#第五届立创电子设计大赛#原生HomeKit空调遥控与多传感器

原生HomeKit空调遥控与多传感器

自我介绍

大家好，我是王小菜，业余DIY爱好者。

项目介绍

本作品是一款DIY智能家居配件，具备空调红外遥控、温湿度与光照传感器等功能，支持Apple原生HomeKit协议。

1、项目详情

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。

• 原生HomeKit配件：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
• 空调控制：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
• 传感器：温湿度与光照实时数据、历史曲线，导出CSV格式数据文档
• 迷你尺寸：PCB长宽3.6x3.6cm，外壳长宽3.88x3.88cm厚1.64cm

注：配件实现了Apple公开的非商用版HomeKit Accessory Protocol (Non-Commercial Version)，参见developer.apple.com。

1.1 HomeKit功能

• 在iPhone、iPad、Mac等苹果设备中的家庭APP中添加本配件，配对码为111-11-111
• 配件包括空调与空调灯光，温度、湿度、光照
• 支持控制空调的开关、模式、温度、风速、扫风、灯光（数显）
• 支持实时更新温度、湿度、光照
• 支持Siri语音控制、自动化、多设备iCloud同步、远程控制

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

1.2 Web功能

• 访问http://{ip}Web页面，{ip}为ESP8266联网后的IP地址，提供比HomeKit更加全面的控制与功能

• 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

• 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

• 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

• 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

• 支持Apple-WebAPP全屏模式：Safari浏览器->分享->添加到主屏幕即可

2、面临的挑战及解决的问题

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。

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。

之前注意到github上 esp-homekit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。

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Arduino-HomeKit-ESP8266，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ESP8266上实现HomeKit的替代方案。

3、项目硬件、软件关键点

PCB

• 紧凑布局：尺寸仅3.6x3.6cm，仅比一元硬币（直径2.5cm）大些。

• 全向满功率红外发射：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。

• 高精度温湿度传感器：使用来自瑞士Sensirion的SHTC3高精度传感器，精度±0.2℃ / ±2%RH，范围-40125℃ / 0100%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。

• 数字光照传感器：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。

• 热隔离设计：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。

• 烧录接口：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。

外壳

• 迷你尺寸：长宽3.88x3.88cm，厚1.64cm，4枚长约6mm的M2螺丝固定。

• 3D打印模型：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。

• 散热设计：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。

• 磁吸固定：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。

软件

• 使用我个人开源的Arduino-HomeKit-ESP8266实现HomeKit协议，可直接实现原生HomeKit配件。

• 使用crankyoldgit开源的IRremoteESP8266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。

4、项目材料清单

名称	型号	数量
ESP8266/ESP8285	ESP-01F, 2M Flash 宽温版	1
光照传感器	BH1750FVI	1
温湿度传感器	SHTC3	1
红外发射	5MM发射管，如IR333C	7
红外接收	VS/HX1838红外接收管	1
LED指示灯	0805贴片蓝色	1
3.3V降压芯片	AMS1117-3.3, SOT89	1
N-MOS管	AO3400A, SOT-23	1
1206贴片电容	100U	1
排针	4针2排	1
0805贴片电阻	10R, 50R, 470R, 1K,10K	若干
0805贴片电容	0.1U, 10U	若干

5、项目图片

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。

6、项目演示视频

6.1、视频上传大赛官网

已上传。

6.2、B站视频标题和链接

自我介绍：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

项目介绍：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

功能演示&性能测试：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

7、是否首次公开发布

本项目是首次公开。

8、开源文档

原理图与PCB完全使用立创EDA制作，在本项目中发布，可在编辑器中打开。
固件、外壳模型见附件。

9、参考文献

点击链接了解更多详情：https://www.szlcsc.com/go/dsxq