一、项目思路
早在步入嵌入式这个行业以来就一直很想去做一个与物联网相关的作品,物联网技术在近些年的发展已经很成熟,各行各业都有使用到相关的物联网技术,所以对于入门来说不算太难。于是就打算设计一个简易的智能家居系统,智能家居系统初期构想包含最基本的灯光控制,温湿度检测,开关控制等等,后面因为个人兴趣就加了摄像头,作为智能家居系统的智能监控。到此智能家居系统就由先由这些功能构成,后面有其他想法再加上。
其中智能家居系统作为服务端,控制显示终端作为客户端;智能家居系统包括灯光控制,温湿度感知,以及摄像头监控等功能组成,灯光控制由SG90舵机进行开关控制,DHT11温湿度传感器负责房间温湿度的感知,最后由OV2460摄像头来进行监控。其中灯光的状态及显示,温湿度的显示由客户端的ESP32-C3通过OLED模块进行实时显示;摄像头监控画面则通过手机APP进行实时画面传输和显示。整个系统通过锂电池进行供电。
二、硬件选择
本项目设计由家庭智能家居系统和控制显示终端组成,智能家居系统及终端都采用乐鑫的ESP32-C3-mini作为主控,ESP32-C3是一款安全稳定、低功耗、低成本的物联网芯片,搭载RISC-V 32位单核处理器,支持2.4GHz WiFi和Bluetooth5,为物联网产品提供行业领先的射频性能、完善的安全机制和丰富的内存资源。ESP32-C3对WIFI和Bluetooth5的双重支出降低了设备配对难度,适用于广泛的物联网应用场景。在芯片开发这方面,ESP32-C3沿用乐鑫成熟的物联网开发框架ESP-IDF。ESP-IDF支持多种物联网设备,上手简单,能够快速对设备进行开发,构建相应的应用程序或进行程序移植。同时ESP32-C3也支持在从机模式下工作,可通过ESP-AT和ESP-Hosted SDK为外部主机MCU提供WIFI和Bluetooth连接功能
ESP32-C3-DevKitM-1
在通信这方面,两块ESP32-C3芯片通过乐鑫的ESP-NOW通信协议进行双机通信,ESP-NOW是一种由Espressif开发的协议,可以让多个设备在不使用wifi的情况下相互通信。该协议类似于低功耗的2.4GHz无线连接。设备之间的配对需要在通信之前就完成。配对完成后连接是安全的、点对点的、不需要握手。这意味着设备彼此配对后,连接是持久的。换句话说,如果你的某块单板突然失去电源或复位,当它重启时,它将自动连接到它的频道继续通信。ESP-NOW通信协议支持混合加密和未加密的设备、加密和不加密的单播通信、同时数额传输最多可携带250字节的有效载荷(小数据通信)、并且发送的回调函数可以设置为通知应用层传输成功或者失败。当然ESP-NOW技术也存在局限性,有限的加密方式和最多支持20个未加密的或者加密的对等体。
温湿度检测采用市面上常见的DHT11温湿度传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件,并于一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。
智能监控采用OV2460摄像头模块,OV2640是Omni Vision公司生产的一颗1/4寸的CMOS UXGA(1632*1232)图像传感器,如图1.1 OV2640摄像头所示。该传感器体积小、工作电压低,提供单片 UXGA 摄像头和影像处理器的所有功能。通过 SCCB 总线控制,可以输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率 8/10 位影像数据。该产品 UXGA 图像最高达到 15 帧/秒(SVGA 可达 30 帧,CIF 可达 60 帧)。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、对比度、色度等都可以通过 SCCB 接口编程。Omni Vision图像传感器应用独有的传感器技术,通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、拖尾、浮散等,提高图像质量,得到清晰的稳定的彩色图像;作为一个要求不高的监控来说还是比较合适的,主要是经费不够。
三、项目框图
项目框图由Digkey开发的一款在线免费EDA工具——Scheme-it设计完成,它可以生成原理图、流程图和方框图;Scheme-it还提供了非常丰富的电路设计案例,可以通过参考一些用户分享的开源项目作为设计参考,学习大佬们的方案框图,帮助自己更加从容的设计。即使是初次接触该EDA工具也能快速上手,是一款非常不错的在线EDA软件。
Scheme-it的Design Starters(免费参考设计库)预存了将近200个参考设计文件,分为6大类,14小类,涵盖通信、工业、交通、电源、开发工具、消费类电子等各个领域;同时还附带超过700个通用符号的符号库。无论是什么类型的电子设计,都能够在Scheme-it上找到相应的参考。
项目方案框图链接如下
https://www.digikey.cn/schemeit/project/基于esp32-c3的智能终端-e63a31f1d27a489cbb5f292ae2c802da
四、总结
参加本次的FastBond活动,给了我一个很好的平台去实现我的一些电子设计想法,从方案框图入手到实际电路,一步一个脚印,让我学会很多以前想学但没有动力的知识,有了这种活动的支持就有很好的动力去完成项目,期望下次的活动能够给我带来更多的惊喜。