开关灯辅助工具+ESP12F模组，如何实现通过一个手机APP控制寝室灯开关

01 介绍

本项目要实现的是一个通过手机APP控制寝室灯开关的辅助工具。

项目框图如下图所示。

实现原理

手机和本模块都接入同一个wifi网络，手机端发送命令，本模块执行相应的命令。

开关灯，通过舵机来进行实现。

02 硬件设计

2.1 主控

ESP8266串口WIFI ESP-12F
ESP8266-12F是ESP8266-12的增强版。

2.2 原理图设计

2.2.1 控制板

本项目实际上只需要一个GPIO口来控制舵机即可。

将其他的引脚引入是为了后续可能扩展其他功能使用。

2.2.2 电源板

ESP12F模组3.3v供电，舵机5v供电。

使用了一片AMS1117-3.3v和一片AMS1117-5v芯片，实现12v至3.3v和5v的转换。

( 由于寝室开关座子附近有一个插座，所以就直接找了一个输入220v输出12v点的电源线，作为电源板的输入电源 )

2.3 PCB设计

2.3.1 控制板PCB

需要注意ESP12F模组天线部分的布局，与周围的PCB要有大于5mm的间距。

2.3.2 电源板PCB

03 软件设计  

3.1 控制程序

开发环境使用的是Arduino IDE。

要实现的功能有两大块：舵机的控制、UDP网络通信

WiFI-UDP通信参考：ESP8266 – WiFiUDP库 – 太极创客 (taichi-maker.com)

通信协议较为简单，命令长度为2个字节，第1个字节为固定值0xff，第2个字节为相应的控制码( 0x00: 关灯，0x01开灯 )

通信的安全性，在通信过程中并没有做握手、认证等处理。通信用户的有效性是通过wifi密码来鉴别的( 只有成功连接wifi，才可以控制灯的开关 )。

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <WiFiUdp.h> 
typedef unsigned char  u8;
typedef unsigned short u16;
typedef unsigned int   u32;
/*********************** 舵机相关 ************************/
// 连接舵机的引脚
#define STEER_PIN 13
typedef enum SWITCH_STATE{
  SWITCH_ON,
  SWITCH_OFF
}SWITCH_STATE;

typedef struct SWITCH_CONTROL{
  u16          switch_on;
  u16          switch_off;
  SWITCH_STATE switch_state;
}SWITCH_CONTROL;

void Steer_Init_PWM(){
  pinMode(STEER_PIN,OUTPUT);
}
/**
 * 根据pwm高电平时间(us)控制舵机
 */
void Steer_SetAngle_PWM(u16 pwm) {
  u8 index = 0;
  // 控制舵机转动
  for(index = 0;index<10;index++){
    digitalWrite(STEER_PIN,HIGH);
    delayMicroseconds(pwm);
    digitalWrite(STEER_PIN,LOW);
    delayMicroseconds(20000 - pwm);
  }
}

SWITCH_CONTROL switch_contrl = {
  .switch_on    = 2300,
  .switch_off   = 1400,
  .switch_state = SWITCH_OFF
};

void Change_Switch_State( u8 switch_state ) {
  if( switch_state == SWITCH_ON){
    Steer_SetAngle_PWM(switch_contrl.switch_on);
    switch_contrl.switch_state = SWITCH_ON;
  }else if(switch_state == SWITCH_OFF){
    Steer_SetAngle_PWM(switch_contrl.switch_off);
    switch_contrl.switch_state = SWITCH_OFF;
  }else{
    
  }
}
/*******************************************************/

/*********************** WIFI相关 ***********************/
typedef enum WIFI_STATE{
  WIFI_OK,
  WIFI_ERROR,
  UDP_OK,
  UDP_ERROR
}WIFI_STATE;

typedef enum USER_CMD {
  CMD_ERROR,
  CMD_SWITCH_ON,
  CMD_SWITCH_OFF
}USER_CMD;

#define UDP_PORT  6666
#define BUF_LEN   20

const char* ssid   = "xxxxx";   //wifi name
const char* passwd = "xxxxx";//wifi passwd

// buf
unsigned char udp_buf[BUF_LEN] = {0};

WiFiUDP Udp;

u8 WIFI_Init(const char* wifi_ssid, const char* wifi_passwd){
  u8 counter = 0;
  WiFi.begin(wifi_ssid, wifi_passwd);

  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    counter++;
    delay(500);
    //10秒后如果还是连接不上，就判定为连接超时
    if (counter > 20) return WIFI_ERROR;
  } 
  return WIFI_OK;
}

u8 UDP_Init(u16 port) {
  if(Udp.begin(port)){  //启动Udp监听服务
    return UDP_OK;
  }else {
    return UDP_ERROR;
  }
}

u8 Get_UDP_Packet(unsigned char * buf,u8 buf_len){
  int packetSize = Udp.parsePacket();//获得解析包
  if(Udp.available()){
    return Udp.read(buf, buf_len);
  }else{
    return 0;
  }
}

/**
 *  定义报文格式
 *   1B   1B
 *  0xff  cmd 
 *  开关灯的cmd: 0x00:关灯 0x01:开灯
*/
u8 Parse_UDP_Packet(unsigned char * data,u8 data_len){
  if( data[0] != 0xff ) return CMD_ERROR;
  if( data[1] == 0x00 ) return CMD_SWITCH_OFF;
  else if( data[1] == 0x01 ) return CMD_SWITCH_ON;
  else return CMD_ERROR;
}

void Execute_Cmd(u8 cmd){
  switch( cmd ) {
    case CMD_SWITCH_ON:
      Change_Switch_State(SWITCH_ON);
      break;
    case CMD_SWITCH_OFF:
      Change_Switch_State(SWITCH_OFF);
      break;
    default:
      break;
  }
}
/*******************************************************/

void setup() {
  Serial.begin(9600); // 波特率9600
  Steer_Init_PWM();
  if(WIFI_Init(ssid,passwd) == WIFI_OK) {
    Serial.println(WiFi.localIP());  // 打印ip地址
    if( UDP_Init(UDP_PORT) ) {
      Serial.printf("UDP监听端口:%d\r\n",UDP_PORT);
    }else{
      Serial.println("UDP Init Failed"); 
    }
  }else{
    Serial.println("WIFI Init Failed"); 
  }
} 

void loop() {
  u8 datalen = Get_UDP_Packet(udp_buf,BUF_LEN);
  if( datalen == 0 ) return ;
  u8 user_cmd = Parse_UDP_Packet(udp_buf,datalen);
  if( user_cmd == CMD_ERROR ) return;
  Execute_Cmd(user_cmd);
}

3.2 手机APP程序

使用Flutter开发手机APP，实现遥控灯的开关。

界面设计较为简单，只有两个功能按键，分别对应灯的开与关。

APP工程代码：wa-kakalala/NanoClient: Flutter App (github.com)

04 外壳设计

05 结果展示

将辅助工具与灯座进行固定，使用的是纳米胶。（ 直接粘在灯座上，不要粘在墙上-->直接导致墙皮脱落）

( 这里使用了一块黑色的废PCB板的原因，这个开关座子是一个双开开关，控制两个灯，粘上了一块板子将一个双开开关合成一个整体 )

06 附件