使用Google Assistant和Alexa制作基于物联网的Arduino智能家居

描述

在这个物联网项目中，我展示了如何使用 ESP-01 使用Google Assistant和Alexa制作基于物联网的 Arduino 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，那么您可以通过红外遥控和手动开关控制家用电器。

• 使用Alexa控制电器。
• 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Google Home和Amazon Alexa App中监控实时反馈。
• 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、ESP01 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 物联网项目如何运作？

此 Arduino ESP8266 家庭自动化按以下步骤工作。

• 当你要求谷歌助手控制电器时，它会将信号发送到 Sinric服务器，
• ESP-01 将通过互联网接收来自 Sinric 的信号。
• ESP-01通过串行终端向 Arduino 发送相同的信号。
• Arduino UNO 将处理该信号并相应地打开或关闭继电器。
• Arduino 通过串行通信将反馈发送到 ESP-01。
• ESP-01 通过互联网向 Sinric 服务器发送反馈。
• 可以在Google Home或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
• ESP-01
• 1838红外线接收器（带金属外壳）
• 1k、2k、4.7k 电阻（1/4 瓦）
• 5 毫米 LED
• 1117 3.3V稳压器
• 4 通道 5V SPDT 继电器模块
• 开关或按钮
• FTDI232 USB转TTL
• 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

ESP01 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与按钮相连，以手动控制 4 个继电器。

IR 接收器的输出引脚连接到A0。

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

我使用D7 作为 RX ，D8 作为 TX与 ESP-01 模块进行串行通信。

我使用 2k 和 4.7k 电阻制作了一个分压器，将 5 伏逻辑电平降至 3.3 伏逻辑电平，以便与 ESP-01 模块进行串行通信。

如果您使用 Arduino UNO，则可以使用 3.3V 引脚代替 1117 3.3V 稳压器为 ESP01 供电，但对于 Arduino Nano，您必须使用 1117 3.3V 稳压器。

如果您使用锁存开关，则只需将开关连接到数字引脚和 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。

在 Sinric Pro 中创建一个帐户

首先，访问https://sinric.pro/

您必须在 Snric Pro 中创建一个帐户。

然后登录Sinric Pro Account。

您将获得该帐户的APP KEY和APP SECRET ，这在代码中是必需的。

在 Sinric Pro 账户中添加房间

之后添加一个房间并为该房间起一个昵称（例如：客厅）

在 Sinric Pro 账户中添加设备

然后一个一个添加设备，给每个设备起个昵称。Sinric 将为每个设备分配一个唯一的设备 ID。

这里我使用的是免费的Sinric Pro账号，所以最多可以免费添加3台设备。

在设计 PCB 之前测试电路

在设计 PCB 之前，我用 Arduino UNO、ESP01、一些电阻器和一个 IR 接收器制作了电路，用于测试所有功能。

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：

从 GitHub 下载 PCB Gerber

订购印刷电路板

下载 Garber 文件后，您可以轻松订购 PCB

1. 访问https://jlcpcb.com并登录/注册。

2. 单击立即报价按钮。

3. 单击“添加您的 Gerber 文件”按钮。然后浏览并选择您下载的 Gerber 文件。

上传光绘文件并设置参数

4. 设置所需参数，如数量、PCB 遮蔽颜色等。

5. 选择 PCB 的所有参数后，单击“保存到购物车”按钮。

选择送货地址和付款方式

6. 键入送货地址。

7. 选择适合您的运输方式。

8. 提交订单并进行付款。

您还可以从JLCPCB跟踪您的订单

我的 PCB 需要 2 天时间才能制造出来，并使用 DHL 交付选项在一周内送达。

PCB 包装完好，质量非常好，价格实惠。

焊接PCB上的所有组件

之后，我按照电路图焊接了所有组件。

然后将 ESP01 板与 PCB 连接起来。

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 ESP-01 进行编程

如果您使用 PCB，那么您可以轻松地使用开关 (PMOD) 进入编程模式，并将 FTDI232 USB 直接连接到带有 ESP-01 的串行接口板。

否则，您可以参考此电路对 ESP-01 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 计时器 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

设置 Google Home 应用

首先，下载并安装Google Home 应用程序。然后按照步骤在 Google Home 应用中创建 Home

• 点击“ + ”图标（左上角）。
• 点击创建新家。
• 输入家庭昵称和地址。
• 然后点击继续。

主页已创建。现在再次点击“ + ”图标以添加设备。

将 Sinric Pro 与 Google Home 应用连接 | 添加设备

在 Google Home 应用中创建 Home 后，您可以将 Sinric Pro 与 Google Home 应用连接

• 点击“ + ”图标，然后选择设置设备。
• 点击Works with Google 。
• 搜索Sinric Pro ，然后选择 Sinric Pro。
• 输入用于 Sinric 帐户的电子邮件 ID 和密码，
• 然后点击登录。

因此，所有来自 Sinric Pro 的设备都将添加到 Google Home Account。

为此智能家居系统配置 Alexa 应用程序

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

• 转到“更多”，然后选择“技能和游戏”
• 搜索 Sinric Pro 并点击“Sinric Pro”。
• 点击“启用”
• 使用 Sinric 帐户凭据登录。

使用 Alexa 连接设备

• 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 应与 WiFi 连接。
• 点击“设备”，然后点击“插头”以查看所有设备。

因此，Sinric Pro 的所有设备都将添加到 Amazon Alexa App。

使用 Google Assistant 和 Google Home 控制继电器

如果 ESP01 已连接 WiFi，则您可以通过Google Home App控制家电。

您还可以让Google Assistant打开和关闭设备。

您可以在世界任何地方通过 Google Home App 控制、监控继电器的实时状态。

对于这个家庭自动化项目，您不需要任何 Google Home Nest设备。

使用 Alexa 控制继电器

如果 ESP01 与 WiFi 连接，您还可以通过 Amazon Alexa App 控制家电。

您也可以要求Alexa打开和关闭设备。

您还可以通过手动开关或红外遥控器控制设备，并从世界任何地方监控亚马逊 Alexa 应用程序中继电器的实时反馈。

这个家庭自动化项目不需要任何 Echo DOT设备。

控制继电器手动开关和红外遥控器

如果 WiFi 不可用，您可以通过手动开关或红外遥控器控制继电器。

ESP01 将每 4 秒检查一次 WiFi。

当 WiFi 可用时，ESP01 将自动连接 WiFi。

请参考电路图连接手动开关或按钮。

现在您可以智能地控制您的家电。我希望您喜欢这个 Google 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。