【智能家居】3 ESP8266智能开关接入ESPHome 和 HA
【智能家居】3 ESP8266智能开关接入ESPHome 和 HA
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收起
一、ESPHome开发智能开关
1. Mac(类Unix)上 ESPHome安装
2. ESP8266控制舵机
3. ESP01S控制继电器
4. HA端集成
二、Arduino开发智能开关
软件模拟PWM
B站的实例[^3]
三、ESP32-CAM使用
Configuration for Ai-Thinker Camera
参考资料
本篇是智能家居折腾系列的第三期，完稿于第5期之后，内容有穿插请跳转查看。
本篇主要介绍ESP8266单片机和ESPHome的开发使用，以及将开发版接入Home Assistant的方法。项目均为测试上手之用，完成度不高，仅做尝试。
这一期围绕使用支持Wi-Fi的单片机制作可使用Home Assistant控制的能远程开关灯的物联网设备，主要介绍使用ESP8266 Node MCU结合舵机制作的简易关灯装置、使用ESP01-S配合继电器模块设计的简易单火线墙壁开关、ESP32-CAM作为IP摄像头。
本文完成时间距内容创造时间较长，详细过程和实物图片就不全展示了，可以找相关教程和文档。
nodemcu_esp8266-full
一、ESPHome开发智能开关
ESPHome is a system to control your ESP8266/ESP32 by simple yet powerful configuration files and control them remotely through Home Automation systems.
ESP8266和Node MCU开发板这里就不详细介绍了，可以查阅相关页面：
ESP8266-NodeMCU介绍. 太极创客：http://www.taichi-maker.com/homepage/reference-index/arduino-hardware-refrence/nodemcu/
1. Mac(类Unix)上 ESPHome安装
根据官方文档引导，使用 pip 安装 ESPHome（此步骤可以不加user）：
pip3 install --user esphome
注意ESPHome --user 安装位置：/Users/gakki/Library/Python/3.9/bin，使用时需要添加环境变量：
export PATH="$PATH:/Users/gakki/Library/Python/3.9/bin"
看自己安装的方式，我的需要加 sudo 启动：
sudo esphome esphome_config/ dashboard
访问Web localhost:6052：
ESPHome Dashboard
对于nodeMCU，板载CH340的USB转TTL芯片，在mac上可以免驱直连；对于ESP01等小板，需要搭配烧录器连接至电脑。
连接后，在编辑页面输入配置文件，检查成功后可直接编译烧录至单片机。
ESPHome的优点就是无需编写代码，使用高度集成的配置文件式编程。更多细节请参阅相关文档。
2. ESP8266控制舵机
ESP8266有部分引脚可以输出PWM信号，进而可以操控舵机，
我使用的是SG90舵机，旋转角度仅为90度，供电和GND接开发版，数据线接D4引脚。
硬件输出PWM控制舵机
案例：接入ESPHome用ESP8266控制舵机喂狗：https://bbs.hassbian.com/thread-8741-1-1.html
ESPHOME 舵机项目[^1]
官方文档中所给出的ESPHome中关于舵机的配置，使用 esp8266_pwm 输出PWM至指定引脚，并创建舵机实体。
# Example configuration entry
servo:
- id: my_servo
output: pwm_output
# Example output platform
# On ESP32, use ledc output
output:
- platform: esp8266_pwm
id: pwm_output
pin: D1
frequency: 50 Hz
用舵机控制墙壁开关
我尝试将舵机贴近墙壁开关粘贴放置，使得舵机旋转半周后刚好能将开关关闭（由于已拆除，已无现场图片），单片机开发板则从插座取电。
我烧录的yaml：
esphome:
name: node_mcu
platform: ESP8266
board: nodemcuv2
wifi:
ssid: "blue_sky"
password: "720805zzy"
power_save_mode: light
# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
#ap:
#ssid: "Servos Fallback Hotspot"
#password: "VYTOwxqxxlOT"
#captive_portal:
# Enable logging
logger:
# Enable Home Assistant API
api:
services:
- service: control_servo
variables:
level: float
then:
- servo.write:
id: my_servo
level: !lambda 'return level / 100.0;'
ota:
password: "123"
servo:
- id: my_servo
output: pwm_output
# Example output platform
# On ESP32, use ledc output
output:
- platform: esp8266_pwm
id: pwm_output
pin: D4
frequency: 50 Hz
light:
- platform: monochromatic
name: "LED On Board"
output: pwm_output
D4管脚刚好对应开发板上的LED灯，实际的效果依然没有视频，不过可以参考B站上同类型的展示：
同类作品
3. ESP01S控制继电器
ESP01S是简化的ESP8266，仅引出两个GPIO，GPIO0 和 GPIO2。
淘宝上搜索ESP01+继电器，有搭配ESP01的继电器模块，继电器模块通过5V供电，内部IDO转为3.3V给ESP01供电，因此整个模块需要5V供电，可以从墙壁插座使用变压器供电，若86盒中预留零线的，可以购买220V转5V的模块供电。
我的想法是：ESP01通过ESPHome接入HA，作为一个远程开关；继电器控制电灯火线的开闭；还要兼顾原来物理开关的功能，而且物理开关和HA中的状态可以实时更新同步。
可以参考下面的实例。
CSDN实例[^2]
通过ESPHome接入HA，实现与之前相近的功能，即使用Wi-Fi和实体开关控制继电器。
大体的原理是：一个gpio虚拟成二进制传感器，一个gpio来控制继电器。当这个二进制传感器触发的时候，开关的开与闭合也发生变化。
GPIO0控制继电器的吸和，GPIO2与GND之间焊上原来的物理开关（使用杜邦线相连），并在GPIO和VCC间焊上10K的上拉电阻。（取决于继电器模块的工作模式，此方案是低电平触发，若为高电平触发，则开关要与VCC相连，对应焊接下拉电阻）
具体接线图已无处寻，可以参考CSDN实例[^2] 中的接线方式。
ESPHome 配置
与CSDN例子中不同的是，他的是自动回弹式开关，使用的二进制传感器工作模式为 on_press，即每次按下时开/关灯。
我使用的是传统的墙壁开关，每次扳动时开/关灯，因此使用的模式是 on_state.
烧录文件：
esphome:
name: esp01s-1
platform: ESP8266
board: esp01_1m
wifi:
networks:
ssid: "blue_sky" #改成你的wifi名称
password: "720805zzy" #改成你的wifi密码
power_save_mode: light
#manual_ip:
#static_ip: 192.168.50.189
#gateway: 192.168.50.1
#subnet: 255.255.255.0
# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
ap:
ssid: "Esp01S-1 Fallback Hotspot" #当esp01s连不上网的时候，它会自动发出热点。
password: "12345678"
captive_portal:
# Enable logging
logger:
# Enable Home Assistant API
api:
# password: "1"
ota:
password: "123"
web_server:
port: 80
switch:
- platform: gpio
pin: GPIO0
name: "书房灯1"
id: relay2
inverted: True
binary_sensor:
- platform: gpio
pin: GPIO2
name: "press_switch_lib1"
device_class: opening
filters:
- delayed_on_off: 100ms #这里一定要加这个这个起到滤波的作用。
on_state: #当这个二进制传感器状态改变的时候，触发gpio0
then:
- switch.toggle: relay2
ESPHome Wi-Fi 使用省电模式：
wifi:
# ...
power_save_mode: light
深度睡眠请参考：https://www.esphome.io/components/deep_sleep
具体效果请参考我发在B站上的视频（此账号目前已寄）：https://www.bilibili.com/video/BV1Ri4y117Kk
4. HA端集成
在Home Assistant中添加ESPHome集成，自动发现设备，将实体添加至HA。
ESPHome添加实体
舵机对应的单色光灯和继电器开关对应的开关实体可以桥接至HomeKit。
二、Arduino开发智能开关
可以使用Arduino为ESP8266编程，使用高度封装的C或C++，详细的编程这里不介绍，可以参考： 太极创客-ESP8266-NodeMCU通过C/C++开发使用物联网
由于ESPHome与HA关系密切，使用更为简单，所以我最后的成品没有使用Arduino编程，以下引用自网络，仅供参考。
软件模拟PWM
案例：ESP8266/ESP01 软件输出PWM二极管调光（Arduino）：https://www.cnblogs.com/cuianbing/p/14409053.html
B站的实例[^3]
将普通开关接到GPIO2与Vcc之间。
定义了几个系统变量：
继电器状态标识
YYXBC_HIGH和YYXBC_LOW（以后可用LED_ON和LED_OFF代替）外部IO位置，物理开关与继电器
物理开关工作模式
/*1，继电器高电平触发时，YYXBC_HIGH = 1，YYXBC_LOW = 0
继电器低电平触发时，YYXBC_HIGH = 0，YYXBC_LOW = 1 */
const int YYXBC_HIGH = 0 ; //继电器是低电平触发
const int YYXBC_LOW = 1 ;
//2，用esp-01时，物理开关接在vcc 和gpio2上，继电器接在gpio0上
//NodeMCU 继电器接D3 GPIO0,物理开关接D4 GPIO2
#define LED_BUILTIN_LIGHT 0
#define LED_BUILTIN_K2 2
/*3，物理开关点动模式1，自锁模式0*/
const int YYXBC_BUTTON_TYPE = 1;
开关响应：
//点动模式按钮，监听按钮状态，执行相应处理
void btnHandler1()
{
static bool oButtonState = false;
int state1 = digitalRead(LED_BUILTIN_K2); //按钮状态
int state2 = digitalRead(LED_BUILTIN_LIGHT); //灯的状态
if(state1 == HIGH )
{
if(oButtonState ){
if(state2 == YYXBC_HIGH )
{
button1_callback(BLINKER_CMD_OFF);
Serial.println("按钮对灯已执行关闭");
}else{
button1_callback(BLINKER_CMD_ON);
Serial.println("按钮对灯已执行打开");
}
oButtonState = false;
}
}else{
oButtonState = true;
}
}
//自锁模式按钮，监听按钮状态，执行相应处理
void btnHandler2()
{
static bool is_btn = false;//按钮的标志位，用来逻辑处理对比，判断按钮有没有改变状态
bool is = digitalRead(LED_BUILTIN_K2); //按钮状态
if ( is != is_btn)
{
bool is_led = digitalRead(LED_BUILTIN_LIGHT);
digitalWrite(LED_BUILTIN_LIGHT, !is_led);
if (is_led == YYXBC_HIGH)
{
button1_callback(BLINKER_CMD_OFF);
Serial.println("按钮对灯已执行关闭");
}
else
{
button1_callback(BLINKER_CMD_ON);
Serial.println("按钮对灯已执行打开");
}
is_btn = digitalRead(LED_BUILTIN_K2); //更新按钮状态
}
三、ESP32-CAM使用
安信可ESP32-CAM模块
安信可的ESP32-CAM对应的ESPHome默认配置如下所示[^4]
Configuration for Ai-Thinker Camera
# Example configuration entry
esp32_camera:
external_clock:
pin: GPIO0
frequency: 20MHz
i2c_pins:
sda: GPIO26
scl: GPIO27
data_pins: [GPIO5, GPIO18, GPIO19, GPIO21, GPIO36, GPIO39, GPIO34, GPIO35]
vsync_pin: GPIO25
href_pin: GPIO23
pixel_clock_pin: GPIO22
power_down_pin: GPIO32
# Image settings
name: My Camera
# ...
我烧录的配置文件为：
esphome:
name: esp32-cam
esp32:
board: esp32dev
framework:
type: arduino
# Enable logging
logger:
# Enable Home Assistant API
api:
reboot_timeout: 0s
ota:
password: "1"
wifi:
ssid: "blue_sky"
password: "720805zzy"
# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
ap:
ssid: "Esp32-Cam Fallback Hotspot"
password: "12345678"
captive_portal:
# Example configuration entry
esp32_camera:
external_clock:
pin: GPIO0
frequency: 20MHz
i2c_pins:
sda: GPIO26
scl: GPIO27
data_pins: [GPIO5, GPIO18, GPIO19, GPIO21, GPIO36, GPIO39, GPIO34, GPIO35]
vsync_pin: GPIO25
href_pin: GPIO23
pixel_clock_pin: GPIO22
power_down_pin: GPIO32
# Image settings
name: My Camera
# ...
# Flashlight
output:
- platform: gpio
pin: GPIO4
id: gpio_4
light:
- platform: binary
output: gpio_4
name: torch_light
# Binary Sensor
binary_sensor:
- platform: gpio
pin: GPIO13
name: "次卧"
device_class: motion
在Home Assistant上直接添加ESPHome设备即可。
通过ESPHome添加的摄像头有如下问题：
无声音，HA上可查看串流
桥接至HomeKit无法查看串流，只可查看10s更新一次的缩略图
运动传感器可用，但貌似只有在光线变化剧烈时才会动作
- 感谢你赐予我前进的力量
-
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