<h2>原生HomeKit空调遥控与多传感器</h2> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/SP3cp4sticEK1cQwMIiljabdReexXBlq5LUkPNNh.png" alt="LC5-主图.png"></p> <h3>自我介绍</h3> <p>大家好，我是王小菜，业余DIY爱好者。</p> <h3>项目介绍</h3> <p>本作品是一款DIY智能家居配件，具备<strong>空调红外遥控、温湿度与光照传感器</strong>等功能，支持<strong>Apple原生HomeKit协议</strong>。</p> <h3>1、项目详情</h3> <p>本作品的主要功能是空调遥控、温湿度与光照感应，支持HomeKit协议与Web控制。</p> <ul> <li><strong>原生HomeKit配件</strong>：可独立运行，无需homeassistant或homebridge等任何的桥接服务器，在iPhone、iPad、Mac等的家庭APP中可直接添加本配件，支持Siri语音控制、家庭自动化、多设备iCloud同步等</li> <li><strong>空调控制</strong>：空调开关、模式、温度、风速、扫风、灯光（数显）等，支持数十种空调红外协议</li> <li><strong>传感器</strong>：温湿度与光照实时数据、历史曲线，导出CSV格式数据文档</li> <li><strong>迷你尺寸</strong>：PCB长宽3.6x3.6cm，外壳长宽3.88x3.88cm厚1.64cm</li> </ul> <p>注：配件实现了Apple公开的<strong>非商用版</strong><code>HomeKit Accessory Protocol (Non-Commercial Version)</code>，参见<a href="https://developer.apple.com/support/homekit-accessory-protocol/" target="_blank">developer.apple.com</a>。</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/AEPZf1MGBKANpDKdGnoN4TP3L4CjFE4BDAkY2UZZ.jpeg" alt="带壳示意图 samll.jpg"></p> <h5>1.1 HomeKit功能</h5> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/ylw5O6K8JFuDJzZBpzspmweBU4iDvFkqua4ugJ3O.jpeg" alt="homekit all.jpg"></p> <ul> <li>在iPhone、iPad、Mac等苹果设备中的家庭APP中添加本配件，配对码为<code>111-11-111</code></li> <li>配件包括空调与空调灯光，温度、湿度、光照</li> <li>支持控制空调的开关、模式、温度、风速、扫风、灯光（数显）</li> <li>支持实时更新温度、湿度、光照</li> <li>支持Siri语音控制、自动化、多设备iCloud同步、远程控制</li> </ul> <p>注：远程控制、自动化等功需配置家庭中枢，需iPad或Apple TV或HomePod作为家庭中枢，参见家庭APP自动化标签页面中的介绍</p> <h5>1.2 Web功能</h5> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/W1dhjkoMP3t0rOF5qqXllSpIpJcOA60w20dBMX3G.jpeg" alt="Web_all_2.jpg"></p> <ul> <li> <p>访问<code>http://{ip}</code>Web页面，<code>{ip}</code>为ESP8266联网后的IP地址，提供比HomeKit更加全面的控制与功能</p> </li> <li> <p>空调：配置空调红外协议与子型号，支持静音、强劲、经济、经济、过滤等高级空调控制</p> </li> <li> <p>传感器：查看实时数据、按天/周/月查看历史记录折线图，File Manager中可导出近一月的CSV格式历史数据</p> </li> <li> <p>历史数据：传感器历史数据存储于ESP8266内置Flash中，基于SPIFFS文件系统，每10分钟记录一次，保留近30天内的历史数据</p> </li> <li> <p>其他功能：查看系统信息，WiFi配置，内部文件浏览，在线固件升级</p> </li> <li> <p>支持Apple-WebAPP全屏模式：Safari浏览器->分享->添加到主屏幕即可</p> </li> </ul> <h3>2、面临的挑战及解决的问题</h3> <p>本作品的主要目标是实现原生HomeKit配件，相对于其他智能家居方案，优势在于可直接接入Apple HomeKit智能家居系统，体验苹果统一的、全家桶式的良好智能家居体验，在iPhone、iPad、Mac、Watch上均可控制与使用该配件。</p> <p>苹果HomeKit是成熟的智能家居协议之一，HomeKit协议已公开发布多年，长期以来普遍采用桥接服务器的方式将DIY设备接入HomeKit，如homeassistant或homebridge，成本较高且配置较为复杂。</p> <p>之前注意到github上 <a href="https://github.com/maximkulkin/esp-homekit" target="_blank">esp-homekit</a>项目可以实现ESP8266独立运行HomeKit协议，可抛弃配置桥接服务器，美中不足的是该项目是基于非乐鑫官方ESP8266开发SDK编写，编译工具配置复杂，上手难度较高。</p> <p>今年上半年疫情期间我个人将该项目移植到乐鑫官方Arduino SDK中，发布<a href="https://github.com/Mixiaoxiao/Arduino-HomeKit-ESP8266" target="_blank">Arduino-HomeKit-ESP8266</a>，兼容Arduino一键编译，降低了编译门槛，提供了一种在Arduino环境下支持HomeKit的易用方案。另外该库也被乐鑫官方推荐为<a href="https://www.espressif.com/zh-hans/news/ESP_Apple_HomeKit_ADK" target="_blank">ESP8266上实现HomeKit的替代方案</a>。</p> <h3>3、项目硬件、软件关键点</h3> <h5>PCB</h5> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/P2i7G99J2gnJcwjkKlV30vA2LDQuD8Gh2cdb4YOS.jpeg" alt="PCB all small.jpg"></p> <ul> <li> <p><strong>紧凑布局</strong>：尺寸仅3.6x3.6cm，仅比一元硬币（直径2.5cm）大些。</p> </li> <li> <p><strong>全向满功率红外发射</strong>：布局参考了米家和天猫精灵的成品万能遥控器，使用7枚5MM发射管，实现360°全向遥控。使用N-MOS管驱动发射管，依据发射管数据手册中的最大电流（100mA）选取限流电阻，实际电流约92mA，实测一般房间中可全向覆盖，发射管背向空调时依赖墙面反射也可正常遥控。</p> </li> <li> <p><strong>高精度温湿度传感器</strong>：使用来自瑞士Sensirion的SHTC3高精度传感器，精度±0.2℃ / ±2%RH，范围-40~125℃ / 0~100%RH，该芯片的DFN 4脚的封装相对于DFN 8脚封装的SHT3x焊接相对容易。</p> </li> <li> <p><strong>数字光照传感器</strong>：使用BH1750数字环境光传感器，支持0.11lx精度，范围1 - 65535 lx，焊接略有难度。</p> </li> <li> <p><strong>热隔离设计</strong>：主要发热元件ESP8266与降压芯片位于PCB顶面右侧，温湿度芯片SHTC3位于PCB底面左侧，另在SHTC3挖出PCB槽孔与其他部分隔离，最大限度降低元件发热对温湿度传感器的影响。</p> </li> <li> <p><strong>烧录接口</strong>：使用ESP-01布局，可直接接上板载自动烧写电路的ESP-01烧录工具实现一键烧录，也可使用其他USB-TTL烧录工具烧录。</p> </li> </ul> <h5>外壳</h5> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Q0HLTitYJNSZsmIL7a1sWF0FYoWx7cyHvl58HBVh.jpeg" alt="外壳 all.jpg"></p> <ul> <li> <p><strong>迷你尺寸</strong>：长宽3.88x3.88cm，厚1.64cm，4枚长约6mm的M2螺丝固定。</p> </li> <li> <p><strong>3D打印模型</strong>：可使用半透明（本色）、透明PLA打印，中间2图中上侧为半透明材料（PCB未焊接），下侧为透明材料（PCB已焊接）。半透明材料的实物比较有质感，透明材料的实物则是另一种感觉。顶盖无需添加支撑，底盖中仅需磁铁圆槽部分需要支撑，模型尺寸专为0.2mm层厚、0.4mm喷嘴优化。</p> </li> <li> <p><strong>散热设计</strong>：顶盖大范围散热口，增强散热，底部SHTC3完全外露，降低元件发热对温湿度传感器的影响。</p> </li> <li> <p><strong>磁吸固定</strong>：背部可粘贴2.5cm直径的磁铁（大小与1元硬币相同），可以将该配件吸在任何含铁的表面，也可以使用双面胶固定。全向满功率红外发射，磁吸摆放位置比较自由。</p> </li> </ul> <h5>软件</h5> <ul> <li> <p>使用我个人开源的<a href="https://github.com/Mixiaoxiao/Arduino-HomeKit-ESP8266" target="_blank">Arduino-HomeKit-ESP8266</a>实现HomeKit协议，可直接实现原生HomeKit配件。</p> </li> <li> <p>使用crankyoldgit开源的<a href="https://github.com/crankyoldgit/IRremoteESP8266" target="_blank">IRremoteESP8266</a>库实现空调遥控红外编码与解码，支持数十种型号空调红外协议。</p> </li> </ul> <h3>4、项目材料清单</h3> <table> <tr> <th>名称</th> <th>型号</th> <th>数量</th> </tr> <tr> <td>ESP8266/ESP8285</td> <td>ESP-01F, 2M Flash 宽温版</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>光照传感器</td> <td>BH1750FVI</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>温湿度传感器</td> <td>SHTC3</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>红外发射</td> <td>5MM发射管，如IR333C</td> <td>7</td> </tr> <tr> <td>红外接收</td> <td>VS/HX1838红外接收管</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>LED指示灯</td> <td>0805贴片蓝色</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>3.3V降压芯片</td> <td>AMS1117-3.3, SOT89</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>N-MOS管</td> <td>AO3400A, SOT-23</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>1206贴片电容</td> <td>100U</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>排针</td> <td>4针2排</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>0805贴片电阻</td> <td>10R, 50R, 470R, 1K,10K</td> <td>若干</td> </tr> <tr> <td>0805贴片电容</td> <td>0.1U, 10U</td> <td>若干</td> </tr> </table> <h3>5、项目图片</h3> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/A1QsNdp2GdHHWVwvvXtsGK3R6Bsah0JmgWTPrrR6.jpeg" alt="PCB_logo.jpg"> 以上为PCB图片焊接完成的实物图与立创EDA中的2D渲染图，顶面与底面均带有大赛logo。</p> <h3>6、项目演示视频</h3> <h5>6.1、视频上传大赛官网</h5> <p>已上传。</p> <h5>6.2、B站视频标题和链接</h5> <p><strong>自我介绍：</strong><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1jf4y1X7c3/" target="_blank">第五届立创电子设计大赛：DIY自制原生HomeKit空调遥控与多传感器-自我介绍</a></p> <p><strong>项目介绍：</strong><a href="https://www.bilibili.com/video/BV13a4y1j7hJ/" target="_blank">第五届立创电子设计大赛：DIY自制原生HomeKit空调遥控与多传感器-项目介绍</a></p> <p><strong>功能演示&性能测试：</strong><a href="https://www.bilibili.com/video/BV1AD4y1o7qX/" target="_blank">第五届立创电子设计大赛：DIY自制原生HomeKit空调遥控与多传感器-功能演示&性能测试</a></p> <h3>7、是否首次公开发布</h3> <p>本项目是首次公开。</p> <h3>8、开源文档</h3> <p>原理图与PCB完全使用立创EDA制作，在<a href="https://diy.szlcsc.com/p/EDAUSER001/homekit-kong-diao-yao-kong-yu-duo-zhuan-gan-qi" target="_blank">本项目</a>中发布，可在编辑器中打开。 固件、外壳模型见附件。</p> <h3>9、参考文献</h3> <p>点击链接了解更多详情：<a href="https://www.szlcsc.com/go/dsxq" target="_blank">https://www.szlcsc.com/go/dsxq</a></p>