步驟1：Google Assistant控制的家庭自動化項目概述

我正在使用Arduino UNO微控制器端和用于連接互聯網的ESP8266模塊。老實說，還有很多其他方法可以解決這個問題。您可以將功能更強大的處理器（如Raspberry Pi或其他SOC）與內置Wi-Fi（如ESP12E或ESP32）結合使用。但是我決定使用老式的Arduino和ESP8266板來降低成本，并且不要過度設計任何東西。

對于這個項目，我們還將使用ESP8266貼身地構建一個Arduino WiFi防護罩在Arduino UNO板上。此屏蔽可用于通過AT命令或直接使用Arduino IDE對ESP8266進行編程。它還具有將FTDI模塊直接連接到ESP8226的選項，這允許將ESP8266編程為無需Arduino的獨立設備，并且還可以根據需要將新固件刷新到ESP8266模塊中。因此，該防護罩可用于許多其他需要互聯網連接的創意Arduino項目。

為了在手機上與Google助手通信，我們使用了IFTTT服務，該服務將助手配置為偵聽特定命令并在收到命令時觸發鏈接。現在，您可能已經知道ESP8266僅可以通過API調用從Internet讀取信息，因此我們需要一個可以為我們提供此API選項的平臺，這就是ThingSpeak所在的位置。基本上，提供給Google Assistant的語音命令會更改此值相應地在ThingSpeak頻道中的字段。 ESP8266使用API調用定期檢查此字段的值，然后使用串行通信將此值發送給Arduino。 Arduino然后執行所需的操作，例如根據接收到的值切換繼電器。

步驟2：使用ESP8266的Arduino Uno Wi-Fi Shield

讓我們開始將Arduino UNO板與ESP8266 Wi-Fi模塊連接。 ESP8266是一個棘手的模塊。它需要自己的電源和特定的連接設置才能與Arduino通信。如果您是絕對的初學者，則強烈建議您閱讀ESP8266入門教程，然后再繼續進行操作。

請記住，ESP8266購買時隨附帶有可與AT通訊的默認固件。命令。但是，如果模塊是直接用Arduino編程的，則默認固件將被刪除，如果要使用AT命令，則必須再次刷新。

我們將使用LM317作為3.3V穩壓器。該3.3V用于為ESP8266模塊供電，因為來自Arduino UNO的3.3V將無法為ESP模塊提供足夠的電流。 LM317輸入引腳可以由Arduino UNO板Vin引腳的DC輸入桶式插孔供電。

ESP模塊的GPIO0引腳連接到跳線引腳，該跳線可以切換為將該引腳接地。這允許用戶將ESP模塊設置為在AT命令模式或編程模式（Arduino IDE）下工作。 GPIO0和GPIO2都連接到外部連接器，因此這些GPIO引腳也可以使用。

最后在Arduino方面，我們將ESP8266模塊的Rx和Tx引腳連接到Arduino的12和13引腳。我們沒有使用硬件串行（引腳0和1）來簡化調試。您還可以注意到，還提供了連接16x2 LCD的選項，因此可以將其直接安裝在屏蔽層的頂部。 LCD由Arduino的5V引腳供電。

步驟3：使用EasyEDA為ESP8266 Wi-Fi模塊制作PCB

為Arduino板設計屏蔽層時，一個具有挑戰性的部分就是要正確地占用空間。如果尺寸錯誤，那么屏蔽將無法正確地安裝在Arduino UNO板上。但是，幸運的是，EasyEDA幾乎可以為市場上的所有組件提供封裝。這是由于其龐大的用戶社區，用戶可以在其中創建足跡并使其可供公眾使用以用于其項目。

EasyEDA是一種在線EDA工具，我以前使用過很多次，發現它非常方便可以使用，因為它具有良好的覆蓋范圍并且是開源的。設計完PCB之后，我們可以通過低成本的PCB制造服務訂購PCB樣品。他們還提供元件采購服務，其中有大量的電子元件庫存，用戶可以與PCB訂單一起訂購所需的元件。

在設計電路和PCB時，您還可以公開電路和PCB設計，以便其他用戶可以復制或編輯它們并從您的工作中受益，我們還制作了整個電路和PCB此電路的公共布局，請查看以下鏈接：

https：//easyeda.com/CircuitDigest/Arduino-WiFi-sh 。..

您可以查看任何層（頂部，“底部”，“底部絲綢”，“底部絲綢”等），方法是從“層”窗口中選擇層。除此之外，它們還提供PCB在制造后的外觀的3D模型視圖。 Wi-Fi防護層的頂層和底層的快照看起來像這樣

第4步：使用EasyEDA在線計算和訂購PCB樣品

完成此設計之后Arduino Uno Wi-Fi模塊，您可以通過JLCPCB.com訂購PCB。要從JLCPCB訂購PCB，您需要Gerber File。要下載PCB的Gerber文件，只需單擊EasyEDA編輯器頁面上的Generate Fabrication File按鈕，然后從那里下載Gerber文件，或者您可以單擊JLCPCB上的訂購，如上圖所示。這會將您重定向到JLCPCB.com，您可以在其中選擇要訂購的PCB數量，所需的銅層數量，PCB厚度，銅重量以及甚至是PCB顏色，如上面的快照所示。

在JLCPCB按鈕上單擊訂購后，它將帶您到JLCPCB網站，在此您可以以非常低的價格訂購PCB，即2美元。他們的構建時間也非常短，只需DHL交付3-5天即可交付48小時，基本上您可以在訂購一周后得到PCB。

訂購PCB后，您可以檢查生產進度日期和時間對您的PCB的影響。您可以通過在“帳戶”頁面上進行檢查，然后單擊PCB下方的“生產進度”鏈接，如上圖所示。

訂購PCB幾天后，我得到了包裝精美的PCB樣品，如下圖所示以上圖片。

確保軌道和足跡正確無誤。我開始組裝PCB，我使用了母頭來放置Arduino Nano和LCD，以便以后在其他項目中需要時可以將它們卸下。完全焊接的電路板看起來像上面的

步驟5：Arduino Wi-Fi Shield編程模式和AT模式

當使用Arduino IDE直接對ESP8266進行編程或對其進行閃爍時，應在每次上傳之前將GPIO 0引腳接地，并且每次都要將Reset引腳暫時接地。同樣，當ESP8266使用AT指令時，應將GPIO引腳留空，然后再次將Reset引腳暫時接地以將其復位。

為了簡化設計，我們設計了Wi-Fi屏蔽具有一個可在編程模式和AT命令模式之間切換的撥動引腳，如上圖所示。同樣，在每次上傳代碼之前，只要每次按下復位按鈕（紅色），就可以將Reset引腳接地。

開發板上還可以選擇將FTDI模塊直接連接到ESP，這對于刷新ESP8266模塊要進行閃爍，請連接FTDI模塊，然后將引腳設置為編程模式，如上所示。然后從給定的鏈接下載ESP8266_Flasher軟件和固件bin文件。然后打開軟件并使用Bin按鈕瀏覽到bin文件，然后鍵入右側的COM端口并將默認地址保留為0x00000。最后單擊下載按鈕以刷新ESP8266模塊。該軟件也顯示在上圖中，但請記住，只有在ESP8266上的默認固件被覆蓋后，您才需要刷新它。

步驟6：為Google助手設置ThingSpeak頻道

我們在ThingSpeak中需要一個通道，該通道將存儲來自Google助手的數據，并允許ESP8266使用API調用來檢索這些數據。如果您不熟悉ThingSpeak，請通過在Thingspeak.com上注冊并單擊新頻道來設置帳戶，還請查看我們之前的項目，以了解有關將ThingSpeak與Arduino結合使用的更多信息。您可以為您的頻道選擇任何名稱并提供描述。由于我們僅切換一個光源，因此我僅使用了一個字段并將其命名為Light，但同樣可以使用任意多個字段。我的頻道設置看起來像這樣，記下我的情況下的頻道ID（683739）和我的情況下的字段號（1），以后我們將需要它。

下一步單擊API密鑰標簽，此處將為您提供兩個API密鑰，一個用于寫入功能，另一個用于讀取功能。您只能分別使用這些鍵將值讀取或寫入字段。每個鍵都是唯一的，上面顯示的我的鍵肯定會有所不同。切勿共享您的密鑰，因為它可以授予對您的頻道進行寫入或讀取的權限。上面顯示的這些鍵在使用后已銷毀。

現在讓我們看一下API GET調用，通過這些調用我們可以向剛創建的字段寫入和讀取數據。

從中讀取事物字段：

api.thingspeak.com/channels/683739/fields/1/last.json？api_key=7EK8DHQDV3M0EJ6S&results=2

寫入事物字段：

api。 Thingspeak.com/update？api_key=UEI3D4YTWX9OQQ4B&field1=7

這些是我的API，您必須用鍵替換鍵值，并根據ThingSpeak通道更改通道ID。如果您選擇了如圖中所示的第一個字段，則無需更改字段值。

您還可以嘗試在您的瀏覽器上加載這些API調用，并檢查其工作方式。在上面的“寫物”字段中，我們將7（最后添加）寫入通道。您可以在瀏覽器中加載它，并檢查該值是否反映在您的ThingSpeak帳戶中。同樣，加載到瀏覽器中時從Thing Field API調用中讀取的內容應為您以前發送給Field的值，在這種情況下為7。

步驟7：設置IFTTT小程序

h2》

現在我們知道如何從該字段發送和讀取值，接下來我們必須在IFTTT帳戶中設置兩個applet。如果您不熟悉IFTTT，只需注冊并鏈接您的Gmail帳戶，則該Gmail帳戶應采用與您使用Google語音助手相同的一種形式。兩個小程序中的兩個都將通過上述鏈接用于將值寫入字段。但是，使用上面的API調用，一個會監聽“打開閱讀燈”并將其寫入“ 1”，而另一個小程序會監聽“關閉閱讀燈”并寫入“ 0”。

要創建小程序，請進入我的小程序，然后單擊“新小程序”。然后在“此”部分中選擇Google語音助手，并在“那”部分中選擇Webhooks服務。這與我們對基于物聯網的門安全項目所做的工作非常相似。如果您對如何操作感到困惑，請參閱本文，下面的圖像也將為您提供幫助。

步驟8：為Google Assistant Home Automation編程Arduino

現在應該同時設置IFTTT和ThingSpeak帳戶。因此，根據向Google助手發送的命令，IFTTT將向我們的ThingSpeak帳戶發送一個值（0或1）。現在，在Arduino方面，我們必須編寫一個程序來檢查field的值是0還是1。如果0，則必須關閉燈，如果1，則必須打開燈。

最后，給出了完成此操作的完整程序，我將程序分成有意義的代碼片段，并在上面進行了解釋。我們首先定義將ESP和LCD連接到Arduino的引腳。您可以參考電路圖進行驗證。

SoftwareSerial ESP（12，13）; //ESP is connected to 12 and 13 pin of Arduino

const int rs = 7， en = 6， d4 = 5， d5 = 4， d6 = 3， d7 = 2; //Mention the pin number for LCD connection

LiquidCrystal lcd（rs， en， d4， d5， d6， d7）;

然后，我們必須輸入一些關鍵參數，例如ESP應該連接到其密碼的Wi-Fi名稱，最后是我們從中獲得的API調用請求我們的話語。確保已根據您的應用程序更改了這些憑據。驗證API密鑰并將其加載到瀏覽器中以確保。

String WiFi_SSID = “Oneplus”;

String WiFi_Pass = “nightfury”;

String sendData = “GET /channels/683739/fields/1/last.json？api_key=7EK8DHQDV3M0EJ6S&results=2”;

String output = “”; //Initialize a null string variable

在設置功能中，我們將引腳10聲明為輸出，這是我們通過繼電器連接負載的地方。然后，我們在LCD上顯示一小段介紹文字，并使用上述代碼行初始化串行監視器。

pinMode（10，OUTPUT）;

lcd.begin（16， 2）; //Initialise 16*2 LCD

lcd.print（“ Arduino WiFi”）; //Intro Message line 1

lcd.setCursor（0， 1）;

lcd.print（“ Shield ”）; //Intro Message line 2

delay（2000）;

Serial.begin （9600）;

默認情況下，ESP的波特率為115200，但Arduino并非如此足夠快的速度以如此高的速度從ESP讀取數據。它確實讀取數據，但是我個人很多次發現很多垃圾值。因此，我決定使用AT + CIOBAUD = 9600將ESP更改為以9600波特率工作，如上所示。更改波特率后，我們可以重新初始化軟件序列以使用9600波特率。

ESP.begin（115200）;

ESP.println（“AT+CIOBAUD=9600”）;

delay（100）;

ESP.begin（9600）;

接下來，我們有一系列AT命令，這些命令只需要發送到模塊一次。它們包括關閉Echo選項（ATE0），然后將ESP設置為在站模式下工作（AT + CWMODE = 1），然后使用（AT + CWJAP）等將其連接到路由器。一旦執行，ESP就會記住這些詳細信息，并在每次開機時將其作為站點連接到我們的路由器。因此，您可以在第一次使用后注釋這些行（不過是可選的）。

ESP_talk（“ATE0”， 1000）; //Turn off Echo

ESP_talk（“AT+CWMODE=1”， 1000）; //Set ESP as station

ESP_talk（“AT+CWJAP=”“+ WiFi_SSID +”“，”“+ WiFi_Pass +”“”， 5000）; //Connect to WiFi

delay（1000）;

ESP_talk（“AT+CIPMUX=1”，1000）;

delay（1000）;

在主循環函數中，我們必須連接到ThingSpeak API。這可以通過首先使用以下命令啟動與ThingSpeak網絡的TCP連接來完成。

ESP_talk（“AT+CIPSTART=”TCP“，”api.thingspeak.com“，80”，1000）;

然后我們必須知道使用AT + CIPSEND將多少個字符發送給該連接。在我的情況下是76。因為我們將發送上述命令，所以我們有74個字符，并且必須在“/n”中添加2個字符，從而得到76。

GET /channels/683739/fields/1/last.json？api_key=7EK8DHQDV3M0EJ6S&results=2

然后我們實際上發送了上面存儲在變量sendData中的數據。為了穩定起見，這些命令以100ms的延遲發送，但這不是強制性的。上面顯示了相同的程序。

ESP_talk（“AT+CIPSTART=”TCP“，”api.thingspeak.com“，80”，1000）;//AT+CIPSTART=“TCP”，“api.thingspeak.com”，80

delay（100）;

ESP_talk（“AT+CIPSEND=76”，1000）;

delay（100）;

ESP_talk（sendData，1000）; delay（100）;

上面的代碼將從ThingSpeak網站上以字符串值的形式獲取字段數據，并將其存儲在變量“ output”中，看起來像像這樣。

+IPD，64：{“created_at”：“2019-01-22T12:13:32Z”，“entry_id”：15，“field1”：“0”}CLOSED

如您所見，在整個字符串值上，我們只需要檢查field1值是0還是1。因此我們在Arduino中使用charAT函數來獲取特定的char值構成整個字符串。該值的位置比上一個值落后11步。因此，代碼看起來像

int light_value = int （output.charAt（output.length（）-11））-48;

的最后一步是將該值與0和1進行比較。然后，如果為1，則將燈打開，如果為0，則將其關閉。還會根據字段值使LCD顯示結果。

lcd.clear（）;

lcd.print（“Listning.。..”）; //Intro Message line 1

lcd.setCursor（0， 1）;

if （light_value == 0） //light should be off

{

lcd.print（“Light is OFF ：-（” ）;

digitalWrite（10，LOW）;

}

if （light_value == 1） //light should be off

{

lcd.print（“：-） Light is ON”）;

digitalWrite（10，HIGH）;

}

您會注意到ESP_talk函數在整個程序中得到了廣泛使用。該功能基本上有兩個參數，一個是發送到ESP模塊的實際命令，另一個是ESP應該在該超時值之內響應發送的命令。 ESP的響應然后存儲在變量輸出中。在調試ESP模塊時，這非常方便。功能定義如下所示。

void ESP_talk（String AT_cmd， const int timeout）

{

Serial.print（“Sent： ”）;

Serial.print（AT_cmd）;

ESP.println（AT_cmd）; //print to ESP through software serial

Serial.println（“”）;//Move to next line

long int time = millis（）;

output=“”; //clear the string

while （ （time + timeout） 》 millis（））

{

while （ESP.available（））

{

char i = ESP.read（）; // read one char

output +=i;//Combine char to string

}

}

Serial.print（“Received： ”）;

Serial.print（output）;

}

使用Google Assistant切換燈光

因此，我們都準備使用Arduino ESP8266 Wi-Fi模塊通過Google Assistant在任何地方控制家用電器。如前所述，以上程序用于切換引腳10。因此，您可以在引腳10上添加一個繼電器，并根據需要連接繼電器額定值范圍內的任何交流負載。上面顯示了我使用Relay和帶Wi-Fi屏蔽的Arduino板的設置。

我已經使用了一個小閱讀燈作為演示負載，但是您可以選擇使用任何東西。啟動設置并向您的Google助手說出命令，您應該會看到Light得到相應的控制。當您向Google助手發出命令時，您還可以看到ThingSpeak頻道值正在更改。為了進行調試，您可以打開串行監視器以檢查是否一切正常。如果是，則您的串行監視器應顯示類似這樣的內容。

您可以觀看上面的視頻以檢查項目的完整工作，還可以檢查我們的其他Arduino家庭自動化項目。希望您喜歡該項目并喜歡構建它。如果您有任何問題，請隨時將它們留在上面的評論部分中，我會盡力解決。您也可以將論壇用于其他技術問題。
責任編輯：wv