สวิตช์ควบคุมด้วยเสียงโดยใช้ Alexa และ Arduino: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

จุดมุ่งหมายหลักของโครงการนี้คือการใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิควบคุมสวิตช์ (รีเลย์) เพื่อเปิดหรือปิดอุปกรณ์

รายการวัสดุ

1. โมดูลรีเลย์ 12V == > $ 4.2
2. Arduino uno == > $ 8
3. เซ็นเซอร์อุณหภูมิ DHT11 == > $3
4. โมดูล ESP8266 == > $ 4.74
5. N26 ออปโตคัปเปลอร์ == > $ 0.60
6. ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM1117 == > $0.60
7. เขียงหั่นขนม == > $ 2.2
8. สายจัมเปอร์ == > $ 2.5
9. ปุ่มกด == > $ 2.5

ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของโครงการอยู่ที่ประมาณ 30 เหรียญสหรัฐฯ โครงการนี้แบ่งออกเป็นสามส่วน ขั้นแรก เราใช้ heroku เพื่อสร้างแอป ประการที่สอง เราสร้างทักษะของ Amazon Alexa เพื่อนำงานของเราไปปฏิบัติ (ส่วนที่สำคัญที่สุด) ประการที่สาม เราตั้งค่าฮาร์ดแวร์และโปรแกรมโดยใช้ Arduino IDE

ขั้นตอนที่ 1: เชื่อมโยง Heroku กับ GitHub

Heroku เป็นแพลตฟอร์มคลาวด์ในฐานะบริการ (PaaS) ที่รองรับภาษาการเขียนโปรแกรมหลายภาษาที่ใช้เป็นโมเดลการปรับใช้เว็บแอปพลิเคชัน ขั้นแรก ไปที่เว็บไซต์ heroku สร้างบัญชีใหม่หรือเข้าสู่ระบบที่นั่น ลิ้งค์อยู่ด้านล่าง

เว็บไซต์ Heroku

เริ่มต้นด้วยการสร้างแอปใหม่ ฉันตั้งชื่อแอปของฉันว่า "iottempswitch" เมื่อคุณปรับใช้แอป ลิงก์จะถูกสร้างขึ้น

เมื่อสร้างแอปแล้ว ให้ไปที่ GitHub. GitHub/

เข้าสู่ระบบหรือลงทะเบียนหากคุณไม่มีบัญชี เมื่อเข้าสู่ระบบแล้ว ให้สร้างที่เก็บใหม่ ระบุชื่อที่คุณต้องการเลือก จากนั้นกดสร้างที่เก็บ ในหน้าถัดไป ให้คลิกที่ README ในหน้านี้ ให้คำอธิบายที่คุณต้องการแชร์กับผู้อื่น หลังจากนั้นคลิกที่คอมมิตไฟล์ใหม่ จากนั้นคลิกที่ปุ่มอัปโหลด

มีสองตัวเลือกให้คุณลากและวางโฟลเดอร์หรือเลือกไฟล์ ดาวน์โหลดไฟล์ที่จำเป็นจากด้านล่าง หลังจากเลือกไฟล์แล้ว ให้กดยืนยันการเปลี่ยนแปลง เปิดแอปที่คุณสร้างขึ้นที่ Heroku จากนั้นไปที่ส่วนปรับใช้ หลังจากนั้นคลิกที่ GitHub. Give ชื่อที่เก็บที่คุณสร้างขึ้นที่ฝั่ง GitHub ในกรณีของฉันคือ Smart-Relay คัดลอกและวางที่นี่ เมื่อลิงค์ของคุณปรากฏขึ้นให้คลิกที่เชื่อมต่อ ถัดไป คลิกที่ Deploy branch(manual) หลังจากปรับใช้ คุณสามารถดูลิงก์ในบันทึกการสร้างหรือดูลิงก์ในการตั้งค่า เราต้องการลิงก์นี้ในภายหลังเมื่อเราสร้างทักษะของ Amazon

ขั้นตอนที่ 2: อเมซอน

ภาพล่าสุดของทักษะ Alexa

ในเว็บไซต์ Amazon Developer เราใช้ทักษะของ Amazon เพื่อควบคุมสวิตช์ทริกเกอร์โดยการตั้งค่าอุณหภูมิและความชื้น

ไปที่ไซต์นักพัฒนา Amazon ลิงค์ได้รับด้านล่าง

เว็บไซต์นักพัฒนาอเมซอน

• ไปที่คอนโซลนักพัฒนาซอฟต์แวร์ด้านบนขวาดังรูป i4
• ไปที่ Alexa จากนั้นเลือก Alexa Skill Kit แล้วสร้างทักษะใหม่โดยคลิกที่เพิ่มทักษะใหม่

เมื่อคุณเพิ่มทักษะใหม่ คุณจะเห็นหน้าข้อมูลทักษะ

1. ข้อมูลทักษะ (ตามภาพที่ i7)

เราต้องระบุประเภททักษะ ภาษา ชื่อ ชื่อเรียก

ประเภททักษะ ==> เลือกกำหนดเอง

• ชื่อ ==> เลือกชื่อใดก็ได้
• ชื่อเรียก ==> ที่คุณใช้ขณะสื่อสารกับ Alexa ตัวอย่างเช่น;- Alexa ขอให้เซ็นเซอร์เปิดสวิตช์ทริกเกอร์หรือ Alexa ถามไฟที่นี่ชื่อคำขอคือเซ็นเซอร์และแสง
• ภาษา ==> อังกฤษ (อินเดีย). เลือกตามประเทศของคุณ

คลิกบันทึกแล้วถัดไป

2. โมเดลปฏิสัมพันธ์

ที่นี่เราจะใช้ตัวสร้างทักษะ ดังนั้นคลิกที่ Launch Skill Builder คุณจะเห็นหน้าดังแสดงในภาพที่ i8

ขั้นแรก เราสร้างความตั้งใจใหม่ คลิกที่เพิ่ม (ทางด้านซ้ายมือ) และระบุชื่อที่คุณต้องการ ฉันใช้ "smartswitch"

• ตั้งชื่อประเภทช่อง "measurement_type" และค่าของช่อง "อุณหภูมิ" และ "ความชื้น" ตามที่แสดงในรูปภาพ i9
• หลังจากนั้นให้เพิ่มชื่อประเภทช่อง "query" และค่าของ slot คือ "what" และ "is" ดังแสดงในรูปภาพ i10
• หลังจากนั้นให้เพิ่มประเภทสล็อต "switchstate" และค่าสล็อตเป็น "on" และ "off" ดังแสดงในรูปภาพ i11
• เพิ่มช่องประเภทอื่น "tempscale" และค่าของช่องเป็น "ฟาเรนไฮต์" และ "celcuis" ดังแสดงในรูปภาพ i12
• หลังจากนั้นเพิ่มประเภทสล็อตใหม่ที่นี่ เราใช้ประเภทสล็อตที่มีอยู่สำหรับที่เราต้องคลิก ใช้สล็อตที่มีอยู่ ในการค้นหาสล็อตที่มีอยู่สำหรับ amazon.number แล้วเลือกตัวเลือกนี้และเพิ่มเข้าไป หลังจากเพิ่มเข้าไปแล้ว คุณจะเห็นมันในประเภทสล็อตดังแสดงในรูปภาพ i13

ดังนั้นเราจึงเสร็จสิ้นประเภทสล็อตทั้งหมด ประเภทของสล็อตที่เราใช้คือ 5 ตอนนี้ ย้ายไปยังขั้นตอนถัดไป คลิกที่ความตั้งใจที่เราสร้างขึ้น ในกรณีของฉัน มันคือสมาร์ทสวิตช์ ทางด้านขวามือ คุณจะเห็นช่องเจตนาดังแสดงในภาพที่ i14

• สร้างสล็อตใหม่ ตั้งชื่อว่า "Switch_State" และจับคู่กับ "switchstate" โดยใช้ปุ่มแบบเลื่อนลงดังแสดงในรูปภาพ i15
• สร้างสล็อตใหม่ ตั้งชื่อว่า "Sensor_Values" และจับคู่กับ "measurement_type" ดังแสดงในรูปภาพ i16
• สร้างช่องใหม่ ตั้งชื่อว่า "query" และจับคู่กับ "query" ดังแสดงในรูปภาพ i17
• หลังจากนั้นสร้างสล็อตใหม่ "tmp_scale" และจับคู่กับ "tempscale" ดังแสดงในรูปภาพ i18
• สร้างช่องใหม่ "Numbers" และจับคู่กับ "Amazon. Numbers" ดังแสดงในรูปภาพ i19

ตอนนี้เราทำสล็อต Intent เสร็จแล้ว เรากำลังใช้ช่องเจตนา 5 ช่อง หลังจากนี้เราไปที่ Sample Utterances ดังแสดงในรูปภาพ i20

เพิ่มคำพูดตัวอย่างนี้

ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์เป็น {Numbers} เปอร์เซ็นต์ {tmp_scale}

{query} คือสถานะสวิตช์

{Switch_State} สวิตช์ทริกเกอร์

ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์เป็น {Numbers} องศา {tmp_scale}

สวิตช์เลี้ยว {Switch_State}

{query} เปลี่ยน {Switch_State}

{query} คือ {Sensor_Values} ปัจจุบัน

หลังจากนี้บันทึกโมเดลและสร้าง รอให้สร้างโมเดลหลังจากคลิกที่การกำหนดค่า หลังจากสร้างแล้ว คุณจะเห็นข้อความดังแสดงในรูปภาพ i21 และ i22

3. การกำหนดค่า

เลือก HTTPS และเพิ่มลิงก์ที่สร้างขึ้นขณะสร้างแอป heroku ในกรณีของฉันคือ https://iottempswitch.herokuapp.com/ หลังจากเพิ่มลิงค์แล้ว ให้คลิกถัดไป ดังแสดงในรูปภาพ i23

4. ใบรับรอง SSL เลือกตัวเลือกที่สองแล้วคลิกถัดไปดังแสดงในรูปภาพ i24

เราได้สร้างทักษะของเราสำเร็จแล้ว

ขั้นตอนที่ 3: Arduino

เปิด Arduino IDE จากนั้นไปที่ File ==> Preference

ในตัวจัดการบอร์ดเพิ่มเติม ให้คัดลอกและวาง URL แล้วคลิกตกลงดังแสดงในรูปภาพ i26

arduino.esp8266.com/versions/2.4.0/package_…

• เปิดตัวจัดการบอร์ดโดยไปที่เครื่องมือ ==> บอร์ด ==> ผู้จัดการบอร์ด
• เปิด Boards Manager และค้นหา nodemcu ตามที่แสดงในรูปภาพ i27
• หลังจากนั้นให้ดาวน์โหลดไลบรารี่ ESP8266WiFi. Open library Manager: Sketch ==> รวมไลบรารี ==> Manage Libraries
• ค้นหาไลบรารี่ ESP8266WiFi และติดตั้ง
• เลือกบอร์ด ==> โมดูล ESP8266 ทั่วไป
• ก่อนอัปโหลดโค้ด เราจำเป็นต้องมีไลบรารี่สามไลบรารี

ห้องสมุดที่จำเป็น

ย้ายไลบรารีนี้ไปยังโฟลเดอร์ไลบรารีของ Arduino

คุณต้องเปลี่ยนสามสิ่งในรหัส SSID, PWD และลิงก์แอป heroku หลังจากนั้นให้อัปโหลดรหัส สำหรับโมดูล ESP คุณต้องกดปุ่มแฟลชขณะอัปโหลดรหัส จากนั้นกดปุ่มรีเซ็ตหนึ่งครั้งแล้วปล่อยปุ่มแฟลช หลังจากอัปโหลดรหัสแล้ว ให้เปิดเทอร์มินัล คุณจะเห็นผลลัพธ์

ขั้นตอนที่ 4: คำอธิบายส่วนประกอบ

1. รีเลย์คืออะไร

รีเลย์เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้ในการแยกวงจรไฟฟ้าสองวงจรและเชื่อมต่อด้วยสนามแม่เหล็ก เป็นอุปกรณ์ที่มีประโยชน์มากและอนุญาตให้วงจรหนึ่งสลับวงจรอื่นในขณะที่แยกจากกันโดยสิ้นเชิง มักใช้เพื่อเชื่อมต่อวงจรอิเล็กทรอนิกส์ (ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำ) กับวงจรไฟฟ้าที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าสูงมาก ตัวอย่างเช่น รีเลย์สามารถสร้างวงจรแบตเตอรี่ DC 5V เพื่อสลับวงจรไฟหลัก 230V AC

มันทำงานอย่างไร

สวิตช์รีเลย์สามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: อินพุตและเอาต์พุต ส่วนอินพุตมีขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็กเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ แรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน รีเลย์ที่ใช้กันทั่วไปมีอยู่ในการกำหนดค่าต่างๆ ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งาน เช่น 6V, 9V, 12V, 24V เป็นต้น ส่วนเอาต์พุตประกอบด้วยคอนแทคเตอร์ที่เชื่อมต่อหรือตัดการเชื่อมต่อทางกลไก ในรีเลย์พื้นฐานมีคอนแทคเตอร์สามตัว: ปกติเปิด (NO), ปกติปิด (NC) และทั่วไป (COM) เมื่อไม่มีสถานะอินพุต COM จะเชื่อมต่อกับ NC เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า คอยล์รีเลย์จะรับพลังงานและ COM เปลี่ยนหน้าสัมผัสเป็น NO มีการกำหนดค่ารีเลย์ที่แตกต่างกันเช่น SPST, SPDT, DPDT เป็นต้น ซึ่งมีจำนวนหน้าสัมผัสการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกัน ด้วยการใช้คอนแทคเตอร์ร่วมกันอย่างเหมาะสม วงจรไฟฟ้าจึงสามารถเปิดและปิดได้ รับรายละเอียดภายในเกี่ยวกับโครงสร้างของสวิตช์รีเลย์

เทอร์มินัล COM เป็นเทอร์มินัลทั่วไป หากขั้ว COIL ได้รับกระแสไฟตามพิกัด ขั้ว COM และ NO จะมีความต่อเนื่อง หากขั้ว COIL ไม่ได้รับพลังงาน แสดงว่าขั้ว COM และ NO จะไม่มีความต่อเนื่อง

เทอร์มินัล NC คือเทอร์มินัลปิดตามปกติ เป็นเทอร์มินัลที่สามารถเปิดเครื่องได้แม้ว่ารีเลย์จะไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้าใดๆ หรือเพียงพอต่อการทำงานก็ตาม

เทอร์มินัล NO คือเทอร์มินัลเปิดตามปกติ เป็นเทอร์มินัลที่คุณวางเอาต์พุตที่คุณต้องการเมื่อรีเลย์ได้รับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด หากไม่มีแรงดันไฟฟ้าที่ขั้ว COIL หรือแรงดันไฟไม่เพียงพอ เอาต์พุตจะเปิดและไม่ได้รับแรงดันไฟฟ้า เมื่อขั้ว COIL ได้รับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดหรือต่ำกว่าเล็กน้อย ขั้ว NO จะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอและสามารถเปิดอุปกรณ์ที่เอาต์พุตได้

2. DHT เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

DHT11 เป็นเซ็นเซอร์ความชื้นและอุณหภูมิ ซึ่งสร้างเอาต์พุตดิจิตอลที่ปรับเทียบแล้ว DHT11 สามารถเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์เช่น Arduino, Raspberry Pi ฯลฯ และได้ผลลัพธ์ทันที DHT11 เป็นเซ็นเซอร์วัดความชื้นและอุณหภูมิต้นทุนต่ำซึ่งให้ความน่าเชื่อถือสูงและมีเสถียรภาพในระยะยาว

3. ESP8266 คำอธิบายที่สมบูรณ์

โมดูล WiFi ของ ESP8266 เป็น SOC ในตัวพร้อมสแต็กโปรโตคอล TCP/IP ในตัว ที่สามารถให้ไมโครคอนโทรลเลอร์เข้าถึงเครือข่าย WiFi ของคุณได้ ESP8266 สามารถโฮสต์ฟังก์ชันเครือข่ายแอปพลิเคชันจากแอปพลิเคชันอื่น โมดูล ESP8266 แต่ละโมดูลได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าด้วยคำสั่ง AT

ESP8266 รองรับ APSD สำหรับแอปพลิเคชั่น VoIP และอินเทอร์เฟซการอยู่ร่วมกันของ Bluetooth ประกอบด้วย RF ที่ปรับเทียบเองเพื่อให้ทำงานภายใต้สภาวะการทำงานทั้งหมด และไม่จำเป็นต้องมีส่วน RF ภายนอก

คุณสมบัติ

• 802.11 b/g/n
• ไวไฟไดเร็ค (P2P),
• soft-APIntegrated TCP/IP protocol stack
• สวิตช์ TR ในตัว, balun, LNA, เพาเวอร์แอมป์ และเครือข่ายที่ตรงกัน
• PLL แบบบูรณาการ หน่วยงานกำกับดูแล DCXO และหน่วยจัดการพลังงาน
• กำลังขับ +19.5dBm ในโหมด 802.11b
• กระแสไฟรั่วไหลลง <10uA
• หน่วยความจำแฟลช 1MB
• CPU 32 บิตที่ใช้พลังงานต่ำในตัวสามารถใช้เป็นโปรเซสเซอร์แอปพลิเคชันได้
• SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART
• STBC, 1×1 MIMO, 2×1 MIMOA-MPDU & A-MSDU aggregation & 0.4ms guard interval
• ปลุกและส่งแพ็กเก็ตใน <2ms
• กินไฟขณะสแตนด์บาย <1.0mW (DTIM3)

ปักหมุด Description ตามที่แสดงในรูปภาพ i34

สำหรับการเชื่อมต่อโมดูล ESP กับ Arduino UNO เราต้องใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า Lm1117 3.3 หรือตัวควบคุมใดๆ เนื่องจาก Arduino ไม่สามารถให้ 3.3 v ถึง ESP8266 ได้

หมายเหตุ: - ขณะอัปโหลดรหัส ให้กดปุ่มแฟลช จากนั้นกดปุ่มรีเซ็ต 1 ครั้ง จากนั้นปล่อยปุ่มแฟลชดังแสดงในรูปภาพ i29

สำหรับการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ DHT11 และรีเลย์ เราใช้หมุด GPIO สองตัวของโมดูล ESP8266 หลังจากอัปโหลดรหัสแล้ว คุณสามารถยกเลิกการเชื่อมต่อพิน RX, TX, GPIO0 ได้ ฉันใช้ GPIO0 สำหรับเซ็นเซอร์ DHT11 และ GPIO2 สำหรับรีเลย์ เซ็นเซอร์ DHT11 ทำงานได้ดีกับ ESP8266 แต่สำหรับรีเลย์ เราต้องการสิ่งพิเศษอย่างหนึ่งเช่น opto isolator หรือ opto coupler ดูภาพ i30, i31, i32 และ i33

ขั้นตอนที่ 5: การเชื่อมต่อ

ESP8266 === > DHT11GPIO0 === > พินเอาต์พุต

ESP8266 === > รีเลย์GPIO2 ===> อินพุต

ARDUINO ===> ESP8266

Gnd ===> GndTX === > TX

RX === > RX

ปุ่มรีเซ็ต === > RST

ปุ่มแฟลช === > GPIO0

ขั้นตอนที่ 6: ตรวจสอบทุกสิ่ง

เราได้สร้างแอป ทักษะ และฮาร์ดแวร์ของเราเรียบร้อยแล้ว ดังนั้นถึงเวลาตรวจสอบ

เพื่อที่ ESP8266 ของคุณเปิดอยู่เพราะเซิร์ฟเวอร์ของเราทำงานบน ESP8266 ที่นี่ฉันไม่ได้เชื่อมต่อเซ็นเซอร์ใด ๆ กับ ESP8266 ฉันแค่ตรวจสอบว่ามันทำงานหรือไม่ แต่คุณสามารถเชื่อมต่อ sensor, รีเลย์ไปที่ ESP8266 เมื่อเชื่อมต่อกับ Heroku แล้ว คุณจะเห็นการเชื่อมต่อ สำหรับการทดสอบ ไปที่ทักษะของ Amazon ที่คุณสร้างขึ้น จากนั้นคลิกที่หน้าทดสอบ เมื่อตรวจสอบแล้วว่าใช้งานได้ ฉันจะเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับ ESP8266 สามารถดูผลลัพธ์ได้ตามภาพ i35, i36, 37, 38, 39, 40

หากคุณใช้งานโดยไม่เชื่อมต่อ ESP8266 คุณจะได้รับข้อผิดพลาดนี้ดังแสดงในรูปภาพ i41

คำพูดที่ใช้ได้

ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์เป็น {Numbers} เปอร์เซ็นต์ {tmp_scale}

ตัวอย่าง:- ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์ไปที่ความชื้น 50 เปอร์เซ็นต์

{query} คือสถานะสวิตช์

อดีตเปิด/ปิดคือสถานะสวิตช์

{Switch_State} สวิตช์ทริกเกอร์

ทริกเกอร์สวิตช์เปิด/ปิดอดีต

ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์เป็น {Numbers} องศา {tmp_scale}

อดีต - ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์ไปที่ 76 องศาฟาเรนไฮต์

อดีต - ตั้งค่าทริกเกอร์สวิตช์ไปที่ 24 องศาเซลเซียส

สวิตช์เลี้ยว {Switch_State}

อดีต - เปิด/ปิดสวิตซ์

ดูภาพ i41 ถึง i46 สำหรับผลลัพธ์

ขณะพูดคุยกับ AlexaAlexa ขอให้ Arduino เปิด/ปิดสวิตช์ทริกเกอร์

Alexa ขอให้ Arduino ตั้งค่าสวิตช์ทริกเกอร์เป็น 24 องศาเซลเซียส

Alexa ขอให้ Arduino ตั้งค่าสวิตช์ทริกเกอร์เป็นความชื้น 50 เปอร์เซ็นต์

Alexa ขอให้ Arduino เปิด / ปิด

ขั้นตอนที่ 7: ไดอะแกรม VUI (Voice User Interface)

ขั้นตอนที่ 8: การสาธิต

1. ตั้งค่าทริกเกอร์สำหรับอุณหภูมิและความชื้น

2. ตั้งค่าทริกเกอร์เป็น 20 องศาเซลเซียส

3. ตั้งค่าทริกเกอร์เป็นความชื้น 80 เปอร์เซ็นต์

ขั้นตอนที่ 9: แผนผัง