ESP8266智能家居的设计（开心！！各个小组之间终于合作了！！！）

Posted 2021-09-09 布尔青年——一只嵌入式硬件方向的皮卡

原文链接（点击原文链接获取更多学习干货）：http://blog.bools.cn/archives/1249

ESP8266智能家居的设计

• • 一、前情提要
  • 二、项目功能
  • 1、核心板
  • 2、功能
  • • 2.1 材料
  • 三、软件部分的问题
  • • 3.1 软件部分的分组
    • 3.2 每组的任务
    • 3.3 任务解释
    • 3.4 模拟调试
    • 3.5 这个项目整体的实现逻辑
    • 3.6 软件要学习的部分
    • 3.7 最大难点
  • 四、硬件部分的问题
  • • 4.1 需要的引脚
    • 4.2 引脚的分配
    • 4.3 原理图
    • 4.4 PCB设计
    • • 4.4.1封装的绘画
      • 4.4.2 绘画时出现的问题
      • 4.4.3 其他问题
    • 4.5 选材问题
  • 五、和软件交流
  • 六、关于数据手册
  • 七、关于项目更进
  • 八、关于会议总结

一、前情提要

这一次是嵌入式硬件、嵌入式软件、Java、C++四个小组之间第一次合作的一个智能小项目，目的在于让各个小组之间合作，体验一下产品开发的过程中各个部门的功能与接洽，对我们嵌入式硬件组而言是不可多得的一次项目经验。

二、项目功能

1、核心板

ESP8266串口wifi模块 NodeMCU Lua V3物联网开发板 CH340

2、功能

• 模仿一般家庭的生活环境——一个房子有以下的家具物品：
  ⏰门
  ⏰房间灯
  ⏰窗帘
  ⏰温度计

• 控制方法——WiFi控制、mqtt通信协议，要求用WIFI控制

2.1 材料

1、3个LED灯（外接，和嵌入式软件商量正负极的接口与LED初始化的要求）
2、温湿度传感器（数量1个，ESP8266的I/O口不够了，原定3各，现在删减至1个）
3、直流电机2个（模拟窗帘升降，需要驱动模块1个，直流电机2个，需要4个I/O口来控制）
4、使用WIFI控制（ESP8266可以连WiFi）
5、控制门锁开关（目前只有一个锁，先控制一个，需要一个I/O口）
6、摄像头监控（手机或者电脑的摄像头，软件）
7、语音模块（调用手机或者电脑的麦克风，软件这边封装个语音包）
8、产品可迭代更新（WiFi联网更新，在线升级就是把升级固件放服务器，然后通过wifi下进下位机）

三、软件部分的问题

3.1 软件部分的分组

🛃嵌入式软件组
🛃C++组
🛃Java组

3.2 每组的任务

3.3 任务解释

mqtt通信用法：MQTT协议的智能灯控
使用软件：MQTTX

🌍名词解释：

• 服务器：云端、后台、中介（连接下位机与Qt）
• 下位机：我们的ESP8266的核心板，NodeMCU，就是那一块完整的PCB
• 操作界面：Qt写的界面

考虑到软件组的学习进度还没有到服务器操作，所以将目前要求的功能先进行简化处理

🍩语音识别和人脸识别的功能后面再做，现在先放着
🍩小程序、微信公众号的后台下个月在搞，这个需要Java把服务器搞了
🍩先实现最简单的功能：控制LED、电机、温湿度模块、门锁

3.4 模拟调试

因为现在我们四个组的人员都在家，无法联合调试，并且Java那边还没有把服务器搞好，所以数据上传不了云端，所以使用MQTTX软件进行模拟调试，MQTTX调通信代码，以此来模拟云端发送数据给下位机

3.5 这个项目整体的实现逻辑

✴️硬件把房子和PCB做出来，有了产品的实物
✴️软件要实现下位机、服务器、操作界面（MCU板子、云端/后台、Qt的界面）之间的通信

实现方法：

• 三方之间都采用mqtt通信

• 在mqtt通信时采用json的数据格式传输数据

• 操作界面控制下位机：

  • Qt连接服务器（运营与IP），用mqtt通信发送数据（发布命令）给云端（数据是json格式的），服务器收到json格式的数据，对其进行解析，然后再通过mqtt把数据（发布命令）发送给下位机
  • 下位机通过Mqtt通信与服务器相连，接收服务器发来的指令，解析json格式，以此接收Qt发来的指令（控制灯/电机）

• 下位机把数据传到Qt界面：

  • 下位机收到温湿度数据，通过mqtt通信（json格式）发送给服务器，服务器通过mqtt通信（json格式）发送给Qt显示
  • 服务器相当于中介，Qt不能直接发送json数据给下位机

3.6 软件要学习的部分

mqtt通信，json格式

3.7 最大难点

Java负责的服务器那一块

四、硬件部分的问题

4.1 需要的引脚

📘明白软件能控制的引脚—— D0~~D8 九个引脚，最高电压都为3.3V

📘明白ESP8266可以供的电压——3.3V和5V（万用表实测，其中VU可以供5V的电压）

📘明白各个模块需要的电压——

• LED灯的电压在3.0-3.4V之间
  

• 温湿度传感器的电压3.3-5V；考虑到ESP8266引脚承受电压的能力，给此模块供电电压为3.3V
  
  

• 连接电机——驱动模块供电5V（其实应该有一个+12V的电压，但是没办法，这里没有那么高的电压，但是也可以让电机转起来，我试过了）
  驱动模块调试：https://www.bilibili.com/video/BV1y64y1a7o4?p=1
  
  
  

• 门锁——5V供电，取消反馈线（不需要反馈线的功能）
  门锁的调试：https://www.bilibili.com/video/BV1y64y1a7o4?p=2
  

4.2 引脚的分配

• D0-D8 九个引脚
  🌸D0——门锁
  🌸D1~D4——驱动模块逻辑输入端（这里逻辑电压是3.3V，实测可以让电机转动）
  🌸D5~D7——三个LED灯
  🌸D8——温湿度模块的输出端

• 为了以防万一——以后还要接其他的模块
  🌸用排针引出多个GND
  🌸用排针引出多个3.3V
  🌸用排针引出多个5V
  🌸将串口引出来

4.3 原理图

4.4 PCB设计

4.4.1封装的绘画

因为没有找到ESP8266这个产品的封装，所以我需要自行绘画

• 视频如下：关于我为什么没有按照实物选取15P的排母——少见+运费贵
  原理图和元器件封装的绘画与关联

4.4.2 绘画时出现的问题

1.没有在丝印层上面画凹槽，直接画了一个矩形——导致分不清焊盘的顺序

2.封装的焊盘直接复制粘贴，没有改焊盘的序号

3.焊盘序号顺逆时针反掉了，不符合一般的标号规则

4.4.3 其他问题

🆒模块化布局——一个模块在板子上应该放在一起

• 比如
  

• 比如
  
  
  🆒多打GND孔
  🆒别忘记DRC，我查到有4条线没有连接😕😕😕😕
  🆒各个模块的名字标清楚，要让其他人看得懂那一部分是干什么的，接线，引脚引用都要清楚
  
  
  
  
  
  
  
  🆒不要忘记补泪滴

4.5 选材问题

为了方便插线的美观和插的紧，我选择了XH2.54接插件的弯针款

五、和软件交流

因为ESP8266一上电，D0~D8全是3.3V电压，如果LED正极接D口，负极接地，一上电，LED直接就是会亮的，所以如果真的要这样子接的话，需要先初始化D口为0；或者LED的正极接3.3V的口，负极接D口，这样子当D口为0的时候，LED就亮了

六、关于数据手册

数据手册一律去官网找，不管是什么品牌的数据手册，官网肯定是会有的，STC、STM、ESP的对应产品的数据手册，官网都有

七、关于项目更进

要随时了解各组之间的开发任务和开发难度，看看每个人对他们的开发任务是否都可以做出来，做不出来及时联系师兄们，让他们提供对应问题与难点的技术支持（指导）

八、关于会议总结

项目小组每一次会议后，负责人都要做总结！！！！

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