從零開始的DIY智慧家居 - 基於 ESP32 的智慧澆水器
前言
上次 土壤溼度感測器 完成之後，就立下一個 flag 要搭建一個智慧澆水的智慧場景，現在終於有時間填坑了！(oﾟ▽ﾟ)o
智慧澆水場景的核心裝置有三個：
檢測土壤狀態的：土壤溼度感測器 通過這個感測器來獲取土壤資訊，作為是否澆水的依據。
智慧澆水器：執行裝置，通過 Spirit 1 控制。
Spirit 1
這次就來製作智慧澆水的智慧場景的核心： 智慧澆水器，我準備買一個便宜的傻不拉幾的澆水器自己改造一下，想辦法給他連上腦子。
主要互動流程如下圖：
(σﾟ∀ﾟ)σ..:*☆哎喲不錯哦，是不是很厲害啊！
硬體選擇
萬年不變的 安信可的 ESP32S ，別問，問就是便宜才 24元。
澆水器 淘寶隨便找的 99元，選擇它是因為這個方便改造，有一個可以拆卸的電池盒方便塞開發板和繼電器，按鈕是機械式的，可以通過繼電器短接模擬按鈕效果進行控制，並且有一個手動澆水的功能，也就是按鈕摁一下就澆水，再摁一下就關閉，我們從這個功能下手。
（寫文章的時候這東西已經被我拆掉了，就拿淘寶的圖湊活一下吧，圖上按的中間按鈕就是我們需要接管的按鈕）
(((((((((((っ•ω•)っ Σ(σ｀•ω•´)σ 起飛！
改造接線
硬體都到了之後就開始改造電路！
控制電路:
澆水器面板中間的按鈕就是手動控制按鈕下降沿觸發，而我們在這裡使用了一個繼電器常開端接到按鈕上，當開發板 12號 IO 口給繼電器電壓時，繼電器常開端閉合，按鈕被短接，兩端電壓被拉至5V，0.1S後斷開，電壓拉低,下降沿觸發。
休眠檢測電路：
澆水器中有一個10S左右沒有控制就進入休眠狀態的設定我們沒辦法修改，進入休眠狀態後需要一個額外的觸發來喚醒澆水器，而澆水器喚醒時，會點亮數碼管，於是就通過 A0 引腳接到數碼管的共陽級，如果檢測到數碼管的共陽級為低電平，就認為澆水器進入休眠狀態，在觸發命令之前額外觸發一次，解除澆水器的休眠狀態。
澆水器工作狀態檢測電路：
澆水器面板通過訊號線來控制下面水泵電機的工作，這裡我通過5號 IO 監控訊號線的電壓來確定電機的工作狀態。
程式碼解析
為了方便講解邏輯，我會打亂程式碼的順序可能還會進行裁剪，要是想直接拿程式碼跑的朋友可以直接去 靈感桌面的祕密寶庫 獲取程式碼，或者直接 clone：
https://gitee.com/inspiration-desktop/DEV-lib-arduino.git
要是連 git 是什麼都不知道，可以參考簡單無腦，上手即用 - 手把手教你使用 智慧紅外溫度感測器程式碼以及依賴的 gitee 庫！
下載或者 clone 程式碼後這次用到的是這個三個資料夾：
cjson：我移植的 cjson 庫，就是標準的 cjson 庫，放到 arduino 安裝目錄下的 libraries 資料夾裡，百度一下 cjson 的函式使用就行了。
libsddc：是我移植自官方的SDDC庫和自己寫的 SDK，也是放入 libraries 資料夾裡就行。裡面是 SDDC 協議的處理函式，我們不用管。
demo 資料夾裡面就是我們各種感測器的 demo 程式碼了：
具體 arduino 使用教程可以看我之前的文章 arduino開發指導 和 手把手帶你 arduino 開發：基於ESP32S 的第一個應用-紅外測溫槍（帶引腳圖）
裝置控制命令：
通過 Spirit 1 的應用程式或者 嗅探器 向感測器裝置傳送的命令：
通過向澆水器傳送 "ON"/"OFF" 的 set 命令可以控制澆水器是否澆水：
{
"method": "set", // 控制澆水器開始/停止澆水
"watering": "ON"/"OFF"
}
通過向澆水器傳送 "watering" 的 get 命令可以獲取澆水器是否有在澆水：
{
"method": "get", // 獲取澆水器工作狀態
"obj": ["watering"]
}
裝置和協議初始化流程：
基於官方 demo 寫的不需要做什麼修改，主要是裝置初始化，管腳配置，和協議初始化部分。
因為涉及到 IO 口的輸入和輸出，所以需要手動配置一下 IO 口狀態。並且建立一個一個訊息佇列來儲存和傳遞收到的命令
void sensor_init()
{
pinMode(water_pin, OUTPUT);
pinMode(sign_pin, INPUT);
pinMode(monitor_pin,INPUT);
// 設定一個訊息佇列來快取命令，防止命令丟失
Message_Queue = xQueueCreate(MESSAGE_Q_NUM, MESSAGE_REC_LEN); //建立訊息Message_Queue
if(Message_Queue == 0)
{
printf("佇列 Message_Queue 建立失敗!\r\n");
}
}
void setup() {
// 這部分主要是協議初始化和裝置初始化，沒有需要修改的地方，詳見gitee庫
}
void loop() {
// 這部分主要是協議初始化和裝置初始化，沒有需要修改的地方，詳見gitee庫
}
配置裝置資訊
這部分程式碼可以配置 WiFi 名字和 WiFi 密碼，要使用的引腳，並且配置裝置在 Spirit 1 上顯示的資訊：
// 依賴度標頭檔案和庫
#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 協議使用的埠號
#define PIN_INPUT 0 // 選擇 IO0 進行控制
#define ESP_TASK_STACK_SIZE 4096
#define ESP_TASK_PRIO 25
#define MESSAGE_Q_NUM 5 // 資料的訊息佇列的數量
#define MESSAGE_REC_LEN 5 // 資料的訊息佇列的長度
static sddc_t *g_sddc;
static const char* ssid = "TP-LINK_54F9C2"; // WiFi 名
static const char* password = "1234567890"; // WiFi 密碼
static const int water_pin = 12; // 澆水器的控制引腳，控制澆水器啟停
static const int sign_pin = A0; // 澆水器的狀態監視引腳，檢視澆水器是否休眠
static const int monitor_pin = 5; // 工作狀態監視引腳，監視澆水器啟停
QueueHandle_t Message_Queue;
static int xTicksToDelay = 5000; // 週期延時時間
OneButton button(PIN_INPUT, true);
這裡填寫裝置的資訊，方便在 Spirit 1 上檢視和尋找你需要的裝置：
/*
* 當前裝置的資訊定義
*/
DEV_INFO dev_info = {
.name = "智慧澆水", // 裝置的名字
.type = "device",
.excl = SDDC_FALSE,
.desc = "ESP-32S",
.model = "1",
.vendor = "inspiration-desktop",
};
回撥函式註冊
這是收到命令後回撥函式註冊的位置，在這裡註冊的函式才能被 SDK 正確的呼叫，執行正確的動作。
因為澆水器 set 命令為 string 型別，所以對應的處理函式 water_set 註冊到 IO裝置物件設定函式與處理方法註冊 中。
/*
* IO裝置物件設定函式與處理方法註冊
*/
IO_DEV_REGINFO io_dev[] = {
{"watering",water_set},
};
而 get 處理函式返回的同樣是 string 型別，所以在 系統物件狀態獲取註冊 中第二個引數選擇 DEV_IO_TYPE，並且註冊 get 處理函式 single_get_sensor。
/*
* 系統物件狀態獲取註冊
*/
DEV_STATE_GET dev_state_get_reg[] = {
{"watering", DEV_IO_TYPE, single_get_sensor},
};
具體 SDK 的解析可以參考 同人逼死官方系列！基於sddc 協議的SDK框架 sddc_sdk_lib 解析 和 同人逼死官方系列！從 DDC 嗅探器到 sddc_sdk_lib 的資料解析
資料獲取與傳送流程
這裡是自己編寫的處理流程 ，可以根據需求自己更改，收到 set 或者 get 後上文註冊的函式，進入對應的處理函式。
收到 set 命令後，通過關鍵字尋找到對應的處理函式 water_set ，判斷命令是否正確（比如說正在澆水的時候，收到一個ON命令），檢測澆水器是否休眠，如果休眠了那在觸發前就喚醒裝置。
而收到 get 命令後進入對應的處理函式 single_get_sensor 通過讀取面板訊號線判斷電機工作狀態，並且返回給 Spirit 1。
/*
* 主動資料上報函式
*/
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);
// 按格式生成需要的資料
cJSON_AddItemToArray(value, cJSON_CreateString("上報資料 1 ")); // 這裡的字串要和系統物件狀態獲取註冊結構體裡的對應
// cJSON_AddItemToArray(value, cJSON_CreateString("上報資料 2 ")); // 需要上報幾個就新增幾個
cJSON_AddItemToObject(root, "obj", value);
// 傳送資料給 EdgerOS
object_report(root);
cJSON_Delete(value);
}
/*
* 澆水狀態監控函式
*/
static void monitor_task(void *arg)
{
int newval = 1;
int oldval = 1;
// 監控澆水開啟和關閉狀態
while(1)
{
newval = digitalRead(monitor_pin);
if(newval != oldval)
{
report_sensor();
}
oldval = newval;
// 任務建立之後，設定延時週期
delay(100);
}
vTaskDelete(NULL);
}
/*
* 澆水觸發任務
*/
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("佇列 Message_Queue 資料獲取失敗!\r\n");
}
}
sddc_printf("\nMessage_Queue value: %s！！！！！\n", value);
// 監控電機工作狀態
if(digitalRead(monitor_pin))
{
strcpy(SW,"OFF");
}else
{
strcpy(SW,"ON");
}
// 如果命令要求與電機當前工作狀態一致就不處理
if(0 != strcmp(value,SW) && (value != NULL))
{
// 判斷機器是否休眠如果休眠了就行喚醒機器
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("喚醒");
digitalWrite(water_pin, HIGH);
delay(100);
digitalWrite(water_pin, LOW);
delay(100); // 因為是下降沿觸發，所以加延遲保證下降沿不會被後面的命令沖掉
}
// 觸發澆水器開或者關
Serial.println("觸發");
digitalWrite(water_pin, HIGH);
delay(100);
digitalWrite(water_pin, LOW);
delay(100);
}
vTaskDelete(NULL);
}
/*
* 澆水器控制函式
*/
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))
{
// 通過訊息佇列儲存收到的命令，防止命令丟失
err = xQueueSendToFront(Message_Queue,&value,0 );
if(err == pdFALSE)
{
printf("佇列 Message_Queue 已滿，資料傳送失敗!\r\n");
}
}
// 建立電機觸發任務，防止阻塞message_ack回覆
xTaskCreate(button_task, "button_task", ESP_TASK_STACK_SIZE, NULL, ESP_TASK_PRIO, NULL);
return SDDC_TRUE;
}
/*
* 填寫澆水狀態
*/
sddc_bool_t single_get_sensor(char *objvalue, int value_len) // 注意函式名要和上文註冊的函式名保持一致，當收到 get 訊息之後通過關鍵字就能找到並且呼叫這個函式
{
if(digitalRead(monitor_pin))
{
strncpy(objvalue, "OFF", value_len);
}else
{
strncpy(objvalue, "ON", value_len);
}
return SDDC_TRUE;
}
程式碼寫完之後燒錄進去就完事了，和之前完全一樣，點一下儲存，然後上傳OK，具體可以看之前的文件，我就懶得再寫一遍啦 (/ω＼)。
總結
智慧澆水器製作完成！加上之前製作的土壤溼度感測器，和 Spirit 1 就完成了我們智慧澆花場景的搭建。接下來就寫一個智慧澆花的應用就能完美的解決忘記澆水的麻煩！