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智能浇花浇菜设备DIY

最近DIY了一个智能浇花浇菜设备。主要是给妈妈用的。她在楼顶种了一片菜，重庆天热的时候，每天都要提水上去实在太麻烦了。另外爸爸妈妈回老家时，我们想不起来替妈妈浇水，那菜岂不是要渴死了？还有，如果一家人出去旅游了，家里没有人，菜岂不是也会渴死？于是就DIY了这个设备。
硬件自己设计，基于小米iot嵌入式程序扩展开发固件，基于小米米家扩展app控制程序；

效果

先看一下最终的效果

特性

12V低压供电，保障安全；
wifi模块实现连网、上云；
可以用手机远程控制设备的开关；
可以用传感器收集土壤信息，自动控制设备开关；
可以一些扩展；
接入小米iot平台：
- 支持米家APP控制，不需要另外安装应用；
- 可以扩展支持小爱同学语音控制（暂未实现）；
- 可以扩展支持小米智能化场景；

DIY过程

背景

爸爸妈妈在楼顶种了一些菜，需要从家里提水上去浇水。重庆夏天太热，几乎每天都需要浇，提水很累；爸爸妈妈每年都要回老家照顾老人，所以每年都会有一段时间，那些菜就没有人照顾了。我们小两口太懒，刚开始两天还挺兴奋地去浇水，过几天就坚持不了了。另外，家里人如果出去游玩，几天时间家里都没有人，菜也会没有人浇水。于是我就想在DIY一个自动浇水的设备，要控制自来水在适当的时候浇到菜。
市面上似乎没有便宜的家用的自动浇水的设备。
网上有一些DIY浇花的，一般也是比较简单，例如从水盆里，用小型水泵，或者不能联网等，或者用开发板实现…都满足不了我的想像。

我想自己设计硬件，而不是用开发板，连接各种线；
基于小米iot平台，方便嵌入式开发，控制程序开发，便于后期扩展支持语音控制和智能化场景；

可行性分析，能力预研

先看一下架构概览图

需要具备的能力

硬件设计，锡焊等电工能力
嵌入式开发（c语言），其实不难，基于小米iot提供的项目，做扩展开发就行了。设备的连网、设备管理等基础能力都不用管，只需要开发设备的功能就行了；
前端能力（React Native），基于小米iot的项目，进行扩展开发即可，也不难；
水工能力，要修改水路；

作为一个后端程序员，最擅长云端服务的设计和开发，但这次DIY过程，没有任何后端服务需要我开发，小米iot平台已经做了所有一事儿；

行动

一、小米云平台

申请企业账户并认证；
在云平台上创建产品（定义产品），定义功能等；
采购核心芯片，小米iot平台为企业用户免费提供一定量的模组。也可以不在小米iot平台上采购，但价格比较感人；

二、设计硬件

开发板验证

在小米平台上申请的模组很快就到了。如图，包含一个开发板，一排排针，5个esp32-wroom-32d（我申请了5个）模组，模组并未焊接到开发板上，需要自己焊上去。
下面第二个图中红色圈起来的，就是我焊上模组之后的开发板（焊的过程没有拍照）

ESP32-WROOM-32D 是乐鑫出品的，基于ESP32芯片封装的，有板载wifi天线的模组，小米跟他有合作，可以以9.9元的价格采购到（量产的产品才能批量采购，好像500个起吧）；
这个模组包含wifi和蓝牙模组，有很多可以用于扩展的引脚，支持外置flash等，可以通过乐鑫的官方网站了解详情；

基于小米iot的嵌入式程序进行二次开发这个MCU的固件，再烧入，就能让这个设备连上小米iot平台了。
小米iot相关的程序是保密的，合作企业可以获取，但不能外传，签有保密协议，所以这里不能帖相关开发过程。
这个时候，还没有开发米家APP的扩展程序，还不能用手机控制；但可以通过小米iot平台的控制台控制了。打开开关、查看固件版本、查看硬件信息等。
这样就能验证自己扩展开发的固件已经能远程控制继电器的开合了。这就可以继续下一步了。

选型

水龙头电磁阀的工作电压为12V（其实也有24V甚至更高的，但12V更容易获取）；
继电器工作电压为5V；
芯片工作电压为3.3V；

开发板能正常工作，可行性已得到验证，但开发板不够友好，还是自己设计硬件好，其实这个设备硬件上并不复杂。核心是esp32-wroom-32d这个模组，板子上需要有三种电压：12V，5V，3.3V；其实5V这个可以中间电压可以不要，但我想到后期扩展外设可能需要5V的驱动电压，在板子上预留一个5V电压，可以满足大部分电子设备的驱动；
设计前，用手边的现有条件继续测试验证，中间产生了好几个版本：

中间版本

上图：先在万能的淘宝买了几个esp32-wroom模组的洞洞板。

上图：先用开发板配合验证按键功能，下载固件按键、重启按键。

上图：加上手边现有的12V转5V的模块、继电器模块；这个时候，已经能实现想要的功能了。只是样子太难看；

上图：这个是我设计的第一个版本的板子：左上角为原理图；右上角为PCB板；下图为在嘉立创生产的板子；板子上只帖上了小零件（SMT），芯片和一些大的零件是我另外采购的，回来自己焊；
右上角PCB图上，有两个用绿色框起来的元件，是这个版本的缺陷，7805这个线性稳压器（ LDO）芯片，在我的工作环境，会发烫。可能是因为输入电压太高（12V多一点）；
这个版本的设计有个bug，AMS1117-3.3芯片引脚顺序用错了；
因为可能要自己修改一些零件，所以选元件时很多选了0805规格的，稍大一些，可以自己焊；
嘉立创是DIY人员制造pcb板子的平台，5片起造；很便宜；