智能网络台灯，项目提交

hehung

智能网络台灯，项目提交 [复制链接]

 

 

智能网络台灯

 

作者：hehung        

一、作品简介

 

本作品是基于ESP32S2以及MaixBit完成的。ESP32S2上实现了LCD显示功能，能够显示时间，天气信息（7天天气），台灯亮度信息，联网状态信息等；实现了本地控制，远程APP控制以及天猫精灵语音控制功能，能够对智能台灯的亮度，开关，学习时间，延时关闭，控制模式等功能进行设置；模式控制有手动，自动，阅读以及睡觉，能够自由切换；MaixBit上实现了摄像头采集环境光强度功能并通过串口与ESP32S2进行数据交互；本作品还实现了wifi配网功能，可以用APP实现对智能网络台灯的配网。

二、系统框图

系统架构图如下图：

 

 

三、各部分功能说明

（各部分实现的功能说明及讲解，以图文结合的展示。）

硬件连接：

ESP32S2：                     L298驱动芯片              MaixBit

IO0                         --        L298N驱动IN1

GND                       --        L298N驱动IN2     --     MaixBit GND

IO4（UART TXD）--                                     MaixBit IO9（UART RXD）

IO5（UART RXD）--                                    MaixBit IO10（UART TXD）

ESP32S2

下面介绍ESP32S2相关组件功能。

1. LCD

LCD显示使用了GUI驱动LVGL，提供好看的GUI界面。

 

如上图，LCD主要用于显示一些信息，包括：

50. 日期，时间
50. 网络连接状态（wifi图标）

• 未连接网络的时候，Wifi图标周期闪烁显示；
• 连接了网络之后，wifi图标常显示。

50. 物联网连接状态（IoT图标）

• 未连接到，Wifi图标周期闪烁显示；
• 连接了网络之后，wifi图标常显示。

50. 台灯延时关闭使能状态（DO图标，DelayOff）

• 延时关闭功能使能时常显示；
• 延时关闭功能关闭时不显示

50. 天气信息
    14. 今日天气，温湿度
    14. 空气质量，今日温度范围
    14. 从明天开始的六天天气，滚动显示
50. 学习时间条（左边时间条，显示剩余学习时间）
50. 台灯亮度条（右边亮度条，显示当前台灯亮度）
50. 剩余学习时间数字，下中部显示当前还剩多少学习时间，如下图

•  

2. RGB

RGB三个LED主要用来标记当前状态。

50. 如果wifi没有连接，红色LED闪烁；
50. 如果wifi连接了但是没有连接到阿里云平台，蓝色LED闪烁；
50. 如果wifi连接了也链接到了阿里云平台，绿色LED闪烁；
50. 如果台灯为关闭状态，所有LED熄灭。

3. 按键

ESP32S2板子上一共有6个按键（K1~K6），为ADC按键，所以通过一个IO口进行控制，配置为ADC模式，下面详细说明每个按键的功能：

50. K1：

• 长按（按下时间超过一秒），用于使能/禁能台灯延时关闭功能，如果当前为使能状态则禁能，如果当前为禁能状态则使能；
• 短按（按下时间少于一秒），用于关闭或者打开台灯，当前为关闭时，则打开；如果是打开状态则关闭。

50. K2

模式切换按键，用于切换控制模式；控制模式有自动模式，手动模式，阅读模式以及睡眠模式，每次按下按键都会按照顺序切换模式。

50. K3

手动控制台灯亮度增加，只有在控制模式为手动时有效。

• 按下该按键并保持，台灯亮度会增加，最大为100%。

50. K4

手动控制台灯亮度减小，只有在控制模式为手动时有效。

• 按下该按键并保持，台灯亮度会减小，最小为0%。

50. K5

手动设置学习时间增加，只有在控制模式为手动时有效。

• 按下该按键并保持，学习时间会增大，最大120分钟。

50. K6

手动设置学习时间减小，只有在控制模式为手动时有效。

• 按下该按键并保持，学习时间会减小，最小为0分钟。

4. 延时关闭功能

说明：延时关闭就是当关闭台灯的时候不会马上关闭，而是等待30s之后才关闭。

在延时关闭等待等待器件，如果电源按键再次按下，则停止关闭过程，台灯不会被关闭。

5. 台灯

台灯亮度是通过ESP32S2的LEDC输出PWM信号来控制的，使用到了L298N驱动芯片，如下图。

• LEDC输出PWM信号到L298N驱动芯片的IN1端口；L298N的IN2端口接GND；
• OUT1与OUT2接台灯的正极与负极；
• 台灯的供电电源正负极分别接+12V以及GND。

则，LEDC输出的PWM控制信号会经过L298N驱动信号输出给台灯，实现亮度控制。

 

6. 控制模式

控制模式有自动模式，手动模式，阅读模式，睡眠模式。

• 自动模式：通过环境光的强度自动设置台灯的亮度；
• 手动模式：通过手动（或者联网控制，语音控制）控制亮度；
• 阅读模式：台灯亮度模式为90%；
• 睡眠模式：这也是小夜灯模式，亮度默认设置为10%。

7. 时间

ESP32S2的RTC芯片用来自动控制时间，增加联网功能，对内部RTC进行时间校准，每一小时一次，显示屏会实时显示当前时间（时分秒，月日以及星期）。

8. 天气

天气获取使用到了https，获取网络天气并且更新到本地。

获取天气的网址：https://www.yiketianqi.com/index/doc?version=day。

会获取两种天气：

• 一种是实时天气信息，有天气，温湿度，本日温度范围，空气质量等信息；
• 另一种是获取七日天气，有日期，天气，温度范围；

获取天气信息通过CJSON解析出来并显示到LCD屏。

9. 串口

串口是用来和MaixBit通信的，接收来自MaixBit计算的环境光亮度信息。

串口通信格式为：数据长度(1Byte)+数据命令(1Byte)+数据(1Byte),以ASCII格式传输。

10. 物联网

该作品使用了阿里云物理网平台用于远程数据交互，可以通过物联网控制的功能有：

• 模式（自动，手动，阅读，睡眠）
• 亮度（0%~100%）
• 学习时间（0~120分钟）
• 台灯电源开/关
• 延时开关使能/禁能

本地控制之后的数据会实时传递给云平台。

阿里云平台数据定义，如下图定义了智能网络台灯与阿里云平台交互的数据格式：

 

如下是手机APP的控制界面配置：

 

11. 天猫精灵

可以通过天猫精灵控制台灯，如下功能可以控制：

• 台灯开/关
• 台灯亮度

12. 配网

如果作品没有连过网，在使用的时候会自动进入AP模式，会创建一个wifi热点。

使用阿里云的云智能APP，添加设备，会自动搜索当前设备，搜索成功之后连接到ESP32S2创建的热点，然后等待配网完成，网络智能台灯就可以成功连接上网络了，下一次上电也不用再次连接，信息会自动保存到nvs中，下次上电自动连接wifi以及云平台。

配网操作详见演示视频末尾。

MaixBit

1. MaixBit代码使用Python实现。
2. 环境光检测

摄像头会采集到当前环境图像，然后每一秒钟拍摄一张图片，将图片以LAB格式读出，计算图片中的L（表示亮度）平均值就可以知道环境光强度了，L取值为0~100，表示环境光亮度0%~100%。

 

3. LCD

LCD是一个辅助设备，用来显示当前摄像头采集到的图片，并且将环境光强度显示在图片上。

 
 

4. RGB

RGB用来显示环境是否正常工作，如果正常，则绿色LED每一秒钟显示一次，通过定时器1通道0来实现一秒钟的闪烁。

5. 串口

串口在定时器0通道0中实现，用来每一秒钟发送一次环境光强度数据到串口，同时也会监控串口接受的数据并打印出来。

 

四、作品源码

源码放在了EEWorld下载中心：

https://download.eeworld.com.cn/detail/hehung/625181

同时将源码放置在了gitee，链接如下：

链接已隐藏，如需查看请登录或者注册

 

五、作品功能演示视频

视频演示了作品的一些功能，包括配网，网络控制，本地控制，语音控制等功能。

视频放置在bilibili，链接如下：

https://www.bilibili.com/video/BV1sP411N7fa/

 

六、项目总结

为了完成本次项目学了到了很多知识，比如ESP32S2联网，ntp时间更新，获取天气信息，lvgl驱动的使用，阿里云物联网平台的链接等，也学会了使用maixbit，对自身成长比较大。

项目制作期间分享帖子：

【2022得捷电子创新设计大赛】最晚开箱帖
【2022得捷电子创新设计大赛】1. ESP32-S2环境搭建及点灯
【智能网络台灯】2. 设置系统时间以及打印
【智能网络台灯】3. ESP32-S2 + lvgl使用
【智能网络台灯】4. ESP32-S2 板载按键使用
【智能网络台灯】5. ESP32-S2 使用sntp进行网络校时
【智能网络台灯】6. ESP32-S2解决RAM空间开销过大的问题

【智能网络台灯】7. 获取实时天气信息并解析

【智能网络台灯】8. Maix bit驱动RGB

【智能网络台灯】9. Maix bit驱动串口

【智能网络台灯】10. Esp32-S2驱动UART

【智能网络台灯】11. MaixBit使用摄像头检测环境光强度

 

七、其他

感谢Digi-Key以及EEWORLD基于的本次机会，对于本次比赛，三轮评选结束，本来是没有入选的，但是由于一些小伙伴弃赛，有幸能够被选中再次进入比赛，感谢杜杜的推荐。本次作品实现收获也颇丰，学习到了很多知识，增加了宝贵的软件调试经验，期望以后也能多参加比赛与小伙伴们共同进步。

 

作品word文档： 智能网络台灯 -- hehung.doc (3.18 MB, 下载次数: 4)

2022-10-16 20:09 上传

点击文件名下载附件

 

Jacktang

ESP32S2上实现了LCD显示功能，结果很漂亮

 

hehung

Jacktang 发表于 2022-10-17 08:33 ESP32S2上实现了LCD显示功能，结果很漂亮  

感谢鼓励