基於ACSip S76S使用LoRa技術的智慧家庭無線-電動窗簾無線化方案

家庭智慧化是我們一直以來努力的目標。市面上也出現很多智慧的產品,大抵可以分為兩類
一類是大場作品如華碩、Google、Apple小米等等
一類是獨立購買的單一功能產品,如無線門鈴、智慧插座、無線燈控等等

大廠作品的好處是系統整合完整,可以互相支援連動,但是缺點也很明顯,就是『天地萬物﹐朕賜給你的才是你的﹐朕不給﹐你不能搶。 』,就是大廠沒出的你就不能用獨立購買單功能的好處是想要什麼買什麼,但是缺點就是,沒有整合,當設備一多起來,光遙控器就要搞死你

這個系列就要要來合併上面兩個優點整合起來,將家裡會用到的設備全部無線化,又有統一的介面可以管理。既然講到無線,當然要提到最適合DIY應用的LoRa無線技術。LoRa有4大優點
1.使用Sub1GHz頻段,繞射能力強,傳輸距離長,全家都收的到
2.尺寸小巧,而且省電,不用常常換電池
3.市面上唯一可以自行建構網路的IOT技術,適合家庭應用
4.設計圖與code原廠都開放網路可以查詢,建置成本低廉

這次為了簡化開發難度我們使用詮鼎代理群登的LoRa模組S76S。S76S的好處是尺寸小巧,只有11mm x 13mm,而且有開發版,腳位有外拉出來,方便開發


延伸閱讀
第一系列溫濕度計無線化幫助我們有了第一個無線的產品跟平台   > 去看
第二集有了方便可移動的照度偵測   > 去看
第三集做室內空品偵測   > 去看
第四集實作智慧插座,並且加入雙向控制   > 去看

目標:

1. DIY製作包含LoRa模組的電動窗簾模型接收端
2. 接收小主機要可以使用電腦,手機監看,並控制窗簾的啟閉
3. 後端可以連接或是控制多組無線電動窗簾
4. 可以整合前面幾集的資料


使用元件:


實作:

一、窗簾端硬體設置:
實際的應用是需要一個真正的電動窗簾,但是,我們當然沒有真正的電動窗簾
所以我們就利用ULN2003驅動模組加上28BYJ-48步進馬達的套件,手做了一個簡易的迷你電動窗簾


接線示意圖如下



二、ULN2003驅動模組與步進馬達介紹與設定:
ULN2003 是高耐壓、大電流達林頓陳列,由七個矽 NPN 達林頓管組成。
該電路的特點如下:
ULN2003 的每一對達林頓都串聯一個 2.7K 的基極電阻,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路
直接相連,可以直接處理原先需要標準邏輯緩衝器來處理的數據。
ULN2003 工作電壓高,工作電流大,灌電流可達 500mA,並且能夠在關態時承受 50V 的電壓,輸出還
  可以在高負載電流並行運行。
圖片如下

28BYJ-48 步進馬達屬於四相五線步進馬達,
四相代表四組線圈 五線代表接出五條線
圖片如下

驅動法方為三種,每一種各有其優點與缺點,詳述如下
(1)一相激磁(優點:省電 缺點:轉矩小、轉速慢)
(2)二相激磁 (優點:轉矩大 缺點:轉速慢、耗電)
(3)一二相激磁(優點:精度提升2倍,可高轉速)
這裡我們使用第三種驅動方法
實際接線圖如下

激磁設定——圖

正反轉子函式——圖



三、S76S設定:
群登的P2P的特點是已經定義好他的群組為1個Master對32個Slave,
每一個Slave佔用的時間為0.5秒,詢問完一個群組為16秒鐘,
32個Slave的設計是適合智慧家庭的,但是對窗簾來說反應慢了一點
所以我們這次使用的是RF直接控制碼

架構圖如下:

設定子函式如下:(詳細設定可以看附件的手冊,我們這裡直接寫好子函式,呼叫就可以設定設定)


四、窗簾端完成(ATMEGA328+LN2003驅動模組 + 28BYJ-48步進馬達 + S76SLoRa模組 + 手做窗簾模型):
以上全部設定完成之後,窗簾端只要做一件事情,就是等待S76S傳來的控制指令,然後依照指令控制馬達即可
實際接線圖如下:

接收資料子函式如下:


窗簾控制端主程式如下:(完整的程式碼請看附件)





五、控制端硬體設置:
將S76S的3.3V與GND分別接到ESP-32S左右兩邊的pin19,再將S76S的TX、RX分別接到ESP-32S的pin17與pin16
接線示意圖如下


六、控制端S76S設定:

同樣的道理我們這裡就不使用P2P的架構,而是利用他RF直接控制指令來達到及時的控制
設定子函式如下


七、控制端ESP-32S設定:

ESP-32S的部分,一樣可以利用ARduino編輯程式,
實際操作說明:
宣告設定


啟動設定



網路校時子函式


主程式:



八、控制端完成(ESP-32S + S76S):
實際接線圖如下:


九、成果展示:

跟之前的方案不同,這是利用Node-Red的控制介面去做窗簾的控制

第一步:先將流程圖一一拉出來設定好:
如下圖


第二步就可以點選控制按鈕,直接控制窗簾了
如下圖





十、附件檔案列表




►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►控制端架構圖

►核心技術優勢

1: 窗簾馬達端 : 使用ULN2003A馬達驅動IC,所有腳位已經引出,方便連接使用,插針5-12V供電,板載4路信號指示燈,板載XH-5P插座,可以直接連接28BYJ-48型號的步進馬達。 2: 微處理器端 : 利用 ATMEGA328 微處理器之I/O 埠在接收到溫濕度的資料以UART傳送至LoRa模組。 3: LoRa無線傳輸端 : 使用協力廠商所製造之 S76S 模組,使用其高抗雜訊及高靈敏度特性來連接兩通訊端。其通訊介面為UART,所以只要使用AT command就可以傳送資料。 4: 接收端 : 使用ESP-32S這顆帶MCU+Wifi+BT模組,將資料轉成UDP訊號送出 5: 用戶介面 : 使用者藉由內部網路可在手機或是電腦端使用任何軟做遠端控制。

►方案規格

~~~ LoRa ~~~ ◎ 型號: S76S ◎ 使用芯片 : SEMTECH LoRa SX1276 + ST STM32L073 ◎ 頻率 : 863-870, 902-928MHz ◎ 傳輸介面 : UART ◎ UART波特率 : 38400/115200bps ◎ 工作電壓 : 2.4V〜3.3V ◎ 電流消耗 : 接收:17.5 mA,發射:127 mA,睡眠:5uA ◎ 輸出功率 : +20dBm ◎ 資料速率:146 ~ 37500bps ◎ 接收靈敏度 : 109 ~ -137dBm ◎ 工作溫度 : -40°C~85°C ◎ 尺寸 :13毫米x 11毫米x 1.1毫米 ~~~ WiFi模組 ~~~ ◎ 基於ESP32 芯片組 ◎ WiFi : 802.11g/n ◎ 頻率 : 2.4GHz ◎ 天線 : 電路板天線 ◎ 尺寸:14.3 x 24.8 x 3毫米 ◎ 電流消耗 : 接收:80~90 mA, 發射(13dBm~21dBm):160 ~ 260 mA, 睡眠:0.15 ~ 0.9mA ◎ 工業溫度範圍為-40℃至+ 85℃ ~~~28BYJ-48型號的步進馬達~~~ ◎ 步進馬達電壓:5V ◎ 步進角度:5.625 /64 ◎ 減速齒輪减速比:1/64 ◎ 步進馬達直徑:28mm ◎ 步進馬達軸徑: 5mm ~~~ULN2003馬達驅動模組~~~ ◎ 板載ULN2003A馬達驅動IC ◎ 所有腳位已經拉出,方便連接使用 ◎ 針腳選擇5-12V供電 ◎ 板載4路信號指示燈 ◎ 板載XH-5P插座,可以直接連接28BYJ-48型號的步進馬達 ◎ PCB板子尺寸:40.5(mm)x21.3(mm)

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