基于ESP01S和CW32单片机的自动浇花器，具有定时、联网远程控制浇花功能

时间： 2023-12-30 来源：武汉芯源微信公众号

技术问答

家里阳台的花经常忘记浇水，导致有的花因为缺水而枯萎，为此产生了制作一个自动浇花器的想法。正好赶上立创EDA的物联网征集令活动，同时结合武汉芯源半导体开展的“CW32开发者扶持计划”，基于ESP01S和CW32单片机制作了一个具有定时自动浇花、湿度检测自动浇花、联网远程控制浇花的浇花器。

版本说明

本项目制作了两个版本，第一版实物验证时发现一个问题，采取1S锂电池升压驱动电机时，电池电压会瞬间拉低很多，导致联网模块供电不足重启。目前已废弃。第二版改进了供电方案，采用2-3S锂电池供电，DC-DC降压给电机以及其它设备供电，解决了电机启动瞬间导致联网模块掉电的问题。

V1.0（第一版）主要硬件

1、MCU：CW32F030C8T62

2、WiFi模块：ESP01S

3、环境光采集：GL5566光敏电阻

4、锂电池和水泵电压采集：高精度电阻（电阻分压）

5、电流监测：INA226A

6、按键：6*6mm轻触开关 3个

7、电机驱动电路：PC817光耦、WSP9926A N沟道MOS管

8、锂电池充电电路：采用TP4056充电芯片

9、升压电路：XL6008E1 DC-DC升压芯片（输入电压：3.6V~32V，输出电流(最大值)：3A）

10、降压电路：ME6211C33M5G-N降压芯片，2路3.3V输出，1路给主控以及外围电路供电，1路给ESP01S供电

11、蜂鸣器：12A05有源蜂鸣器

12、显示屏：预留SPI和I2C接口，外置1.7寸12864黑白屏

13、扩展接口：预留3个扩展接口，可外接温湿度传感器、土壤湿度传感器等其它设备

14、水泵：使用6V茶水机小水泵

15、水管和水管分流器：8mm和4mm水管,8转4水管分流器（4孔或6孔）

16、电池：18650电池2节

17、电池盒：2节18650并联电池盒

18、扩展模块1：土壤湿度传感器

19、扩展模块2：SHT30温湿度传感器(备选）

V2.0（第二版）主要硬件

1、MCU：CW32F030C8T6

2、WiFi模块：ESP01S

3、环境光采集：GL5566光敏电阻

4、锂电池和水泵电压采集：高精度电阻（电阻分压）

5、电流检测：INA226A

6、按键：6*6mm轻触开关 3个

7、电机驱动电路：PC817光耦、WSP9926A N沟道MOS管

8、锂电池充放电电路：2串18650锂电池保护板（计划接入单片10V的太能板，直接给锂电池充电）

9、DC-DC降压电路：LM2596S-ADJ DC-DC降压芯片，输入电压范围4.5V-35V，输出1.23V-35V可调节,输出电流：3A（项目中采用7-12V输入，6.0V输出）

10、LDO降压电路：AMS1117-3.3 LDO降压芯片，最大输入电压：18V 输出电压：3.3V 输出电流：1A

11、蜂鸣器：12A05有源蜂鸣器

12、显示屏：预留SPI和I2C接口，外置1.7寸12864黑白屏

13、扩展接口：预留3个扩展接口，可外接温湿度传感器、土壤湿度传感器等其它设备

14、水泵：使用6V茶水机小水泵

15、水管和水管分流器：8mm和4mm水管,8转4水管分流器（4孔或6孔）

16、电池：18650电池2节

17、电池盒：2节18650串联电池盒

18、扩展模块1：土壤湿度传感器

19、扩展模块2：SHT30温湿度传感器(备选）

原理图和PCB

功能简介

1、使用CW32内部RTC时钟计时，通过按键或者手机设置自动浇水间隔时间（X天）、浇花时间（X：00）、浇花时长（X分钟）以及浇花开始日期；

2、采集环境光和土壤湿度，当光照和湿度低于阈值时自动打开水泵，浇水一段时间（程序中可调整）后关闭水泵。程序不断检测湿度，低于阈值继续浇水，直到高于阈值停止浇水；

3、ESP01S连接物联网，用户手机端远程控制浇水，设置浇花参数，ESP01S将控制命令以及参数通过串口发送给CW32；

4、ESP01S每隔一段时间获取网络时间发送给CW32单片机，用于对CW32的RTC时钟进行校准（此功能暂未实现）；

5、对输出电机的电压和电流进行检测，电压过高或过低停止电机,空载电流（水箱无水）停止电机；

6、锂电池电压监测，低电量时关闭自动浇水功能；

7、ESP01S电源可通过CW32单片机打开或关闭，用来降低功耗（默认上电自动联网）；

8、可设置输出电压电流异常报警，锂电池低压报警；

9、屏幕显示时间以及相关设置参数。

软件

程序分两部分：1、CW32单片机使用KEIL开发；2、ESP01S使用ARDUINO IDE开发。

外壳

网上采购的成品防水接线盒，尺寸158X90X60，在顶盖对应位置开孔安装控制板、显示屏、开关，电池盒使用3M胶带粘在顶盖内部，底盖只安装了水泵，开孔把进水和出水的两个接口伸出去；

进度更新

3月25日

完成电路板焊接，烧写程序正常，锂电池充电电路工作正常，两路ldo稳压输出正常，升压电路输出6V电压正常，ESP01S电源控制电路工作正常，St7567屏幕正常点亮。

4月2日

制作外壳，直接使用现成的防水盒，在相应位置开孔，屏幕与主电路板分开，通过排线连接，主控板，屏幕，电池盒全部放在顶盖，底盖只放水泵电机。

4月4日

逐步完善程序，ADC采集、INA226的电流采集、RTC实时时钟获取、串口1和串口2收发数据、按键控制、蜂鸣器控制、SPI方式驱动1.7寸屏等功能均已实现，ESP01S使用Arduino编写程序，一开始用点灯的服务器，程序占用空间太大，后来改用贝壳物联，暂时先实现远程控制，后期再换其他平台。期间遇到一个问题，ESP01S上电后始终无法连接服务器，不停地重启，本来以为是供电不足导致，电路飞线给模块单独供电也不行，后来才发现需要等模块连接服务器成功后CW32才能给ESP01S串口发数据，在CW32初始化程序中，ESP01S电源上电后延时5秒后再继续执行下面的程序，然后就正常了。另外，电路设计存在一个问题，使用了单片机内置RTC，PC13的IO就不能正常使用了，这个一开始没考虑到，目前采用飞线，将PF07和LED连接。

4月8日

测试联网浇花功能时发现启动电机后，电池压降比较大，ESP01S直接掉电重启，CW32倒是一点问题都没有，依然正常工作。通过加大容量电容、从升压电路输出的电压再降压单独给ESP01S供电都不行，最后决定更换方案，这就有了下面的第二版。

4月9日

第二版改用LM2596S-ADJ DC-DC降压芯片和AMS1117-3.3 LDO降压芯片来给整个系统供电，取消了8M的外置晶振，调整了个别IO口的功能，控制LED的IO口改为PF07。重新画板，当天下单，这次选绿色的板子，其他都是默认。

4月13日

收到新的板子（嘉立创的速度真快，从下单到发货只用了2天时间，在这给他们点个赞。），连夜焊接新板子，本着不浪费的原则把原来V1.0板子上的MCU、INA226、MOS芯片全移植过来，焊好后挨个引脚测了一遍没有问题，然后对程序稍微改了一下重新烧录进去，开机上电，没有问题，测试了一下联网状态下控制水泵电机打开关闭，再没有掉电重启的现象了。

4月15日

增加太阳能充电接口，与2串18650锂电池保护板连接，用来给18650锂电池充电。

4月16日

接入土壤湿度传感器，实现湿度变化自动浇水。程序中，浇花模式改为：0手动浇花、1定时自动浇花、2湿度低于阈值自动浇花三种模式。

下一步工作：继续完善程序。

实物照片

V1.0版（焊接板子用到了电烙铁和加热板，焊接得比较丑）

显示屏是老王店子里POS机上拆下来的，1.7寸黑白屏分辨率12864，SPI接口，兼容ST7567，专门做了一个屏幕底板，方便安装到外壳上，使用排线加 8P的PH2.0插头和主控板连在一起。

第一版具有5V充电功能，外壳开了充电口。

V2.0版

这是第二版，采用DC-DC降压模式给整个系统供电，大部分元器件包括主控芯片全部从1.0的板子上移过来的，虽然有点费劲，但是至少不浪费，毕竟1.0版本的板子也没什么用了。

屏幕、电路板和电池都放在防水盒的上盖，底盖只放了一个水泵，这个水泵是在某宝买的的茶水机的水泵，商家给的参数是6V供电。

通过按键可以切换屏幕显示内容，第一页是时间、浇花模式、水泵状态、电池电压，第二页显示一些具体参数，第三页是设置页面，需要最右边的按键长按才能进入，短按是切换显示内容。在设置页面可以通过第一和第二的按键（也就是加减）来调整具体参数，比如改变浇花模式、浇花时间、浇花时长等参数。

这种成品的接线盒很适合DIY，唯一的缺点就是丑，还是那句话“又不是不能用”。

水平有限，时间也比较紧，把之前贝壳物联的代码拿过来改了改，再加上他们的小程序，很快就能实现联网控制。

这个水泵的固定需要将上面的三个螺丝拧下，从外壳开的三个孔穿进去固定，保险起见，电机下面和底盖还打了热熔胶，防止外面接水管的时候把水泵怼进去。

网上买的水管内径买错了，买大了一号，最后用的是雾化器上的管子。水管分流器也买错了，买个4口的就行了，6口的水压太小，管口的水流得很慢很慢。

外壳上增加了一个充电口，输入电压DC 8.4~9V，可以接一个10V的太阳能板。充电口正极经过一个二极管接到了一个2串7.4V锂电池保护板，这个锂电池保护板既可以给2串的锂电池充电，也可以放电。

侧边的三个接口用来扩展其他模块，包括温湿度传感器、土壤湿度传感器。

2串锂电池保护板用3M胶带粘在电池盒上。

土壤湿度传感器建议用电容式的，反应灵敏、不易被腐蚀。

编者记：原作者已获得CW32生态社区CW32开发者扶持计划资助奖金

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