Tuto DIY : construisez votre guirlande connectée Stranger Things

Dans le cadre du DevFest Lille 2019, l’équipe Lilloise de SFEIR s’est fixée pour objectif de construire sa propre guirlande connectée pour parler avec le monde à l’envers.

Itération 0

Première étape cadrer le sujet : Permettre d’énoncer des mots à une Google Home et voir la guirlande les épeler.

Ce dont vous aurez besoin :

Un microcontrôleur Arduino ESP8266
Une alimentation micro USB
Une guirlande de LED NeoPixel Adafruit
Du fil d’électronique, de l’étain et un fer à souder
Du carton plume pour le support
Une tapisserie bien kitch
De la peinture
De l’huile de coude et de la patience

Architecture

Fort de notre expérience Google Cloud Platform chez SFEIR, il était impensable d’utiliser un autre produit pour notre backend. Le backend de notre projet s’articulait autour des composants et contraintes suivantes :

Go for the win
Une Cloud Function pour la mise à jour Over The Air (OTA) de notre microcontrôleur
Une Cloud Function de réception de l’énoncé en provenance de la Google Home et qui actionne la guirlande
Un bus IoT Core pour l’enregistrement, la sécurisation et la communication avec les devices IoT, ici notre ESP8266
Le firmware à proprement parler de notre microcontrôleur

Le schéma suivant présente l’assemblage de toutes ces briques logicielles :

Fonctionnement

La Google Home est interfacée avec IFTTT pour répondre à une phrase bien précise : “Ok Google, affiche Bonjour Lille”
Le paramètre “Bonjour Lille” est récupéré par IFTTT et transmis via HTTP à la Cloud Fonction de la guirlande
Le paramètre “Bonjour Lille” après nettoyage et validation est envoyé au firmware de l’ESP via MQTT pour affichage
Les mots sont décomposés et affichés sur les LED successivement

Firmware

Au niveau du microcontrôleur ESP8266, nous avons utilisé les librairies suivantes :

Google Cloud IoT Arduino, pas officiellement supportée par Google, mais permet de faciliter la gestion de la communication entre le microcontrôleur et GCP
Adafruit NeoPixel pour pouvoir piloter les différentes LED de notre guirlande.

Et quelques librairies utilitaires :

WifiManager permet de gérer facilement la connexion à un nouveau réseau wifi avec la mise en place d’un mode point d’accès avec portail captif
ArduinoJson pour la gestion du format JSON

D’abord, différentes étapes utilitaires requises à l’initialisation du microcontrôleur sont effectuées :

Connexion au dernier réseau wifi enregistré, s’il n’est pas accessible, passage en mode point d’accès pour permettre l’enregistrement d’un nouveau réseau wifi
Après connexion au réseau wifi, génération d’un token JWT, et authentification auprès de GCP
Inscription aux deux topics MQTT hébergés sur GCP (un pour la configuration, le second pour les messages)

Une fois ces étapes réalisées, nous entrons dans la boucle de fonction du microcontrôleur qui fera les actions suivantes :

S’il n’y a pas eu de messages à traiter depuis 15 min, passage en mode “veille”, avec affichage de lettres aléatoires (une toute les deux secondes)
Si un nouveau message arrive sur le topic MQTT des messages, découpage du mot, et pour chacune des lettres affichage de la LED correspondante
Si un nouveau message arrive sur le topic MQTT de configuration, mise à jour de la configuration et/ou mise à jour du firmware via la Cloud Fonction dédiée

Pour afficher une lettre sur la guirlande, les actions suivantes doivent être réalisées :

Configuration du l’état à afficher (position et couleur du pixel à allumer)
Envoi de la configuration à la guirlande
Attente de X millisecondes
Nettoyage de l’état de la guirlande (tous les pixels éteints)
Envoi de la configuration à la guirlande

Réalisation

Concernant la réalisation à proprement parler, voici les étapes réalisées :

Dessiner la guirlande au crayon pour définir la position régulière des ampoules sur le papier peint

Découpe des fils à la bonne taille pour souder les LED de la guirlande
Découper unitairement les LED de la guirlande en gardant leur bon ordre
Souder les LED avec les fils, penser à étamer les fils avant pour plus de facilité
Peindre la guirlande sur le papier peint 🖌
Perforer le papier peint pour faire apparaitre les LED
Fixer les LED au dos du papier peint
Fixer le papier peint, la guirlande et l’Arduino sur un support en papier plume pour un rendu solide (nous avons utilisé du scratch adhésif pour l’Arduino)