如何通过语音命令控制灯光

步骤1：Google Assistant控制的家庭自动化项目概述

我正在使用Arduino UNO微控制器端和用于连接互联网的ESP8266模块。老实说，还有很多其他方法可以解决这个问题。您可以将功能更强大的处理器（如Raspberry Pi或其他SOC）与内置Wi-Fi（如ESP12E或ESP32）结合使用。但是我决定使用老式的Arduino和ESP8266板来降低成本，并且不要过度设计任何东西。

对于这个项目，我们还将使用ESP8266贴身地构建一个Arduino WiFi防护罩在Arduino UNO板上。此屏蔽可用于通过AT命令或直接使用Arduino IDE对ESP8266进行编程。它还具有将FTDI模块直接连接到ESP8226的选项，这允许将ESP8266编程为无需Arduino的独立设备，并且还可以根据需要将新固件刷新到ESP8266模块中。因此，该防护罩可用于许多其他需要互联网连接的创意Arduino项目。

为了在手机上与Google助手通信，我们使用了IFTTT服务，该服务将助手配置为侦听特定命令并在收到命令时触发链接。现在，您可能已经知道ESP8266仅可以通过API调用从Internet读取信息，因此我们需要一个可以为我们提供此API选项的平台，这就是ThingSpeak所在的位置。基本上，提供给Google Assistant的语音命令会更改此值相应地在ThingSpeak频道中的字段。 ESP8266使用API调用定期检查此字段的值，然后使用串行通信将此值发送给Arduino。 Arduino然后执行所需的操作，例如根据接收到的值切换继电器。

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

让我们开始将Arduino UNO板与ESP8266 Wi-Fi模块连接。 ESP8266是一个棘手的模块。它需要自己的电源和特定的连接设置才能与Arduino通信。如果您是绝对的初学者，则强烈建议您阅读ESP8266入门教程，然后再继续进行操作。

请记住，ESP8266购买时随附带有可与AT通讯的默认固件。命令。但是，如果模块是直接用Arduino编程的，则默认固件将被删除，如果要使用AT命令，则必须再次刷新。

我们将使用LM317作为3.3V稳压器。该3.3V用于为ESP8266模块供电，因为来自Arduino UNO的3.3V将无法为ESP模块提供足够的电流。 LM317输入引脚可以由Arduino UNO板Vin引脚的DC输入桶式插孔供电。

ESP模块的GPIO0引脚连接到跳线引脚，该跳线可以切换为将该引脚接地。这允许用户将ESP模块设置为在AT命令模式或编程模式（Arduino IDE）下工作。 GPIO0和GPIO2都连接到外部连接器，因此这些GPIO引脚也可以使用。

最后在Arduino方面，我们将ESP8266模块的Rx和Tx引脚连接到Arduino的12和13引脚。我们没有使用硬件串行（引脚0和1）来简化调试。您还可以注意到，还提供了连接16x2 LCD的选项，因此可以将其直接安装在屏蔽层的顶部。 LCD由Arduino的5V引脚供电。

步骤3：使用EasyEDA为ESP8266 Wi-Fi模块制作PCB

为Arduino板设计屏蔽层时，一个具有挑战性的部分就是要正确地占用空间。如果尺寸错误，那么屏蔽将无法正确地安装在Arduino UNO板上。但是，幸运的是，EasyEDA几乎可以为市场上的所有组件提供封装。这是由于其庞大的用户社区，用户可以在其中创建足迹并使其可供公众使用以用于其项目。

EasyEDA是一种在线EDA工具，我以前使用过很多次，发现它非常方便可以使用，因为它具有良好的覆盖范围并且是开源的。设计完PCB之后，我们可以通过低成本的PCB制造服务订购PCB样品。他们还提供元件采购服务，其中有大量的电子元件库存，用户可以与PCB订单一起订购所需的元件。

在设计电路和PCB时，您还可以公开电路和PCB设计，以便其他用户可以复制或编辑它们并从您的工作中受益，我们还制作了整个电路和PCB此电路的公共布局，请查看以下链接：

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

您可以查看任何层（顶部，“底部”，“底部丝绸”，“底部丝绸”等），方法是从“层”窗口中选择层。除此之外，它们还提供PCB在制造后的外观的3D模型视图。 Wi-Fi防护层的顶层和底层的快照看起来像这样

第4步：使用EasyEDA在线计算和订购PCB样品

完成此设计之后Arduino Uno Wi-Fi模块，您可以通过JLCPCB.com订购PCB。要从JLCPCB订购PCB，您需要Gerber File。要下载PCB的Gerber文件，只需单击EasyEDA编辑器页面上的Generate Fabrication File按钮，然后从那里下载Gerber文件，或者您可以单击JLCPCB上的订购，如上图所示。这会将您重定向到JLCPCB.com，您可以在其中选择要订购的PCB数量，所需的铜层数量，PCB厚度，铜重量以及甚至是PCB颜色，如上面的快照所示。

在JLCPCB按钮上单击订购后，它将带您到JLCPCB网站，在此您可以以非常低的价格订购PCB，即2美元。他们的构建时间也非常短，只需DHL交付3-5天即可交付48小时，基本上您可以在订购一周后得到PCB。

订购PCB后，您可以检查生产进度日期和时间对您的PCB的影响。您可以通过在“帐户”页面上进行检查，然后单击PCB下方的“生产进度”链接，如上图所示。

订购PCB几天后，我得到了包装精美的PCB样品，如下图所示以上图片。

确保轨道和足迹正确无误。我开始组装PCB，我使用了母头来放置Arduino Nano和LCD，以便以后在其他项目中需要时可以将它们卸下。完全焊接的电路板看起来像上面的

步骤5：Arduino Wi-Fi Shield编程模式和AT模式

当使用Arduino IDE直接对ESP8266进行编程或对其进行闪烁时，应在每次上传之前将GPIO 0引脚接地，并且每次都要将Reset引脚暂时接地。同样，当ESP8266使用AT指令时，应将GPIO引脚留空，然后再次将Reset引脚暂时接地以将其复位。

为了简化设计，我们设计了Wi-Fi屏蔽具有一个可在编程模式和AT命令模式之间切换的拨动引脚，如上图所示。同样，在每次上传代码之前，只要每次按下复位按钮（红色），就可以将Reset引脚接地。

开发板上还可以选择将FTDI模块直接连接到ESP，这对于刷新ESP8266模块要进行闪烁，请连接FTDI模块，然后将引脚设置为编程模式，如上所示。然后从给定的链接下载ESP8266_Flasher软件和固件bin文件。然后打开软件并使用Bin按钮浏览到bin文件，然后键入右侧的COM端口并将默认地址保留为0x00000。最后单击下载按钮以刷新ESP8266模块。该软件也显示在上图中，但请记住，只有在ESP8266上的默认固件被覆盖后，您才需要刷新它。

步骤6：为Google助手设置ThingSpeak频道

我们在ThingSpeak中需要一个通道，该通道将存储来自Google助手的数据，并允许ESP8266使用API调用来检索这些数据。如果您不熟悉ThingSpeak，请通过在Thingspeak.com上注册并单击新频道来设置帐户，还请查看我们之前的项目，以了解有关将ThingSpeak与Arduino结合使用的更多信息。您可以为您的频道选择任何名称并提供描述。由于我们仅切换一个光源，因此我仅使用了一个字段并将其命名为Light，但同样可以使用任意多个字段。我的频道设置看起来像这样，记下我的情况下的频道ID（683739）和我的情况下的字段号（1），以后我们将需要它。

下一步单击API密钥标签，此处将为您提供两个API密钥，一个用于写入功能，另一个用于读取功能。您只能分别使用这些键将值读取或写入字段。每个键都是唯一的，上面显示的我的键肯定会有所不同。切勿共享您的密钥，因为它可以授予对您的频道进行写入或读取的权限。上面显示的这些键在使用后已销毁。

现在让我们看一下API GET调用，通过这些调用我们可以向刚创建的字段写入和读取数据。

从中读取事物字段：

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

写入事物字段：

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

这些是我的API，您必须用键替换键值，并根据ThingSpeak通道更改通道ID。如果您选择了如图中所示的第一个字段，则无需更改字段值。

您还可以尝试在您的浏览器上加载这些API调用，并检查其工作方式。在上面的“写物”字段中，我们将7（最后添加）写入通道。您可以在浏览器中加载它，并检查该值是否反映在您的ThingSpeak帐户中。同样，加载到浏览器中时从Thing Field API调用中读取的内容应为您以前发送给Field的值，在这种情况下为7。

步骤7：设置IFTTT小程序

h2》

现在我们知道如何从该字段发送和读取值，接下来我们必须在IFTTT帐户中设置两个applet。如果您不熟悉IFTTT，只需注册并链接您的Gmail帐户，则该Gmail帐户应采用与您使用Google语音助手相同的一种形式。两个小程序中的两个都将通过上述链接用于将值写入字段。但是，使用上面的API调用，一个会监听“打开阅读灯”并将其写入“ 1”，而另一个小程序会监听“关闭阅读灯”并写入“ 0”。

要创建小程序，请进入我的小程序，然后单击“新小程序”。然后在“此”部分中选择Google语音助手，并在“那”部分中选择Webhooks服务。这与我们对基于物联网的门安全项目所做的工作非常相似。如果您对如何操作感到困惑，请参阅本文，下面的图像也将为您提供帮助。

步骤8：为Google Assistant Home Automation编程Arduino

现在应该同时设置IFTTT和ThingSpeak帐户。因此，根据向Google助手发送的命令，IFTTT将向我们的ThingSpeak帐户发送一个值（0或1）。现在，在Arduino方面，我们必须编写一个程序来检查field的值是0还是1。如果0，则必须关闭灯，如果1，则必须打开灯。

最后，给出了完成此操作的完整程序，我将程序分成有意义的代码片段，并在上面进行了解释。我们首先定义将ESP和LCD连接到Arduino的引脚。您可以参考电路图进行验证。

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，我们必须输入一些关键参数，例如ESP应该连接到其密码的Wi-Fi名称，最后是我们从中获得的API调用请求我们的话语。确保已根据您的应用程序更改了这些凭据。验证API密钥并将其加载到浏览器中以确保。

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

在设置功能中，我们将引脚10声明为输出，这是我们通过继电器连接负载的地方。然后，我们在LCD上显示一小段介绍文字，并使用上述代码行初始化串行监视器。

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）;

默认情况下，ESP的波特率为115200，但Arduino并非如此足够快的速度以如此高的速度从ESP读取数据。它确实读取数据，但是我个人很多次发现很多垃圾值。因此，我决定使用AT + CIOBAUD = 9600将ESP更改为以9600波特率工作，如上所示。更改波特率后，我们可以重新初始化软件序列以使用9600波特率。

ESP.begin（115200）;

ESP.println（“AT+CIOBAUD=9600”）;

delay（100）;

ESP.begin（9600）;

接下来，我们有一系列AT命令，这些命令只需要发送到模块一次。它们包括关闭Echo选项（ATE0），然后将ESP设置为在站模式下工作（AT + CWMODE = 1），然后使用（AT + CWJAP）等将其连接到路由器。一旦执行，ESP就会记住这些详细信息，并在每次开机时将其作为站点连接到我们的路由器。因此，您可以在第一次使用后注释这些行（不过是可选的）。

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）;

在主循环函数中，我们必须连接到ThingSpeak API。这可以通过首先使用以下命令启动与ThingSpeak网络的TCP连接来完成。

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

然后我们必须知道使用AT + CIPSEND将多少个字符发送给该连接。在我的情况下是76。因为我们将发送上述命令，所以我们有74个字符，并且必须在“/n”中添加2个字符，从而得到76。

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

然后我们实际上发送了上面存储在变量sendData中的数据。为了稳定起见，这些命令以100ms的延迟发送，但这不是强制性的。上面显示了相同的程序。

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）;

上面的代码将从ThingSpeak网站上以字符串值的形式获取字段数据，并将其存储在变量“ output”中，看起来像像这样。

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

如您所见，在整个字符串值上，我们只需要检查field1值是0还是1。因此我们在Arduino中使用charAT函数来获取特定的char值构成整个字符串。该值的位置比上一个值落后11步。因此，代码看起来像

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

的最后一步是将该值与0和1进行比较。然后，如果为1，则将灯打开，如果为0，则将其关闭。还会根据字段值使LCD显示结果。

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）;

}

您会注意到ESP_talk函数在整个程序中得到了广泛使用。该功能基本上有两个参数，一个是发送到ESP模块的实际命令，另一个是ESP应该在该超时值之内响应发送的命令。 ESP的响应然后存储在变量输出中。在调试ESP模块时，这非常方便。功能定义如下所示。

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切换灯光

因此，我们都准备使用Arduino ESP8266 Wi-Fi模块通过Google Assistant在任何地方控制家用电器。如前所述，以上程序用于切换引脚10。因此，您可以在引脚10上添加一个继电器，并根据需要连接继电器额定值范围内的任何交流负载。上面显示了我使用Relay和带Wi-Fi屏蔽的Arduino板的设置。

我已经使用了一个小阅读灯作为演示负载，但是您可以选择使用任何东西。启动设置并向您的Google助手说出命令，您应该会看到Light得到相应的控制。当您向Google助手发出命令时，您还可以看到ThingSpeak频道值正在更改。为了进行调试，您可以打开串行监视器以检查是否一切正常。如果是，则您的串行监视器应显示类似这样的内容。

您可以观看上面的视频以检查项目的完整工作，还可以检查我们的其他Arduino家庭自动化项目。希望您喜欢该项目并喜欢构建它。如果您有任何问题，请随时将它们留在上面的评论部分中，我会尽力解决。您也可以将论坛用于其他技术问题。
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