Как сделать мини-экран для Умного Дома Яндекс (УДЯ) за 659 рублей?

В отличие от оригинальной статьи, все датчики у меня уже есть, так что ничего припаивать я не стал — это просто монитор для моего УДЯ.

Теоретически, кроме покупки SmartTV Ultra от GeekMagic больше ничего не нужно, так как мой скетч можно загрузить через web‑интерфейс прошивки, которая идет «из коробки», а в нем предусмотрено обновление через WiFi (OTA).

Только если загружаемая прошивка не сможет подключиться к Вашему WiFi, то обновлять ее придется «по проводу» — режима AP в моем скетче пока нет, но я планирую его добавить в будущем.

---

Содержание:

1. Введение

2. Отличия моего скетча от исходного, написанного Вадимом @tzirulnicov ^[3]

3. Получение токена для чтения данных УДЯ

4. Выяснение ID устройств

5. Установка и настройка Arduino IDE

6. Скачивание и редактирование скетча

7. Загрузка новой прошивки на устройство

8. Используемое у меня оборудование

9. Эпилог: замечания и рассуждения, а также планы

---

Введение

Сразу скажу, чтоэто мой первый опыт и написания статьи на Хабре и программирования микроконтроллеров, так что двойной дебют.

Надеюсь, что я ничего не нарушил, а если что‑то не так, то прошу отнестись с пониманием. Я правда старался;‑)

Для начала, как я уже написал выше, нужно иметь Умный Дом Яндекс (УДЯ) со всеми датчиками и исполнительными устройствами, состояние которых мы хотим видеть на нашем мини‑экране.

У меня это: Яндекс Станция Мини 3 Про с Климатическим Модулем (с него я беру температуру, влажность и содержание углекислого газа в комнате), уличный датчик температуры, «умный» обогреватель и сервопривод открывания окна.

А еще у меня работают сценарии «Окно — открытие» и «Окно — закрытие» — первый, если в комнате достаточно тепло, открывает окно наполовину при превышении уровня CO2, а второй закрывает его если CO2 понижается до нужного уровня или если в комнате становится слишком холодно.

Кроме этого, есть сценарий «Выключи все», который вызывается при нажатии на кнопку возле входной двери или командой: «Алиса, я ушел» и выключает свет, телевизор и др., включая обогреватель, закрывает окно и отключает сценарий «Окно — открытие», о котором я написал выше.

А еще есть сценарий «Включи все», который тоже вызывается нажатием на кнопку возле входной двери или командой: «Алиса, я пришел». Он включает свет и включает сценарий «Окно — открытие».

Состояние сценария «Окно — открытие» также отображается на мини-экране – если он неактивен, то иконки окна и обогревателя зачеркиваются.

Вот так:

В конце статьи я приведу список используемого оборудования со ссылками – не для рекламы, а чтобы упростить подбор оборудования.

Можно использовать любые датчики, подключенные к Алисе, но потребуется править код скетча.

Например, все данные о состоянии воздуха в комнате у меня получаются одним запросом к одному датчику, но можно использовать обычный датчик температуры и влажности + отдельный датчик CO2. Просто тогда потребуется добавить в прошивку отдельный запрос для его получения.

 Исходный код я выложил на отечественный GitFlick ^[4]

Я не программист, так что за качество этого кода прошу меня сильно не ругать, но конструктивные предложения по его оптимизации приму с благодарностью.

 Также, буду очень рад Вашим вопросам и комментариям, но у меня на ноутбуке давно установлен AstraLinux SE и в своей профессиональной деятельности я регулярно участвую в проектах импортозамещения, поэтому выкладывать код на Майкрософтовский github.com ^[5] (https://habr.com/ru/articles/413215/ ^[6]) я не буду и прошу в комментариях политические вопросы не поднимать.

На приведенных выше фотографиях SmallTV Ultra - «GeekMagic Ultra Smart WiFi Weather Station Bed Clock with Photo Album Gif Animation Desktop Decoration ^[7]». Когда я ее покупал, то была какая-то распродажа и мне она обошлась в 659 рублей вместе с доставкой. Именно это сумма и указана в заголовке статьи.

 Кроме нее, мой скетч работает на GiftTV Crystal Cube - «GeekMagic GIFTV Crystal Holographic Desktop Decoration Smart Weather Station ^[8]» – там та же самая микросхема ESP-12F и такой же экран, но изображение нужно выводить зеркально, чтобы после отражения в стеклянном кубике оно стало нормальным.

---

Отличия моего скетча от исходного, написанного Вадимом @tzirulnicov

Сразу скажу, что код переписан на 90-99%, но все, что касается управления железом, взято у Вадима, а про то, чего у него в прошивке не было, я у него спрашивал и в результате сделал по его советам.

Ключевое отличие в том, что я не вносил и не планировал вносить никаких изменений в железку – я трезво оценил свои возможности по перепайке (последний раз держал паяльник в руках более 30 лет назад, и тогда я вполне успешно ремонтировал ламповые телевизоры «Кварц» и транзисторные магнитофоны «Нота», но это было давно и там были гораздо менее нежные платы), так что я сразу купил Зажим для печатной платы Your Cee Test stand PCB clip ^[9], который мне порекомендовал Вадим.

 Зато, я добавил обновление по сети (OTA) - если все сделать правильно, подключаться к плате ESP-12F по USB вообще не потребуется, но есть нюансы, о которых я напишу ниже.

 Собственно основные отличия:

• Не требуется ничего припаивать – просто нужно загрузить новую прошивку.

• Не требуется свой внешний web-сервер, получающий данные со SmallTV и передающий их Яндексу. Т.е. все, что лежит у Вадима в каталоге django_web_service нам не нужно.

• Написаны более-менее универсальные функции для получения данных с УДЯ. В большинстве случаев, изменение кол-ва датчиков или названий их параметров не потребует изменения кода самих этих функций. Достаточно поменять названия параметров.

• Добавлена возможность подключения к нескольким WiFi-сетям.

• Реализована возможность обновления по WiFi (OTA)

• Для работы нужно указать токен УДЯ, а также ID всех устройств и сценария ими управляющего.

Главный нюанс тут в том, что Яндекс дает токен со сроком жизни 365 дней. Т.е. через год железка работать перестанет и, чтобы восстановить ее работу потребуется получить новый токен, прописать его в скетч и загрузить эту новую прошивку на железку.

Я планирую сделать автоматическое продление токена, но сначала нужно реализовать его получение средствами самой железки, а для этого нужно, чтобы у нее было хранилище данных, которое бы сохранялось после перепрошивки. Тогда и выбор ID устройств можно будет сделать через Web.

В общем, это пока планы - см. последний раздел этой статьи.

• Более красивая картинка на экране

У Вадима в каждом цикле экран полностью стирается, а потом рисуется заново, а у меня статичные элементы рисуются в setup(), а в loop() стираются и рисуются только области, в которые выводятся динамические данные.

• Поддержка Crystal Cube

Тут только два момента: выводим изображение зеркально и не уменьшаем яркость экрана.

• Табличка известных устройств (knownBoards)

Чтобы каждый раз не менять исходный код при подключении другой железки, я сделал таблицу имеющихся у меня железок.

Она помогает в двух вещах:

1. По MAC-адресу определяется тип: Crystal Cube или Ultra – чтобы понять нужно зеркалировать экран или нет.

2. По тому же MAC-адресу устанавливается hostname – его видно в Arduino IDE при обновлении и понятно на какую железку мы запишем новую прошивку. 

---

Получение токена для чтения данных УДЯ

Процесс получения токена описан в документации Яндекс ^[10]:

Коротко:

• Заходим на https://oauth.yandex.ru/?dialog=create-client-entry ^[11]

• Выбираем второй пункт: «Для доступа к API или отладки»

• Заполняем поля: придумываем имя, меняем, если нужно, почту, а в поле «Доступ к данным» пишем «iot» и выбираем пункт: «Просмотр списка устройств умного дома».

• В поле «Redirect URI для веб-сервисов» оставляем значение по умолчанию: «https://oauth.yandex.ru/verification_code» ^[12]

• Нажимаем на кнопку «Создать приложение»

• Выбираем справа пункт «Ваши приложения», открываем только что созданное «приложение» и копируем поле «ClientID».

• Открываем в браузере https://oauth.yandex.ru/authorize?response_type=token&client_id=<идентификатор_приложения> ^[13], заменив «<идентификатор_приложения>» на «ClientID», полученный на предыдущем шаге

• Видим строчку вроде «y0__XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX» и сохраняем ее – это и есть токен для чтения данных с Вашего УДЯ, действительный 365 дней.

---

Выяснение ID устройств

Это можно сделать скопировав строчки либо из программы Умный Дом Яндекс либо со странички: https://yandex.ru/iot ^[14]:

• Выбираем нужное устройство и нажимаем на шестеренку в правом верхнем углу.

• В открывшемся окне  «Настройки устройства» выбираем пункт «Об устройстве», а там смотрим пункт «Идентификатор устройства».

• Его можно скопировать в буфер обмена нажав на иконку в конце строки.

Похожим образом можно узнать ID сценария: нажать на три точки в правом верхнем углу и выбрать «Скопировать ID».

 Обращаю Ваше внимание на то, что скопированные строчки содержат префикс, а в программу нужно вставлять только сам ID.

Например: пункт «Скопировать ID» вставит в буфер обмена «scenario_id:xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx», а в скетч, в переменную thApiIdCtlSc нужно вставлять только «xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx» без префикса.

 Другой вариант получения всех ID: запустить команду «curl -s 'https://api.iot.yandex.net/v1.0/user/info ^[15]' -H 'Authorization: Bearer <TOKEN>' |jq '.'», заменив «<TOKEN>» на полученный в предыдущем разделе.

В результате должен получиться JSON-файл со всеми Вашими настройками УДЯ, включая ID всех устройств и сценариев.

 Теперь все необходимые данные для получения информации с Ваших датчиков у Вас есть.

Осталось установить Arduino IDE, скачать и открыть в нем мой скетч, поправить его, откомпилировать и загрузить в железку.

---

Установка и настройка Arduino IDE

Как я уже написал в первой части, я использую AstraLinux SE 1.8.

Если Вы используете MS Windows, то лучше сразу посмотреть раздел «Загрузка скетча в нашу метеостанцию» из статьи Уважаемого Вадима @tzirulnicov ^[3] «Подключение самодельных устройств к умному дому Яндекса с Алисой ^[2]».

Если у Вас Linux,

то себя могу сказать, что на AstraLinux SE 1.8 Arduino IDE можно поставить двумя способами:

1. Подключить репозиторий Debian 12 и установить пакет arduino

   Тут все просто, но Вы получите версию 1.8.19 – она не такая удобная, как современные версии, но для целей этой статьи прекрасно подходит.

2. Скачать новую версию для Linux x64 с сайта https://www.arduino.cc/en/software ^[16]. ^[17]

   Хороший вариант, но доступ к этому сайту с IP-адресов, расположенных в РФ закрыт, а еще, сразу после установки, у Вас не будет иконки в меню «Пуск» и запускать Arduino IDE потребуется руками, после перехода в нужный каталог.

А еще у меня в меню был очень большой шрифт, что делало использование очень неудобным. Поэтому я запускаю новую Arduino IDE с ключем "‑force‑device‑scale‑factor=0.94"

Далее действуем по инструкции Вадима @tzirulnicov ^[3]

Запускаем Ардуино, открываем через Файл-Параметры окно параметров, в поле "Дополнительные ссылки для Менеджера плат" указываем "http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json,https://dl.espressif.com/dl/package_esp32_index.json ^[18]".

Далее выбираем в Инструменты-Плата:

    esp8266 -> Generic ESP8266 Module (в случае метеостанции с esp-12f)

    esp32 -> ESP32 Dev Module (в случае метеостанции с esp32)

 Далее выбираем Инструменты-Порт-порт, в которому подключена метеостанция

 Устанавливаем необходимые библиотеки через Инструменты-Управление библиотеками: ...

Но ставим только библиотеки: NTPClient, Adafruit_ST7789, ArduinoJson, Adafruit GFX Library, Time, ArduinoHTTPClient и ArduinoBearSSL, а OpenWeather и  Sensirion I2C SCD30 нам не потребуются.

---

Скачивание и редактирование скетча

После этого скачиваем мой скетч: «git clone https://gitflic.ru/project/stacez/yamon.git» ^[19]

Открываем yamon_esp12f.ino в Arduino IDE и редактируем его.

У меня основные параметры задаются в файле Secret.h, но, по вполне понятным причинам, выкладывать его в Git я не стал.

Вы можете либо сделать свой Secret.h, приписав в него нужные параметры, либо закомментировать строчку «#include "Secret.h"» и прописать эти параметры ниже, следуя примерам и моим комментариям.

Сначала я повторил здесь этот код, но получилось очень длинно и я решил заменить его картинкой:

Самое главное: указать имя и пароль WiFi сети.

Так как я ношу железку с собой и правлю этот код в разных местах, то вместо двух строк у меня два массива, чтобы можно было указать несколько WiFi-сетей.

Важно: Кол-во паролей должно совпадать с кол-вом сетей иначе (скорее всего, но я не проверял), прошивка будет падать и перезагружаться в момент подключения к сети.

Для интеграции с УДЯ, нужно прописать токен и ID, полученные выше: Строчки в переменных th*Url менять не нужно, в thApiToken нужно заменить «XXX» на токен (оставив в начале «Bearer »), а в остальные переменные прописать ID опрашиваемых устройств (без префикса и двоеточия).

Отдельно напишу что делать, если у Вас другие датчики или вам нужны другие параметры:

В функции displayYandexTH() нужно исправить вызов функций getYandexState() и getYandexInfo(), а если нужно опрашивать больше датчиков, то добавить такие же блоки кода.

Вроде бы, в комментариях все подробно описано.

Только скажу почему так сложно: при возврате указателей на String у меня появились какие-то утечки памяти, которые я сходу убрать не смог, так что через некоторое время железка падала из-за нехватки свободной памяти.

Данный способ утечек не дает и все работает вполне стабильно. Хоть и приходится сначала конвертировать String в char*, а потом обратно, что явно «не по фэншую».

Поясню работу этой функции на примере уличного датчика:

Выводим на экран в строку состояния сообщение о том, что конкретно мы сейчас будем делать

  setStatusText("Яндекс: Улица...");

Запрашиваем с устройства thApiIdOut значения параметров temperature и humidity из секции properties

  int r = getYandexState("Out", "properties", thApiIdOut, "temperature", c_temp_out, "humidity", c_hum_out, NULL, NULL);

Проверяем успешность. Если неудача, то просто ничего не делаем: ошибка уже написана на экране красным цветом, а подробности выведены на Serial.

  if (r < 0) {

     return;   

  }

Проверяем, что мы получили какое-то значение температуры и конвертируем его в числовой тип.

  if (strlen(c_temp_out) > 0) {

  String t = c_temp_out;

    f_temp_out = t.toFloat();

  } else {

    setErrorText("Yandex Out Error: NULL temp state returned");

    return;

  }

Повторяем те же действия со значением влажности

Еще поясню код, рисующий эти цифры на экране. Опять картинкой:

Функция getYandexInfo() имеет похожий синтаксис, так что ее подробно описывать не буду.

Укажу только несколько нюансов:

• Я не смог найти способа запросить состояние конкретного сценария, как это делается с устройствами, и пришлось получать это информацию из общего описания УДЯ.

• У железки всего 64кБ ОЗУ, а описание моего УДЯ занимает >370кБ, так что пришлось делать фильтр нужных мне значений и парсить JSON прямо из потока HTTPS.

• Работает это долго – у меня секунд 15, так что пришлось отказаться от отображения на экране времени с секундами.

• Зато, вроде бы, получилось сделать более-менее универсальную функцию для получения данных из описания УДЯ, но сейчас она протестирована только со сценариями.

 После редактирования скетча можно переходить к его тестированию на реальной железке.

---

Загрузка новой прошивки на устройство

Есть два варианта:

1) Подключение по USB

Подробно это описано в уже многократно упоминавшейся мою выше статье Вадима @tzirulnicov ^[1]: “Подключение самодельных устройств к умному дому Яндекса с Алисой ^[2]” .

2) Загрузка прошивки по WiFi

Это позволяет обойтись без покупки «Зажима ^[9]» и платы «CG Programmer ^[20]», но Вы не увидите отладочных сообщений и в случае ошибки Ваша железка превратится в «кирпич». Впрочем, ее можно будет «оживить», если подключить по USB.

 Сначала про второй вариант:

Самое главное: указать правильное имя и пароль WiFi-сети и правильно выбрать формат разбивки Flash-памяти.

Формат разбивки Flash-памяти должен быть достаточным местом под OTA («Инструменты» -> «Flash size» – у меня выбрано «4MB(FS:1MB OTA:~1019KB)»). После этого, можно получить файл прошивки: «Скетч» -> «Экспортировать скомпилированный бинарный файл» - рядом со каталогом скетча должен появиться файл «yamon_esp12f.ino.bin».

 Потом можно зайти в web-интерфейс оригинальной прошивки от GeekMagic, выбрать обновление прошивки и загрузить этот файл.

Если все все сделано правильно и ПК, на котором запущена Arduino IDE, подключен к той же сети, то на экране железки появится картинка, а через пару минут в списке «Инструменты» -> «порт» вы увидите свою SmallTV.

Если не увидели, то где-то была ошибка. Скорее всего, ее можно будет исправить только подключившись к железке через USB (п.1).

 А если увидели, то ее можно выбрать и дальнейшие изменения прошивки будут загружаться на железку по WiFi также, как и по USB: просто при выборе «Скетч» -> «Загрузить на плату» или после нажатия на «стрелочку вправо» под меню.

Только если Вы не угадали форматом разбивки Flash-памяти или если Вам досталась железка с другим размером Flash (а я не знаю как его посмотреть без подключения по USB), то Вы получите сообщение об ошибке обновления через ОТА – и тут тоже без подключения по USB не обойтись.

 Важный нюанс, на который я потратил кучу времени: Arduino 2.x, в отличии от 1.x, при обновлении по OTA запрашивает пароль, хотя в моем скетче пароль не установлен. Оказалось, что можно ввести в качестве пароля любую строчку и обновление запустится.

Правильно, конечно, прописать пароль в скетче и тогда при следующем обновлении нужно будет указывать именно его.

 А теперь про первый вариант:

Если у Вас есть и «Зажим ^[9]» и плата «CG Programmer ^[20]», то достаточно соединить их между собой по схеме из статьи Вадима:

У меня это выглядит вот так:

А если указать строчку «#define GUI_ROTATE_DEBUG  true», то вот так:

 Изображение повернулось на 90 градусов и теперь гораздо удобнее на него смотреть.

 С Crystal Cube все еще хитрее – вот так выглядит экран без стеклянного кубика в нормальном режиме и с включенным GUI_ROTATE_DEBUG – экран не только переворачивается, но и перестает рисоваться зеркально.:

---

Используемое у меня оборудование

Тут я собрал ссылки на железки, которые используются у меня – т.е. мой скетч писался именно под них и с ними проблем точно возникнуть не должно. Это не значит, что нельзя использовать другое – просто я тестировал скетч именно на этом. По возможности, я привожу ссылки на их описания и даже Internet-магазины. Повторюсь: это не реклама – они мне ничего не платят. Напротив, это я им заплатил когда покупал эти железки.

 Тут три отдельных раздела:

1) Железки УДЯ, с которых берется информация у меня

1. Яндекс Станция Мини 3 Про ^[21]

2. Климатический модуль для Станции Мини 3 Про ^[22]

3. POK005L Уличный ZigBee датчик температуры и влажности с увеличенной батарей ^[23]

4. POK016 Электропривод проветриватель для окна ZigBee ^[24] 

5. Tuya Smart CO2 Sensor DCR-LCD ^[25] – это отдельный Zigbee датчик CO2, который тоже у меня есть и работает с Алисой, что само по себе большая редкость.

Если у Вас нет «Климатического модуля», который работает только с Мини 3 Про, то, теоретически, можно использовать его. В качестве датчика температуры и влажности тогда подойдет почти любой с AliExpress, кроме Xiaomi – я их купил десяток, в расчете на то, что штуки три будут работать с Алисой, а заработали без вопросов все, кроме датчика Xiaomi, которому обязательно нужен хаб от Xiaomi.

 2) Устройства GeekMagic

7. GeekMagic Ultra Smart WiFi Weather Station Bed Clock with Photo Album Gif Animation Desktop Decoration ^[7]

8. GeekMagic GIFTV Crystal Holographic Desktop Decoration Smart Weather Station ^[8]

 3) Приспособления для удобной их перепрошивки.

12. Программатор ESP8266 / ESP32 с автосбросом - CG Programmer ^[20]

13. Зажим для печатной платы Your Cee Test stand PCB clip ^[9]

    Это чтобы подключиться к плате без паяльника – рекомендовал Вадим @tzirulnicov ^[1], за что ему огромное Спасибо!

Можно использовать любой адаптер CH340G, который может выдать на железку 3.3В, но потребуется вручную в правильном порядке подключать контакты GPIO0 и RST к земле.

Подробности написаны в статье Вадима, на которую я уже много раз ссылался.

У меня адаптер CH340G был, так что я сначала пошел именно по этому пути, но на третий день сдался – решил, что проще купить эту платку и не париться. 

---

Эпилог: замечания и рассуждения, а также планы

В целом, лично меня результат устраивает, но я это делал больше для того, чтобы изучить программирование IoT и возможности общения с УДЯ, а не только ради получения мини-экрана УДЯ.

Поэтому мои планы на будущее (roadmap) достаточно сумбурны. Не воспринимайте их как обещание.

Это чем я хочу заняться, когда в следующий раз появится много времени:

• Сделать хранение параметров отдельно от кода (LittleFs?)

• Сделать режим AP для первоначальной настройки – аналогично тому, как это работает на оригинальной прошивке GeekMagic.

• Сделать на железке Web-сервер, который позволит менять настройки (для начала, только яркость) и загружать прошивку из браузера.

• Сделать получения токена УДЯ средствами скетча:

Либо показывать QR-код на экране, который можно сфотографировать с телефона, либо сделать авторизацию через web-сервер.

• Сделать автоматическое получение нового токена, чтобы не требовалось переавторизовываться каждый год.

• Сделать выбор датчиков из списка имеющихся в Вашем УДЯ.

Если реализовать все вышеперечисленное, то железку можно будет использовать обычным пользователям – в прошивке не будет ничего индивидуального, так что ей будет пользоваться не сложнее, чем оригинальной от GeekMagic.

Если кто-то даст мне в комментариях ссылку на готовый код, в котором можно подсмотреть как реализовать перечисленные функции (кроме LittleFs, описанной в примерах Arduino IDE), то буду очень благодарен.

Наверное, кто-то что-то подобное для УДЯ уже делал и, возможно, выложил исходный код, но сходу я его нашел.

Другое:

• Сделать отдельную «Тему» для Crystal Cube: показывать время ближе к центру, увеличив размер шрифта, а данные с датчиков по очереди. По несколько секунд каждый.

Этим будет не так удобно пользоваться, но раз уж у меня эта железка есть и она красивая, то почему не сделать. Новый экран на AliExpress я уже купил. Едет. Надеюсь, что подойдет.

• Попробовать этот скетч на SmallTV Pro

У нее более мощный SoC (ESP32-WROOM-32), а еще есть сенсорная кнопка,  которой можно переключать режим отображения.

Например, можно сделать, чтобы сразу показывалось то же, что сейчас, но после нажатия кнопки показывались другие датчики или прогноз погоды.

А еще к ней много что можно припаять;‑)

• Портировать его на какую‑нибудь железку с экраном 4–10«, которую можно прикрутить или приклеить к стене.»

Чтобы сделать не мини, а полноформатный экран для УДЯ.

Почти у всех такая железка есть, а у Яндекс нет. Или я не нашел.

Прошу предлагать в комментариях Ваши идеи.

Возможно, они меня заинтересуют и я их добавлю в этот список. Может быть, даже первыми ;-)