Projects Overview

应用场景：智能家居、工业自动化、机器人

做一个项目，几乎需要考虑到以下五个部分，这里会列举 Seeed 产品支持的内容：

主要借鉴：

• XIAO INTRODUCTION | Seeed Studio Wiki
• Exhibition for XIAO Series | Seeed Studio Wiki

1. 数据采集（感知层）

环境监测类传感器

• 温湿度传感器 例如：DHT11、SHT30，用于检测环境的温度和湿度。
• 光照传感器 例如：光敏电阻、BH1750，用于测量光照强度。
• 气体传感器 例如：MQ系列（如MQ-2）、SenseCAP气体传感器，用于检测CO2、VOC、PM2.5等。
• 气压传感器 例如：BMP280、BME680，用于检测气压变化，适用于天气监测或高度测量。
• 噪声传感器 例如：麦克风阵列或声压级测量模块，用于检测环境噪声水平。

人体和运动感知类传感器

• 人体红外传感器（PIR） 用于检测人体活动，常用于安防和自动灯光控制。
• 雷达传感器（mmWave） 例如：TI AWR1843，用于检测微小动作、心率或呼吸频率。
• 加速度计和陀螺仪 例如：MPU6050、BMI160，用于检测运动、倾斜或震动。
• 压力传感器 例如：FSR压力传感器，用于检测触碰或压力变化。
• 心率和血氧传感器 例如：MAX30102，用于检测心率和血氧浓度。

图像与视频采集设备

• 摄像头模块 例如：OV2640、Raspberry Pi Camera，用于捕捉图像或视频。
• 热成像仪 例如：FLIR Lepton，用于检测热量分布。
• 激光雷达（LiDAR） 例如：RPLIDAR，用于3D空间感知和测距。

定位与导航类设备

• GPS模块 例如：Neo-6M，用于获取地理位置数据。
• 超宽带（UWB）模块 例如：DW1000，用于精准的室内定位。
• 惯性导航系统（INS） 通过加速度计和陀螺仪组合，检测运动路径和姿态。

智能家居专用设备

• 门窗传感器 例如：磁簧开关，用于检测门窗的开关状态。
• 水浸传感器 用于检测漏水情况。
• 烟雾和火焰传感器 例如：MQ-7烟雾传感器，用于检测烟雾或火焰。
• 电量检测器 用于监测电器功耗。

2. 主控 Processing Unit

这里列举我用过的 XIAO：

以下均支持 Zigbee

• XIAO nRF52840: 可穿戴设备、BLE Mesh 网络
• XIAO ESP32C6: Wi-Fi 或多协议支持，选择 XIAO ESP32C6
• XIAO MG24: 专注于 Matter 或 Zigbee 的稳定通信，选择 XIAO MG24

3. 数据通讯 （网络）

如下列举了在项目中常用的方案：

有线通信

• 串口（UART、RS232、RS485）
  • RS485：适合工业场景的长距离通信，支持多点连接。
  • RS232：适合点对点的低速数据传输，常用于调试设备。
• I2C - 适用于短距离、多从机的低速数据传输，常见于传感器和MCU的通信
• SPI - 高速、全双工通信协议，常用于连接外设（如显示屏、存储器）。
• CAN（控制器局域网）- 在汽车和工业控制中应用广泛，具有高可靠性和抗干扰能力，支持实时性要求高的多节点网络
• Ethernet（以太网）- 提供高速、稳定的通信，适用于数据量大或对实时性要求高的场景
• PoE (Power over Ethernet) -同时传输数据和电力，简化设备部署，常用于摄像头、AP等设备

无线通信

• Bluetooth - 低功耗、短距离通信，适用于音频传输和智能家居设备的控制。
• Wi-Fi - 高速无线数据传输，适用于局域网和互联网连接。
• ESP-NOW - 基于 Wi-Fi 技术的点对点通信协议，低延迟、低功耗，无需路由器，适用于设备间直接通信
• LoRa - 超长距离、低功耗通信，适用于智慧农业、环境监测、远程数据采集等场景 | Smart City
• Zigbee - 低功耗的网状网络协议，广泛用于智能家居设备间的通信（如灯控、传感器）
• Thread - 基于IPv6的网状网络协议，支持可靠性高、延迟低的通信，兼容 Matter 协议，适合跨品牌设备互联
• Z-Wave - 专为智能家居设计的无线协议，支持网状网络，功耗更低，兼容性强。

应用层协议

基于 IP 协议簇

• HTTP/HTTPS - 传统互联网通信协议，适用于设备与云端的数据交互
• MQTT - 轻量级发布/订阅协议，特别适合物联网中的低带宽、高延迟场景
• WebSocket - 提供全双工、低延迟通信，适用于实时性要求较高的应用（如在线控制、监控设备）
• Matter - 面向智能家居的下一代协议，旨在实现跨品牌设备的无缝互联

基于 LoRa

• LoRaWAN - 在 LoRa 网络上运行的低功耗广域网协议，支持设备之间的长距离通信
• Meshtastic - 一种基于 LoRa 的开源通信协议，支持文本消息传输和简单的网状网络

4. 执行 （控制）

执行层负责对感知层采集的数据进行响应和操作，将数据处理结果转化为实际的物理动作或显示输出。这一层的设备通常通过控制信号完成具体任务。

继电器

• 用于切换高电压或大电流设备的通断状态
• 在智能家居中常用于控制灯光、电源插座、风扇等设备

照明 - 控制光源亮度、颜色或模式

• WS2812B LED 灯带（支持编程控制）

显示器

• 用于展示信息、状态或用户界面，便于用户交互。

电机

将电能转化为机械能的装置，用于驱动运动

• 直流电机（DC Motor）：常用于风扇、轮子等场景，控制简单。
• 步进电机：适合精确位置控制的场景，如 3D 打印机、数控机床。
• 无刷电机（BLDC）：效率高，噪音低，常用于高性能应用，如无人机、电动滑板车。

场景：智能窗帘、门锁系统、

舵机 (伺服电机)

• 精确控制角度的旋转设备，常用于机器人、机械臂等需要精密运动控制的场景。

场景：智能机器人、摄像头云台。

加热与冷却设备

控制设备温度，用于环境调节或特定任务（如食品保温、液体冷却） | 智能温控器、暖风机或冷却系统。

• PTC 加热器：用于恒温加热。
• 风扇和散热片：用于设备散热和环境降温。

5. 云端 | Web & 用户交互

（Dashboard | Panel）

定义： 云端和用户交互部分负责将物联网设备的数据汇总、展示，并通过可视化界面或智能助手提供操作入口。这部分是用户直接感知系统功能的关键环节。

1. 开源 IoT 平台

Home Assistant

• 特点
  • 一个开源的家庭自动化平台，支持数千种集成（如 Zigbee、LoRa、MQTT 等）。
  • 提供自定义 Dashboard，支持场景联动和自动化规则编写。
• 应用场景
  • 智能家居中心控制、设备状态监控。
• 优点
  • 社区活跃，插件丰富，功能强大。
  • 本地部署，无需依赖云服务。
• 用户群体
  • 技术爱好者、开发者

Tasmota

• 特点
  • 专注于基于 ESP8266/ESP32 的设备的开源固件，可将传统设备改造成智能设备。
  • 提供 Web 界面进行设备控制，也支持 MQTT 集成到更大的 IoT 系统。
• 应用场景
  • 智能插座、灯光控制模块。
• 优点
  • 极其轻量化，适合低成本 IoT 改造。

OpenHAB

• 特点
  • 开源自动化平台，支持多协议（如 Z-Wave、KNX、MQTT 等）。
  • 提供规则引擎和多终端用户界面（Web、App）。
• 应用场景
  • 企业级和家庭级智能场景控制。
• 优点
  • 跨平台支持强，功能全面，适合高级用户。

2. 智能助手与云服务

CSA（Connected Standards Alliance）生态系统

HomeKit

• 特点
  • Apple 的智能家居平台，支持与 iOS 生态深度整合。
  • 强调隐私安全，支持本地控制。
• 应用场景
  • Apple 生态用户的智能家居设备管理和自动化设置。
• 优点
  • 无缝体验，语音控制（通过 Siri）

Google Home

• 特点
  • Google 提供的智能家居生态，支持与 Google Assistant 集成。
  • 强大的语音识别和设备集成能力。
• 应用场景
  • 智能家居设备的远程管理、语音控制、设备联动。
• 优点
  • 强调 AI 驱动的场景推荐和自动化。

其他

• Amazon Alexa
  • 提供基于 Alexa 的智能家居语音助手和设备联动功能。
• SmartThings
  • Samsung 的智能家居平台，支持多协议设备集成。

3. Web & Panel 自定义控制界面

Node-RED

• 特点
  • 一个基于流的开发工具，适合快速构建 IoT 应用和 Dashboard。
  • 支持多协议、多平台的数据整合和可视化。
• 应用场景
  • 企业监控面板、数据流分析。
• 优点
  • 可扩展性强，适合技术开发者。

ThingsBoard

• 特点
  • 开源物联网平台，支持设备管理、数据可视化、规则引擎。
  • 提供仪表盘、告警系统。
• 应用场景
  • 工业 IoT、智慧农业等。
• 优点
  • 企业级解决方案，支持海量设备。

Grafana

• 特点
  • 专业的数据可视化平台，支持 IoT 数据展示。
  • 可通过 MQTT 或数据库连接展示实时数据。
• 应用场景
  • 数据监控、设备状态跟踪。
• 优点
  • 功能强大、界面美观，适合开发者和企业用户。

补充说明

1. 平台选择：
   • 开源 vs 商业
     • Home Assistant、OpenHAB、Tasmota 更适合喜欢 DIY 的开发者。
     • Google Home、HomeKit 更适合普通消费者和小型家庭场景。
   • 本地 vs 云端
     • 本地化系统（如 Home Assistant）对隐私友好，适合高技术需求的用户。
     • 云端系统（如 Google Home）对普通用户更方便，但可能依赖稳定网络。
2. 未来趋势：
   • 随着 Matter 协议的普及，不同品牌设备间的兼容性会进一步提升。
   • 数据安全和隐私将成为用户交互平台的重要考量。

示例应用场景

• 家庭： 使用 Home Assistant 集成 Zigbee 门锁、Tasmota 智能插座、Google Home 音箱，通过 Dashboard 可视化设备状态。
• 工业 IoT： 利用 ThingsBoard 监控多个传感器数据，并通过 Node-RED 实现联动控制。