从零开始的DIY智能家居 - 基于 ESP32 的智能浇水器

前言

上次 土壤湿度传感器 完成之后，就立下一个 flag 要搭建一个智慧浇水的智能场景，现在终于有时间填坑了！(oﾟ▽ﾟ)o

智慧浇水场景的核心设备有三个：

检测土壤状态的：土壤湿度传感器 通过这个传感器来获取土壤信息，作为是否浇水的依据。

智能浇水器：执行装置，通过 Spirit 1 控制。

Spirit 1

这次就来制作智慧浇水的智能场景的核心： 智能浇水器，我准备买一个便宜的傻不拉几的浇水器自己改造一下，想办法给他连上脑子。



主要交互流程如下图：

(σﾟ∀ﾟ)σ..:*☆哎哟不错哦，是不是很厉害啊！

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硬件选择

万年不变的 安信可的 ESP32S ，别问，问就是便宜才 24元。

继电器，因为不清楚浇水器电路情况保险起见，使用了继电器进行隔离，4.5元

浇水器 淘宝随便找的 99元，选择它是因为这个方便改造，有一个可以拆卸的电池盒方便塞开发板和继电器，按钮是机械式的，可以通过继电器短接模拟按钮效果进行控制，并且有一个手动浇水的功能，也就是按钮摁一下就浇水，再摁一下就关闭，我们从这个功能下手。



（写文章的时候这东西已经被我拆掉了，就拿淘宝的图凑活一下吧，图上按的中间按钮就是我们需要接管的按钮）

(((((((((((っ•ω•)っ Σ(σ｀•ω•´)σ 起飞！

改造接线

硬件都到了之后就开始改造电路！

控制电路:



浇水器面板中间的按钮就是手动控制按钮下降沿触发，而我们在这里使用了一个继电器常开端接到按钮上，当开发板 12号 IO 口给继电器电压时，继电器常开端闭合，按钮被短接，两端电压被拉至5V，0.1S后断开，电压拉低,下降沿触发。

休眠检测电路：

浇水器中有一个10S左右没有控制就进入休眠状态的设置我们没办法修改，进入休眠状态后需要一个额外的触发来唤醒浇水器，而浇水器唤醒时，会点亮数码管，于是就通过 A0 引脚接到数码管的共阳级，如果检测到数码管的共阳级为低电平，就认为浇水器进入休眠状态，在触发命令之前额外触发一次，解除浇水器的休眠状态。

浇水器工作状态检测电路：

浇水器面板通过信号线来控制下面水泵电机的工作，这里我通过5号 IO 监控信号线的电压来确定电机的工作状态。

代码解析

为了方便讲解逻辑，我会打乱代码的顺序可能还会进行裁剪，要是想直接拿代码跑的朋友可以直接去 灵感桌面的秘密宝库 获取代码，或者直接 clone：

https://gitee.com/inspiration-desktop/DEV-lib-arduino.git

要是连 git 是什么都不知道，可以参考简单无脑，上手即用 - 手把手教你使用 智能红外温度传感器代码以及依赖的 gitee 库！

下载或者 clone 代码后这次用到的是这个三个文件夹：

cjson：我移植的 cjson 库，就是标准的 cjson 库，放到 arduino 安装目录下的 libraries 文件夹里，百度一下 cjson 的函数使用就行了。

libsddc：是我移植自官方的SDDC库和自己写的 SDK，也是放入 libraries 文件夹里就行。里面是 SDDC 协议的处理函数，我们不用管。

demo 文件夹里面就是我们各种传感器的 demo 代码了：



具体 arduino 使用教程可以看我之前的文章 arduino开发指导 和 手把手带你 arduino 开发：基于ESP32S 的第一个应用-红外测温枪（带引脚图）

设备控制命令：

通过 Spirit 1 的应用程序或者 嗅探器 向传感器设备发送的命令：

通过向浇水器发送 "ON"/"OFF" 的 set 命令可以控制浇水器是否浇水：

{
    "method": "set",                      // 控制浇水器开始/停止浇水
    "watering": "ON"/"OFF"
}

通过向浇水器发送 "watering" 的 get 命令可以获取浇水器是否有在浇水：

{
    "method": "get",                     // 获取浇水器工作状态
    "obj": ["watering"]
}

设备和协议初始化流程：

基于官方 demo 写的不需要做什么修改，主要是设备初始化，管脚配置，和协议初始化部分。

因为涉及到 IO 口的输入和输出，所以需要手动配置一下 IO 口状态。并且创建一个一个消息队列来储存和传递收到的命令

void sensor_init()
{
    pinMode(water_pin, OUTPUT);
    pinMode(sign_pin, INPUT);
    pinMode(monitor_pin,INPUT);

    // 设置一个消息队列来缓存命令，防止命令丢失
    Message_Queue = xQueueCreate(MESSAGE_Q_NUM, MESSAGE_REC_LEN);                 //创建消息Message_Queue
    if(Message_Queue == 0)
    {
          printf("队列 Message_Queue 创建失败!\r\n");
    }
}

void setup() {
    // 这部分主要是协议初始化和设备初始化，没有需要修改的地方，详见gitee库
}

void loop() {
    // 这部分主要是协议初始化和设备初始化，没有需要修改的地方，详见gitee库
}

配置设备信息

这部分代码可以配置 WiFi 名字和 WiFi 密码，要使用的引脚，并且配置设备在 Spirit 1 上显示的信息：

// 依赖度头文件和库
#include "Arduino.h"
#include <OneButton.h>
#include <WiFi.h>
#include <sddc.h>
#include <cJSON.h>
#include <Wire.h>
#include <SDDC_SDK_lib.h>

#define SDDC_CFG_PORT         680U                 // SDDC 协议使用的端口号
#define PIN_INPUT 0                                // 选择 IO0 进行控制
#define ESP_TASK_STACK_SIZE   4096
#define ESP_TASK_PRIO         25
#define MESSAGE_Q_NUM         5                    // 数据的消息队列的数量
#define MESSAGE_REC_LEN       5                    // 数据的消息队列的长度

static sddc_t *g_sddc;
static const char* ssid = "TP-LINK_54F9C2";        // WiFi 名
static const char* password = "1234567890";        // WiFi 密码

static const int water_pin    = 12;                // 浇水器的控制引脚，控制浇水器启停
static const int sign_pin     = A0;                // 浇水器的状态监视引脚，查看浇水器是否休眠
static const int monitor_pin  = 5;                 // 工作状态监视引脚，监视浇水器启停

QueueHandle_t Message_Queue;

static  int xTicksToDelay = 5000;                  // 周期延时时间

OneButton button(PIN_INPUT, true);

这里填写设备的信息，方便在 Spirit 1 上查看和寻找你需要的设备：

/*
 *  当前设备的信息定义
 */
DEV_INFO    dev_info = {
            .name     = "智能浇水",                // 设备的名字
            .type     = "device",
            .excl     = SDDC_FALSE,
            .desc     = "ESP-32S",
            .model    = "1",
            .vendor   = "inspiration-desktop",
};

回调函数注册

这是收到命令后回调函数注册的位置，在这里注册的函数才能被 SDK 正确的调用，执行正确的动作。

因为浇水器 set 命令为 string 类型，所以对应的处理函数 water_set 注册到 IO设备对象设置函数与处理方法注册 中。

/*
 * IO设备对象设置函数与处理方法注册
 */
IO_DEV_REGINFO io_dev[] = {
        {"watering",water_set},
};

而 get 处理函数返回的同样是 string 类型，所以在 系统对象状态获取注册 中第二个参数选择 DEV_IO_TYPE，并且注册 get 处理函数 single_get_sensor。

/*
 *  系统对象状态获取注册
 */
DEV_STATE_GET  dev_state_get_reg[] = {
        {"watering",   DEV_IO_TYPE,  single_get_sensor},
};

具体 SDK 的解析可以参考 同人逼死官方系列！基于sddc 协议的SDK框架 sddc_sdk_lib 解析 和 同人逼死官方系列！从 DDC 嗅探器到 sddc_sdk_lib 的数据解析

数据获取与发送流程

这里是自己编写的处理流程 ，可以根据需求自己更改，收到 set 或者 get 后上文注册的函数，进入对应的处理函数。

收到 set 命令后，通过关键字寻找到对应的处理函数 water_set ，判断命令是否正确（比如说正在浇水的时候，收到一个ON命令），检测浇水器是否休眠，如果休眠了那在触发前就唤醒设备。

而收到 get 命令后进入对应的处理函数 single_get_sensor 通过读取面板信号线判断电机工作状态，并且返回给 Spirit 1。

/*
 *  主动数据上报函数
 */
static void report_sensor()
{
    int sensorValue = 0;
    cJSON *value;
    cJSON *root;

    value =  cJSON_CreateArray();
    root = cJSON_CreateObject();
    sddc_return_if_fail(value);
    sddc_return_if_fail(root);

    // 按格式生成需要的数据
    cJSON_AddItemToArray(value, cJSON_CreateString("上报数据 1 "));    // 这里的字符串要和系统对象状态获取注册结构体里的对应
    // cJSON_AddItemToArray(value, cJSON_CreateString("上报数据 2 ")); // 需要上报几个就添加几个
    cJSON_AddItemToObject(root, "obj", value);

    // 发送数据给 EdgerOS
    object_report(root);

    cJSON_Delete(value);
}

/*
 * 浇水状态监控函数
 */
static void monitor_task(void *arg)
{
    int newval = 1;
    int oldval = 1;

    // 监控浇水开启和关闭状态
    while(1)
    {
        newval = digitalRead(monitor_pin);

        if(newval != oldval)
        {
            report_sensor();
        }
        oldval = newval;
        // 任务创建之后，设定延时周期
        delay(100);
    }
    vTaskDelete(NULL);
}

/*
 * 浇水触发任务
 */
static void button_task(void *arg)
{
    char SW[5];
    char *value;
    BaseType_t err;                               

    if(Message_Queue != NULL)
    {
        err = xQueueReceive(Message_Queue, &value, portMAX_DELAY );
        if(err == pdFALSE)
        {
            printf("队列 Message_Queue 数据获取失败!\r\n");
        }
    }
    sddc_printf("\nMessage_Queue value: %s！！！！！\n", value);

    // 监控电机工作状态
    if(digitalRead(monitor_pin))
    {
        strcpy(SW,"OFF");
    }else
    {
        strcpy(SW,"ON");
    }
    // 如果命令要求与电机当前工作状态一致就不处理
     if(0 != strcmp(value,SW) && (value != NULL))
     {
         // 判断机器是否休眠如果休眠了就行唤醒机器
         delay(100);
         int a = analogRead(sign_pin);
         sddc_printf("\n a1 == : %d！！！！！\r\n", analogRead(sign_pin));

         if(!(a > 1) && (0 == strcmp(value,"ON")))
         {
             Serial.println("唤醒");
             digitalWrite(water_pin, HIGH);
             delay(100);
             digitalWrite(water_pin, LOW);
             delay(100);                          // 因为是下降沿触发，所以加延迟保证下降沿不会被后面的命令冲掉
         }

         // 触发浇水器开或者关
         Serial.println("触发");
         digitalWrite(water_pin, HIGH);
         delay(100);
         digitalWrite(water_pin, LOW);
         delay(100);
     }
     vTaskDelete(NULL);
}

/*
 * 浇水器控制函数
 */
sddc_bool_t water_set(const char* value)
{
    BaseType_t err;                               

    sddc_printf("\niot_pi_on_message: %s！！！！！\n", value);

    if((Message_Queue != NULL)&&(value))
    {
        // 通过消息队列储存收到的命令，防止命令丢失
        err = xQueueSendToFront(Message_Queue,&value,0 );
        if(err == pdFALSE)
        {
            printf("队列 Message_Queue 已满，数据发送失败!\r\n");
        }
    }

    // 创建电机触发任务，防止阻塞message_ack回复
    xTaskCreate(button_task, "button_task", ESP_TASK_STACK_SIZE, NULL, ESP_TASK_PRIO, NULL);
    return SDDC_TRUE;
}

/*
 *  填写浇水状态
 */
sddc_bool_t single_get_sensor(char *objvalue, int value_len)     // 注意函数名要和上文注册的函数名保持一致，当收到 get 消息之后通过关键字就能找到并且调用这个函数
{
    if(digitalRead(monitor_pin))
    {
        strncpy(objvalue, "OFF", value_len);
    }else
    {
        strncpy(objvalue, "ON", value_len);
    }
    return SDDC_TRUE;
}

代码写完之后烧录进去就完事了，和之前完全一样，点一下保存，然后上传OK，具体可以看之前的文档，我就懒得再写一遍啦 (/ω＼)。

总结

智能浇水器制作完成！加上之前制作的土壤湿度传感器，和 Spirit 1 就完成了我们智能浇花场景的搭建。接下来就写一个智能浇花的应用就能完美的解决忘记浇水的麻烦！