#第五届立创电子设计大赛#原生HomeKit空调遥控与多传感器 - 嘉立创EDA开源硬件平台

## 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](https://developer.apple.com/support/homekit-accessory-protocol/)。  ##### 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](https://github.com/maximkulkin/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](https://github.com/Mixiaoxiao/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](https://www.espressif.com/zh-hans/news/ESP_Apple_HomeKit_ADK)。 ### 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-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。 - **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](https://github.com/Mixiaoxiao/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](https://github.com/crankyoldgit/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](https://www.bilibili.com/video/BV1jf4y1X7c3/) **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](https://www.bilibili.com/video/BV13a4y1j7hJ/) **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](https://www.bilibili.com/video/BV1AD4y1o7qX/) ### 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](https://diy.szlcsc.com/p/EDAUSER001/homekit-kong-diao-yao-kong-yu-duo-zhuan-gan-qi)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