ESPHome – alternativní firmware pro ESP8266 a ESP32

Pár článků zpět jsem psal o použití firmware Tasmota v kombinaci s Wemos D1 Mini a dvěmi sensory. V této kombinaci se Sonoff-Tasmota dala použít perfektně, nicméně to neplatí, pokud se rozhodneme použít ještě i displej.

Naštěstí jsem velmi nedávno objevil ESPHome, který slibuje možnost vytvoření vlastního firmware s připojením velkého množství všemožných druhů sensorů a displejů. To vše navíc téměř bez nutnosti znalosti C/C++.

Na velmi podobném projektu jako minule si tak ukážeme jak Esphomelib použít. V nějakém dalším článku bych pak rád ukázal možnosti použití se Sonoff Basic.

Co budeme potřebovat?

1. nepájivé pole (breadboard) – cca. $1 AliExpress
2. vodiče samec-samec – 4 žíly – cca. $0,7 AliExpress
3. desku Wemos D1 mini s čipem ESP8266 – cca. $2.25 AliExpress
4. sensor BME280 – měření teploty, vlhkosti a tlaku – cca. $2.18 AliExpress
5. nebo sensor SHT31 – měření teploty a vlhkosti – cca. $3.7 AliExpress
6. displej SSD1306 I2C – Oled displej s rozlišením 128×64 – cca $2.12 AliExpress
7. jakýkoliv USB kabel s USB nabíječkou (např. i mobilní nabíječku)

Zapojení

Pokud byste rádi znali více k zapojení koukněte do přechozího článku, který je z hlediska součástek téměř stejný – jen neobsahuje displej, který však má zapojení I2C stejné jako sensory.

Firmware

Instalace

Ukážeme si rovnou tři možnosti a nechám na každém, ať si vybere. Obecně bych doporučoval variantu první.

1.a Pro Python 3 – Linux / Mac

Pokud už Python 2 nemáte nainstalovaný či z jakéhokoliv jiného důvodu chcete použít pouze Python 3 pak existuje možnost, která je o něco komplikovanější a má jisté limity – z mého zkoušení nefunguje pouze webový dashboard.

Začneme vytvořením virtuálního Python 3 prostředí

python3 -m venv esphome

a virtuální prostředí si zaktivujeme

cd esphome
./bin/activate

Nyní už by nám balíček esphome měl jít nainstalovat

pip install esphome

1.b Pro Python 3 – Windows

V základní instalaci Windows 10 zřejmě stále nebudeme mít Python 3. Ten připadáme například přímo pomocí Microsoft Store:

Dále si vytvoříme virtuální prostředí pro EspHome s Pythonem 3:

python3 -m venv esphome

a virtuální prostředí si zaktivujeme

cd esphome
Scripts/activate

Nyní už by nám balíček esphome měl jít nainstalovat

pip install esphome

2.a Pro Python 2 – Linux / Mac (zastaralé)

? Pro úplnost zde nechávám i návod pro Python 2, který již je dnes zastaralý a není doporučovaný.

Začneme vytvořením virtuálního Python 2 prostředí pomocí virtualenv

virtualenv esphome

Pokud ještě virtualenv nemáme tak si ho můžeme doinstalovat

pip install virtualenv

Virtuální prostředí si zaktivujeme:

cd esphome
source ./bin/activate

a doinstalujeme do něj esphome se všemi závislostmi:

pip install esphome

2.b Pro Python 2 – Windows (zastaralé)

Pokud ještě Python 2.7.x nemáme, pak si ho stáhneme ze stránek Python.org a konkrétně nás bude většinou zajímat verze s označením Windows x86-64 MSI installer.

V dalším kroku pokud ještě nemáme utilitu virtualenv, tak si ji doinstalujeme:

pip install virtualenv

pip install esphome

… a hned ji použijeme pro vytvoření virtuálního Python prostředí:

virtualenv esphome

Nově vytvořené prostředí si aktivujeme

cd esphome\Scripts
activate

… a doinstalujeme ESPHome se všemi závislostmi:

pip install esphome

3. Pro Docker

Instalace je pouze jedním příkazem, pokud už máte nainstalovaný Docker. Já měl u téhle verze ale problém, že výchozí hypervizor Dockeru neumí předávat dovnitř kontejneru USB port. Je pak potřeba použít hypervizor jiný – např. VirtualBox a celé řešení už pak začne být zbytečně velké.

docker pull esphome/esphome

Generování konfigurace

Máme možnost použít buď webové rozhraní a nebo textovou konzoli. Ukážeme si oboje.

1. Webové rozhraní

Spustíme pomocí příkazu

esphome wemos dashboard

a měli bychom vidět hlášku, kde bylo webové rozhraní spuštěno:

INFO Starting dashboard web server on port 6052 and configuration dir wemos...

Wemos určuje název adresáře s konfigurací, přičemž ale v jednom adresáři můžeme mít konfigurací klidně více.

Do prohlížeče zadáme http://localhost:6052 a jsme tam:

Průvodce konfigurací se sestává se čtyřech kroků – všechny údaje můžete později změnit ve vygenerovaném souboru ručně a není se třeba toho bát:

1. název (name) – zvolte cokoliv co neobsahuje mezery a bude potřeba zachovat jedinečnost v rámci všech zařízeních.
2. typ zařízení (device type) – seznam je rozdělený dle použitého čipu, tj. na ESP8266 a ESP32. My si vybereme pro tento článek Wemos D1 mini.
3. WiFi a OTA aktualizace – jméno WiFi sítě (SSID) a heslo do WiFi. Volitelně pak je možné nastavit i heslo pro OTA aktualizace.
4. hotovo – konfigurace se uloží do souboru název.yaml

2. Příkazová řádka

V přechozích verzi <1.6 ESPHomeYaml byl obsažený pouze textový průvodce, který však můžeme stále použít – například pokud máme pouze textovou konzoli.

Generování konfigurace spustíme pomocí příkazu:

esphome wemos.yaml wizard

a čeká nás velice podobný průvodce jako ve webovém rozhraní ve čtyřech krocích.

Hi there!
I'm the wizard of ESPHome :)
And I'm here to help you get started with ESPHome.
In 4 steps I'm going to guide you through creating a basic configuration file for your custom ESP8266/ESP32 firmware. Yay!

Konfigurace komponent

V případě webového rozhraní máme k dispozici přímo editor po kliknutí na Edit u konfigurace:

Do vygenerované konfigurace z předchozího kroku si přidáme nastavení potřebné pro naše senzory a displej:

i2c:
  sda: D1
  scl: D2
  scan: True

sensor:
  - platform: bme280
    temperature:
      name: "BME Temperature"
      oversampling: 16x
      id: bme_temp
    pressure:
      name: "BME Pressure"
      id: bme_press
    humidity:
      name: "BME Humidity"
      id: bme_humid
    address: 0x76
    update_interval: 60s

  - platform: sht3xd
    temperature:
      id: sht31_temp
      name: "SHT31 Temperature"
    humidity:
      id: sht31_humid
      name: "SHT31 Humidity"
    address: 0x44
    update_interval: 60s

font:
  - file: "PTM55FT.ttf"
    id: font
    size: 10

display:
  - platform: ssd1306_i2c
    model: "SSD1306 128x64"
    address: 0x3C
    lambda: |-
      it.printf(0, 10, id(font), "Teplota je %.1f°C", id(sht31_temp).state);
      it.printf(0, 20, id(font), "Vlhkost je %.0f%% ", id(sht31_humid).state);
      it.printf(0, 30, id(font), "Teplota je %.1f°C", id(bme_temp).state);
      it.printf(0, 40, id(font), "Vlhkost je %.0f%% ", id(bme_humid).state);
      it.printf(0, 50, id(font), "Tlak je %.1f hPa", id(bme_press).state);

Jednotlivé bloky vyjadřují:

• i2c – zapnutí I2C komunikace. V našem případě nastavíme kam máme u Wemos D1 připojené SDA (D1) a SCL (D2). Pro prvotní spuštění si můžeme nechat scan zaplé a díky tomu uvidíme na obrazovce adresy všech připojených zařízeních,
• sensor BME280 – nastavení prvního sensoru BME280. Definujeme si názvy, id i2c adresu a jak často chceme data získávat – my máme 1x za minutu.
• sensor SHTxd – nastavení druhého sensoru SHT31. Konfigurace je víceméně stejné jako v případě BME280.
• displej ssd1306– nastavení pro displej. Toto nastavení už je hodně uživatelsky specifické, jelikož v něm můžeme určit co se na displeji bude zobrazovat. Pro účely článku si zobrazíme hodnoty měřených údajů z obou sensorů. Jelikož máme variantu s rozlišením 128×64 nastavíme model na SSD1306 128×64.
• font – tato sekce slouží pro displej a určuje jaký font a jaké velikosti bude použit pro text na displeji. Je potřeba si nejprve stáhnout patričný TTF soubor s písmem a uložit do adresáře s konfigurací.

Kontrola konfigurace

Ještě než se pustíme do kompilace je vhodné konfiguraci zkontrolovat. K tomu máme ve webovém rozhraní u konfigurace tlačítko Validate.

Pokud na něj klikneme dostaneme zřejmě následující chybovou hlášku:

INFO Reading configuration...
Failed config

font: [source wemos/wemos_d1.yaml:48]
  
  Please install the pillow python package to use this feature. (pip install pillow). Got '{"file": "PTM55FT.ttf", "id": "font", "size": 10}'
  - [source wemos/wemos_d1.yaml:48]
    file: PTM55FT.ttf
    id: font
    size: 10

Jak vidíme bude potřeba doinstalovat ještě jeden balíček, který se používá k převádění textů z TrueFont do binární podoby.

pip install pillow

Klikneme znovu na validovat a pravděpodobně dostaneme ještě jednu chybu:

INFO Reading configuration...
Failed config

font: [source wemos/wemos_d1.yaml:48]
  - [source wemos/wemos_d1.yaml:48]
    
    Could not find file 'wemos/PTM55FT.ttf'. Please make sure it exists. Got 'PTM55FT.ttf'
    file: PTM55FT.ttf
    id: font
    size: 10

Je potřeba ještě na uvedené místo zkopírovat použitý font.

Ještě jednou kliknout na validovat a už bychom měli mít informaci o korektní konfiguraci.

Kompilace a nahrání firmware

V pravém horním rohu si nastavíme správný port kde máme připojené Wemos D1 mini a klikneme na upload.

Pokud vše proběhlo správně měli bychom nejprve vidět informaci o úspěšné kompilaci a následném nahrání.

ESPHome má velice hezky udělané logování, které je i barevné, takže se můžeme podívat na spoustu více či méně užitečných informací o všech připojených a nakonfigurovaných komponentách.

Building .pioenvs/wemos_d1/firmware.bin
Retrieving maximum program size .pioenvs/wemos_d1/firmware.elf
Checking size .pioenvs/wemos_d1/firmware.elf
Memory Usage -> http://bit.ly/pio-memory-usage
DATA:    [=====     ]  52.0% (used 42560 bytes from 81920 bytes)
PROGRAM: [===       ]  34.2% (used 357564 bytes from 1044464 bytes)
===================================================== [SUCCESS] Took 38.98 seconds =====================================================
INFO Successfully compiled program.
INFO Running:  esptool.py --before default_reset --after hard_reset --chip esp8266 --port /dev/cu.usbserial-1A150 write_flash 0x0 wemos/wemos_d1/.pioenvs/wemos_d1/firmware.bin
esptool.py v2.6
Serial port /dev/cu.usbserial-1A150
Connecting....
Chip is ESP8266EX
Features: WiFi
MAC: 2c:3a:e8:2f:86:18
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Compressed 361712 bytes to 249050...
Wrote 361712 bytes (249050 compressed) at 0x00000000 in 24.1 seconds (effective 119.9 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
INFO Successfully uploaded program.
INFO Starting log output from /dev/cu.usbserial-1A150 with baud rate 115200
[12:37:00][I][logger:071]: Log initialized
[12:37:00][C][ota:461]: There have been 0 suspected unsuccessful boot attempts.
[12:37:00][I][application:053]: Running through setup()...
[12:37:00][C][display.ssd1306:301]: Setting up I2C SSD1306...
[12:37:00][C][sensor.bme280:090]: Setting up BME280...
[12:37:00][C][sensor.sht3xd:038]: Setting up SHT3xD...
[12:37:00][C][wifi:029]: Setting up WiFi...
[12:37:00][D][wifi:247]: Starting scan...
[12:37:00][D][sensor.sht3xd:083]: Got temperature=24.31°C humidity=43.06%
[12:37:01][D][sensor.bme280:211]: Got temperature=23.3°C pressure=968.8hPa humidity=41.3%

Integrace do HomeAssistenta

Jeden z nějvětších benefitů Esphome je fakt, že pro integraci do HomeAssistenta nepotřebujeme prostředníka v podobě MQTT. Celá integrace se tak zjednodušuje.

Navíc od verze HomeAssistent 0.85 si systém umí automaticky najít zařízení ESPHome a v sekci Nastavení / Integrace bychom měli ESPHome zařízení automaticky vidět.

Stačí pak kliknout na konfigurovat a víceméně potvrdit pomocí Submit.

V logu ESPHome můžeme najít informaci o úspěšném spojení:

[17:42:35][D][api:531]: Client 'Home Assistant 0.85.1 (10.2.1.25)' connected successfully!

Automaticky se nám přidají všechny sensorová data, které jsme v ESPHome nastavili. Jak jednoduché.

Bez změn v konfiguračním souboru nám pak všechny sensory přibydou na Dashboardu nahoře.

Webové rozhraní na mikrokontroleru

Ve výchozí konfiguraci není webové rozhraní narozdíl od Sonoff-Tasmota přítomné. Nicméně to neznamená, že tato možnost vůbec neexistuje, i když funkcionalita je oproti Tasmotě značně omezená:

• je možné vidět stav senzorů
• je možné provést OTA update pomocí nahrání binárního firmware přes prohlížeč
• je možné vidět log

Webové rozhraní zapneme přidáním následujího do konfigurace

web_server:
  port: 80

Obecně se na ESP8266 příliš nedoporučuje toto rozhraní zapínat, jelikož je poměrně náročné, nicméně zrovna Wemos D1 mini je poměrně dobře vybaven, takže jsem žádný problém nezaznamenal.

Aktualizace ESPHome

V případě, že vyšla nová verze ESPHome a používáte Python virtuální prostředí pak aktualizaci uděláme pomocí:

pip install esphome --upgrade

Nezapomeňte, že musíte mít virtuální prostředí aktivované pomocí souboru bin/activate.

V dashboardu byste pak měli vidět dostupné aktualizace pro všechny zařízení z daného projektu.

Není potřeba cokoliv měnit v konfigurace, pouze klikneme na upload a zanedlouho po kompilaci a nahrání bychom měli vidět novou verzi:

[11:46:41][I][application:097]: You're running esphomelib v1.10.1 compiled on Jan 20 2019, 11:45:03

Kdy použít ESPHome

Díky zaměření na ESP32 a ESP8266 se nabízí otázka zda použít ESPHome namísto Tasmota. S ESPHome mám zatím omezené zkušenosti ale zkusme si je už nyní trochu porovnat:

Vlastnost	Tasmota	ESPHome
Webové rozhraní na zařízení	Ano, spousta možností nastavení	Ano, ale velmi omezené možnosti
Možnost změny konfigurace	Přes webové rozhraní	Úpravou konfigurace a OTA updatem
WifiManager	Ano	Ne
OTA aktualizace	Ano (ze zařízení)	Ano (nutné dělat z PC)
Sonoff produkty	Ano	Ano (složitější konfigurace)
Rozšiřující komponenty (sensory atp.)	Ano, omezeně	Ano, mnoho možností a detailní konfigurace
Integrace HomeAssistent	Ano, prostřednictvím MQTT. Ruční konfigurace	Ano, přímá integrace na pár kliknutí

Zatím mi z toho vychází, že pro Sonoff produkty je stále mnohem vhodnější Sonoff-Tasmota.

Pokud však chcete použít nějakou DIY desku s připojenými sensory či displejem pak ESPHome nabízí možnost jak to udělat stále relativně jednoduše.

Dejte vědět do komentářů jaké jsou vaše zkušenosti 🙂