FastBond2阶段2-基于esp32的无线电脑开关

内容介绍

一、简介

本设计采用esp32主控，搭载VS1838B红外线接收头与mos管，主要功能为无线开启电脑主机的效果，简单原理为接收家用遥控器（如电视遥控器，空调遥控器，车钥匙等）的红外信号，判断后开启mos管短接电脑主板上的power sw引脚，等效人手动按下机箱开机键。设计搭载5V转3.3V转换电路，这样可直接使用主板上的5V电源。

本设计面向需要家庭内需要快捷方便开启主机的场景，面向人群为有一定动手能力的家用电脑用户。

二、方案框图

方案图见下，采用了得捷的Scheme-it来设计框图，应用介绍与使用说明请见https://www.eetree.cn/project/detail/2103

FkYaj_KziYGQPZDCmcGS_bvygSpI

设计采用电脑主板上的5V电源，经电压变换后向esp与红外接收头供电。esp芯片读取红外接收头调制的信号，当收到设定值时，开启mos管（实际应用中采用了三极管），短接主板上的SW引脚开启电脑。由此可将电路固定在机箱中，使用空调遥控器、电视遥控器乃至车钥匙等红外发射器向电路发射红外信号，实现远程控制电脑开启的功能。

设计原理图见下，采用KiCad绘制。从主板上取5V电源后经过使用AMS1117转为3.3V后向ESP32与红外接收头VS1838供电，ESP32接收VS1838的信号并控制三极管是否开启，三极管开启后可短接主板SW引脚进而开启电脑。

在绘制原理图的过程，会出现无法在元件库中找到目标器件的问题，此时可手动创建元件，具体操作方式可参考附件视频。

Fspx2nGJAZHigf28cwWqDwtsbinF

三、元器件介绍

ESP32S3 乐鑫
VS1838B
AMS1117-3.3V

主控芯片：乐鑫ESP32S3

ESP32-S3 是一款集成 2.4 GHz Wi-Fi 和 Bluetooth 5 (LE) 的 MCU 芯片，支持远距离模式 (Long Range)。ESP32-S3 搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置 512 KB SRAM (TCM)，具有 45 个可编程 GPIO 管脚和丰富的通信接口。ESP32-S3 支持更大容量的高速 Octal SPI flash 和片外 RAM，支持用户配置数据缓存与指令缓存。

ESP32-S3芯片具有行业领先的低功耗性能和射频性能，支持 WiFi IEEE802.11b/g/n 协议和 Bluetooth 5。该芯片搭载 Xtensa-R32 位 LX7 双核处理器，工作频率高达 240 MHz。支持二次开发，无需使用其它微控制器或处理器。芯片内置 512 KB SRAM，384 KB ROM， 16KB RTC SRAM。芯片支持多种低功耗工作状态，能够满足各种应用场景的功耗需求。芯片所特有的精细时钟门控功能、动态电压时钟频率调节功能、射频输出功率可调节功能等特性，可以实现通信距离、通信速率和功耗之间的最佳平衡。

模组提供丰富的外设接口，包括 UART，PWM，SPI，I2S，I2C，ADC，LCD， DVP,RMT(TX/RX)，脉冲计数器，USB OTG，USB Serial/JTAG，SDIO，DMA 控制器， TWAI 控制器，温度传感器，电容式传感器和多个IO 口。

模块具有多种特有的硬件安全机制。硬件加密加速器支持 AES、SHA 和 RSA 算法。其中的 RNG、HMAC 和数字签名(Digital Signature) 模块提供了更多安全性能。其他安全特性还包括 Flash 加密和安全启动 (secure boot) 签名验证等。完善的安全机制使芯片能够完美地应用于各种加密产品。模块支持低功耗蓝牙：Bluetooth5，Bluetooth mesh。蓝牙速率支持：125Kbps，500Kbps，1Mbps，2Mbps。支持广播扩展，多广播，信道选择。

支持蓝牙和WIFI，就意味着可以进行很多的无线连接；同时乐鑫提供了大量的开源库，包括语音识别Skainet，可以方便的进行后期扩展。

红外接收头：VS1838B

红外信号收发系统的典型电路如图1所示，红外接收电路通常被厂家集成在一个元件中，成为一体化红外接收头。内部电路包括红外监测二极管，放大器，限副器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管监测到红外信号，然后把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的距离远近。交流信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较器，比较器输出高低电平，还原出发射端的信号波形。

电源转换芯片：AMS1117-3.3V

AMS1117-3.3是一种输出电压为3.3V的正向低压降稳压器，适用于高效率线性稳压器，开关电源稳压器，电池充电器，活跃的小型计算机系统接口，终端笔记本电脑的电源管理电池供电的仪器，非常适用于esp32的供电。

四、PCB电路图

PCB电路板采用Kicad绘制，将原理图中的原件绑定典型封装后，点击导入到pcb即可开始绘制。绘制前要根据实际应用场景确定电路板的形状大小，之后确定外部接口分布位置。对于电源线要采取较粗铜线，信号线则要考虑频率，干扰与阻抗匹配等问题。本电路功能较为简单，且信号频率在kHz，需要关注的问题较少。

Fh8qIpEcTkHBgpcSZdMhhNOUZJhS

五、代码展示

本设计利用巴法云平台的MQTT服务，esp连接无线网络后可与网页端通信，接收网页端控制信息并返回收到的红外信号值。具体代码见下

void setup() { //初始化函数，连接wifi并连接云平台
  Serial.begin(115200);
  irrecv.enableIRIn(); //初始化红外遥控
  setup_wifi();
  client.setServer(mqtt_server, mqtt_server_port);
  client.setCallback(callback);
}

此外为了方便固件更新，采用了云平台OTA更新功能，可在不打开机箱拿出电路的条件下实现远程更新，提高了固件维护的便捷性。

/**
 * 固件升级函数
 * 在需要升级的地方，加上这个函数即可，例如setup中加的updateBin();
 * 原理：通过http请求获取远程固件，实现升级
 */
voidupdateBin(){
  client.publish(topic, "start update"); //向指定主题发布消息
  WiFiClient UpdateClient;


  ESPhttpUpdate.onStart(update_started);//当升级开始时
  ESPhttpUpdate.onEnd(update_finished); //当升级结束时
  ESPhttpUpdate.onProgress(update_progress); //当升级中
  ESPhttpUpdate.onError(update_error); //当升级失败时


  t_httpUpdate_return ret = ESPhttpUpdate.update(UpdateClient, upUrl);
  switch(ret) {
    case HTTP_UPDATE_FAILED:      //当升级失败
        client.publish("MyPCSw", "[update] Update failed."); //向指定主题发布消息
        break;
    case HTTP_UPDATE_NO_UPDATES:  //当无升级
        client.publish("MyPCSw", "[update] Update no Update."); //向指定主题发布消息
        break;
    case HTTP_UPDATE_OK:         //当升级成功
        client.publish("MyPCSw", "[update] Update ok."); //向指定主题发布消息
        break;
  }
}

六、功能展示

图中蓝线为红外接收头输出信号，黄线为外部引脚控制信号。当接收指定信号一定时间后，外部引脚输出一个负脉冲，控制电脑开机。

通过云平台向设备发送catch命令监听红外线信号，接收信号后返回。

通过云平台向设备发送update命令进行远程ota更新。

七、总结

Fastbond大赛给了我十足的动力去尝试有趣的开源项目。通过这个项目，我们可以通过硬件电路与软件知识，实现自己脑海中的想法，并结合实际效果优化设计。希望这个活动能继续办下去，越办越好。