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制作智能Zigbee连接的家庭传感器集线器

消耗积分:0 | 格式:zip | 大小:0.92 MB | 2022-11-18

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描述

最初,我想通过 Zigbee 设备从 Thunderboard 收集温度和湿度数据来监控另一个房间的环境。我需要一个屏幕来显示传感器数据,但我不想使用开发板,所以我决定设计一个漂亮的外壳,创造一个精致的产品。

在考虑了各种外壳之后,我决定为床头柜或书桌设计一个精美的时钟状木制设备,它可以用作智能闹钟并显示传感器数据。设计如下图所示。

 
 
 
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该设备将显示一天中的时间,但也能够根据需要显示温度或湿度。我还想添加一些有趣和实用的功能。该设备需要连接到云端,这意味着我需要添加一个 Wi-Fi 模块。我希望时钟具有天气预报接收能力、广播和警报功能,因此需要一个扬声器。

下面的家居传感器集线器组件结构图就是基于这些必需的功能,我决定将这个互联家居传感器集线器称为“iBox”。

外壳

虽然塑料和 3D 打印技术可以轻松制作出精确且廉价的外壳,但它们无法产生我所追求的精美美学,因此我决定使用实木并开始设计尺寸图形和 3D 模块图形。

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尺寸图的绿色部分是PCB的尺寸。木方前面板上的孔是为7段数码管预留的,如下图。

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接下来,粘贴一个类似纹理的薄木皮以覆盖 7 段 LED 数码管。这使该设备具有实木立方体的外观。

 
 
 
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处理器

我决定使用 EFR32MG12P433F1024GM68 作为 iBox 的处理器。它是一款支持 ZigBee 协议的 2.4 GHz 无线 SoC。它具有 1024 kB 闪存和 256 kB RAM,足以运行多个任务并支持存储的 OTA 固件。

显示和用户交互

iBox的显示屏使用了三种不同的段式LED数码管。

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我将显示区域分成三个部分。Main LED 用于显示主要值,例如时间、传感器值等。辅助 LED 用于显示一些附加信息,例如时间的秒值、传感器索引、网络状态等。电池 LED 用于显示电池电容器上的电量。三个按钮用于用户交互。

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无线上网

为了简化 Wi-Fi 开发,Silicon Labs WGM160P Wi-Fi 模块用于 NCP。需要编写一个程序来通过 UART 向 WGM160P 发送或接收 TCP 包。套接字接口和驱动程序可以忽略。

WGM160P 支持 AP(接入点)模式和站模式。

· AP 模式:iBox 充当 Wi-Fi 热点,其他 Wi-Fi 设备可以连接到该热点。请注意,iBox 工作在 AP 模式,不提供任何互联网接入;它只是提供了一种在配置过程中进行设置的方法。

· 站模式:iBox 充当普通的 Wi-Fi 设备,就像您的手机、笔记本电脑或平板电脑一样。

声音的

XFS5152CE是科大讯飞著名的音频处理器芯片。它可以接收格式化的字符代码并将其转换为模拟语音信号。它支持中文和英文。

印刷电路板

 
 
 
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电池

我用了两节锂电池;总电容高达 6400 mAh。iBox 充满电后可工作 8 小时以上。

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软件和功能

RTOS 是软件开发所必需的,因为我需要运行多个任务来支持不同的功能,例如 LED 显示屏、Wi-Fi 连接、Zigbee 连接支持等。我计划使用 Micrium OS 并实现 ZigBee 应用程序和其他任务。

按钮使用

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网络连接

如果 iBox 是第一次开机,它应该连接到可用的 Wi-Fi 热点。iBox 将进入 AP 模式,可在其中配置选择 Wi-Fi 热点。

· AP模式当iBox首次上电,或长按3号按钮5秒以上后,将进入AP模式,可以配置一个有用的Wi-Fi热点。

·连接iBox iBox进入AP模式后,可使用智能手机连接并浏览网页(也可使用笔记本电脑)。默认 Wi-Fi SSID 为 gecko_os-XXX,密码为“password”。当 iBox 进入 AP 模式时,主 LED 会显示“PP”,表示它处于 AP 模式。

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·选择 Wi-Fi 热点连接 iBox 后,访问http://setup.comf或可用 Wi-Fi 接入点列表。

 
 
 
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如果用户未进行任何网络连接配置,设备将在 5 分钟后自动退出 AP 模式。

网络状态

断网时会播报“断网”,副LED显示“—”。“断网”表示两种可能的状态:

· iBox 与 Wi-Fi 热点断开连接。

· iBox 已连接到 Wi-Fi 热点,但无法访问互联网。

时区和语言

易宝盒子在连接互联网时可以根据IP地址自动配置时区和语言。默认时区是奥斯汀,默认语言是英语。

时间显示

易宝盒子会根据 IP 地址自动配置时区并显示当地时间。使用按钮 2 使 iBox 在其他模式下返回时间显示模式。

Zigbee 终端设备连接

我们将Thunderboard Sense 2编程为作为外部传感器节点进行环境温度测量,这些传感器节点通过 Zigbee Mesh 网络将测量的传感器数据报告给 iBox。以下是如何设置传感器节点并将其加入网状网络的过程。

按住 iBox 的 Button 2 至少 3 秒将强制它打开网络加入,并有声音提醒您 iBox 开始发现新设备。您必须在 30 秒内连接传感器。之后,iBox 将关闭 Zigbee 网络。

传感器显示

短按按钮1,传感器的数据将显示在主LED中,传感器ID将显示在辅助LED中。继续点击按钮 1 将在所有 Zigbee 传感器之间切换数据。Sensor ID 00 为 iBox 保留,其他值由 Zigbee 终端设备使用。目前它只支持温度传感器和湿度传感器,我们打算很快增加更多的传感器,比如光、窗帘等,这样你就可以通过iBox控制它。为了区分不同的传感器类型,mainLED 会显示不同的格式。

温度显示

格式:XX.X'C传感器 ID 0 的温度代表易宝盒的内部温度,而不是室温

 
 
 
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湿度显示

格式:XX'H

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时间广播和健康提示

易宝盒子会在一个小时后报时提醒你休息,从而成为提醒你健康的智能助手。

天气广播和预报

如果设备受到震动或敲击,易宝盒子会播报当日、次日和本周的天气预报。

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新闻助理

此功能仅适用于中国。当您摇晃或敲击设备时,它可能会播报天气预报或时事新闻。

活动提醒

易宝盒提供闹钟功能,您可以在特定时间设置提醒。为了使用这个功能,我使用了一个云服务器(silabs-iot.com)来开发一个http web server。您需要在 silabs-iot.com 中添加提醒。下面列出了详细的步骤。

1. 在 silabs-iot.com/signup 申请账户

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2.绑定你的iBox(你可以在iBox后面找到MAC地址)

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3.添加提醒易宝箱

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在 silabs-iot 中成功添加提醒后,iBox 应在 1 分钟内播放“收到提醒”。

收费

电池充电时电池 LED 会闪烁,充满或未充电时会停止闪烁。电池 LED 指示当前功率级别的容量。LED灯条的数量越多,电池容量越大。请记住在有一个 LED 灯条时充电,充满时断开充电器以保护电池。请注意,易宝盒会在电池充满时提醒您断开充电器。必须断开充电器。为保护电池,不要只关闭易宝盒的电源,即使它已关闭,它仍会继续充电。下图显示了充电。

 

低电量

当电池电容低时,易宝阀芯将关闭除电量 LED 外的所有 LED。要打开 LED,请单击按钮 2 或按钮 1。

固件升级

每当我修复错误或添加新功能时,我都会将更新的固件放在云服务器中。如果设备在云服务器中发现新固件,设备将更新固件。下载较新的固件时,易宝盒上的辅助 LED 将闪烁。完整的下载将持续大约 5 到 15 分钟。

欢迎

iBox 仍在开发中,我们希望添加更多传感器类型和更多功能。我们欢迎您对新功能提出建议。


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