ESP32桌面助手

基于立创ESP32 S3开发板，使用ESP IDF作为开发环境，制作简易桌面助手，实现WiFi联网，空调远程开关控制，温湿度、光照监测及上传，时间显示功能。

 

 

1.功能介绍

本项目使用嘉立ESP32 S3开发板完成设计与制作,目前已经实现实现WiFi联网，空调远程开关控制，温湿度监测及上传，时间显示以及云智能APP界面显示与控制功能。

 

2.原理图说明

2.1 电源供电电路

电源供电采用USB+锂电池供电方案，当插入USB插座时，系统由USB供电并且给锂电池充电；当拔下USB插座后，电源电路由锂电池供电。

                               USB供电接口                                                                                锂电池充电电路

2.2供电电路的自动切换

实现供电电路的自动切换，关键在于使用了PNP型MOS管，当MOS管Vgs<0，且达到其导通电压后，MOS管导通。利用PMOS管这种特性，在电路中将其作为开关使用，通过控制

Vgs电压的高低来实现电路的通断。使用USB供电时，PNP管G点电位由分压电阻拉高，Vgs>0，MOS管截止，锂电池不对外供电，当只有锂电池供电时，G点接地，电压为0V，Vgs<0,MOS

管开启，且在USB输出端接入一颗肖特基二极管，使两电路不会相互影响。

 

                                                     供电切换电路

2.3 5V升压电路

ESP32S3开发板带有 3.3V LDO,考虑到锂电池不稳定，因此在电路中设计5V升压稳压电路稳定电压，保持设备运行稳定；本次升压芯片选用了芯鼎盛X4310，此芯片在输入2.7~5V时会固定输出5V，

为芯片工作提供稳定的电压。

                                                 5V稳压电路

2.4 锂电池充电管理电路

关于锂电池充放电电路，本次使用了比较常用的TP4054充放电管理芯片，最大充电电流500mA，且该电流可以通过更改电阻进行调节，在充电过程中，芯片1脚接地，LED灯亮起，当电量充满后，

芯片1脚更换为高组态，LED灯熄灭，可以根据LED灯亮灭判断电池充电状态。

                                                   锂电池充电管理电路

2.5 显示电路

显示电路使用1.8寸OLED屏，该屏幕使用SPI接口进行通讯，屏幕刷新速度稳定，显示画面较好。

                                                                屏幕显示电路

 

 

 

2.6 红外发射电路

根据乐鑫官方手册，ESP32S3是带有红外功能的，能够通过配置相关函数实现红外信号发射，但是经过验证，该功能发射的红外信号只有32bit（具体可参考乐鑫官方API），但是经过实际测量，空调遥控器一次发送的信号

内容高达100多bit，因此经过多次尝试，无奈放弃该方案。

                                                                RMT官方API

因此本工程红外发射电路采用了定时器输出38KHZ PWM波形模拟红外NEC协议，电路由两个IO口控制，一个口使能信号，另一个IO口发射信号，IO口均通过控制PNP三极管控制信号导通与关闭，通过编码实现模拟NEC协议。

                                红外发射电路

2.7 温湿度、光照检测

温湿度传感器采用了性价比较高的DHT11,单个传感器不到两块钱，光照检测采用光敏电阻分压，然后通过ADC读取电压进行转换。

                          温湿度、光照检测电路

 

3、实物图

                                                  产品实物图

                                            云智能APP显示图

 

4、PCB设计说明

在PCB设计中，电源部分走线应该进行加粗处理，必要时使用铺铜进行连接。

                                      顶层

                                       底层

 

5、关键程序说明

5.1 阿里云平台的接入

工程采用了MQTT协议与阿里云进行连接，在编写程序前，需前往阿里云物联网平台注册账号并创建产品和设备，并定义产品功能：

                       阿里云平台创建产品

                      阿里云平台功能定义

                       阿里云平台创建设备

设备创建好后我们可以得到MQTT连接参数以及用于属性订阅、发布的Topic列表：

 

                                    MQTT连接参数

 

 

                                      Topic列表

将以上信息写入代码如下：

                              信息写入代码

之后连接WIFI,使用mqtt_app_start();函数初始化就能将设备与阿里云连接。

 

 

 

5.2 阿里云消息的订阅与发布

在按照5.1将Topic列表写入程序后，我们可以通过cJSON创建消息，然后调用esp_mqtt_client_publish，函数进行消息发布：

 

注意发布消息时，我们本地的变量表示名必须与阿里云上设置的一致，这样才能保证阿里云能够识别我们发布的信息。至于订阅主题，

只需在初始化中添加相关Topic列表，在收到相关订阅后，会通过控制台打印相关消息，当然，我们也可以调用cJSON对对应消息进行解析，

得到我们需要的内容。

 

5.3 红外信号的发送

红外信号采用定时器产生的PWM波形模拟NEC时序发送信息，相关时序定义如下：

逻辑1和逻辑0：

逻辑"0"：560µs的有效脉冲 + 560µs的空闲间隔，总时长为1.12ms。
逻辑"1"：560µs的有效脉冲 + 1.68ms的空闲间隔，总时长为2.24ms（为逻辑0的一倍）。

开始码：

每一帧的起始标志序列为：9ms的AGC脉冲（是逻辑数据位使用的脉冲560us的16倍）+4.5毫秒的空闲。

因此，根据以上信息，可以模拟NEC波形如下：

 

只要确定了相关代码，就能通过ESP32的IO口发出信号控制空调开关，那么问题来了：如何确定空调控制代码呢？

如果空调品牌是比较常用的，可以直接在网上搜索，说不定能搜到，如果是不太常用的，或是老款空调，比如次项目

需要控制的空调，那就用示波器测吧！！！！

 

上图是空调开机时，使用示波器测试的红外接收器输出波形，根据协议解析可得到开机编码信息。

（其实没这么麻烦，只需要一个红外解码器，连接上单片机，再在网上移植一个红外接收代码即可，使用示波器主要是为了在调试中方便观察波形）

 

 

 

6、装配说明

该项目所有阻容均使用0603封装，只有芯片焊接难度较高，多加尝试便能焊接完成，然后等代码烧录完成后，将产品装入外壳就OK了，需要注意屏幕处有4跟直径1.8mm的柱子定位，不要弄断了。