从零开始的DIY智能家居 - 基于 ESP32 的土壤湿度传感器

前言

自从上次做了那个 甲醛传感器水浊度传感器 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

从零开始的DIY智能家居 - 基于 ESP32 的土壤湿度传感器_第1张图片

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:

在这里插入图片描述
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:
从零开始的DIY智能家居 - 基于 ESP32 的土壤湿度传感器_第2张图片
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:
从零开始的DIY智能家居 - 基于 ESP32 的土壤湿度传感器_第3张图片

具体 arduino 使用教程可以看我之前的文章 arduino开发指导手把手带你 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        
#include 
#include 
#include 
#include 

#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\)

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