NodeMCU Versuch einer Begriffsentwirrung
Module und Entwicklungsumgebung
Die NodeMCU-Module sind äußerst attraktive Bausteine für Aufgaben, bei denen nicht die Leistungsfähigkeit der Prozessoren, sondern ein niedriger Stromverbrauch und Preis im Vordergrund steht (Messaufgaben mit Sensoren, Schaltaufgaben mit Relais, etc.). Sie verfügen über onboard-WLAN, unterschiedlich viele zugängliche Anschlusspins und sind in verschiedenen Größen erhältlich. Die Stromversorgung beträgt zumindest bei den Breakout boards 5V (intern 3,3 bis 3,6V). Die Programme werden in einen Flash-Speicher geladen und bleiben auch nach dem Ausschalten erhalten.
NodeMCU
ist ein open source IoT Betriebssystem für den 32-Bit-Mikrocontroller ESP8266. Gleichzeitig bezeichnet der Begriff Entwicklungsmodule basierend auf dem ESP-12 Mikrocontroller. https://de.wikipedia.org/wiki/NodeMCU
ESP8266
ist ein kostengünstiger Mikrocontroller, der als Basis für eine Reihe von Modulen mit verschiedenen Eigenschaften und Formfaktoren, wie z.B ESP-01, das es auch in Kombination mit einem Relais gibt. https://de.wikipedia.org/wiki/ESP8266
ESP32
ist die jüngere Generation der Mikrocontrollerfamilie (2016), der in gewisser Weise den ESP8266 fortsetzt, leistungsfähiger ist und zusätzliche Features bietet. https://de.wikipedia.org/wiki/ESP32
Entwicklungsumgebungen
Programmieren kann man diese alle Module mit verschiedenen SDKs (Software Development Kits) wie z.B. dem ESplorer und der Scriptsprache LUA. Die meisten Beispiele im Netz findet man allerdings für die Arduino IDE (Integrated Development Environment). Diese verwendet eine C/C++-ähnliche Programmiersprache. Damit wäre man zusätzlich für die Programmierung eines Arduino-Boards gerüstet.
Modulauswahl
Sucht man auf https://www.aliexpress.com/ nach "nodemcu" oder "esp8266" findet man alles, was das Herz begehrt.
Der besonders in deutschen Foren häufig gelesene Hinweis, man finde dort nur minderwertige Chinaware ist geradezu absurd. Erstens ist NodeMCU eine chinesische Entwicklungsplattform und zweitens werden mittlerweile Elektronikteile überwiegend in China produziert. Selbst der höchstpreisige Smartphonehersteller mit dem angebissenen Obst lässt seine Produkte zu 100% in China produzieren.
Allerdings kann man nicht an alles, was man dort findet, unmittelbar 5V anschließen und sofort verwenden. Ich bin kein Elektrotechniker und daher möchte ich nur die zwei Module beschreiben, die ich bereits selbst verwendet habe.
NodeMCU Entwicklungsmodul
Eine sinnvolle Erstanschaffung ist ein Entwicklungsmodul. Es gibt hier eine (scheinbar) große Auswahl mit verschiedenen Bezeichnungen. Die Versionsnummern V1, V2 oder V3 kann man ignorieren. Zusätzlich existieren zwei unterschiedliche Größen, was allerdings in den Beschreibungen verschwiegen wird. Daneben gibt es noch die Versionsnummern 0.9 und 1.0. Diese Angaben sind hilfreich wenn man sie findet. Es gibt eigentlich nur das ältere 0.9 und das aktuellere 1.0 Board.
Die beiden Boards haben unterschiedliche USB-Seriell-Wandler-ICs, die älteren den CH340G, die neueren den CP2102. Diese Angabe findet man bei den Angeboten immer. Für den CP2102 muss man zudem keinen Driver installieren, da er in Windows 10 vorhanden ist. Die CP2102-Board sind darüberhinaus kleiner, was für den Breadboard-Aufbau entscheidend ist.
Die CH340G-Boards belegen die Reihen a und j. Damit hat man keine Möglichkeit mehr Jumper-Kabel einzustecken. Die CP2102-Boards finden in den Reihen b und i Platz. Die Reihen a und j bleiben für die Verkabelung. Ob beim Zusammenstecken zweier Breadboards die Pin-Abstände noch stimmen, habe ich nicht versucht.
Ein zusätzliches Unterscheidungsmerkmal sind die quer bzw. längs beschrifteten Pins (siehe Bild oben!). Wenn man die Wahl hat, nimmt man also ein CP2102-Board. Es kostet ca. € 0,20 mehr.
ESP-01
Der ESP-01 ist so ziemlich das Minimalistischste, wofür ich je ein Programm geschrieben habe. Das ist aber auf die Größe bezogen und nicht auf die Leistungsfähigkeit (hier war es wohl der ZX81). Das Modul gibt es in verschiedenen Ausprägungen und ist wohl millionenfach in kommerziellen Produkten verbaut, z.B. in den Sonoff-Produkten). Für den Anfang kann man ein Modul mit Relais wählen. Das Erfolgserlebnis stellt sich durch ein leises Klicken ein.
Das Modul mit Prozessor kostet beim Chinesen unseres Vertrauens ca. 2 EUR, der für das Flashen erforderliche USB-seriell-Adapter ca. 0,70 EUR. Man kann also nichts wirklich falsch machen. Der rote Kringel symbolisiert ein an beiden Enden abisolierstes Stück Litzendraht, mit dem GPIO0 und GND zum Flashen verbunden werden müssen. Das Stück Draht steckt man dann gemeinsam mit dem Prozessormodul in die Fassung.
Zum Betrieb des Relaismoduls benötigt man auch noch eine 5V Stromversorgung. Hier opfert man am Besten ein billiges USB-Kabel, schneidet den richtigen Stecker ab und verbindet 5V und GND (des USB-Kabels) mit der zweipoligen Schraubklemme. Der USB-Anschluss am PC liefert für das kleine Modul genügend Leistung.
Kommerzielle Anwendungen
Interessante Anwendungen, die den ESP-01 findet man von der chinesischen Firma ITEAD. Die produzieren u.a. WLAN gesteuerte Smart Home Stromschalter in verschiedenen Ausführungen, wie zum Beispiel folgende:
Das Bild zeigt den Zwischenschalter SONOFF basic (ca. 5 EUR), die Schaltsteckdose SONOFF S20 (ca. 11 EUR) und den Lampenschalter SONOFF Slampher (ca. 10 EUR). Die Größenunterschiede auf dem Bild entsprechen nicht der Realität und die Preise sind von Aliexpress. Bei Amazon sind die Geräte einiges teurer, aber nicht völlig überzogen.
Die Produkteigenschaften sind im Wiki von ITEAD beschrieben. Dort findet man auch, dass der Datenverkehr über den Amazon AWS global server läuft.
Das besondere an diesen Teilen ist nun, dass die Firmware relativ einfach modifiziert (überschrieben) werden kann, sodass die Kommunikation nicht mehr das eigene WLAN verlässt. Die Platine ist für ein solches Vorhaben vorbereitet, weil die für die Programmierung entscheidenden Pins leicht zugänglich sind. Das dürfte auch von ITEAD durchaus beabsichtigt sein, wenn man einen Blick auf deren Blog wirft. Außerdem haben die Geräte durch den eingebauten Minitrafo die Stromversorgung natürlich gleich dabei, sodass man sich diesbezüglich um nichts mehr kümmern muss.
Interessant ist vielleicht auch, dass es für den SONOFF basic ein (spritz)wasserdichtes Gehäuse (Sonoff IP66 Waterproof Cover Case) um ca. 4 EUR gibt. Damit ist das Gerät für den Garteneinsatz prädestiniert.
