Arduino物联网云智能家居与Alexa使用NodeMCU

描述

在这个物联网项目中，我展示了如何使用 ESP8266 Arduino 使用Arduino IoT Cloud和Alexa制作基于物联网的智能家居，以通过语音命令、红外遥控器和手动开关控制 4 台家用电器。

如果互联网不可用，您可以通过红外遥控和手动开关控制家电。

• 使用Alexa控制设备。
• 使用 Arduino EEPROM来记住以前的状态
• 用红外遥控器控制电器。
• 使用开关或按钮手动控制设备
• 在 Amazon Alexa 应用程序中监控实时反馈和室温。
• 无需互联网即可手动控制家电。
• 用于该项目的所有资源都是免费的。

因此，如果您按照所有步骤操作，只需使用 Arduino UNO、NodeMCU 和继电器模块即可轻松制作此物联网项目。

虽然 PCB 不是强制性的，但我使用 PCB 使电路紧凑并使项目具有专业外观。

这个 Arduino 物联网云项目如何运作？

此 Arduino ESP8266 家庭自动化按以下步骤工作。

• 当您要求Alexa控制电器时，它会将信号发送到 Arduino 物联网云服务器。
• NodeMCU将通过互联网接收来自Arduino IoT Cloud的信号。
• NodeMCU通过串行终端向 Arduino 发送相同的信号。
• Arduino UNO将处理该信号并打开或关闭继电器。
• Arduino通过串行通信将反馈发送到 NodeMCU 。
• NodeMCU 通过互联网向Arduino 物联网云服务器发送反馈。
• 可以在Amazon Alexa应用程序中监控实时反馈。

此物联网项目所需的组件（无 PCB）

• 阿杜诺UNO
• NodeMCU ESP8266
• 1838红外线接收器（带金属外壳）
• DHT11传感器
• 4 通道 5V SPDT 继电器模块
• 开关或按钮
• 5V 直流电源。

Arduino 控制继电器 PCB 所需的组件：

• Atmega328P微控制器
• ESP8266 ESP01
• PC817 光耦合器（4 个）
• 510 欧姆 0.25 瓦电阻器（4 个）(R1 -- R4)
• 1k 0.25 瓦电阻器（6 个）(R5 -- R10)
• 2k 0.25瓦电阻
• 4.7k 0.25瓦电阻
• 10k 0.25 瓦电阻器（2 个）
• 22pF陶瓷电容
• 104陶瓷电容
• 220uF 25V 电容 (2no)
• 1uF 箱形电容 (1no)
• 16MHz晶振
• LED 5 毫米（6 个）
• 1N4007 二极管（4 个）（D1 -- D4）
• 按钮（8 个）
• BC547 三极管（4颗）
• 继电器 5v (SPDT)（4 个）
• 终端连接器
• 跳线 (5no)
• 开关 (1no)
• 海凌交直流220v-5v

ESP8266 Arduino 控制继电器的电路图

电路非常简单，我使用数字引脚D4、D5、D6 和 D7来控制 4 个继电器。

数字引脚D10、D11、D12 和 D13与开关连接以手动控制 4 个继电器。

红外接收器的输出脚接A0 ，DHT11传感器接A1 。

我在 Arduino IDE 中使用了INPUT_PULLUP函数，而不是使用上拉电阻。

我使用D2 作为 RX ，使用D3 作为 TX与 NodeMCU 模块进行串行通信。

如果您使用锁存开关，则只需将按钮连接到数字引脚和 GND，而不是按钮。

我用5V手机充电器给智能继电器模块供电。

在高压下工作时，请采取适当的安全预防措施。

使用 ESP8266 NodeMCU 的 Alexa 控制继电器

如果 NodeMCU 连接到 WiFi，您可以通过Amazon Alexa App控制家电。

您还可以要求Alexa从世界任何地方打开和关闭设备。

对于这个家庭自动化项目，您不需要任何 Echo DOT 或其他 Alexa 设备。

如果 NodeMCU 与 WiFi 连接，您还可以通过Arduino IoT Cloud 网络仪表板和Arduino IoT Cloud Remote 移动应用程序控制家电。

带红外遥控和手动开关的控制继电器

您始终可以使用红外遥控和手动开关控制继电器。

我将在以下步骤中解释如何从任何遥控器获取红外代码（十六进制代码）。

如果 NodeMCU 连接到 Wi-Fi，您可以在Amazon Alexa App和Arduino 云仪表板中监控实时反馈。

如果 WiFi 不可用，您仍然可以使用红外遥控和手动开关控制继电器。

当 WiFi 可用时，NodeMCU 将自动重新连接 WiFi。

为这个智能家居系统设计 PCB

为了使电路紧凑并具有专业的外观，我在测试了智能继电器模块的所有功能后设计了 PCB。

您可以从以下链接下载此家庭自动化项目的 PCB Gerber 文件：

用于下载 PCB Gerber 文件的 GitHub 链接

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创建 Arduino 物联网云免费帐户

对于这个智能家居项目，我使用了 Arduino Cloud Free 计划。

单击以下链接创建一个Arduino IoT Cloud帐户。

https://store.arduino.cc/digital/create

• 单击“创建一个”。

• 输入您的生日，然后单击“下一步”。

• 输入电子邮件 ID、用户名、设置密码。然后点击“注册”。

• 现在点击“物联网云”。

在 Arduino 物联网云中添加 NodeMCU ESP8266 设备

• 单击右侧的选择设备。

• 选择“Set up a third Party device” ，然后选择设备类型为ESP8266 ，设备型号为NodeMCU 1.0。

• 您将获得代码中需要的设备 ID和密钥。
• 点击“继续”，您会发现设备已添加。

可以看到，设备已添加。

在 Arduino IoT Cloud 中添加变量

现在要控制 4 个继电器，您必须添加 4 个变量。

单击“添加变量”按钮。

输入名称，然后选择Alexa 兼容开关类型。变量权限将是“读写”，变量更新策略将是“更改时”。

以类似的方式，您必须添加接下来的 3 个变量。

对于室温读数，请选择Alexa compatible Temperature Sensor 。变量更新策略将是“定期”，并提及间隔时间。

设置 Arduino 物联网云仪表板

• 现在单击顶部的仪表板以设置 Arduino 云仪表板。
• 然后单击构建仪表板。
• 之后单击“编辑”图标。然后单击“添加”并选择“切换”。

• 为这个 Switch 命名，然后将一个变量链接到这个 switch 小部件。

• 然后点击完成。

以类似的方式，您必须添加总共 4 个开关小部件来控制 4 个继电器。

对于温度，选择Gauge widgets 并链接 Temperature 变量。您还可以设置MIN和MAX 限制。

从远程获取 IR 代码（十六进制代码）

现在，要从遥控器获取十六进制代码，首先，我们必须将红外接收器输出引脚连接到 Arduino UNO的A0 引脚。并在 VCC 和 GND 之间提供 5V。IR 接收器必须有金属外壳，否则，您可能会遇到问题。

然后按照以下步骤获取十六进制代码：

• 在Arduino IDE 中安装IRremote库。
• 下载附件代码，并上传到Arduino UNO。
• 打开串行监视器，波特率为9600。
• 现在，按下红外遥控按钮。
• 相应的十六进制代码将填充在串行监视器中。
• 将所有十六进制代码保存在文本文件中。您必须在主草图中更新这些十六进制代码。

使用 Arduino IDE 对 ESP8266 NodeMCU 进行编程

为了对 NodeMCU 进行编程，我使用了 Arduino IDE。

下载附件代码。

首先，您必须安装ArduinoIoTCloud 库。在安装过程中，它可能会要求安装其他依赖项。然后点击全部安装。

在代码中，输入以下详细信息。完成所有这些更改后，您可以将代码上传到 NodeMCU。

使用 Arduino IDE 对 Arduino UNO 或 ATmega328P 进行编程

。

但是，如果您不使用 PCB，则可以直接将 Arduino UNO 与笔记本电脑连接。

对于主草图，您需要安装以下库

• IRremote 3.5.2 库
• AceButton 1.9.1 库
• Arduino 定时器 2.3.1 库

然后你必须更新红外遥控器草图中的十六进制代码。

对于瞬时开关，使用代码：Code_ArduinoUNO_EEPROM_WiFi_IR_Button_4Relay.ino

对于锁存开关，使用代码：Code_ArduinoUNO_EEPROM_WiFi_IR_Switch_4Relay.ino

为 Arduino 物联网云配置 Alexa 应用程序

从 Google Play 商店或 App Store下载并安装Amazon Alexa App 。

• 点击“更多”。
• 然后选择“技能和游戏”。
• 搜索 Arduino 并点击“ Arduino ”。
• 点击“启用使用”。

将 Arduino 云设备与 Alexa 连接

使用 Arduino Cloud 凭据登录。

• 点击关闭。
• 点击“发现设备”。添加设备需要一分钟时间。在此期间，NodeMCU 应连接到 WiFi。
• 点击“设备”，然后点击“开关”以查看所有设备。

因此，所有来自 Arduino IoT Cloud 的设备都将添加到 Amazon Alexa App。

连接家电

按照电路图用继电器模块连接4台家电。

在高压下工作时，请采取适当的安全预防措施。

将 110V/230V 电源连接到 PCB。

最后！！Arduino 云智能家居系统已准备就绪

现在您可以智能地控制您的家电。

我希望您喜欢这个 Arduino IoT 和 Alexa 控制家庭自动化项目。我已经分享了这个项目的所有必需信息。

如果您能分享宝贵的反馈意见，我将不胜感激。另外，如果您有任何疑问，请写在评论部分。

谢谢你，快乐学习。