从零开始的DIY智能家居 - 基于 ESP32 的土壤湿度传感器

2023-11-27 12:02:04

文章目录

前言
硬件选择
代码解析
总结

前言

自从上次做了那个甲醛传感器和水浊度传感器之后开始尝到智能家居的甜头了，这两东西有没有用我不知道，但是没事的时候掏出手机瞄两眼，看着就让人很安心（￣︶￣）↗。

于是懒惰的我开始琢磨把给植物浇水这件事情找个法子偷一下懒，也给它智能化了。这样我就不用每天浇水，直接给水桶灌水就行。

因为土壤湿度传感器的使用方法和水浊度传感器差不多，我就用水浊度传感器的代码改了改，做了一个土壤湿度传感器。

硬件选择

这次开发板还是和水浊度传感器一样，依然还是用着安信可的 ESP32S ，别问，问就是便宜 24元

传感器用的 DFrboot 的土壤湿度传感器 35元

服务器用的翼辉的 Spirit 1 ，799元，这玩意就是一次性投入上次买了之后，后面所有的设备都可以用它，作为服务器。

传感器接线：使用 A0 控制（SVP/IO36），电源接3.3-5V都可以。
A -> A0 (SVP/IO36)
VCC -> 3.3 - 5V
GND -> GND

代码解析

获取代码

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：

红圈的 SEN0193_sddc_demo文件夹里面就是我们代码，点进去就能看见 SEN0193_sddc_sdk_demo.ino 文件，双击文件会自动启动 arduino-IDE 打开代码。在工具 -> 端口选择对应的 COM 口然后点击上传就可以把代码烧录到板子里：

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。
传感器本身会按周期主动上报当前土壤湿度，同时还可以通过 get 命令主动获取当前土壤湿度：

{
    "method": "get",                      // 这个命令可以主动获取当前土壤湿度
    "obj": ["soil_humidity"]              
}

如果默认的数据上报周期不符合需要还可以通过 set 命令来调整主动上报的间隔：

{
    "method": "set",                     // 这个命令可以调整传感器主动上报的时间间隔，土壤湿度变化应该不会很快，可以设置慢一些 
    "periodic_time": 1000                // periodic_time是关键字，需要和下文的函数注册字段一致
}

设备和协议初始化流程：

这部分基于官方 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。

传感器初始化部分，因为这个传感器输出只是普通的电压值，用一般的 IO 口即可读取，不需要初始化额外的串口或者 I2C，但是主动上报流程中需要加延时，为了不阻塞其他任务需要单独创建一个线程。

设备和协议初始化部分，代码基本不需要改动，并且过长，这里就不放出来，有兴趣的朋友可以去灵感桌面的秘密宝库查看详细代码。

/*
 * 初始化传感器
 */
void sensor_init()
{
    // 创建传感器任务，周期性获取土壤湿度传感器的数据并发送给 EdgerOS
    xTaskCreate(periodic_sensor_task, "periodic_sensor_task", ESP_TASK_STACK_SIZE, NULL, ESP_TASK_PRIO, NULL);
}

void setup() {
    // 初始化显示串口
    // 初始化传感器
    sensor_init();
    // 清除一下按键状态机的状态
    // 创建按键扫描线程，长按 IO0 按键，松开后 ESP32 将会进入 SmartConfig 模式
    // 启动 WiFi 并且连接网络
    // 获取并打印 IP 地址
    // sddc协议初始化
    // 获取并打印网卡 mac 地址
    // 使用网卡 mac 地址设置设备唯一标识 UID
}

void loop() {
    // 运行 SDDC 协议循环
    // 销毁 SDDC 协议
}

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：

#include "Arduino.h"    
#include <OneButton.h>       
#include <WiFi.h>
#include <SDDC_SDK_lib.h>
#include <cJSON.h>
#include <Wire.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

static const int sensor_in = A0;                   // 数据输入引脚

static const char* ssid = "EOS-000045";            // WiFi 名
static const char* password = "1234567890";        // WiFi 密码

const float AirValue = 3000;                       //初始化最大干燥 （传感器在空中的情况。这个需要根据你自己传感器情况初始化）
const float WaterValue = 1400;                     //初始化最大湿度 （传感器放入水中的情况。这个需要根据你自己传感器情况初始化）
int intervals = (AirValue - WaterValue) / 3;

static  int xTicksToDelay = 10000;                 // 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     = "土壤湿度",
            .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。

土壤湿度传感器输出 (get命令) 的土壤湿度是数字量，所以在 系统对象状态获取注册 中注册处理函数时，第二个参数需要设定为 DEV_NUM_TYPE，而对应的处理函数是single_get_sensor。

/*
 *  系统对象状态获取注册
 */
DEV_STATE_GET  dev_state_get_reg[] = {
        {"soil_humidity",   DEV_NUM_TYPE,  single_get_sensor},  // 输出数字量，所以第二个参数为 DEV_NUM_TYPE
};

输入（set 命令）的上报时间间隔也是数字量，所以在 数字量设备对象函数与处理方法注册 中注册 “periodic_time” 命令处理函数。

/* 
 *  数字量设备对象函数与处理方法注册
 */
NUM_DEV_REGINFO num_dev[] = {
        {"periodic_time",periodic_time_set},
};

因为没有其他输入，所以 显示设备对象函数与处理方法注册 和 IO设备对象设置函数与处理方法注册 为空。


/*
 *  显示设备对象函数与处理方法注册
 */
DIS_DEV_REGINFO dis_dev[] = {
};

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

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

这里是我们自己编写的处理流程，可以根据你的需求自己更改，收到 set 命令或者 get 命令后根据上文注册的函数，进入对应的处理函数。

设备会监视传感器输出，然后根据设置的上报间隔定时上报土壤湿度数据，还可以主动发送 get 命令主动查询传感器当前数据：

/* 
 *  周期上报函数
 */
static void periodic_sensor_task(void *arg)
{
    while(1)
    {
    // 任务创建之后，设定延时周期
    printf("延时时间：%d",xTicksToDelay);
    delay(xTicksToDelay);
  
     // 调用主动数据上报函数
     get_sensor();
     delay(100);
    }  
   // 已停止发送数据
   Serial.printf("Soil humidity data OFF\n");
}


/* 
 *  主动数据上报函数
 */
static void report_sensor_state()
{  
    int sensorValue = 0;
    cJSON *value;
    cJSON *root;
    char  *msg;
     
    value =  cJSON_CreateArray();
    root = cJSON_CreateObject();
    sddc_return_if_fail(value);
    sddc_return_if_fail(root);
      
    sddc_return_if_fail(value);
      
    // 组装上报报文
    cJSON_AddItemToArray(value, cJSON_CreateString("soil_humidity"));
    cJSON_AddItemToObject(root, "obj", value);
      
    // 将组装好的报文传给上报函数
    msg = cJSON_Print(root);
    printf("定时上报: %s\n",msg);
    object_report(root);
      
    cJSON_Delete(value);
    cJSON_free(msg);
}

/* 
 *  设置周期等待时间              
 *  这是在上文注册的 set 命令处理函数
 */
sddc_bool_t periodic_time_set(const uint64_t value)
{
    printf("修改定时时间!\n");
    xTicksToDelay = value;
    return SDDC_TRUE;
}
/* 
 *  单次获取数据                   
 *  这是在上文注册的 get 命令处理函数
 */
sddc_bool_t single_get_sensor(char *objvalue, int value_len)
{
    // 计算湿度百分百
    float value = 100 - (((analogRead(sensor_in))-WaterValue)/(AirValue - WaterValue))*100;
    if(value > 100)
    {
        value = 100;
    }
    snprintf(objvalue, value_len, "%f", value);
    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

土壤湿度传感器完美完成，接下来就是智慧浇水设备了，我马上就能摆脱每天都要浇水的日子了！

本文仅个人学习使用，如有错误，欢迎指正， ( ੭ ˙ᗜ˙ )੭谢谢老板！

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