Аннотация 2
Введение 5
1 Обзор состояния вопроса 7
2 Разработка структурной схемы устройства 16
3 Разработка алгоритма функционирования устройства 20
4 Разработка схемы электрической принципиальной 25
5 Разработка ПО для модуля Wi-Fi 43
6 Разработка служебного ПО 64
7 Разработка конструкции устройства 74
8 Экономическая часть 79
Заключение 82
Список используемых источников 83
Приложение А Встроенное ПО 85
Приложение Б Главная страница HTML 90
Разработанное устройство должно выполнять связь между сетями Wi-Fi и Zigbee. В качестве модуля Zigbee используется модуль E18-MS1-PCB. Шлюз выступает в роли клиента в сети устройств Wi-Fi. В качестве сервера выступает компьютер администратора.
Шлюз выполняет подключение к Wi-Fi сети с помощью мобильного приложения или предварительно указанных в программе SSID и пароля. Шлюз имеет индивидуальный идентификатор, который задается на уровне программы.
Шлюз позволяет проводить подключение с помощью мобильного приложения по протоколу Bluetooth для проведения настройки. Через приложение шлюзу передается информация о сети Wi-Fi, к которому он должен подключаться. Эти параметры сохраняются в память SPIFFS.
В основном цикле программы шлюз работает в режиме конечного устройства в сети Wi-Fi, созданной в помещении. При этом используются SSID и пароль, заданные на этапе настройки.
Шлюз обменивается информацией с сервером, отправляет сообщение серверу по запросу, который содержит перечень устройств в сети, включая идентификатор шлюза и головного модуля Zigbee. Шлюз получает сообщение в ответ от сервера, которое содержит продолжительность времени сна и целевое значение освещенности. Так же шлюз связывается с сервером точного времени. Функционирование устройства осуществляется в пределах описанных функций по временному интервалу - момент опроса статуса сетей помещения с диагностическими целями. Данный временной интервал шлюз получает из ответа от сервера.
Шлюз формирует таблицу для сети Zigbee на основании принятых параметров и передает их по UART в модуль Zigbee.
Каждое отключение питания вызывает сброс и перезапуск модулей.
Сервер занимается формированием сообщения целевому шлюзу и таблицы требуемого состояния устройств. Также на сервера располагается база данных с таблицей, которая содержит данные идентификаторов устройств, время сна, целевые параметры. В таблице предусмотрены резервные поля.
В итоге был проведен анализ существующих аналогов, на основе которого были выделены схожие признаки: поддержка различных беспроводных технологий, поддержка питания от напряжения 5 В.
На основе анализа быра разработана информационная инфраструктура, которая включала в себя мобильное приложение, шлюз, сервер и сеть Zigbee.
Разработанная структура устройства включает в себя модули беспроводной связи Bluetooth для взаимодействия с мобильным приложением, Wi-Fi для обмена данными с сервером и Zigbee, для работы с устройствами умного дома. Также устройства включает в себя модули питания и индикации наличия питания, сервисные кнопки и кнопку сброса настроек.
Предложено словесное описание алгоритма работы и его оформление в виде блок-схемы. Алгоритм работы устройства разделен на части, каждая из которых соответствует работе шлюза, мобильного приложения и сервера.
Разработана схема электрическая принципиальная шлюза канала передачи данных в соответствии со структурной схемой. Приведено описание процесса выбора компонентов: в соответствии с рекомендациями производителей или расчеты по формулам.
На основе алгоритма написано основное ПО для модуля ESP32 и вспомогательное ПО в виде мобильного приложения и веб-страницы и скриптов. Проработаны вопросы взаимодействия микроконтроллера ESP32 с сервером, кнопками и модулем ZigBee.
На базе электрической схемы разработана и разведена печатная плата. Подсчитана стоимость комплектующих.
