Primeiros passos com Firebase – ESP8266

Neste tutorial vamos fazer um circuito que permita observar a temperatura e umidade de um sensor via internet, mostrando como podemos receber sinais de um sensor DHT22 que chegam a um ESP8266 e enviá-los pela internet para uma plataforma Firebase, fazendo uma aplicação bem simples de Internet das Coisas, a famosa IoT , do inglês Internet of Things.

 

kit robotica educacional com Arduino ESP ou Microbit

O que é o Firebase?

O Firebase, produto oferecido atualmente pela Google e utilizado por empresas em todo o mundo, que integra um conjunto de tecnologias disponíveis em diversas linguagens, entregando serviços como:

  • Banco de dados armazenados em nuvem e sincronizados em tempo real;
  • Autenticação de usuários, inclusive por meio de login em provedores como Google e Facebook;
  • Facilitação na hospedagem web;
  • Pode ser usado para testes e manutenção durante o desenvolvimento dos seus apps, assim como o monitoramento dos mesmos.

Com as muitas ferramentas e serviços disponíveis pela plataforma, o desenvolvimento de apps, se torna mais ágil e problemas comuns são resolvidos mais facilmente.

A possibilidade de criar um único SDK contendo APIs do Firebase para uso tanto em Android, como também no iOS e na web é uma das facilidades oferecidas a desenvolvedores, assim como a implementação de bate-papo na aplicação e a viabilidade de testes AB, melhorando a experiência do usuário.

Há recursos também para expansão e envolvimento do público com a sua aplicação, tal como o conhecido Google Analytics, Slack e PlayStore, por exemplo.

No campo da IoT, quando tem-se objetos e aparelhos físicos conectados e em comunicação por meio da internet, também há espaço para o Firebase. Combinados os serviços oferecidos com microcontroladores, como o Arduino, são inúmeras as possibilidades de aplicações, seja em monitoramento de sensores para telemetria, ou em vertíveis (wearables), tecnologias que podem ser vestidas, como relógios inteligentes, por exemplo.

O que é IoT?

IoT, que vem do inglês “Internet of Things”, refere-se à conexão da Internet com objetos do dia a dia, permitindo que estes coletem e troquem dados entre si. Basicamente, trata-se de dispositivos que, anteriormente, não tinham capacidade de conexão com a internet, como geladeiras, lâmpadas, relógios, agora estarem conectados à web para coletar e trocar dados, otimizando e automatizando processos.

O que é SDK?

SDK, que é a sigla para “Software Development Kit”, refere-se a um conjunto de ferramentas de software que permitem aos desenvolvedores criar aplicações para uma determinada plataforma ou framework específico. O SDK fornece uma série de bibliotecas, guias, documentações, código e outras ferramentas para facilitar o desenvolvimento.

O que é API?

API, que significa “Application Programming Interface”, é um conjunto de regras e protocolos que permite a comunicação entre diferentes software. Pode ser entendida como uma ponte que permite que diferentes programas de software se comuniquem entre si. As APIs são essenciais para permitir a integração de sistemas, permitindo que aplicativos e plataformas trabalhem em conjunto.

O que é um banco de dados?

Um banco de dados é um sistema estruturado de armazenamento que permite a coleta, organização, armazenamento e recuperação de dados. Estes dados podem ser de diversos tipos, como textos, números, imagens, entre outros. Os bancos de dados são fundamentais para sistemas e aplicações, pois fornecem uma maneira organizada de gerenciar grandes volumes de informações.

O que são Vestíveis ou wearables?

Vestíveis, ou “wearables”, são tecnologias que podem ser usadas como peças de vestuário ou acessórios, como relógios, pulseiras, óculos, entre outros. Estes dispositivos normalmente possuem sensores e estão conectados à internet, coletando e fornecendo dados em tempo real para os usuários. Exemplos populares incluem relógios inteligentes, óculos de realidade aumentada e fones de ouvido inteligentes.

Mãos à Obra – Usando o Firebase em projetos de IoT

Vamos explorar algumas funcionalidades do Firebase com um exemplo prático de um circuito teste, entendendo o código necessário para um projeto simples!

Neste tutorial vamos fazer um circuito que permita observar a temperatura e umidade de um sensor via internet. Utilizaremos um DHT22, que age como um sensor de temperatura e umidade, porém você pode aplicar a outros sensores para obter diferentes informação que você deseja obter podem ser diferentes.

Componentes necessários

Montando o projeto

A montagem deve ser feita seguindo o esquema:

Ilustração do circuito e sua montagem

Olhando o DHT de frente, para a parte onde há aberturas e é feita a leitura, usa-se o pino 1 (mais à esquerda) para alimentação e o pino 4 (mais à direita) como terra.  Eles devem ser ligados, respectivamente, ao Vin e ao Gnd do ESP. Ainda seguindo essa lógica, o pino 2 do DHT deve ser ligado a uma porta digital do ESP que, no caso, foi a porta digital 5 (pino D5 do ESP). O pino 2 também deve ser ligado à alimentação (Vin) com um resistor de 10K entre eles.

Veja como ficou no nosso projeto:

Criando um banco de dados na Firebase

Entre os serviços oferecidos pelo Firebase está o Realtime Database que, como o próprio nome já diz, é um banco de dados que armazena e sincroniza dados em tempo real. Estruturalmente, ele é um banco NoSQL hospedado em nuvem, o que nos livra da necessidade de configurar servidores. Outra grande vantagem é a facilidade de integrá-lo em aplicações, seja em aplicativos iOS, Android e até Web, como é o nosso caso.

Para criar o banco:

a) Acesse a console em https://firebase.google.com  e faça login com uma conta Google.

b) Na próxima tela, adicione um novo projeto.

c) No menu à esquerda, escolha Database, depois Realtime Database e coloque modo público. Dessa forma você terá o banco e a URL que será usada para acessá-lo.

d) O último passo é o segredo do banco, uma espécie de senha. No menu lateral, é preciso clicar na engrenagem, ao lado de ‘Project Overview’ > Configurações do Projeto > Contas de serviço > Chaves secretas do banco de dados. Clicando em mostrar, o segredo pode ser obtido.

Programando

– Configurando a Arduino IDE para NodeMCU

Acesse o caminho Arquivo > Preferências e insira a URL http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json, como descrito nas fotos abaixo.

Feito isso, clique em OK e as placas esp8266 já estarão disponíveis no gerenciador de placas pelo caminho Ferramentas > Placa > Gerenciador de Placas > Instalar ‘esp8266 by ESP8266 Community’.

– Adicionando bibliotecas na Arduino IDE:

Biblioteca do Firebase

Para instalar a biblioteca do Firebase, primeiro é preciso baixá-la do GitHub: (https://github.com/googlesamples/firebase-arduino/archive/master.zip). Depois, é só acessar a Arduino IDE, adicioná-la seguindo o caminho Sketch > Incluir Biblioteca > Adicionar Biblioteca .ZIP e escolher o arquivo que foi baixado.

Biblioteca do DHT

O DTH é uma família de sensores de temperatura e umidade. O modelo que vamos utilizar aqui é o DHT22, que permite distinguir temperaturas na amplitude de -40°C até 80°C. É preciso instalar duas bibliotecas: a ‘Common sensor library’ (https://github.com/adafruit/Adafruit_Sensor) e a ‘DHT Sensor Library’ (https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library), e incluí-las na IDE do arduino, assim como feito anteriormente.

– Escrevendo o código

O código do ESP precisa de certas alterações:

  • FIREBASE_HOST: forneça a URL do banco criado anteriormente.
  • FIREBASE_AUTH: forneça o Segredo do seu banco no Firebase.
  • WIFI_SSID e WIFI_PASSWORD: dados da sua rede WiFi.

Uma prática comum na programação são os comentários. No código abaixo, os comentários (indicados por “//”) explicitam o significado e funcionalidade de cada trecho.

// Inclusão das bibliotecas necessárias
#include <DHT.h>
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <FirebaseArduino.h>
#include <Ticker.h>

// Parâmetros do banco
#define FIREBASE_HOST "URL_do_banco"
#define FIREBASE_AUTH "Segredo_do_banco"

//Parâmetros da rede
#define WIFI_SSID "SSID"
#define WIFI_PASSWORD "Password"
#define DHT_PIN D5
#define DHTTYPE DHT22

// Intervalos de publicação. Configurado a cada 30 segundos
#define PUBLISH_INTERVAL 1000*30
DHT dht(DHT_PIN, DHTTYPE);
Ticker ticker;
bool publishNewState = true;

void publish(){
  publishNewState = true;
}

void setupPins(){
  dht.begin(); 
}

void setupWifi(){
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  Serial.print("connecting");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
	Serial.print(".");
	delay(500);
  }

  Serial.println();
  Serial.print("connected: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());
}

void setupFirebase(){
  Firebase.begin(FIREBASE_HOST, FIREBASE_AUTH);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  setupPins();
  setupWifi();	
  setupFirebase();
  // Registra o ticker para publicar de tempos em tempos
  ticker.attach_ms(PUBLISH_INTERVAL, publish);
}

void loop() {
  // Apenas publique quando passar o tempo determinado
  if(publishNewState){
	Serial.println("Publish new State");
	// Obtem os dados do sensor DHT
	float humidity = dht.readHumidity();
	float temperature = dht.readTemperature();
	if(!isnan(humidity) && !isnan(temperature)){
  	// Manda para o firebase
  	Firebase.pushFloat("temperature", temperature);
  	Firebase.pushFloat("humidity", humidity);	
  	publishNewState = false;
	}else{
  	Serial.println("Error Publishing");
	}
  }
 
  delay(200);
}

Pelo Serial Monitor da Arduino IDE será possível ver a conexão com a internet, o endereço IP associado e as publicações de valores no banco. Cada ‘Publish new state’ é uma nova instância de dado gerada e armazenada no Firebase. Esses dados são gerados de acordo com a constante PUBLISH_INTERVAL e o valor é passado em milisegundos. No nosso exemplo, para cada 30 segundos o valor é de 1000*30.

Na console do firebase podem ser vistos os valores que estão sendo lidos:

 

1, 2, 3, Testando…

Vamos criar um site simples, utilizando as tecnologias web padrão HTML5, CSS3 e Javacript e hospedando-o diretamente no Firebase Hosting, outro serviço também muito lindo oferecido pelo Firebase.

 

– Ferramentas e configurações necessárias

Para fazer deploy da aplicação no Firebase, precisamos instalar o firebase-tools, que é uma ferramenta de linha de comando para gerenciar o banco de dados e hosting de aplicações dentro da própria plataforma. Essa ferramenta é baseada em NodeJS, então precisamos da ferramenta instalada. Baixe o NodeJS no site oficial. Junto também será instalado o gerenciador de pacotes — NPM (similar ao PIP para Python).

Feito isso, é só rodar o comando no terminal: npm install -g firebase-tools

Ao final da instalação rode o comando a seguir e coloque suas credenciais do Firebase:

firebase login

 

– Programação

Crie uma pasta para o seu projeto e utilize o seguinte comando dentro da pasta:

firebase init

Assim, você estará vinculando a pasta ao projeto criado no console do Firebase, então escolha corretamente o projeto criado anteriormente. Uma pasta public será criada, onde ficarão os arquivos que podem ser hospedados no Firebase e acessados na web e também alguns arquivos de configuração do próprio projeto.

Há ainda um servidor embutido no firebase-tools. Dessa forma, estando na pasta, você também pode rodar firebase serve, para iniciar um servidor web na pasta public, na porta 5000 por padrão.

Usando a IDE da sua preferência, utilize o código de exemplo da aplicação que pode ser encontrado nesse link (app.js e o front-end em index.html). Para adequar a aplicação ao seu projeto no Firebase, deve-se alterar o começo do arquivo app.js, com as configurações do console do projeto no Firebase, seguindo os passos:

  1. Clique em Overview no menu lateral
  2. Clique em “Adicionar o Firebase ao seu aplicativo da Web”
  3. Copie o trecho dentro da segunda tag <script> e substitua pelo código correspondente no arquivo app.js

Feito isso, é só dar deploy da aplicação no hosting do Firebase. Rode o comando firebase deploy, assim você vai enviar os arquivos da pasta public pra lá e será mostrado um link para que você acesse sua aplicação online.

A aplicação deve se parecer com isso:

Considerações finais

Sobreviveu?

Simmm, acabou! Tudo certo até aqui? Finalizado este tutorial, você tem uma aplicação web que une um sensor a serviços do Firebase, contando com dados em tempo real e guardados em nuvem, ou seja, você tem uma aplicação de IoT. Esperamos que você tenha gostado e, caso tenha usado um sensor diferente, tenha sugestões, críticas ou elogios, não deixe de comentar abaixo (: