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低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商智能照明工程应用

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智能照明工程
在每次的理论讲解之后都会介绍智能照明工程的实战,方便各位小伙伴在学习完理论知识后进行实践学习。智能照明工程以低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商提供的 ESP32-C3和 ESPRainMaker 物联网云平台为基础,完成智能照明产品中的无线模组硬件、基于 ESP32-C3 的智能设备入式软件、智能手机App、ESP RainMaker 物联网云平台交互等的设计与开发。


工程框架
为了更好地理解介绍的智能照明工程,下面介绍智能照明工程框架,该工程由以下三部分组成:


(1)基于低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商ESP32-C3 的智能照明产品设备端。负责完成物联网云平台的交互,控制LED灯珠的开关、亮度和色温。
(2)智能手机 App (包括运行 Android 和 ioS 的平板电脑 App 等)。通过智能手机 App 完成智能照明产品的网络配置,并能通过智能手机App 轻松地控制和查询智能照明产品的状态。
(3)以ESP RainMaker 为基础的物联网云平台(为了简化,将物联网云平台和业务服务器看成个整体)。


将智能照明工程对应到物联网的体系结构,可得到智能照明工程的参考结构。


智能照明工程由三个部分组成,其功能如下:
(1)智能照明产品设备端。设备网络配置、连接等功能; LED PWM 控制,如开关、亮度、色温等;自动化或场景功能,如定时开关等;Flash 的加密和安全启动功能;固件更新和版本管理功能。
(2)智能手机 App。提供设备网络配置、设备绑定功能;智能照明产品控制,如开关、亮度、色温等;自动化或场景设置,如定时开关等;本地控制和远程控制;用户注册、登录等。
(3) 低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商ESP RainMaker 物联网云平台。提供物联网设备接入功能;提供智能手机 App 可访问的设备操作 API;固件更新和版本管理。

硬件准备
在了解智能照明工程的框架和功能后,有兴趣实战的小伙伴,还需要准备以下硬件:智能灯具、智能手机、Wi-Fi 路由器、一台可满足开发环境安装要求的计算机。


(1)智能灯具。智能灯具是一种新型灯泡,其外形与一般的乳白色白炽灯泡相同。智能灯具由电容降压式稳压电源、无线模组(内置 ESP32-C3)、LED 控制器及红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色 LED 阵列组成。接通电源后,经电容降压、二极管整流、稳压后输出的 15 V 直流电压可为 LED 控制器和三基色 LED 阵列提供电源。LED 控制器能按一定的时间间隔自动发出高电平和低电平,控制三基色 LED 阵列的导通(点亮) 与截止(熄灭),从而让其发出青、黄、绿、紫、蓝、红和白色光。无线模组负责连接 W-Fi 路由器,接收和上报智能灯具的状态,并发送命令控制 LED。

在前期开发过程中可以通过低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商ESP32-C3-DevKiM-1 开发板外接色LED 灯珠模拟一个智灯具。特别说明的是,这种方式并不是实现智能灯具的唯一方式,本文介绍的智能明工程便件设计中仅包含无线模组(内置 ESP32-C3),并不包含--个完整的能灯具硬件设计。

除此之外,乐鑫还有基于 ESP32-C3 的 ESP32-C3-Lyra 音频灯控开发板。该开发板有麦克风扬声器接口,支持 RGB 彩色灯带的控制,可实现超高性价比的音频播报机、炫酷的智能音乐律动灯带等产品。

(2)智能手机。可以选择 Android 或 ioS 系统的智能手机,该智能照明工程开发完成后将包含一个可在智能手机上安装的软件,用于控制、设置智能照明产品。

(3)Wi-Fi路由器。通过 Wi-Fi路由器把有线网络信号和移动网络信号转换成无线网络信号可用于支持 Wi-Fi 技术的相关计算机、智能手机、Pad、无线设备等的无线联网。如,家中的宽带只需要连接一个 Wi-Fi路由器,就可以实现 Wi-Fi 设备的无线联网。Wi-Fi路由器支持的主流协议标准为IEEE 802.11n,传输速率为 300 Mbit/s,高可达 600 Mbit/s,可向下兼容IEEE 802.11b 和IEEE 802.11g。ESP32-C3 支持 EEE 802.11b/g/,因此可选用单频 (2.4 GHz)或双频(2.4 GHz 和5 GHz) 的 Wi-Fi路由器。

(4)一台可满足开发环境安装要求的计算机。可以选择安装 Linux、Mac、Windows 等操作系统的计算机。


开发步骤
智能照明工程的开发步骤:
硬件设计——物联网云平台配置——物联网设备嵌入式软件开发——智能手机App开发——物联网设备优化——量产测试等环节

硬件设计。物联网工程的开发离不开物联网设备的硬件设计,一个完整的智能照明工程,会有一个可在市电环境下工作的灯具。不同的设备制造商会生产不同样式和不同驱动类型的灯具,但是无线模组部分通常都具有相同的功能。为了简化智能照明工程的开发过程,介绍无线模组的硬件设计和软件开发。

物联网云平台配置。使用物联网云平台,需要在管理后台进行项目配置,如创建产品、创建设备、设备属性等配置。

物联网设备嵌入式软件开发。根据低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商提供的设备端 SDK (ESP-IDF)完成智能照明产品的相关功能,如连接物联网云平台、LED 驱动开发、固件更新等。智能手机App 开发。基于Android 和 ioS 系统分别开发智能手机 App,完成用户的注册和登录、设备控制等功能。

物联网设备优化。在物联网设备功能基本开发完成后,可以着手进行相关的优化工作,如功耗优化。

量产测试。根据产品的功能和相关规范进行相关的量产测试,如设备功能测试、老化测试、射频测试等。

智能照明工程的开发不一定要严格按照上述的步骤进行,不同的工作也可以同时进行。例如物联网设备嵌入式软件开发和智能手机 App 开发可以同时进行。一些步骤也可能需要重复进行,如物联网设备优化和量产测试。


本文系统地阐述了一个物联网工程的基本组成,并对物联网工程的基础功能模块进行了概述在介绍完理论知识后进入到了实战案例,即构建智能照明工程,低功耗无线模块乐鑫espressif全球代理商并给出了项目框架、项目功能、硬件准备、开发步骤等内容。通过介绍的实战项目,各位可以举一反三,对任何一个物联网工程开发都能做到胸有成竹,在开发中少走弯路。

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