ESP8266 3D Printing

Product Information

Specifications:

• Title: Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
• Author: Hans Henrik Skovgaard
• Publication: Elektor Publication
• ISBN: 978-3-89576-536-0 (Print), 978-3-89576-537-7 (eBook)

Product Usage Instructions:

About the Product:

The Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook provides affordable
solutions using the ESP8266 and 3D printing technologies. Authored
by Hans Henrik Skovgaard, this book is a comprehensive guide for
DIY enthusiasts and electronics designers.

Key Features:

• Exploration of home appliance hacking techniques
• Integration of IoT concepts with ESP8266
• Utilization of 3D printing for creating custom solutions

How to Use:

1. Start by reading the introductory chapters to understand the
   basics.

2. Follow the step-by-step tutorials for various projects outlined
   in the book.

3. Refer to the diagrams and illustrations for better
   comprehension.

4. Experiment with the provided examples to enhance your
   skills.

Tips for Users:

• Ensure you have access to an ESP8266 module and a 3D printer
  for practical implementation.

• Take notes and jot down ideas for your unique home appliance
  projects.

• Join online communities or forums to share your experiences and
  learn from others.

FAQ (Frequently Asked Questions):

Q: Can this guidebook be useful for beginners in

electronics?

A: Yes, the guidebook provides detailed
explanations and hands-on projects suitable for beginners to learn
and explore.

Q: Are there specific hardware requirements to follow the

projects?

A: While the guidebook focuses on ESP8266 and
3D printing, basic electronic components and tools may also be
required for some projects.

books
Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
Affordable solutions with the ESP8266 and 3D printing
Hans Henrik Skovgaard

Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
Affordable solutions with the ESP8266 and 3D printing

Hans Henrik Skovgaard

This is an Elektor Publication. Elektor is the media brand of
Elektor International Media B.V. PO Box 11, NL-6114-ZG Susteren, The Netherlands Phone: +31 46 4389444
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storing in any medium by electronic means and whether or not transiently or incidentally to some other use of this publication, without the written permission of the copyright holder except in accordance with the provisions of the Copyright Designs and Patents Act 1988 or under the terms of a licence issued by the Copyright Licencing Agency Ltd., 90 Tottenham Court Road, London, England W1P 9HE. Applications for the copyright holder’s permission to reproduce any part of the publication should be addressed to the publishers.
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The Author and Publisher have used their best efforts in ensuring the correctness of the information contained in this book. They do not assume, and hereby disclaim, any liability to any party for any loss or damage caused by errors or omissions in this book, whether such errors or omissions result from negligence, accident, or any other cause. All the programs given in the book are Copyright of the Author and Elektor International Media. These programs may only be used for educational purposes. Written permission from the Author or Elektor must be obtained before any of these programs can be used for commercial purposes.
British Library Cataloguing in Publication Data
A catalogue record for this book is available from the British Library
ISBN 978-3-89576-536-0 Print ISBN 978-3-89576-537-7 eBook
© Copyright 2022: Elektor International Media B.V. Editor: Jan Buiting, MA Prepress Production: D-Vision, Julian van den Berg
Elektor is part of EIM, the world’s leading source of essential technical information and electronics products for pro engineers, electronics designers, and the companies seeking to engage them. Each day, our international team develops and delivers high-quality content – via a variety of media channels (including magazines, video, digital media, and social media) in several languages – relating to electronics design and DIY electronics. www.elektormagazine.com
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Contents
Contents
Chapter 1 · Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1. Why this book? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2. Who is this book for? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3. How to use this book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.4. The organization of the book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.1. Chapter 2: Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.2. Chapter 3: Arduino IDE installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.4.3. Chapter 4: emoncms Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.4. Chapter 5: MQTT (mosquitto) Installation on a Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.5. Chapter 6: OpenSCAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.6. Chapter 7: ESP8266 Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.7. Chapter 8: ESP8266 Watchdogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.8. Chapter 9: ESP8266 Over The Air ­ Update/Programming (OTA) . . . . . . . . . . . . 18 1.4.9. Chapter 10: ESP8266 WiFi Antenna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.4.10. Chapter 11: ESP8266 Housing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.11. Chapter 12: VPN Gateway. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.12. Chapter 13: Software/Firmware design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.13. Chapter 14: IKEA Hack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.14. Chapter 15: Door Lock Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.15. Chapter 16: Energy Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.16. Chapter 17: Refrigerator Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4.17. Chapter 18: Greenhouse Thermostat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.18. Chapter 19: 230-VAC Relay Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.19. Chapter 20: Standalone Temperature Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.20. Chapter 21: Temperature, Pressure, and Humidity Sensor . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.21. Chapter 22: IKEA Trådfri Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.22. Chapter 23: Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.4.23. Chapter 24: PCB Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.5. Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.6. References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
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Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
1.7. Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Chapter 2 · Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1. ESP8266 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.1. Wemos/Lolin, general notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.1.2. Sleep Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.2. Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.2.1. Raspberry Pi configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.3. Neopixel Jewel 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.4. IKEA Grönö lamp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.5. SSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.6. Maxim DS18B20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.7. QRE1113 (Analog) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.8. Silabs MGM210L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.9. I/O devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.9.1. SHT30 Shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.9.2. HP303B Shield. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Chapter 3 · Arduino IDE Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.1. Standard Arduino IDE install . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.2. ESP8266 support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.3. SPI Flash File (SPIFFS) system install . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.4. Alternatives to the SPI Flash File . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Chapter 4 · emoncms Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.1 Update and upgrade the Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2. Install dependencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.1. MariaDB & apache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 4.2.2. phpMyAdmin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.2.3. PECL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.3. emoncms code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.3.1. Configure emoncms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.4. emoncms moduless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 4.4.1. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
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Contents
4.4.2. Graph. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 4.4.3. Apps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.5. Documentation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Chapter 5 · MQTT (mosquitto) Installation on a Raspberry Pi . . . . . . . . . . . . . . . . 74 5.1. Installation of the Mosquitto broker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2. Installation of the Mosquitto client (RPI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 5.3. Verification of the Mosquitto installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.4. Installation of the Mosquitto client (Windows PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Chapter 6 · OpenSCAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Chapter 7 · ESP8266 Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 7.1. VPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Chapter 8 · ESP8266 Watchdogs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 8.1. Watchdogs in general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 8.2. Loop watchdog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 8.2.1.Boot reason . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Chapter 9 · ESP8266 Over The Air ­ Update/Programming (OTA) . . . . . . . . . . . . . 96 9.1. web browser OTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 9.1.1. Configure the Arduino IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 9.1.2. Prepare already working software for OTA update. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 9.1.3. OTA update examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 9.1.3.1. Firmware build . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 9.1.3.2. Firmware update. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 9.1.3.3. Filesystem build . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 9.1.3.4. Filesystem update . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 9.1.3.5. OTA update with password protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 9.1.4. CLI OTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Chapter 10 · ESP8266 WiFi Antenna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 10.1. Dimensions for external antennas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 10.2. Ready-made antennas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 10.3. Salvaged antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 10.4. DIY antenna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 10.5. DIY Yagi antenna (2.4 GHz) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
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Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
10.5.1. Mechanics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 10.6. Antenna measurements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 10.7. Further studying . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Chapter 11 · ESP8266 Housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 11.1. LOLIN D1 mini standard housing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 11.2. LOLIN D1 mini pro-standard housing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 11.3. LOLIN D1 mini door-lock housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 11.4. LOLIN D1 mini refrigerator control housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 11.5. LOLIN D1 mini energy sensor housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 11.6. LOLIN D1 mini IKEA Trådfri controller housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Chapter 12 · VPN Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 12.1. Firewall configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 12.2. Raspberry Pi configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 12.2.1. Basic configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 12.2.2. OpenVPN installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 12.2.3. OpenVPN configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 12.2.3.1. OpenVPN Authorization file. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 12.2.3.2. Start at boot time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 12.2.3.3. Configuration of the VPN gateway (fun with IP tables!) . . . . . . . . . . . . . . . 147 12.3. Use of the VPN gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 12.3.1. Improvements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Chapter 13 · Software/firmware Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 13.1. Use of EEPROM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 13.2. Utility functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 13.2.1. Installation of the utility functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 13.2.2. formatBytes() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 13.2.3. printFloat() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 13.2.4 isNumeric() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 13.2.5. errorState(int state) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 13.2.6. keypressWait() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 13.2.7. CACHE_RAM_ATTR lwdtcb() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 13.2.8. lwdtFeedInit() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
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Contents
13.2.9. lwdtFeed() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 13.2.10. getBootDevice() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 13.2.11. startWiFi(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 13.2.12. showWiFiStatus() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 13.2.13. doWifiConnect() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 13.2.14. MQTT_connect(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Chapter 14 · IKEA Hack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 14.1. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 14.2. Mechanical assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 14.2.1. Grönö lamp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 14.2.2. ESP8266 housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 14.3. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 14.3.1. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 14.3.2. Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 14.3.3. Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 14.3.3.1. web interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 14.3.4. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 14.3.4.1. setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 14.3.4.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 14.3.5. HTTP POST requests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 14.3.5.1. The HTTP POST request code in general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 14.3.5.2. HTTP POST request commands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 14.3.6. Implementation of the illumination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 14.3.6.1. Rainbow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 14.3.6.2. Rainbowcycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 14.3.6.3. Static. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 14.3.6.3. Fade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 14.4. Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 14.4.1. Daily use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 14.4.1.1. Power-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 14.4.2. Configuration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Chapter 15 · Door Lock Monitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
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Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
15.1. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 15.2. Mechanical assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 15.3. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 15.3.1. Emoncms wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 15.3.1.1. setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 15.3.1.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 15.3.2. Emoncms dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 15.3.3. MQTT wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 15.3.3.1. MQTT client publisher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 15.3.3.2. MQTT client subscriber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 15.3.4. MQTT broker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Chapter 16 · Energy Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 16.1. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 16.2. Mechanical assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 16.3. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 16.3.1. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 16.3.1.1. setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 16.3.1.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 16.3.1.3. Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 16.4. Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 16.5. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Chapter 17 · Refrigerator Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 17.1. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 17.1.1. SSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 17.1.2. DS18B20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 17.2. Mechanical assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 17.2.1. No modifications to the refrigerator at all . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 17.2.2. Modifying the refrigerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 17.3. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 17.3.1. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 17.3.2. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 17.3.2.1 setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
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Contents
17.3.2.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 17.3.3. Temperature regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 17.3.4. Watchdog functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 17.3.5. web interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 17.3.5.1. Set temperature and hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 17.3.5.2. Open temperature logger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 17.3.5.3. Save configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 17.3.6. SPI Flash File System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 17.3.7. Compile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 17.4. Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 17.5. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Chapter 18 · Greenhouse Thermostat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 18.1. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 18.1.1. SSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 18.1.2. DS18B20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 18.2. Mechanical assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 18.3. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 18.3.1. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270 18.3.2. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 18.3.2.1. setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 18.3.2.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 18.3.3. Temperature regulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 18.3.4. Watchdog functionality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 18.3.5. web interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 18.3.5.1 Set temperature and hysteresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 18.3.5.2 Open temperature logger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 18.3.5.3. Save configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 18.3.6. SPI Flash File System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 18.3.7. Compile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 18.4. Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 18.5. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Chapter 19 · 230-VAC Relay Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
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Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
19.1. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 19.1.1. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 19.1.1.1.setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 19.1.1.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 19.1.2. Web interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 19.2. Hardware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 19.2.1. SSR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 19.2.2.1. Housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 19.2.2. Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 19.2.2.1 Housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 19.2.3. Relay Shield . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 19.2.3.1. Housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 19.2.4. Alternative 230-VAC relay On/Off construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Chapter 20 · Standalone Temperature Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 20.1. Housing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 20.2. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 20.2.1. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 20.2.2. OTA-Enabled Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 20.2.2.1. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 20.2.2.2. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 20.2.3. Sleep-mode enabled software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 20.2.3.1. Hardware sleep-mode differences and setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 20.2.3.2. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 20.2.3.3. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 Chapter 21 · Temperature, Pressure, and Humidity Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 21.1. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 21.2. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 21.2.1. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.2.1.1. HP303B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.2.1.2. SHT3x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.2.2. Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 21.2.2.1. setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
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Contents
21.2.2.2. loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 21.2.3. Web interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 21.3. Dashboard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 Chapter 22 · IKEA Trådfri Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 22.1. Description of the concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 22.2. Getting to the IKEA trådfri modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 22.3. Schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 22.4. Mechanical assembly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 22.4.1. I2C Address jumpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 22.4.2. Outside connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 22.4.3. ZigBee power jumpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 22.4.4. LED series resistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 22.4.5. ZigBee modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332 22.4.6. Miscellaneous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 22.5. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 22.5.1. Wemos firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 22.5.1.1. “Test-and-debug” setup(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 22.5.1.2. “Test-and-debug” loop(). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 22.5.1.3. Controller setup() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 22.5.1.4. Controller loop() . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 22.5.2. web interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 22.5.3. Additional libraries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 22.6. Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 22.6.1. Configuration of the controller (adding the ZigBee modules) . . . . . . . . . . . . . 340 22.6.1.1. Adding ZigBee module with remote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 22.6.1.2. Adding ZigBee module without remote. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 22.6.2. Daily use of the IKEA Trådfri controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 Chapter 23 · Troubleshooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 23.1. Hardware Issues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 23.1.1. DS18B20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 23.1.2. Red / Green LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 23.1.3. Compressor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
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Home Appliance Hack-and-IoT Guidebook
23.1.4. USB cables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 23.2. Network issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 23.3. Wemos firmware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 23.3.1. Reset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 23.4. emoncms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 23.4.1. Graph installation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.4.2. Input / Feeds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.5. IKEA ZigBee modules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.5.1. Software upload. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.5.2. Adding ZigBee modules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.5.3. Testing the IKEA Trådfri controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 23.5.4. Interrupts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 Chapter 24 · PCB Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 24.1. Door lock monitor PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 24.2. Energy sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 24.3. Refrigerator regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 24.3.1. Regulator PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 24.3.2. DS18B20 PCB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 24.4. Greenhouse thermostat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 24.5. IKEA Trådfri controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 Chapter 25 · Software Listing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 25.1. HTTP POST request utility programs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 25.1.1. PHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 25.1.2. c-code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 25.1.3. python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 25.2. Loop watchdog timer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 25.2.1. Located in hhsUtility.h/cpp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 25.2.2. To be added in setup(): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 25.2.3. To be added in loop(): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 376
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References

• Your Store for Raspberry Pi, Arduino & ESP32 | Elektor
• Boeken NW – Elektor
• Elektor Magazine: Your Electronics Community > Design Share Earn | Elektor Magazine

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