描述

臺式或落地式風扇是幾乎每個家庭或辦公室都會出現的電器之一。一些較新的型號可能已經具有某種遠程控制功能，而較舊的型號則沒有。然而，為他們中的大多數人做一個改裝控制器是很容易的，同時，給他們一些（有限的）智能。

典型的搖頭風扇并沒有很多內置的智能。它們通常由一個電動機組成，該電動機具有三個獨立的繞組，具有不同的電感（這意味著線圈中的匝數將改變產生的磁場，從而改變電動機的速度）。

這些繞組有一個公共端，三個都連接在一起，另外三個是分開的。通常，來自您的電源的火線（在我的例子中是 220 伏交流電）將連接到這個公共連接。中性線將連接到四位置機械開關的公共端，每個繞組連接到位置 2、3 和 4 之一（這導致 3 速配置，第一個開關關閉）。同樣非常重要的是要注意這個機械開關是硬件互鎖的，這意味著在任何給定時間只能打開一個開關……這是為了確保電流一次只能流過一個繞組。如果同時通過多個繞組供電，電機仍會工作，但不會持續很長時間……

為了使振蕩風扇自動化，我們因此需要一種方法來打開和關閉單獨的繞組，同時防止其他繞組同時獲得電源。我選擇用 SPST 繼電器來做這個，作為概念證明，并計劃在后期用 DPDT 繼電器設計它，以實現適當的硬件互鎖，除了在控制軟件中實現的軟件互鎖（稍后會詳細介紹） )

我對設備的要求如下：1) 必須使用市電供電，使用現有的風扇電源線。2) 必須允許使用現有的控制按鈕對風扇進行本地操作。3) 必須能夠更新固件 OTA，并具有通過 Home Assistant 或 MQTT 進行控制的 WiFi 連接4) 必須能夠在后期添加對 ESP Now 協議的支持5) 風扇不得在外部有任何可見的修改

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三速風扇控制器PCB

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考慮到我的所有要求，我設計了以下 PCB 來滿足我的需求。因為我不需要很多 GPIO（只有 3 個輸出和 3 個輸入），所以我決定使用 Espressif 的 ESP8266-12E 模塊（由 AITinker 制造，不受任何一家公司贊助）。該模塊相對便宜，并且具有足夠的閃存、RAM 以及可用的 GPIO。

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1 / 2 ?電路圖 – 第 1 頁

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正如我們所見，該電路是最小的，繼電器驅動器上有光隔離，一個編程接頭，以及一個用于機械開關的 3 路輸入。

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完成的 PCB，連接到擺動風扇

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如上圖所示，接線非常簡單，中性線環接到每個繼電器的公共端子（我只有綠色電源額定電纜可用，稍后會用合適的白色電纜替換它以保持接線標準） . 黑色是帶電的，一根線連接到電源插座，另一根連接到電機線圈繞組的公共端。淡藍色、黃色和白色（連接到繼電器的 N/O 端子）對應風扇的速度 1、2 和 3。在電路板的頂部，3 根電線連接到機械開關，第四根連接到直流接地。（請注意，任何開關上都沒有交流電壓。）

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將 PCB 安裝在搖頭風扇的底座中

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PCB 安裝在風扇底部，同時注意確保直流組件附近沒有交流電纜。ESP8266 芯片朝向側面（PCB logo 面），防止干擾 WiFi 信號。機械開關安裝在其原始位置，其布線遠離任何 AC 傳輸線以防止干擾。

這里需要注意的是，PCB 的固件是在組裝前上傳的。在任何情況下，您都不應在設備連接到主電源時嘗試串行上傳。（雖然我已采取一切預防措施以確保電路的交流和直流組件彼此分離，但不要嘗試在連接電源的情況下上傳固件只是常識）

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完成的 PCB 在右上角附近顯示了上傳端口。

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上傳固件：可以通過將 USB 轉串口適配器連接到 UPLOAD 端口并從 USB 轉串口適配器提供 5v 和接地來執行固件的初始上傳。按住flash鍵，板子復位，之后可以繼續上傳，也可以從串口適配器接DTR和RTS線，根據需要自動復位板子，進入flash模式。（當然，如果您的適配器支持此功能）。

ESPHome配置

下面列出了 ESPHome 的 YAML 配置：

esphome:
name: esphome-web-18df94
esp8266:
board: nodemcuv2
# Enable logging
logger:
# Enable Home Assistant API
api:
ota:
wifi:
ssid: !secret wifi_ssid
password: !secret wifi_password
# Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails
ap:
ssid: "Esphome-Web-18Df94"
password: "verysecurepassword"
captive_portal:
sensor:
- platform: adc
pin: VCC
name: "ESP8266 Chip Voltage"
id: mcu_voltage
unit_of_measurement: "V"
device_class: "voltage"
accuracy_decimals: 2
update_interval: 60s

- platform: wifi_signal
name: "WiFi Signal Sensor"
id: wifi_strength
device_class: "signal_strength"
unit_of_measurement: "dBm"
update_interval: 240s
binary_sensor:
- platform: gpio
pin:
number: 12
inverted: true
name: "Fan Local Control Speed 1"
id: "fan_local_1"
icon: "mdi:fan-speed-1"
filters:
- delayed_on: 500ms
- delayed_off: 500ms

on_press:
then:
- switch.turn_on: speed1
on_release:
then:
- switch.turn_off: speed1

- platform: gpio
pin:
number: 13
inverted: true
name: "Fan Local Control Speed 2"
id: "fan_local_2"
icon: "mdi:fan-speed-2"
filters:
- delayed_on: 500ms
- delayed_off: 500ms

on_press:
then:
- switch.turn_on: speed2
on_release:
then:
- switch.turn_off: speed2

- platform: gpio
pin:
number: 14
inverted: true
name: "Fan Local Control Speed 3"
id: "fan_local_3"
icon: "mdi:fan-speed-3"
filters:
- delayed_on: 500ms
- delayed_off: 500ms

on_press:
then:
- switch.turn_on: speed3
on_release:
then:
- switch.turn_off: speed3
switch:
- platform: template
name: "Fan Off"
id: "fan_off"
icon: "mdi:fan-off"
lambda: |-
if (id(speed1).state or id(speed2).state or id(speed3).state) {
return false;
} else {
return true;
}
turn_on_action:
- switch.turn_off: speed1
- switch.turn_off: speed2
- switch.turn_off: speed3

- platform: gpio
pin: 16
interlock: &interlock_group [speed1, speed2, speed3]
interlock_wait_time: 1000ms
name: "Fan Speed 1"
icon: "mdi:fan-speed-1"
id: "speed1"
inverted: true


- platform: gpio
pin: 5
interlock: *interlock_group
interlock_wait_time: 1000ms
name: "Fan Speed 2"
icon: "mdi:fan-speed-2"
id: "speed2"
inverted: true

- platform: gpio
pin: 4
interlock: *interlock_group
interlock_wait_time: 1000ms
name: "Fan Speed 3"
icon: "mdi:fan-speed-3"
id: "speed3"
inverted: true