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基于ACSip S76S使用LoRa技术-电动窗帘无线化方案

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发表于 2020-3-16 10:25:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
家庭智慧化是我们一直以来努力的目标。市面上也出现很多智慧的产品,大抵可以分为两类:
一类是大场作品如华硕、Google、Apple小米等等;
一类是独立购买的单一功能产品,如无线门铃、智慧插座、无线灯控等等。

大厂作品的好处是系统整合完整,可以互相支持连动,但是缺点也很明显,就是“天地万物,朕赐给你的才是你的,朕不给,你不能抢”。就是大厂没出的你就不能用独立购买单功能的好处是想要什么买什么,但是缺点就是,没有整合,当设备一多起来,光遥控器就要搞死你

这个系列就要要来合并上面两个优点整合起来,将家里会用到的设备全部无线化,又有统一的界面可以管理。既然讲到无线,当然要提到最适合DIY应用的LoRa无线技术。LoRa有4大优点:
1.使用Sub1GHz频段,绕射能力强,传输距离长,全家都收的到
2.尺寸小巧,而且省电,不用常常换电池
3.市面上唯一可以自行建构网路的IOT技术,适合家庭应用
4.设计图与code原厂都开放网路可以查询,建置成本低廉

这次为了简化开发难度我们使用诠鼎代理群登的LoRa模组S76S。S76S的好处是尺寸小巧,只有11mm x 13mm,而且有开发版,脚位有外拉出来,方便开发。

延伸阅读第一系列温湿度计无线化帮助我们有了第一个无线的产品跟平台   > 去看
第二集有了方便可移动的照度侦测   > 去看
第三集做室内空品侦测   > 去看
第四集实作智慧插座,并且加入双向控制   > 去看

目标:1. DIY制作包含LoRa模组的电动窗帘模型接收端
2. 接收小主机要可以使用电脑,手机监看,并控制窗帘的启闭
3. 后端可以连接或是控制多组无线电动窗帘
4. 可以整合前面几集的资料

使用元件:


实作:一、窗帘端硬体设置:
实际的应用是需要一个真正的电动窗帘,但是,我们当然没有真正的电动窗帘
所以我们就利用ULN2003驱动模组加上28BYJ-48步进马达的套件,手作了一个简易的迷你电动窗帘。

接线示意图如下


二、ULN2003驱动模组与步进马达介绍与设定:
ULN2003 是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅 NPN 达林顿管组成。
该电路的特点如下:
ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003 工作电压高,工作电流大,灌电流可达 500mA,并且能够在关态时承受 50V 的电压,输出还可以在高负载电流并行运行。
图片如下


28BYJ-48 步进马达属于四相五线步进马达,
四相代表四组线圈 五线代表接出五条线
图片如下


驱动法分为三种,每一种各有其优点与缺点,详述如下
(1)一相激磁(优点:省电 缺点:转矩小、转速慢)
(2)二相激磁 (优点:转矩大 缺点:转速慢、耗电)
(3)一二相激磁(优点:精度提升2倍,可高转速)
这里我们使用第三种驱动方法
实际接线图如下


激磁设定——图


正反转子函式——图


三、S76S设定:
群登的P2P的特点是已经定义好他的群组为1个Master对32个Slave,每一个Slave占用的时间为0.5秒,询问完一个群组为16秒钟,32个Slave的设计是适合智慧家庭的,但是对窗帘来说反应慢了一点。所以我们这次使用的是RF直接控制码。

架构图如下:


设定子函式如下:(详细设定可以看附件的手册,我们这里直接写好子函式,呼叫就可以设定设定)


四、窗帘端完成(ATMEGA328+LN2003驱动模组 + 28BYJ-48步进马达 + S76SLoRa模组 + 手做窗帘模型):
以上全部设定完成之后,窗帘端只要做一件事情,就是等待S76S传来的控制指令,然后依照指令控制马达即可
实际接线图如下:


接收资料子函式如下:


窗帘控制端主程式如下:(完整的程式码请看附件)


五、控制端硬体设置:
将S76S的3.3V与GND分别接到ESP-32S左右两边的pin19,再将S76S的TX、RX分别接到ESP-32S的pin17与pin16
接线示意图如下


六、控制端S76S设定:
同样的道理我们这里就不使用P2P的架构,而是利用他RF直接控制指令来达到及时的控制
设定子函式如下


七、控制端ESP-32S设定:
ESP-32S的部分,一样可以利用ARduino编辑程式,
实际操作说明:
宣告设定


启动设定


网路校时子函式


主程式:


八、控制端完成(ESP-32S + S76S):实际接线图如下:


九、成果展示:
跟之前的方案不同,这是利用Node-Red的控制界面去做窗帘的控制
第一步:先将流程图一一拉出来设定好:如下图


第二步就可以点选控制按钮,直接控制窗帘了
如下图


十、附件档案列表


场景应用图


产品实体图

展示板照片




方案方块图


控制端架构图


核心技术优势1:窗帘马达端 : 使用ULN2003A马达驱动IC,所有脚位已经引出,方便连接使用,插针5-12V供电,板载4路信号指示灯,板载XH-5P插座,可以直接连接28BYJ-48型号的步进马达。
2:微处理器端 : 利用 ATMEGA328 微处理器之I/O 埠在接收到温湿度的资料以UART传送至LoRa模组。
3:LoRa无线传输端 : 使用协力厂商所制造之 S76S 模组,使用其高抗杂讯及高灵敏度特性来连接两通讯端。其通讯界面为UART,所以只要使用AT command就可以传送资料。
4:接收端 : 使用ESP-32S这颗带MCU+Wifi+BT模组,将资料转成UDP讯号送出
5:用户界面 : 使用者借由内部网路可在手机或是电脑端使用任何软做远端控制。
方案规格~~~ LoRa ~~~
◎ 型号: S76S
◎ 使用芯片 : SEMTECH LoRa SX1276 + ST STM32L073
◎ 频率 : 863-870, 902-928MHz
◎ 传输界面 :UART
◎ UART波特率 :38400/115200bps
◎ 工作电压 :2.4V〜3.3V
◎ 电流消耗 :接收:17.5 mA,发射:127 mA,睡眠:5uA
◎ 输出功率 :+20dBm
◎ 资料速率:146 ~ 37500bps
◎ 接收灵敏度 : 109 ~ -137dBm
◎ 工作温度 :-40°C~85°C
◎ 尺寸 :13毫米x 11毫米x 1.1毫米

~~~ WiFi模组 ~~~
◎ 基于ESP32 芯片组
◎ WiFi : 802.11g/n
◎ 频率 :2.4GHz
◎ 天线 :电路板天线
◎ 尺寸:14.3 x 24.8 x 3毫米
◎ 电流消耗 :
接收:80~90 mA,
发射(13dBm~21dBm):160 ~ 260 mA,
睡眠:0.15 ~ 0.9mA
◎ 工业温度范围为-40℃至+ 85℃

~~~28BYJ-48型号的步进马达~~~
◎ 步进马达电压:5V
◎ 步进角度:5.625 /64
◎ 减速齿轮减速比:1/64
◎ 步进马达直径:28mm
◎ 步进马达轴径: 5mm

~~~ULN2003马达驱动模组~~~
◎ 板载ULN2003A马达驱动IC
◎ 所有脚位已经拉出,方便连接使用
◎ 针脚选择5-12V供电
◎ 板载4路信号指示灯
◎ 板载XH-5P插座,可以直接连接28BYJ-48型号的步进马达
◎ PCB板子尺寸:40.5(mm)x21.3(mm)

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