Как я превратил свой стол с регулировкой высоты в стол с Интернетом вещей

В этой статье я покажу, как я превратил свой стол с ручной регулировкой высоты в автоматизированный стол с Интернетом вещей. Я расскажу, как подобрать размеры и запустить моторы, а также как подключить ваше устройство IoT к Google при помощи Heroku в качестве публичного интерфейса. Если коротко, у этого проекта две особенности. Первое: стол подключается из Google Smart Home к Heroku с помощью голосовых команд, и второе: Heroku и собственно стол общаются по протоколу Интернета вещей MQTT. MQTT — хорошее решение для Интернета вещей, а также для преодоления некоторых других препятствий, с которыми нам придётся столкнуться.

Прежде всего скажу, что я делал этот проект, просто чтобы поразвлечься. Надеюсь, вы найдёте статью занимательной и она послужит вам мотивацией, чтобы найти время и сделать что-то своё.

Тот самый столик

Аппаратная часть

Первая и, вероятно, самая трудная часть работы — переделать стол. В прошлой жизни у стола была отсоединяемая ручка, она располагалась у края столешницы. Сначала я подумал о том, чтобы прикрепить что-то к отверстию ручки, не пришлось бы вмешиваться в конструкцию стола. Я приобрёл несколько приводов, чтобы понять, как к столу прикрепить мотор, но безрезультатно. Затем появилась идея: стержень, работающий по длине всего стола, который соединял бы его ножки так, что они опускались и поднимались бы одновременно. Если закрепить подходящий к стержню привод, тогда я смогу использовать ремень для соединения стержня и мотора. Также можно было бы оснастить стол мотором, не сильно вмешиваясь в его конструкцию.

Ремонт стола

Обычно в таких конструкциях чаще всего выходит из строя механизм подъема. Впрочем, случаются поломки и другого характера.

Наиболее типовые неисправности регулируемых столов:

• Отказ системы подъема (для конструкций, оборудованных электродвигателями). В этом случае сломаться может как электромотор, так и пульт управления. Иногда происходит заклинивание телескопического подъемника. Большинство подобных поломок решаются заменой неисправной детали.
• Люфт. Такие неполадки характерны для столов с ручным подъемом. Например, письменный стол с регулируемой высотой, в котором фиксация осуществляется при помощи штифта. Решается это подбором фиксирующего пальца большего диаметра.
• Дефекты столешницы. Для столов с одной опорой постоянные нагрузки с перекосом на одну сторону могут привести к деформации поверхности. Кроме того в ходе эксплуатации возможны механические повреждения, такие как царапины, сколы и трещины. В большинстве случаев понадобится замена столешницы.

Важность крутящего момента

Заказав нужные привод и ремень, я начал искать на Amazon мотор с высоким крутящим моментом. И — о, чудо! — я нашёл много подходящих двигателей! Или мне так показалось… Купив маленький моторчик, около месяца я ждал его прибытия из Китая. Я был так взволнован, когда моторчик, наконец, приехал! Не мог дождаться выходных, чтобы, наконец, собрать всё воедино и получить мой моторизованный стол.
Всё пошло не по плану. Я провёл день, вырезая дыру для стержня в металлической обшивке стола. В тот момент у меня были только ручные инструменты, поэтому процесс занял больше времени, чем я рассчитывал. Ближе к концу дня я закончил сборку стола и был готов его опробовать.

Я включил моторчик, напряжение на своём настольном источнике питания и… ничего не произошло. Несколькими мгновениями позже мотор начал вращаться и скрежетать зубцами приобретённого ремня. Из этого я извлёк два урока: ремень, очевидно, не справляется со своей работой, а надпись «Мотор с высоким крутящим моментом» не означает «Я могу поднять всё на свете». Второй урок: надо смотреть, какого размера моторчик в сравнении с пальцами. Мой оказался крошечным!

Слева на фото мотор и ремень. Вверху справа — прикреплённый к столу мотор (позже вы увидите больше о происходящем). Внизу справа мотор в положении на столе.

Требования к самодельному столу

В производственных условиях мебель проходит проверку на соответствие гаранту качества и рекомендованным стандартам. При самостоятельной работе мастер сам контролирует соответствие новой мебели требованиям безопасности:

1. Достаточная прочность. Любая мебель, даже декоративная, должна выдерживать малейшие нагрузки. А обеденные и ученические столы особенно важно проверять на прочность креплений и стыков.
2. Экологическая безопасность используемых материалов. Не следует строить стол из материалов, содержащих вредные смолы, токсичные примеси. Также нельзя применять подобные составы для декорирующей обработки.
3. Устойчивость к действию влаги. Если изготавливаемый стол предназначен для приема пищи и приготовления блюд, следует позаботиться о качественной и своевременной пропитке поверхностей соответствующими составами.
4. Мобильность, компактность, возможность трансформации. Наличие подобных качеств сыграет только на руку владельцам небольших по площади квартир, домов, дачных участков. После использования по назначению складной стол можно убрать на хранение в кладовку.

Статья в тему: Круглый стол своими руками

В процессе самостоятельной работы важно строго следовать подготовленному чертежу, плану, ведь от этого параметра напрямую зависит качество и возможный срок эксплуатации будущего изделия.

Подходящий мотор

Чтобы выбрать подходящий мотор, нужно было рассчитать, какой крутящий момент требуется для поднятия столешницы. Я был удивлён тем, насколько просто сделать это. Крутящий момент — это сила, умноженная на длину плеча рычага.
Что ж, плечо рычага у меня было (это рукоятка стола), нужно было только рассчитать силу, которая легко повернула бы плечо рычага. Я нагрузил стол, привязав к ручке кувшин для молока и постепенно добавлял в кувшин воду, пока рычаг не начал вращаться. Повернув ручку кверху с наполненным кувшином я убедился, что вес легко поворачивает ручку. Я выяснил, что длина плеча рычага составляет 11 см, а требуемая сила — 4 фунта. Подставив эти цифры в формулу, я выяснил, что мотор должен выдавать крутящий момент не менее 19,95 кгс.см. И начал искать его.

Я решил переделать стол необратимым образом. Мне было известно, что проходящий через середину стола стержень полый. Поискав двухвальный мотор, я мог разрезать стержень и пересобрать его с мотором в середине. Купив два мотора с крутящим моментом 20 кгс.см, я гарантировал, что крутящего момента для поднятия стола достаточно.

В очередную прекрасную субботу я разобрал свой стол на четыре части, подпилив валы двигателей так, чтобы их можно было использовать при сборке стержня. Я проделал больше дырок в металле, чтобы поместить в них моторы. Ремня в этот раз не было: моторы соединялись напрямую со стержнем, дыры были достаточно большими. Пока наступал вечер, я пересобрал стол и загрузил его офисными принадлежностями.

Два верхних фото — полностью установленные на стол моторы. Два нижних фото —- интегрированный стержень, с помощью моторов проходящий по длине стола.
Я подключил моторы и соединил их с источником питания. Включив питание, я увидел движение стола! На этот раз я был увереннее, потому что правильно подобрал размеры моторов. Я удвоил мощность двигателей ради уверенности, но потрясающе было видеть их движение!

Однако позвольте уточнить, что стол был медленным. Я снял видео, чтобы показать другу, как работает стол, но ему пришлось включить ускорение времени на видео, чтобы не смотреть 5 минут, как стол меняет положение столешницы.

Критерии выбора хорошей модели с функцией регулирования

Самые хорошие столы обладают следующими качествами:

• Богатый функционал: есть электропривод и пульт, подсветка LED, встроенные ящики, полки, розетки, подставка для ног, функция охлаждения для системного блока, наклонная регулировка для учебного и офисного вариантов.
• Бренд. Разница в цене на продукцию от отечественного производителя и иностранного очевидна. Функционал тоже может быть различен. Какой фирмы лучше выбрать товар покупатель решает в силу своей платежеспособности и целей использования изделия. Однако в любом случае нужно отдавать предпочтение моделям зарекомендовавших себя производителей.
• Материал. Качественные модели изготавливают из безопасного сырья, дешевые изделия могут иметь в составе вредные примеси, начинающие со временем испаряться. Если мебель приобретается для детей, следует на этот критерий обратить внимание в первую очередь. Тип каркаса тоже важен, поскольку влияет на длительность эксплуатации. Желательно, чтобы изделие имело металлический «скелет», он гораздо прочнее.
• Форма и параметры. Стол должен вписываться в интерьер, но при этом быть удобен пользователю. Каждый выбирает модель по собственному вкусу, учитывая габариты помещения, в котором изделие будет установлено, и рост человека, который будет за столом работать.

Цвет изделия подбирают по желанию. Однако стоит помнить, что что на черной лакированной поверхности, как и на белой с глянцем остаются следы.

Где купить и как выбрать стол

Хорошее изделие можно подобрать в интернет-магазине или мебельном салоне. В торговом центре покупка значительно проще. Покупатель может внимательно осмотреть представленный образец и получить рекомендации от консультанта.

На торговом сайте остается надеяться на собственную прозорливость и внимательно читать описание и характеристики лота. Частые ошибки при выборе товара, совершаемые покупателями, как раз в невнимательности. Следует детально изучить все строки характеристик, уточнить параметры изделия, узнать бренд и страну-производителя, почитать отзывы других пользователей, чтобы выяснить недостатки и достоинства товара. На форумах покупателей также можно узнать, сколько стоит этот же стол на других торговых площадках, и выбрать более подходящий вариант.

Заказать онлайн товар можно, только окончательно убедившись, что именно эта модель нужна.

Перед тем, как совершить покупку, следует удостовериться в добропорядочности продавца. Стоит проверить, указаны ли на торговой интернет-площадке контактные данные магазина — адрес юридического лица и номер телефона. Наличие организации, осуществляющей продажу, можно также проверить на официальном сайте налоговой службы, введя реквизиты продавца. Эти действия помогут не стать жертвой мошенников.

Обороты важны. Окончательная версия

Наконец я понял, что всё сводится к двум вещам: крутящему моменту и оборотам. Нужно было найти мотор с достаточным количеством оборотов при уже известном крутящем моменте.
Это было не так сложно. Хотя я не нашёл двухвалового мотора, зато нашёл прямоугольный редуктор, который превращает мотор с одним валом в двухвальный мотор.

Короче говоря, следующий месяц был месяцем ожидания коробки передач из Китая, а следующей после ожиданий субботой у меня был стол, который двигался с нужной скоростью.

Я не был доволен огромным блоком питания на моем столе, лежащем только ради того, чтобы управлять высотой столешницы. Кроме того, чтобы изменять положение стола от одного к другому и обратно, я менял местами провода. Небольшая проблема, но проект делался, чтобы в идеале просто нажимать кнопку и иметь несколько предустановок высоты.

Как выбирать

Прежде чем идти в магазин следует задаться вопросом, а какой, собственно, нужен стол регулируемый по высоте? В первую очередь нужно исходить из задач, решение которых будет оправдывать целесообразность такой покупки. Вторым немаловажным фактором является размер. Такие столы отличаются довольно большими габаритами, поэтому имеет смысл заранее сделать замеры того места, где он должен стоять.

В общем случае рекомендуется обращать внимание на следующее:

1. Конструктивная схема. Механический подъем или при помощи электроприводов.
2. Материал. Если предполагается большая нагрузка (монитор, принтер, системный блок), лучше выбирать модели с каркасом из металла и массивной столешницей. Модели для бумажной работы могут быть попроще.
3. Количество опор. Опять же, все зависит от нагрузки.
4. Максимальная высота подъема.
5. Частота использования. С какой периодичностью предполагается регулировать высоту.

Обратите внимание! В некоторых столах с механической системой подъема, процесс регулировки осуществляется при помощи закладного штифта в соответствующее отверстие на опоре. Это значит, что со столешницы придется убирать все предметы, которые могут упасть во время этой процедуры, что крайне неудобно, если такое действие нужно производить постоянно.

Bluetooth

Первым решением было добавить к столу Bluetooth. В конце концов, похоже на то, что почти каждое устройство в доме имеет Bluetooth, а телефон представляется удобным интерфейсом управления чего-то подобного моему столу.
Итак, теперь я приобрёл плату контроллера мотора, плату для Bluetooth Nordic NRF52, сенсоры для измерения расстояния и начал возиться с прошивкой контроллера.

В конце статьи я оставлю ссылки на софт и прошивку, которые написал для проекта. Не стесняйтесь комментировать код: я не занимаюсь прошивками профессионально и хотел бы получить какие-то указания.

В качестве краткого введения: ESP32 написана на C++ с помощью библиотек Arduino для взаимодействия с приложением BLE Terminal на телефоне. Установка и конфигурирование BLE довольно сложны. Для начала нужно создать все характеристики для значений, которые вы хотели бы контролировать через BLE. Думайте о характеристике, как о переменной в вашем коде. BLE оборачивает переменную во множество обработчиков для получения и установки значения этой переменной.

Затем характеристики упаковываются в сервис с собственным UUID, который делает сервис уникальным и идентифицируемым из приложения. Наконец, вы должны добавить этот сервис к полезной нагрузке объявления, чтобы ваш сервис мог быть обнаружен устройством. Когда удалённое устройство соединяется с вашим сервисом и отправляет данные через характеристики, стол распознаёт, что пользователь хочет отрегулировать высоту до другой предустановки и начинает движение.

Для регулировки высоты столешница имеет определяющий текущую высоту встроенный в нижнюю часть сенсор TFMini-S LiDAR. Это забавный сенсор: он называется LiDAR, хотя на самом деле это лазер. Он использует оптику и светодиод, чтобы определить время полёта ИК-излучения. Так или иначе, сенсор определяет высоту стола. Затем контрольная плата определяет разницу между текущей высотой и запрашиваемой высотой и запускает мотор, который вращается в нужном направлении. Некоторые основные части кода приведены ниже, но вы можете увидеть весь файл здесь.

void setup() { Serial.begin(115200); Serial2.begin(TFMINIS_BAUDRATE); EEPROM.begin(3); // used for saving the height presets between reboots tfminis.begin(&Serial2); tfminis.setFrameRate(0); ledcSetup(UP_PWM_CHANNEL, PWM_FREQUENCY, PWM_RESOLUTION); ledcAttachPin(UP_PWM_PIN, UP_PWM_CHANNEL); ledcSetup(DOWN_PWM_CHANNEL, PWM_FREQUENCY, PWM_RESOLUTION); ledcAttachPin(DOWN_PWM_PIN, DOWN_PWM_CHANNEL); state_machine = new StateMachine(); state_machine->begin(*t_desk_height, UP_PWM_CHANNEL, DOWN_PWM_CHANNEL); BLEDevice::init(«ESP32_Desk»); … BLEServer *p_server = BLEDevice::createServer(); BLEService *p_service = p_server->createService(BLEUUID(SERVICE_UUID), 20); /* ——————- SET HEIGHT TO PRESET CHARACTERISTIC ————————————— */ BLECharacteristic *p_set_height_to_preset_characteristic = p_service->createCharacteristic(…); p_set_height_to_preset_characteristic->setCallbacks(new SetHeightToPresetCallbacks()); /* ——————- MOVE DESK UP CHARACTERISTIC ———————————————- */ BLECharacteristic *p_move_desk_up_characteristic = p_service->createCharacteristic(…); p_move_desk_up_characteristic->setCallbacks(new MoveDeskUpCallbacks()); /* ——————- MOVE DESK UP CHARACTERISTIC ———————————————- */ BLECharacteristic *p_move_desk_down_characteristic = p_service->createCharacteristic(…); p_move_desk_down_characteristic->setCallbacks(new MoveDeskDownCallbacks()); /* ——————- GET/SET HEIGHT 1 CHARACTERISTIC —————————————— */ BLECharacteristic *p_get_height_1_characteristic = p_service->createCharacteristic(…); p_get_height_1_characteristic->setValue(state_machine->getHeightPreset1(), 1); BLECharacteristic *p_save_current_height_as_height_1_characteristic = p_service->createCharacteristic(…); p_save_current_height_as_height_1_characteristic->setCallbacks(new SaveCurrentHeightAsHeight1Callbacks()); /* ——————- GET/SET HEIGHT 2 CHARACTERISTIC —————————————— */ … /* ——————- GET/SET HEIGHT 3 CHARACTERISTIC —————————————— */ … /* ——————- END CHARACTERISTIC DEFINITIONS —————————————— */ p_service->start(); BLEAdvertising *p_advertising = p_server->getAdvertising(); p_advertising->start(); xTaskCreate( updateDeskHeight, // Function that should be called «Update Desk Height», // Name of the task (for debugging) 1024, // Stack size NULL, // Parameter to pass 5, // Task priority NULL // Task handle ); } В файле происходит гораздо больше, но контекста у этого кода достаточно, чтобы понять происходящее. Обратите внимание, что мы создаём и конфигурируем все обратные вызовы BLE для всех характеристик, включая ручное движение, установку и получение значений пресета и, самое важное, выравнивает стол согласно предустановке.

Изображение ниже показывает взаимодействие с характеристиками для регулировки высоты стола. Последний элемент головоломки — машина состояний, которой известна текущая высота стола, требуема пользователем высота, и работает с этими двумя значениями.

Итак, наконец у меня был стол, который делал всё, что я хотел. Я мог сохранить высоту в пресеты и извлечь высоты из памяти, чтобы установить стол в мои любимые положения. Я применял BLE Terminal на моём телефоне и компьютере, так я мог посылать сообщения в сыром виде моему столу и контролировать его позицию. Это работало, но я знал, что битва с BLE только начинается.

После всего этого моя жена сказала кое-что, что изменило весь проект: «А что, если сделать управление твоим голосом?».

Кроме крутости и добавления нового устройства к списку Google Assistant отпала необходимость писать приложение под iOS, чтобы управлять столом. И больше не нужно было доставать телефон, чтобы отрегулировать высоту. Ещё одна маленькая победа!

Какие бывают столы с регулируемой высотой

Виды конструкций бывают разные, главную роль играет назначение предмета мебели.

Есть столы для офиса и домашнего использования:

• Письмо.

Для удобства пользователя он оснащен механическим устройством, позволяющим регулировать не только высоту, но и наклон стола. Это удобнее моделей, в которых рабочая зона имеет подвижную и стационарную площадки.

• Компьютер.

Модель с ограниченным функционалом. Ширина стола рассчитана на установку компьютера, предлагается выдвижная панель для клавиатуры. Нет места для записи. Форма стола может быть разной. В продаже есть Г-образные, С-образные модели.Также лучшие производители варьируют мобильность изделий. На рынке грузоперевозок можно выбрать как стационарные, так и передвижные конструкции, на колесах с боковой поддержкой и возможностью поворота оси.

• Офис.

С момента появления многофункциональных новинок с возможностью регулировки высоты и наклона рабочей зоны, оснащенных дополнительными функциями и элементами, обеспечивающими комфорт пользователя, популярность моделей этой линейки не ослабевает. Инженеры продумали все до мелочей: подставка для ног, розетка для подключения компьютера или ноутбука, приспособление для установки осветительного прибора, удобные и вместительные ящики для хозяйственных мелочей. Такие изделия стоят дорого, но цена оправдана. Для оснащения кабинета также представлены бюджетные таблицы. Такая модель с функцией роста, со шкафом, передвигающимся на колесиках или с полкой, лишена других дополнений. Также продаются Т-образные модели,которые обычно устанавливаются в конференц-залах.

• Для детей.

Есть модели с электроприводом и механическим управлением. Первый вариант продается с пультом, позволяющим выбирать нужные параметры. Второй имеет встроенный механизм, ступенчатый или винтовой, который регулирует высоту. Ребенок сам не может справиться с окружающей средой, эту работу должен делать взрослый. Более удобные конструкции с подставками для ног, функцией изменения положения стола и ящиком для учебников, тетрадей и канцелярских принадлежностей. Модели с возможностью модификации многофункциональны, а значит, более удобны, но и дороже более простых изделий.

• Журнал.

Трансформер для гостиной, оснащенный механизмом регулировки высоты, увеличивает функциональность предмета мебели. Подстраивается под рост человека, сидящего перед ним. Также есть модели со скользящими поверхностями. Этот вариант может заменить обеденный стол. Форма стола может быть круглой, квадратной, прямоугольной. Для небольших комнат удобен журнальный столик, рабочая зона которого треугольная, его легко задвинуть в угол.

• Наемный рабочий.

Популярные модели: из МДФ и ДСП, с электроприводом или механической регулировкой высоты. Рабочее место с регулируемой поверхностью пригодится как на кухне, так и в мастерской. Конструкции бывают прямоугольными, квадратными, треугольными и в форме буквы С. Материал каркаса – металл, что увеличивает прочность изделия. Популярны настенные конструкции, мобильные модели на колесиках, стационарные. Пристроенный или в углу тоже удобен для работы, особенно в узком помещении. Модели с колесами, дополненными индивидуальными тормозами, входят в список одних из самых востребованных.

• Столовая.

Модель столовой на «растущих» ногах повышает комфорт людей, участвующих в трапезе. Кухонный трансформер, который также имеет функцию удлинения стола, позволяет увеличить площадь сервировки. Традиционно эта мебель изготавливается из ЛДСП, дерева и металла. Материал стола: стекло, пластик, дерево, ДСП. Изделия из ДСП менее экологичны, так как в составе присутствует формальдегидная смола, пары которой вредны для здоровья. Деревянная мебель – нестареющая классика. Она уверена в себе, элегантна. Единственный минус — качественная продукция стоит дорого. Изделия из металла долговечны, современны, но подходят далеко не к каждому интерьеру.

Перед покупкой товара необходимо определиться, какая мебель вам нужна, как вы планируете ее использовать, так как от назначения зависят ее параметры и функциональность.

Добавление Интернета вещей

Теперь поговорим об апгрейде стола до управления голосом через Google Smart Home и как подружить его с Wi-Fi.
Добавить Wi-Fi было достаточно просто. Я заменил микроконтроллер Nordic NRF52 на ESP32 со встроенным WiFi. Большая часть софта была переносимой, потому что была написана на C++, а оба устройства могли программироваться с помощью Platform.IO и библиотек Arduino, включая tfmini-s, написанную мной для измерения текущей высоты стола.

Ниже показана архитектура системы взаимодействия стола с Google Smart Home. Давайте поговорим о взаимодействии между мной и Гуглом.

Итак, Bluetooth был включён. Пришло время выяснить, как взаимодействовать с Google Smart Home. Эта технология контролировала дом с помощью Smart Home Actions. В её действиях интересно то, что сервис действует как сервер OAuth2, а не как клиент. Большая часть проделанной с сервером работы была связана с реализацией приложения OAuth2 Node.js Express, которое добирается до Heroku и взаимодействует как прокси между Google и моим столом.

Мне повезло: была достойная реализация сервера с помощью двух библиотек. Первая библиотека — node-oauth2-server, была найдена здесь. Вторая библиотека express-oauth-server для подключения Express была найдена здесь.

const { Pool } = require(«pg»); const crypto = require(«crypto»); const pool = new Pool({ connectionString: process.env.DATABASE_URL }); module.exports.pool = pool; module.exports.getAccessToken = (bearerToken) => {…}; module.exports.getClient = (clientId, clientSecret) => {…}; module.exports.getRefreshToken = (bearerToken) => {…}; module.exports.getUser = (email, password) => {…}; module.exports.getUserFromAccessToken = (token) => {…}; module.exports.getDevicesFromUserId = (userId) => {…}; module.exports.getDevicesByUserIdAndIds = (userId, deviceIds) => {…}; module.exports.setDeviceHeight = (userId, deviceId, newCurrentHeight) => {…}; module.exports.createUser = (email, password) => {…}; module.exports.saveToken = (token, client, user) => {…}; module.exports.saveAuthorizationCode = (code, client, user) => {…}; module.exports.getAuthorizationCode = (code) => {…}; module.exports.revokeAuthorizationCode = (code) => {…}; module.exports.revokeToken = (code) => {…}; Далее идет настройка самого приложения Express. Ниже приведены конечные точки, необходимые для сервера OAuth, но вы можете прочитать полный файл здесь. const express = require(«express»); const OAuth2Server = require(«express-oauth-server»); const bodyParser = require(«body-parser»); const cookieParser = require(«cookie-parser»); const flash = require(«express-flash-2»); const session = require(«express-session»); const pgSession = require(«connect-pg-simple»)(session); const morgan = require(«morgan»); const { google_actions_app } = require(«./google_actions»); const model = require(«./model»); const { getVariablesForAuthorization, getQueryStringForLogin } = require(«./util»); const port = process.env.PORT || 3000; // Create an Express application. const app = express(); app.set(«view engine», «pug»); app.use(morgan(«dev»)); // Add OAuth server. app.oauth = new OAuth2Server({ model, debug: true, }); // Add body parser. app.use(bodyParser.urlencoded({ extended: false })); app.use(bodyParser.json()); app.use(express.static(«public»)); // initialize cookie-parser to allow us access the cookies stored in the browser. app.use(cookieParser(process.env.APP_KEY)); // initialize express-session to allow us track the logged-in user across sessions. app.use(session({…})); app.use(flash()); // This middleware will check if user’s cookie is still saved in browser and user is not set, then automatically log the user out. // This usually happens when you stop your express server after login, your cookie still remains saved in the browser. app.use((req, res, next) => {…}); // Post token. app.post(«/oauth/token», app.oauth.token()); // Get authorization. app.get(«/oauth/authorize», (req, res, next) => {…}, app.oauth.authorize({…})); // Post authorization. app.post(«/oauth/authorize», function (req, res) {…}); app.get(«/log-in», (req, res) => {…}); app.post(«/log-in», async (req, res) => {…}); app.get(«/log-out», (req, res) => {…}); app.get(«/sign-up», async (req, res) => {…}); app.post(«/sign-up», async (req, res) => {…}); app.post(«/gaction/fulfillment», app.oauth.authenticate(), google_actions_app); app.get(‘/healthz’, ((req, res) => {…})); app.listen(port, () => { console.log(`Example app listening at port ${port}`); }); Кода довольно много, но я объясню основные моменты. Два используемых для сервера маршрута OAuth2, — это /oauth/token и /oauth/authorize. Они применяются для получения нового токена или обновления истекших токенов. Далее нужно заставить сервер реагировать на действие Google. Вы заметите, что конечная точка /gaction/fulfillment указывает на объект google_actions_app.

Google отправляет запросы на ваш сервер в определённом формате и предоставляет библиотеку, помогающую обработать эти запросы. Ниже приведены функции, необходимые для связи с Google, а весь файл целиком лежит здесь. Наконец, есть конечная точка /healthz, о которой я расскажу в конце статьи.

Конечная точка /gaction/fulfillment использует промежуточное ПО под названием app.oauth.authenticate(), тяжёлая работа по обеспечению работы сервера OAuth2 была направлена на то, чтобы работало это промежуточное ПО. Оно проверяет, что токен-носитель, предоставленный нам Google, ссылается на существующего пользователя и не истёк. Далее маршрут отправляет запрос и ответ объекту google_actions_app.

Google отправляет запросы на ваш сервер в определённом формате и предоставляет библиотеку, помогающую анализировать и обрабатывать эти запросы. Ниже приведены функции, необходимые для связи с Google, но вы можете просмотреть весь файл целиком здесь.

const { smarthome } = require(‘actions-on-google’); const mqtt = require(‘mqtt’); const mqtt_client = mqtt.connect(process.env.CLOUDMQTT_URL); const model = require(‘./model’); const { getTokenFromHeader } = require(‘./util’); mqtt_client.on(‘connect’, () => { console.log(‘Connected to mqtt’); }); const updateHeight = { «preset one»: (deviceId) => { mqtt_client.publish(`/esp32_iot_desk/${deviceId}/command`, «1»); }, «preset two»: (deviceId) => { mqtt_client.publish(`/esp32_iot_desk/${deviceId}/command`, «2»); }, «preset three»: (deviceId) => { mqtt_client.publish(`/esp32_iot_desk/${deviceId}/command`, «3»); }, }; const google_actions_app = smarthome({…}); google_actions_app.onSync(async (body, headers) => {…}); google_actions_app.onQuery(async (body, headers) => {…}); google_actions_app.onExecute(async (body, headers) => {…}); module.exports = { google_actions_app }; Когда вы добавите интеллектуальное действие в свой аккаунт Google, Google выполнит запрос на синхронизацию. Этот запрос позволяет узнать, какие устройства доступны из аккаунта. Далее происходит опрашивающий запрос: Google запрашивает ваши устройства, чтобы определить их текущее состояние.

Когда вы впервые добавляете действие Google в свой аккаунт Smart Home, вы заметите, что Google сначала отправляет запрос синхронизации, а затем опрашивающий запрос, чтобы получить целостное представление о ваших устройствах. Последний — запрос это запрос на выполнение, который Google сообщает вашим устройствам, чтобы они что-то делали.

«Особенности» (trait) устройства Google Smart Home

Google использует особенности устройства для предоставления элементов пользовательского интерфейса управления вашими устройствами в Google, а также для создания коммуникационных шаблонов голосового управления. Некоторые из особенностей включают в себя следующие настройки: ColorSetting, Modes, OnOff, and StartStop. Мне потребовалось некоторое время, чтобы решить, какая особенность будет лучше всего работать в моём приложения, но позже я выбрал режимы.
Вы можете думать о режимах как о выпадающем списке, где выбирается одно из N предопределённых значений или, в моём случае, предустановки высоты. Я назвал свой режим «высота», а возможные значения — «предустановка один», «предустановка два» и «предустановка три». Это позволяет мне управлять своим столом, говоря: «Эй, Google, установите высоту моего стола в предустановку один», — и Google отправит соответствующий запрос на выполнение в мою систему. Вы можете прочитать больше об особенностях устройств Google здесь.

Преимущества и недостатки регулируемых столов

От собратьев эта модель отличается возможностью изменить высоту столешницы за счет «растущих» ножек.

Встроенный механизм позволяет использовать стол в положении стоя и сидя, что повышает комфорт человека.

Механизм регулирования приходит в движении от ручного усилия или электропривода.

По мнению покупателей, конструкция обладает следующими достоинствами:

• Во время работы за столом человек может выбрать любую удобную для него позу.
• Регуляция высоты под человеческий рост снимает дискомфорт, который появляется при работе за несоответствующим по размерам столом.
• Мебель для детей с функцией регулировки высоты позволяет правильно развиваться позвоночнику дошкольника и школьника без деформирования осанки.
• Растущий вместе с ребенком стол — очевидная экономия семейного бюджета.

К недостаткам столов с регулировкой относят:

• Недорогие модели изготовлены из быстро стареющего материала, сырья невысокого качества.
• Механизм регулирования может выйти из строя, потребуется ремонт конструкции.
• Многие бюджетные варианты не оснащены ящиками, тумбами, что снижает функционал мебели.
• Качественные изделия с дополнительными опциями, увеличивающими комфорт использования, стоят дорого.

Взвесив все «за» и «против» данной конструкции, покупатели, решая, какой лучше купить стол — обычный или регулируемый, приходят к мысли, что второй вариант выгоднее.

Проект в деле

Наконец, Google Smart Home и мой компьютер начали общаться. До этого для локального запуска сервера Express я использовал ngrok. Теперь, когда мой сервер наконец заработал достаточно хорошо, пришло время сделать его доступным для Google в любое время. Значит, нужно было разместить приложение на Heroku — это поставщик PaaS, упрощающий развёртывание и управление приложениями.
Одно из главных преимуществ Heroku — режим дополнений. С дополнениями очень просто добавить CloudMQTT и сервер Postgres для приложения. Ещё одно преимущество использования Heroku — простота сборки и развёртывания. Heroku автоматически определяет, какой код вы используете, и создаёт/развёртывает его для вас. Вы можете найти более подробную информацию об этом, прочитав о Heroku Buildpacks. В моём случае всякий раз, когда я отправляю код в git remote Heroku, он устанавливает все мои пакеты, удаляет все зависимости разработки и развёртывает приложение, и это всё простой командой «git push heroku main».

Всего в несколько кликов CloudMQTT и Postgres стали доступны моему приложению, и мне нужно было использовать только несколько переменных среды, чтобы интегрировать эти сервисы с моим приложением. Heroku не потребовал денег. Однако CloudMQTT — сторонним дополнение за $5 в месяц.

Я считаю, что необходимость в Postgres не нуждается в комментариях, но CloudMQTT заслуживает больше внимания.

Из Интернета в частную сеть. Сложный способ

Есть несколько способов предоставить доступ к приложению или, в моём случае, устройству Интернета вещей. Первый — открыть порт в моей домашней сети, чтобы вывести устройство в Интернет. В этом случае моё приложение Heroku Express отправит запрос на моё устройство, используя публичный IP-адрес. Это потребовало бы от меня иметь публичный статический IP-адрес, а также статический IP-адрес для ESP32. ESP32 также должен был бы действовать как HTTP-сервер и всё время слушать инструкции от Heroku. Это большие накладные расходы для устройства, получающего инструкции несколько раз в день.
Второй способ называется «дырокол». С ним вы можете задействовать сторонний внешний сервер для доступа устройства в Интернет без необходимости переадресации портов. Ваше устройство в основном подключается к серверу, который устанавливает открытый порт. Затем другая служба может подключиться непосредственно к вашему внутреннему устройству, получив открытый порт от внешнего сервера. Наконец, он подключается непосредственно к устройству, используя этот открытый порт. Подход может быть правильным или не совсем правильным: я прочитал о нём только часть статьи.

Внутри «дырокола» происходит многое, и я не до конца понимаю происходящее. Однако, если вам интересно, есть несколько интересных статей, объясняющих больше. Вот две статьи, которые я прочитал, чтобы лучше понять «дырокол»: Википедия и статья из MIT, написанная Брайаном Фордом и другими.

Из Интернета в частную сеть через IoT

Я не был очень доволен этими решениями. Я подключил много смарт-устройств в дом, и мне никогда не приходилось открывать порт на маршрутизаторе, так что переадресации портов не было. Кроме того, пробивка дыр кажется гораздо более сложной, чем то, что я ищу, и лучше подходит для сетей P2P. В результате дальнейших исследований я обнаружил MQTT и узнал, что это протокол для IoT. Он обладает некоторыми преимуществами, такими как низкое энергопотребление, настраиваемая отказоустойчивость, и не требует переадресации портов. MQTT — протокол типа издатель/подписчик, это означает, что стол — подписчик определённого топика, а приложение Heroku — издатель этого топика.
Таким образом, Google связывается с Heroku, этот запрос анализируется, чтобы определить запрошенное устройство и его новое состояние или режим. Затем приложение Heroku публикует сообщение на сервере CloudMQTT, развёрнутом как надстройка на Heroku, с указанием столу перейти к новой предустановке. Наконец, стол подписывается на топик и получает сообщение, опубликованное приложением Heroku, наконец, стол настраивает свою высоту в соответствии с запросом! В файле googleactionsapp вы заметите, что есть функция updateHeight, которая публикует один номер в топике MQTT для определённого идентификатора устройства. Вот так приложение Heroku публикует в MQTT запрос на перемещение стола.

Последний шаг ё получение сообщения на ESP32 и перемещение стола. Я покажу некоторые основные моменты кода для стола ниже, а весь исходный код находится здесь.

void setup() { Serial.begin(115200); … tfminis.begin(&Serial2); tfminis.setFrameRate(0); … state_machine = new StateMachine(); state_machine->begin(*t_desk_height, UP_PWM_CHANNEL, DOWN_PWM_CHANNEL); setup_wifi(); client.setServer(MQTT_SERVER_DOMAIN, MQTT_SERVER_PORT); client.setCallback(callback); … } Когда стол загружается, мы сначала запускаем связь между TFMini-S — датчиком расстояния — чтобы получить текущую высоту стола. Затем мы настраиваем конечный автомат для движения стола. Конечный автомат получает команды через MQTT, а затем отвечает за согласование запроса пользователя с фактической высотой стола, считываемой датчиком расстояния. Наконец, мы подключаемся к сети Wi-Fi, подключаемся к серверу MQTT и настраиваем обратный вызов для любых данных, получаемых по теме MQTT, на которую мы подписаны. Ниже я покажу функцию обратного вызова. void callback(char *topic, byte *message, unsigned int length) { … String messageTemp; for (int i = 0; i < length; i++) { messageTemp += (char)message
; } if (messageTemp == «1») { state_machine->requestStateChange(ADJUST_TO_PRESET_1_HEIGHT_STATE); } if (messageTemp == «2») { state_machine->requestStateChange(ADJUST_TO_PRESET_2_HEIGHT_STATE); } if (messageTemp == «3») { state_machine->requestStateChange(ADJUST_TO_PRESET_3_HEIGHT_STATE); } … } Конечный автомат регистрирует изменение состояния, полученное в теме MQTT. Затем он в основном цикле обрабатывает новое состояние. void loop() { if (!client.connected()) { reconnect(); } client.loop(); state_machine->processCurrentState(); } Основной цикл выполняет несколько задач: во-первых, он повторно подключается к серверу MQTT, если еще не подключён. Затем обрабатывает все данные, полученные через топик MQTT. Наконец, код отрабатывает, перемещая столешницу в нужное место, запрошенное в топике MQTT.
Вот и всё! Стол полностью управляется голосом и обменивается данными с Google для получения команд!

Разновидности взрослых моделей

Выбор взрослых моделей достаточно обширен. Столы с регулируемой высотой подходят и для сидячего, и для стоячего положений. Но в зависимости от назначения, такие модели могут отличаться. Конструкция для работы стоя предусматривает высокие опоры, узкую столешницу и минимальный функционал. Если же большую часть времени работник сидит, мебель будет иметь несколько иные габариты и обладать более разнообразной функциональностью.

Кроме того, различают модели по автоматизации их регулировки. Стол может быть механическим или с электроподъемником. В первом случае высота конструкции настраивается с помощью рукоятки, а во втором — благодаря электроприводу.

Механический, в свою очередь, может быть представлен двумя разновидностями:

1. Ступенчатый. Такой механизм подразумевает изменение высоты стола за счет смещения столешницы в пазы, которые были предварительно установлены на разном уровне. Также можно поставить заглушки в отверстия по обе стороны опор и таким образом изменять длину ножек.
2. Винтовой. Этот механизм предусматривает иной принцип действия: высота стола изменяется за счет круговых вращений ножек.

Стол с механическим механизмом регулировки можно сделать своими руками, что позволит существенно сэкономить на дорогостоящей покупке.

Выбирая подходящую модель под свои потребности, также следует учитывать наличие дополнительных опций. Если их нет, и конструкция предусматривает только столешницу с опорами и механизм регулировки, такой стол обойдется значительно дешевле. Если удобство в приоритете, стоит обратить внимание на усовершенствованные варианты — с пультом управления высоты и встроенными розетками, что позволит подключить компьютер или другую оргтехнику, не протягивая через комнату провода.

Статья в тему: Деревянный стол для беседки своими руками

Кроме того, особенности строения и функционал стола могут зависеть от его назначения:

1. Письменный. Такие модели зачастую предусматривают возможность изменения не только высоты, но еще наклона столешницы, что очень удобно для работы с документами, но не подходит для установки компьютера. Конструкция обычно имеет механический механизм регулировки.
2. Компьютерный. Главная его особенность — габариты. Размеры столешницы зачастую предусматривают место только под ноутбук и мышь. Рабочая поверхность может быть складной и иметь подвижные элементы: одна половина стола предназначена для установки компьютера, вторая — для руки сидящего, на которую он будет опираться. Стационарные конструкции не предусматривают широкого функционала и имеют вид стандартного столика с ножкой посередине. Прикроватные модели, в свою очередь, оборудованы колесиками для передвижения, боковой опорой и вращающейся осью. Их изготавливают в С или Г-образной форме.
3. Офисные модели. Меняющие свою высоту столы для офиса — наиболее функциональные представители линейки. Их оснащают всевозможными полками, розетками, подставками для ног и прочими дополнительными элементами, делающими работу сотрудника максимально комфортной. Впрочем, нередко встречаются и бюджетные варианты — лаконичные столики без излишеств.

Для работы за компьютером идеальным столом будет модель со встроенной системой охлаждения. С ее помощью можно исключить перегрев портативного устройства и продлить сроки его эксплуатации.

Последние заметки

Последняя конечная точка, о которой я не упоминал, — конечная точка / healthz. Это связано с тем, что Google ожидает, довольно быстрого ответа, и загрузка приложения Heroku при каждом запросе в моём случае не работает. Я установил службу ping для проверки связи с конечной точкой /healthz каждую минуту, чтобы служба оставалась работоспособной и была готова ответить. Если вы планируете сделать что-то подобное, помните, что на это будут израсходованы все бесплатные часы на стенде. Сейчас всё нормально: это единственное используемое на Heroku приложение. Кроме того, за 7 долларов в месяц вы можете перейти на тарифный план Heroku’s Hobby с поддержкой постоянной работы приложения.
Создание устройства IoT связано с большими накладными расходами в начале. Я сконструировал оборудование, построил схему управления, настроил сервер MQTT, написал сервер Express OAuth2 и научился взаимодействовать с Google Smart Home через действия. Первоначальные накладные расходы были огромными, но я чувствую, что многого добился! Не говоря уже о том, что сервер MQTT, сервер приложений Express OAuth2 и Google Smart Home Actions можно использовать для другого проекта. Умные дома мне интересны, и я могу попытаться расширить свой репертуар IoT-устройств, включив в него датчики, отслеживающие происходящее вокруг моего дома и сообщающее об этом через MQTT. Датчики для мониторинга почвы, температуры и датчики света будет очень интересно мониторить и анализировать.

Что дальше?

Высота столешницы сейчас измеряется в лучшем случае ненадёжно. Я использую в целом работающим инфракрасным датчиком расстояния TFMini-S. Замечено, что высота стола немного меняется в течение дня, когда меняется окружающее освещение в комнате. Я заказал датчик угла поворота, чтобы подсчитать обороты стержня, проходящего через стол. Это должно дать мне движения точнее в любое время дня. У меня также есть доступ к серверу, который я размещаю в подвале. На нём я могу исследовать собственный сервер Mosquitto MQTT, Node-RED и Express-приложения OAuth2, если захочу хостить что-то сам. Наконец, сейчас вся электроника лежит прямо на моём столе. Я планирую организовать устройства так, чтобы все было красиво и аккуратно!
Спасибо, что прочитали статью! Для удобства даю все ссылки.

• Torque Calculator
• 90 degree right angle gear box
• BLE Terminal
• Platform.IO
• TFMini-S Arduino Driver
• Google Smart Home Actions
• Node OAuth2 Server
• Express OAuth2 Server
• ESP32 IoT Desk Server model.js
• ESP32 IoT Desk Server index.js
• ESP32 IoT Desk Server google_actions.js
• Google Smart Home Device Traits
• NGROK
• ESP32 IoT Desk Firmware
• Node-RED
• Heroku
• Heroku Hobby Plan
• Heroku Buildpacks
• Wikipedia Hole Punching
• MIT Paper on Hole Punching by Bryan Ford et al.

• C++ разработчик

Eще курсы

• Обучение профессии Data Science
• Обучение профессии Data Analyst
• Профессия Этичный хакер
• Frontend-разработчик
• Профессия Веб-разработчик
• Курс «Python для веб-разработки»
• Продвинутый курс «Machine Learning Pro + Deep Learning»
• Курс по Machine Learning
• Курс «Математика и Machine Learning для Data Science»
• Разработчик игр на Unity
• Курс по JavaScript
• Профессия Java-разработчик
• Курс по аналитике данных
• Курс по DevOps
• Профессия iOS-разработчик с нуля
• Профессия Android-разработчик с нуля

Стол с регулировкой высоты и наклона столешницы

Идея создания необычного стола появилась около года назад, но время для его изготовления появилось только сейчас.

До «трансформации» в течении полугода столешница стояла на обычных круглых мебельных ножках. Немного шаталась, но в целом функции стола выполняла.

Столешница была разработана в CorelDRAW своими руками и заказана на местном мебельном стекло-обрабатывающем заводе.

В первую очередь были перечерчены все эскизы, пересняты все размеры с дальнейшем занесением их в эскиз.

В качестве основной рамы выступали две дуги, на которые в дальнейшем крепились все несущие составляющие. Дуги были сделаны из профильной квадратной трубы 20х20 мм, на ручном самодельном трехвалковом трубогибе (да, ручка от мясорубки :-)).

Процесс подгонки труб после гибки.

Производим примерку дуг по столешнице.

Далее, после доведения дуг до нужных размеров, изготовляем нижнюю часть стола, для жесткости конструкции добавляем несколько поперечин.

Сварка производилась плазмой, при точной подгонке элементов на стыках. Дополнительной обработки в местах швов конструкция не потребовала.

Добавляем дополнительные полудуги, взяв их из остатка основных дуг рамы стола.

За основу механизма подъема столешницы были взяты актуаторы регулировки спутниковых антенн SuperJack HARL-3618+.

По заявленным характеристикам, пиковые подъемные нагрузки – до 400кг. Были рассмотрены варианты самостоятельного изготовления линейного актуатора, взяв за основу метровую шпильку M10-M12, с приваренной к трубе-штоку гайкой, с 12В движком от авто стеклодъемников или системы дворников стеклоочитителей, но в виду отсутствия времени на множество экспериментов, отложил идею для будущих проектов.

Рама стола была установлена на три линейные актуатора, что достаточно для устойчивости стола.

Далее подгонка верхней дуги, крепление ушек для привинчивания столешницы, после чего покраска.

В качестве шарниров для движения в актуаторах выбран болт М8х75, кольцо в актуаторе расточено до диаметра 14мм, на болт потом оденется резиновая трубка, поджатая шайбой с гайкой. Что-то по типу сайлентблока.

После покраски собираем всё воедино. Первые попытки подвигать конструкцией.

К актуаторам подведены провода питания. Параметры двигателя: 36В, ток около 1А. Выбран сетевой медный провод 2х0,75кв.мм.

Крепим столешницу для примерки.

Подъем и спуск столешницы вверх вниз осуществляется с помощью внешнего БП.

Комплектные крепления актуаторов были использованы для общей конструкции станины.

Для передвижения стола по полу установлены мебельные колесики, со свободным вращением на 360 градусов. Передние без стопоров, задние со стопорами.

Для жесткости станины, части верхних труб актуаторов были соединены дугоподобной пластиной, с дополнительным креплением к нижней дуге. Пластина40мм шириной, 4мм толщиной, согнута в дугу тем же трубогибом, радиус подобран экспериментальным путем, периодически примеряя к столу. Пластину в случае перегиба можно легко деформировать в обратном направлении, чего с профильной трубой так просто сделать не получится. Для крепления к этой пластине были использованы комплектные крепежные механизмы к актуаторам.

Схема управления подъемом стола.

Актуаторы имеют выход «считающий» обороты герконовым датчиком. Т.е., при желании, можно добавить интеллектуальную схемку управления с указанием угла или высоты подъема. Оценив сложность задачи и редкость применения такой регулировки, решил пойти примитивным путем — тумблер на два положения с двумя переключающими группами и замыкающая кнопка пуска — на каждый канал механизма подъема.

В качестве БП — трансформаторы 18+18В (соединены последовательно, 36В переменки на выходе), мощностью 40Вт. При данных нагрузках, которые не превышают по времени работы 1-2 мин при полном подъеме и спуске столешницы, этой мощности вполне достаточно, хоть трансформатор и работает в перегрузе. После трансформатора диодный мост 15А, который в процессе работы слегка греется. Два конденсатора 4700мкФх63В, можно и один. Выбраны с небольшим запасом, чтобы полностью убрать пульсации.

Индицирование подачи питания на выход для двигателя актуатора — светодиодом, через резистор 3кОм (для синего светодиода, 3мм).

Конструкция пульта оформлена в небольшой пластиковый корпус.

Общий вид стола в почти собранном виде.

Проверка электроники управления и механики шарниров.

Прячем провода, приводим всё к законченному виду.

Для крепления проводов использую армированный скотч, почти в цвет покраски (на фото оттенок немного искажается).

Стол закончен, в ближайшее время оформлю БП в нормальный корпус, необходимого размера не оказалось в наличии. Пока использовалась пластиковая коробочка от конфет :), чтобы как-то защитить от случайного доступа к схеме и к сетевому напряжению на трансформаторе.

Видео работы подъемных механизмов самоделки.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов