步驟1：Google Assistant控制的家庭自動(dòng)化項(xiàng)目概述

我正在使用Arduino UNO微控制器端和用于連接互聯(lián)網(wǎng)的ESP8266模塊。老實(shí)說(shuō)，還有很多其他方法可以解決這個(gè)問(wèn)題。您可以將功能更強(qiáng)大的處理器（如Raspberry Pi或其他SOC）與內(nèi)置Wi-Fi（如ESP12E或ESP32）結(jié)合使用。但是我決定使用老式的Arduino和ESP8266板來(lái)降低成本，并且不要過(guò)度設(shè)計(jì)任何東西。

對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，我們還將使用ESP8266貼身地構(gòu)建一個(gè)Arduino WiFi防護(hù)罩在Arduino UNO板上。此屏蔽可用于通過(guò)AT命令或直接使用Arduino IDE對(duì)ESP8266進(jìn)行編程。它還具有將FTDI模塊直接連接到ESP8226的選項(xiàng)，這允許將ESP8266編程為無(wú)需Arduino的獨(dú)立設(shè)備，并且還可以根據(jù)需要將新固件刷新到ESP8266模塊中。因此，該防護(hù)罩可用于許多其他需要互聯(lián)網(wǎng)連接的創(chuàng)意Arduino項(xiàng)目。

為了在手機(jī)上與Google助手通信，我們使用了IFTTT服務(wù)，該服務(wù)將助手配置為偵聽(tīng)特定命令并在收到命令時(shí)觸發(fā)鏈接。現(xiàn)在，您可能已經(jīng)知道ESP8266僅可以通過(guò)API調(diào)用從Internet讀取信息，因此我們需要一個(gè)可以為我們提供此API選項(xiàng)的平臺(tái)，這就是ThingSpeak所在的位置。基本上，提供給Google Assistant的語(yǔ)音命令會(huì)更改此值相應(yīng)地在ThingSpeak頻道中的字段。 ESP8266使用API調(diào)用定期檢查此字段的值，然后使用串行通信將此值發(fā)送給Arduino。 Arduino然后執(zhí)行所需的操作，例如根據(jù)接收到的值切換繼電器。

步驟2：使用ESP8266的Arduino Uno Wi-Fi Shield

讓我們開(kāi)始將Arduino UNO板與ESP8266 Wi-Fi模塊連接。 ESP8266是一個(gè)棘手的模塊。它需要自己的電源和特定的連接設(shè)置才能與Arduino通信。如果您是絕對(duì)的初學(xué)者，則強(qiáng)烈建議您閱讀ESP8266入門(mén)教程，然后再繼續(xù)進(jìn)行操作。

請(qǐng)記住，ESP8266購(gòu)買(mǎi)時(shí)隨附帶有可與AT通訊的默認(rèn)固件。命令。但是，如果模塊是直接用Arduino編程的，則默認(rèn)固件將被刪除，如果要使用AT命令，則必須再次刷新。

我們將使用LM317作為3.3V穩(wěn)壓器。該3.3V用于為ESP8266模塊供電，因?yàn)閬?lái)自Arduino UNO的3.3V將無(wú)法為ESP模塊提供足夠的電流。 LM317輸入引腳可以由Arduino UNO板Vin引腳的DC輸入桶式插孔供電。

ESP模塊的GPIO0引腳連接到跳線引腳，該跳線可以切換為將該引腳接地。這允許用戶(hù)將ESP模塊設(shè)置為在AT命令模式或編程模式（Arduino IDE）下工作。 GPIO0和GPIO2都連接到外部連接器，因此這些GPIO引腳也可以使用。

最后在Arduino方面，我們將ESP8266模塊的Rx和Tx引腳連接到Arduino的12和13引腳。我們沒(méi)有使用硬件串行（引腳0和1）來(lái)簡(jiǎn)化調(diào)試。您還可以注意到，還提供了連接16x2 LCD的選項(xiàng)，因此可以將其直接安裝在屏蔽層的頂部。 LCD由Arduino的5V引腳供電。

步驟3：使用EasyEDA為ESP8266 Wi-Fi模塊制作PCB

為Arduino板設(shè)計(jì)屏蔽層時(shí)，一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的部分就是要正確地占用空間。如果尺寸錯(cuò)誤，那么屏蔽將無(wú)法正確地安裝在Arduino UNO板上。但是，幸運(yùn)的是，EasyEDA幾乎可以為市場(chǎng)上的所有組件提供封裝。這是由于其龐大的用戶(hù)社區(qū)，用戶(hù)可以在其中創(chuàng)建足跡并使其可供公眾使用以用于其項(xiàng)目。

EasyEDA是一種在線EDA工具，我以前使用過(guò)很多次，發(fā)現(xiàn)它非常方便可以使用，因?yàn)樗哂辛己玫母采w范圍并且是開(kāi)源的。設(shè)計(jì)完P(guān)CB之后，我們可以通過(guò)低成本的PCB制造服務(wù)訂購(gòu)PCB樣品。他們還提供元件采購(gòu)服務(wù)，其中有大量的電子元件庫(kù)存，用戶(hù)可以與PCB訂單一起訂購(gòu)所需的元件。

在設(shè)計(jì)電路和PCB時(shí)，您還可以公開(kāi)電路和PCB設(shè)計(jì)，以便其他用戶(hù)可以復(fù)制或編輯它們并從您的工作中受益，我們還制作了整個(gè)電路和PCB此電路的公共布局，請(qǐng)查看以下鏈接：

https：//easyeda.com/CircuitDigest/Arduino-WiFi-sh 。..

您可以查看任何層（頂部，“底部”，“底部絲綢”，“底部絲綢”等），方法是從“層”窗口中選擇層。除此之外，它們還提供PCB在制造后的外觀的3D模型視圖。 Wi-Fi防護(hù)層的頂層和底層的快照看起來(lái)像這樣

第4步：使用EasyEDA在線計(jì)算和訂購(gòu)PCB樣品

完成此設(shè)計(jì)之后Arduino Uno Wi-Fi模塊，您可以通過(guò)JLCPCB.com訂購(gòu)PCB。要從JLCPCB訂購(gòu)PCB，您需要Gerber File。要下載PCB的Gerber文件，只需單擊EasyEDA編輯器頁(yè)面上的Generate Fabrication File按鈕，然后從那里下載Gerber文件，或者您可以單擊JLCPCB上的訂購(gòu)，如上圖所示。這會(huì)將您重定向到JLCPCB.com，您可以在其中選擇要訂購(gòu)的PCB數(shù)量，所需的銅層數(shù)量，PCB厚度，銅重量以及甚至是PCB顏色，如上面的快照所示。

在JLCPCB按鈕上單擊訂購(gòu)后，它將帶您到JLCPCB網(wǎng)站，在此您可以以非常低的價(jià)格訂購(gòu)PCB，即2美元。他們的構(gòu)建時(shí)間也非常短，只需DHL交付3-5天即可交付48小時(shí)，基本上您可以在訂購(gòu)一周后得到PCB。

訂購(gòu)PCB后，您可以檢查生產(chǎn)進(jìn)度日期和時(shí)間對(duì)您的PCB的影響。您可以通過(guò)在“帳戶(hù)”頁(yè)面上進(jìn)行檢查，然后單擊PCB下方的“生產(chǎn)進(jìn)度”鏈接，如上圖所示。

訂購(gòu)PCB幾天后，我得到了包裝精美的PCB樣品，如下圖所示以上圖片。

確保軌道和足跡正確無(wú)誤。我開(kāi)始組裝PCB，我使用了母頭來(lái)放置Arduino Nano和LCD，以便以后在其他項(xiàng)目中需要時(shí)可以將它們卸下。完全焊接的電路板看起來(lái)像上面的

步驟5：Arduino Wi-Fi Shield編程模式和AT模式

當(dāng)使用Arduino IDE直接對(duì)ESP8266進(jìn)行編程或?qū)ζ溥M(jìn)行閃爍時(shí)，應(yīng)在每次上傳之前將GPIO 0引腳接地，并且每次都要將Reset引腳暫時(shí)接地。同樣，當(dāng)ESP8266使用AT指令時(shí)，應(yīng)將GPIO引腳留空，然后再次將Reset引腳暫時(shí)接地以將其復(fù)位。

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，我們?cè)O(shè)計(jì)了Wi-Fi屏蔽具有一個(gè)可在編程模式和AT命令模式之間切換的撥動(dòng)引腳，如上圖所示。同樣，在每次上傳代碼之前，只要每次按下復(fù)位按鈕（紅色），就可以將Reset引腳接地。

開(kāi)發(fā)板上還可以選擇將FTDI模塊直接連接到ESP，這對(duì)于刷新ESP8266模塊要進(jìn)行閃爍，請(qǐng)連接FTDI模塊，然后將引腳設(shè)置為編程模式，如上所示。然后從給定的鏈接下載ESP8266_Flasher軟件和固件bin文件。然后打開(kāi)軟件并使用Bin按鈕瀏覽到bin文件，然后鍵入右側(cè)的COM端口并將默認(rèn)地址保留為0x00000。最后單擊下載按鈕以刷新ESP8266模塊。該軟件也顯示在上圖中，但請(qǐng)記住，只有在ESP8266上的默認(rèn)固件被覆蓋后，您才需要刷新它。

步驟6：為Google助手設(shè)置ThingSpeak頻道

我們?cè)赥hingSpeak中需要一個(gè)通道，該通道將存儲(chǔ)來(lái)自Google助手的數(shù)據(jù)，并允許ESP8266使用API調(diào)用來(lái)檢索這些數(shù)據(jù)。如果您不熟悉ThingSpeak，請(qǐng)通過(guò)在Thingspeak.com上注冊(cè)并單擊新頻道來(lái)設(shè)置帳戶(hù)，還請(qǐng)查看我們之前的項(xiàng)目，以了解有關(guān)將ThingSpeak與Arduino結(jié)合使用的更多信息。您可以為您的頻道選擇任何名稱(chēng)并提供描述。由于我們僅切換一個(gè)光源，因此我僅使用了一個(gè)字段并將其命名為L(zhǎng)ight，但同樣可以使用任意多個(gè)字段。我的頻道設(shè)置看起來(lái)像這樣，記下我的情況下的頻道ID（683739）和我的情況下的字段號(hào)（1），以后我們將需要它。

下一步單擊API密鑰標(biāo)簽，此處將為您提供兩個(gè)API密鑰，一個(gè)用于寫(xiě)入功能，另一個(gè)用于讀取功能。您只能分別使用這些鍵將值讀取或?qū)懭胱侄巍Ｃ總€(gè)鍵都是唯一的，上面顯示的我的鍵肯定會(huì)有所不同。切勿共享您的密鑰，因?yàn)樗梢允谟鑼?duì)您的頻道進(jìn)行寫(xiě)入或讀取的權(quán)限。上面顯示的這些鍵在使用后已銷(xiāo)毀。

現(xiàn)在讓我們看一下API GET調(diào)用，通過(guò)這些調(diào)用我們可以向剛創(chuàng)建的字段寫(xiě)入和讀取數(shù)據(jù)。

從中讀取事物字段：

api.thingspeak.com/channels/683739/fields/1/last.json？api_key=7EK8DHQDV3M0EJ6S&results=2

寫(xiě)入事物字段：

api。 Thingspeak.com/update？api_key=UEI3D4YTWX9OQQ4B&field1=7

這些是我的API，您必須用鍵替換鍵值，并根據(jù)ThingSpeak通道更改通道ID。如果您選擇了如圖中所示的第一個(gè)字段，則無(wú)需更改字段值。

您還可以嘗試在您的瀏覽器上加載這些API調(diào)用，并檢查其工作方式。在上面的“寫(xiě)物”字段中，我們將7（最后添加）寫(xiě)入通道。您可以在瀏覽器中加載它，并檢查該值是否反映在您的ThingSpeak帳戶(hù)中。同樣，加載到瀏覽器中時(shí)從Thing Field API調(diào)用中讀取的內(nèi)容應(yīng)為您以前發(fā)送給Field的值，在這種情況下為7。

步驟7：設(shè)置IFTTT小程序

h2》

現(xiàn)在我們知道如何從該字段發(fā)送和讀取值，接下來(lái)我們必須在IFTTT帳戶(hù)中設(shè)置兩個(gè)applet。如果您不熟悉IFTTT，只需注冊(cè)并鏈接您的Gmail帳戶(hù)，則該Gmail帳戶(hù)應(yīng)采用與您使用Google語(yǔ)音助手相同的一種形式。兩個(gè)小程序中的兩個(gè)都將通過(guò)上述鏈接用于將值寫(xiě)入字段。但是，使用上面的API調(diào)用，一個(gè)會(huì)監(jiān)聽(tīng)“打開(kāi)閱讀燈”并將其寫(xiě)入“ 1”，而另一個(gè)小程序會(huì)監(jiān)聽(tīng)“關(guān)閉閱讀燈”并寫(xiě)入“ 0”。

要?jiǎng)?chuàng)建小程序，請(qǐng)進(jìn)入我的小程序，然后單擊“新小程序”。然后在“此”部分中選擇Google語(yǔ)音助手，并在“那”部分中選擇Webhooks服務(wù)。這與我們對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的門(mén)安全項(xiàng)目所做的工作非常相似。如果您對(duì)如何操作感到困惑，請(qǐng)參閱本文，下面的圖像也將為您提供幫助。

步驟8：為Google Assistant Home Automation編程Arduino

現(xiàn)在應(yīng)該同時(shí)設(shè)置IFTTT和ThingSpeak帳戶(hù)。因此，根據(jù)向Google助手發(fā)送的命令，IFTTT將向我們的ThingSpeak帳戶(hù)發(fā)送一個(gè)值（0或1）。現(xiàn)在，在Arduino方面，我們必須編寫(xiě)一個(gè)程序來(lái)檢查field的值是0還是1。如果0，則必須關(guān)閉燈，如果1，則必須打開(kāi)燈。

最后，給出了完成此操作的完整程序，我將程序分成有意義的代碼片段，并在上面進(jìn)行了解釋。我們首先定義將ESP和LCD連接到Arduino的引腳。您可以參考電路圖進(jìn)行驗(yàn)證。

SoftwareSerial ESP（12，13）; //ESP is connected to 12 and 13 pin of Arduino

const int rs = 7， en = 6， d4 = 5， d5 = 4， d6 = 3， d7 = 2; //Mention the pin number for LCD connection

LiquidCrystal lcd（rs， en， d4， d5， d6， d7）;

然后，我們必須輸入一些關(guān)鍵參數(shù)，例如ESP應(yīng)該連接到其密碼的Wi-Fi名稱(chēng)，最后是我們從中獲得的API調(diào)用請(qǐng)求我們的話(huà)語(yǔ)。確保已根據(jù)您的應(yīng)用程序更改了這些憑據(jù)。驗(yàn)證API密鑰并將其加載到瀏覽器中以確保。

String WiFi_SSID = “Oneplus”;

String WiFi_Pass = “nightfury”;

String sendData = “GET /channels/683739/fields/1/last.json？api_key=7EK8DHQDV3M0EJ6S&results=2”;

String output = “”; //Initialize a null string variable

在設(shè)置功能中，我們將引腳10聲明為輸出，這是我們通過(guò)繼電器連接負(fù)載的地方。然后，我們?cè)贚CD上顯示一小段介紹文字，并使用上述代碼行初始化串行監(jiān)視器。

pinMode（10，OUTPUT）;

lcd.begin（16， 2）; //Initialise 16*2 LCD

lcd.print（“ Arduino WiFi”）; //Intro Message line 1

lcd.setCursor（0， 1）;

lcd.print（“ Shield ”）; //Intro Message line 2

delay（2000）;

Serial.begin （9600）;

默認(rèn)情況下，ESP的波特率為115200，但Arduino并非如此足夠快的速度以如此高的速度從ESP讀取數(shù)據(jù)。它確實(shí)讀取數(shù)據(jù)，但是我個(gè)人很多次發(fā)現(xiàn)很多垃圾值。因此，我決定使用AT + CIOBAUD = 9600將ESP更改為以9600波特率工作，如上所示。更改波特率后，我們可以重新初始化軟件序列以使用9600波特率。

ESP.begin（115200）;

ESP.println（“AT+CIOBAUD=9600”）;

delay（100）;

ESP.begin（9600）;

接下來(lái)，我們有一系列AT命令，這些命令只需要發(fā)送到模塊一次。它們包括關(guān)閉Echo選項(xiàng)（ATE0），然后將ESP設(shè)置為在站模式下工作（AT + CWMODE = 1），然后使用（AT + CWJAP）等將其連接到路由器。一旦執(zhí)行，ESP就會(huì)記住這些詳細(xì)信息，并在每次開(kāi)機(jī)時(shí)將其作為站點(diǎn)連接到我們的路由器。因此，您可以在第一次使用后注釋這些行（不過(guò)是可選的）。

ESP_talk（“ATE0”， 1000）; //Turn off Echo

ESP_talk（“AT+CWMODE=1”， 1000）; //Set ESP as station

ESP_talk（“AT+CWJAP=”“+ WiFi_SSID +”“，”“+ WiFi_Pass +”“”， 5000）; //Connect to WiFi

delay（1000）;

ESP_talk（“AT+CIPMUX=1”，1000）;

delay（1000）;

在主循環(huán)函數(shù)中，我們必須連接到ThingSpeak API。這可以通過(guò)首先使用以下命令啟動(dòng)與ThingSpeak網(wǎng)絡(luò)的TCP連接來(lái)完成。

ESP_talk（“AT+CIPSTART=”TCP“，”api.thingspeak.com“，80”，1000）;

然后我們必須知道使用AT + CIPSEND將多少個(gè)字符發(fā)送給該連接。在我的情況下是76。因?yàn)槲覀儗l(fā)送上述命令，所以我們有74個(gè)字符，并且必須在“/n”中添加2個(gè)字符，從而得到76。

GET /channels/683739/fields/1/last.json？api_key=7EK8DHQDV3M0EJ6S&results=2

然后我們實(shí)際上發(fā)送了上面存儲(chǔ)在變量sendData中的數(shù)據(jù)。為了穩(wěn)定起見(jiàn)，這些命令以100ms的延遲發(fā)送，但這不是強(qiáng)制性的。上面顯示了相同的程序。

ESP_talk（“AT+CIPSTART=”TCP“，”api.thingspeak.com“，80”，1000）;//AT+CIPSTART=“TCP”，“api.thingspeak.com”，80

delay（100）;

ESP_talk（“AT+CIPSEND=76”，1000）;

delay（100）;

ESP_talk（sendData，1000）; delay（100）;

上面的代碼將從ThingSpeak網(wǎng)站上以字符串值的形式獲取字段數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)在變量“ output”中，看起來(lái)像像這樣。

+IPD，64：{“created_at”：“2019-01-22T12:13:32Z”，“entry_id”：15，“field1”：“0”}CLOSED

如您所見(jiàn)，在整個(gè)字符串值上，我們只需要檢查field1值是0還是1。因此我們?cè)贏rduino中使用charAT函數(shù)來(lái)獲取特定的char值構(gòu)成整個(gè)字符串。該值的位置比上一個(gè)值落后11步。因此，代碼看起來(lái)像

int light_value = int （output.charAt（output.length（）-11））-48;

的最后一步是將該值與0和1進(jìn)行比較。然后，如果為1，則將燈打開(kāi)，如果為0，則將其關(guān)閉。還會(huì)根據(jù)字段值使LCD顯示結(jié)果。

lcd.clear（）;

lcd.print（“Listning.。..”）; //Intro Message line 1

lcd.setCursor（0， 1）;

if （light_value == 0） //light should be off

{

lcd.print（“Light is OFF ：-（” ）;

digitalWrite（10，LOW）;

}

if （light_value == 1） //light should be off

{

lcd.print（“：-） Light is ON”）;

digitalWrite（10，HIGH）;

}

您會(huì)注意到ESP_talk函數(shù)在整個(gè)程序中得到了廣泛使用。該功能基本上有兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是發(fā)送到ESP模塊的實(shí)際命令，另一個(gè)是ESP應(yīng)該在該超時(shí)值之內(nèi)響應(yīng)發(fā)送的命令。 ESP的響應(yīng)然后存儲(chǔ)在變量輸出中。在調(diào)試ESP模塊時(shí)，這非常方便。功能定義如下所示。

void ESP_talk（String AT_cmd， const int timeout）

{

Serial.print（“Sent： ”）;

Serial.print（AT_cmd）;

ESP.println（AT_cmd）; //print to ESP through software serial

Serial.println（“”）;//Move to next line

long int time = millis（）;

output=“”; //clear the string

while （ （time + timeout） 》 millis（））

{

while （ESP.available（））

{

char i = ESP.read（）; // read one char

output +=i;//Combine char to string

}

}

Serial.print（“Received： ”）;

Serial.print（output）;

}

使用Google Assistant切換燈光

因此，我們都準(zhǔn)備使用Arduino ESP8266 Wi-Fi模塊通過(guò)Google Assistant在任何地方控制家用電器。如前所述，以上程序用于切換引腳10。因此，您可以在引腳10上添加一個(gè)繼電器，并根據(jù)需要連接繼電器額定值范圍內(nèi)的任何交流負(fù)載。上面顯示了我使用Relay和帶Wi-Fi屏蔽的Arduino板的設(shè)置。

我已經(jīng)使用了一個(gè)小閱讀燈作為演示負(fù)載，但是您可以選擇使用任何東西。啟動(dòng)設(shè)置并向您的Google助手說(shuō)出命令，您應(yīng)該會(huì)看到Light得到相應(yīng)的控制。當(dāng)您向Google助手發(fā)出命令時(shí)，您還可以看到ThingSpeak頻道值正在更改。為了進(jìn)行調(diào)試，您可以打開(kāi)串行監(jiān)視器以檢查是否一切正常。如果是，則您的串行監(jiān)視器應(yīng)顯示類(lèi)似這樣的內(nèi)容。

您可以觀看上面的視頻以檢查項(xiàng)目的完整工作，還可以檢查我們的其他Arduino家庭自動(dòng)化項(xiàng)目。希望您喜歡該項(xiàng)目并喜歡構(gòu)建它。如果您有任何問(wèn)題，請(qǐng)隨時(shí)將它們留在上面的評(píng)論部分中，我會(huì)盡力解決。您也可以將論壇用于其他技術(shù)問(wèn)題。
責(zé)任編輯：wv