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

1. 申请企业账户并认证；
2. 在云平台上创建产品（定义产品），定义功能等；
3. 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

1. 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）；
2. 继电器工作电压为5V；
3. 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；

上图：嘉立创出的板子只让他们帖了小元件，核心芯片和大元件自己焊。

上图：这是第一个完成的成品，部署到环境中，可以工作，但7805芯片发烫严重；

上图：设计中的7805芯片发烫严重，怕长时间工作会有问题，我就用之前的12v转5v的模块临时替代一下，部署在露台上工作了一段时间，一节正常；

最终版本

上个版本中有两个缺陷：7805选型工作起来发烫；AMS1117-3.3引脚顺序错了；所以重新设计了板子;

上图：这是2.0版本的设计，上：原理图；中：PCB图；下：设计过程中的3D预览
硬件设计用的是立创EDA，国产、免费电子设计软件，工程保存在云端，支持版本管理，有丰富的功能，还有防真模式。与嘉立创有一定程度的集成。

上图：到货的PCB板，焊上了芯片以及其他元件，安装到了指定位置

上图：安装到户外的露台上，所以，外面是个防雨的罩子；

上图：罩子当时买成了透明的，为了防止板子被暴晒，外面帖了一层黑色的纸壳；

硬件到此就结束了。
这个硬件后面还可以用于扩展其他设备。例如氛围灯等。12V，5V的都可以，只需要修改嵌入式固件；

三、水工施工

水工部分，技术含量并不高。只需要将电磁阀接入到水路中就行了。

上图：这是一个简略，描述电路板如何与水路的电磁阀连接的。

上图：采购了6米长4分的PPR水管；还买了剪裁工具，其实工具都很便宜，万能的淘宝；淘宝发货长度限制为2米，所以6米的水管分成了3个，需要拼接，并且水路有不少拐角，还是采购了一些水管的辅件

上图：电磁阀已经被接到了水路中。两头都用了活接口，如果哪天要换，就很简单了。

上图：根据需求，将水管接到了楼上，就是要给楼上的菜浇水；

四、电工施工

电路的施工就更简单了。买了线盒，直接铺线就行了。

上图：之前DIY的一个娱乐角（用一个汽车的车机DIY的娱乐角）里，有12V电源适配器，直接引出需要的12V直流电。

上图：用线盒将线引到设备安装处就行了。设备其实也可以不用安装到户外，只需要将电磁阀的线引过去就行了。这样可以更好的防水。但当时考虑要扩展接入土壤的湿度，设备要离土壤近一些。

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家里闲置了一个现代的原车CD机。扔了感觉可惜，于是捣鼓，DIY了一个娱乐角，在原机支持CD、FM、AUX、USB的基础上，增加支持了蓝牙。
还想装饰一下外观，但不知道如何下手(捂脸)。
照片是手机拍的，很多是晚上施工中拍的，请忽略照片技术和质量。
先上效果图(这个效果是2020.09的现状，优化过一版了)：

下面简单描述一下DIY过程。

背景

家里闲置了一个裸的原车CD机（一个阿姨的车，换导航时换下来的），和它的说明书。根据说明书，知道它原生支持：

• CD
• FM/AM
• AUX（扩展支持的蓝牙就是基于这个特性，用蓝牙模块接收手机上的音频信号，再通过AUX输出到车机上）
• USB

如下图：

理想

家里还有一个闲置的音响，刚好阳台一个角落有一个拐角空地，是不是可以利用起来，搞一个娱乐角，听听广播，听听自己烧录的无损CD，再加装个蓝牙模块听听手机上的音乐，喝喝茶，看看远处山，听听巴渝的雨，岂不是悠哉乐哉？

二话不说，开工搞起

第一步，勘测

• 阳台拐角长宽测量，60cm*25cm，刚好；
• 拐角有一个220V开关，检查了一下，预留有零线，good；
• 音箱、CD主机长、宽、高测量，可以放下，刚好还有点盈余；

第二步，画个简单的电路图

第三步，采购配件

• CD机的尾线
• 12V直流电源适配器(10A)
• 3.5mm 耳机母头
• 按钮开关
• 12V转5V降压稳压模块
• 蓝牙接收及立体声双声道音频解码模块
• 12V点烟器母座
• 电线一进多出连接器
• 万能电路板
• 定制万能角钢（8米）
• 定制木板（N块）
• mini合页，mini镙丝，mini钩锁等装饰品

另外，自己手头的工具：

• 电烙铁
• 电钻
• 往复锯
• 热熔胶枪
• 美工刀
• 镙丝刀，钳子等

第四步，施工

1. 电路设计。用先买的尾线，电源适配器，降压稳压模块，蓝牙模块，简单连一下，验证一下是否能正常工作。

   有CD机的说明书，有简单的电路图，很easy就验证通过了。  
   电路图虽然简单，但施工的时候，要连的线还是不少的。为了不至于线太乱，买了万能电路板简单集成了一下   
   扩展支持蓝牙的玩具就这样诞生了   
   （图是后面补拍的）

   

   后面我又升级了一下集成的电路板，将周边的线都改成了可插拔的。这样板子如果坏了，拔掉周边的连线就可以取出修了。

   

2. 可行性验证通过，就继续采购后面的配件了，一边等配件，一边趁周末一点一点施工。

   将原开关改成带有插座的开关

   

3. 用万能角钢组装成架构

   阳台拐角并不是方方正正的，地面是不平的，墙体也是不平的。所以定制了不同尺寸的角钢。  
   定制前仔细做了设计，所以到货的角钢几乎直接拼装成了架子，只用往复锯自己切割过一次；  
   图片是调整过程中拍的，最终用设计的尺寸刚好   

   

4. 墙体上打洞，作为承重点

   因为整体体积不大，所以万能角钢的架子显然稳固性并不好，必须固定在墙上。  
   钻洞，并用鼓胀丝固定  

   

5. 用木板包起来

   这一步最难了，需要将木板切成需要的面积，没有专业的工具，只有往复锯，非实木板又容易烂边。  
   还要根据墙体的走势切割...  
   最后用美工刀，一点一点划，再用砂布打磨的，累死我了。

   

6. 装饰，收工

   不知道如何装饰，哎。直接收工吧。先用手机给娃娃放个儿歌。  
   娃娃对总开关比较感兴趣，无限循环地开--关......  

   

7. 后期升级
   • 添加音响开关；控制在低压上。所有控制都在低压进行的。千万不能用简单控制零件去控制高压交流电；
   • 优化了一些门，加了一些线出口；
   • 所有木板刷了清漆； 因为这个东西在露台，上面虽然有雨棚，但会有少量雨水被风吹进来，刷了漆可以在一定程度上防腐；

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