設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)模塊化燈 - 第 2 部分

1.前言

在這個(gè)由兩部分組成的系列的第一部分中，我談到了我對(duì)一個(gè)可以在新生兒房間使用的項(xiàng)目的啟發(fā)性想法：物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 模塊化燈。我已經(jīng)完成了準(zhǔn)備工作，現(xiàn)在讓我們創(chuàng)建原型。

2.創(chuàng)建原型

如上一篇文章的圖 1 中的框圖所示，連接到 TPS92512 的TI SimpleLink? Wi-Fi® CC3200 無線微控制器 (MCU) LaunchPad? 開發(fā)套件可驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管 (LED) 陣列。我使用 12V 開關(guān)模式電源作為電源，并使用 Energia 為 CC3200 編寫固件。你們也可以使用 Code Composer Studio? 集成開發(fā)環(huán)境 (IDE) 軟件編寫固件，這是我最喜歡的工具，但在這種情況下，示例代碼和類似 Arduino 的界面極大地加速了原型設(shè)計(jì)階段。

我使用最新固件設(shè)置了 CC3200 無線 MCU LaunchPad 套件，并對(duì)該套件進(jìn)行了編程，以與消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸 (MQTT) 代理中的特定主題進(jìn)行對(duì)話。MQTT 是一種開銷很小的協(xié)議，它允許服務(wù)器/客戶端拓?fù)湓?Internet 上創(chuàng)建通信連接。Facebook Messenger 使用 MQTT，它是更流行的協(xié)議項(xiàng)目之一，正在調(diào)整以支持未來的物聯(lián)網(wǎng)。

對(duì)于我的項(xiàng)目，我還設(shè)計(jì)了一個(gè)小型印刷電路板 (PCB)，我將其設(shè)計(jì)為 Booster Pack? 插件模塊；結(jié)果如圖 1 所示。你們可以堆疊多個(gè)此類 PCB，以實(shí)現(xiàn)所需數(shù)量的 LED 驅(qū)動(dòng)通道。

圖 1：TPS92512 BoosterPack 原理圖的屏幕截圖

我能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)融入 50 毫米 x 50 毫米的外形尺寸，如果批量生產(chǎn)，這將降低制造成本。圖 2 顯示了最終布局的屏幕截圖，該布局具有四個(gè)安裝孔以及 BoosterPack 模塊引腳一致性。

圖 2：TPS92512 BoosterPack 最終布局的屏幕截圖

我使用評(píng)估模塊中的原理圖和布局作為指導(dǎo)。

Würth Elektronik 提供了線圈和機(jī)電部件，這是一個(gè)很大的幫助，因?yàn)樗麄冞€為所有可用部件制作了足跡。準(zhǔn)備好電路板設(shè)計(jì)是輕而易舉的事。如圖 3 所示，打印布局并檢查封裝，確認(rèn)一切都井井有條。

圖 3：通過 1:1 紙質(zhì)版面打印的布局驗(yàn)證足跡

Web 客戶端設(shè)計(jì)

憑借對(duì) HTML、Code Composer Studio IDE 和 JavaScript® 的基本了解，我能夠?yàn)槲业捻?xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的用戶界面 (UI)。這個(gè)想法是在 Web 界面中創(chuàng)建按鈕，然后使用 JavaScript 通過 MQTT 將命令發(fā)送到代理，最后發(fā)送到 IoT 燈。我在 JavaScript 中使用了 Paho 庫(kù)，并通過 Code Composer Studio 進(jìn)行了一些整容手術(shù)，以創(chuàng)建一個(gè)看起來不錯(cuò)的網(wǎng)頁(yè)；圖 4 是屏幕截圖。

圖 4：遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)網(wǎng)頁(yè)

我有點(diǎn)過度使用家庭自動(dòng)化前端，但你明白了。我想要一種我愿意花錢購(gòu)買的外觀和感覺。最后，我只需要四個(gè)按鈕，而且效果很好。該頁(yè)面使用 Twitter Bootstrap，這意味著相同的網(wǎng)頁(yè)在不同的屏幕尺寸上看起來會(huì)有所不同。

3.愛情和浪漫

我已經(jīng)制定了該項(xiàng)目的技術(shù)細(xì)節(jié)，但它或多或少是一個(gè)科學(xué)項(xiàng)目。當(dāng)我的妻子建議我將原型變成一個(gè)真正的產(chǎn)品供我們自己使用時(shí)，真正的進(jìn)化來了。我們當(dāng)時(shí)正懷著一個(gè)嬰兒，她要求我們可以遠(yuǎn)程控制其亮度的房間燈。同一盞燈可用作室內(nèi)燈、夜燈和午夜換尿布燈。我決定回收舊的液晶顯示器、一些玻璃和一張我們結(jié)婚前的生日賀卡，而不是 3D 打印外殼或其他東西。浪漫還活著，是時(shí)候點(diǎn)亮事情了。機(jī)箱內(nèi)組件的手動(dòng)布局如圖 5 所示。

圖 5：在回收的 PC 顯示器中布置的各種模塊

把矮胖子放在一起很有趣，成品如圖 6 所示。

圖 6：最終產(chǎn)品

最終產(chǎn)品與其說是一種產(chǎn)品，不如說是一種融合了個(gè)性化人工制品的技術(shù)。我們的寶寶目前喜歡盯著嬰兒床上方的最終結(jié)果，我們對(duì)此表示感謝。

4.未來的工作

我目前正在基于相同的概念為室內(nèi)水培農(nóng)業(yè)創(chuàng)造一種生長(zhǎng)燈，因此代表了一種額外的應(yīng)用。

安全性對(duì)于這個(gè)演示來說從來都不是重要的，但對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品來說卻是至關(guān)重要的，所以我正在努力實(shí)施一個(gè)更安全的解決方案。我正在嘗試將 Raspberry Pi 作為本地代理，并考慮將整個(gè) Web UI 移植到 SimpleLink Wi-Fi CC3200 設(shè)備本身。這兩種解決方案都是可行的，但不能成為物聯(lián)網(wǎng)解決方案，因?yàn)樗鼈儾辉傩枰ヂ?lián)網(wǎng)連接，也不再需要通過互聯(lián)網(wǎng)訪問。

5.結(jié)論

該項(xiàng)目是概念驗(yàn)證，但具有個(gè)人風(fēng)格。我有很多朋友要求為他們制作一個(gè)。到目前為止，我拒絕了，但也許將來我可以提供 Phillips Hues 的替代品。

這個(gè)項(xiàng)目的重要之處在于它證明了使用可用資源量快速輕松地提出物聯(lián)網(wǎng)原型是很容易的。感謝德州儀器、Würth Elektronik 和 element14 的支持。未來確實(shí)是光明的。