede encontrar el ejemplo en github:
https://github.com/gsampallo/micropython_examples/blob/master/74HC4067/multiplexor.py

Publicar datos a ThingSpeak con MicroPython

En el articulo anterior vimos como leer datos desde un canal publico en ThingSpeak; en esta ocasión nos interesa enviar datos hacia un canal propio.

Desde el punto de vista del hardware, utilizaremos algo muy sencillo: un nodemcu con un sensor analógico de humedad y una pantalla oled.

Como conectar la pantalla oled se cubrió en un video del canal y el sensor de humedad simplemente va conectado al puerto analógico del NodeMCU.

Por supuesto que no calibramos los datos del sensor, solo nos interesa obtener un valor para probar publicar datos.

Luego que hayamos creado el canal en ThingSpeak (basta con registrarnos en el sitio y luego hacer clic en el botón «New Channel» y elegir los campos); ingresamos en el canal y vamos al menu API Keys:

Sobre el borde derecho tendremos un bloque llamado API Request, donde existen varios tipos un request para actualizar el canal (el que utilizaremos), uno para obtener datos del canal, obtener datos de un campo en particular y el estado del canal.

Copiamos la url indicada, sera del siguiente tipo:

https://api.thingspeak.com/update?api_key=4H0IHE2TESPWITGB&field1=0

Crearemos el siguiente programa en MicroPython, que sera el que utilizaremos para actualizar los datos:


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from machine import Pin,I2C,ADC
import ssd1306

import json
import network
import urequests
import time
import wlan

wlan.do_connect()

i2c = I2C(-1, Pin(5), Pin(4))
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

adc = ADC(0)

url = "https://api.thingspeak.com/update?api_key=4H0IHE2TESPWITGB&field1=%s"

while True:
    moisure = adc.read()

    oled.fill(0)
    oled.text(str(moisure),0,0)
    oled.show()

    data = url % moisure
    update = urequests.get(data)
    time.sleep(10)

Una vez que hayamos subido el programa al dispositivo y se ejecute, publicara datos cada 10 segundos en ThingSpeak, luego de un breve periodo de tiempo podremos ver un grafico como este: