開發(fā)者案例：使用ESP8266模塊DIY一個(gè)熱水器控制器之（1）硬件篇

隨著物聯(lián)網(wǎng)模塊大量普及，各種“云”應(yīng)接不暇，物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入家庭的速度明顯提高。作為電子DIYER，意味著有了可以快速解決家庭實(shí)際需求的有力工具，以前的各種奇思妙想，都可以使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)啦。
這不，老婆大人看到我做的門燈控制器，就提出來讓我把家里的熱水器改裝成帶物聯(lián)網(wǎng)遙控的，可以在下班前用手機(jī)打開熱水器，回到家就能有熱水用。
最終制作的作品是這樣的：

一、需求分析 我家的熱水器是海爾EC5002-05，它可以設(shè)置好加熱功率檔位和加熱目標(biāo)溫度，打開開關(guān)自動(dòng)按照預(yù)置功率加熱至目標(biāo)溫度。
它的控制開關(guān)是微動(dòng)開關(guān)，這種開關(guān)按下是需要一定的力度的。
我的主要工作其實(shí)就是用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打開這個(gè)開關(guān)就行了，只要能通過手機(jī)控制這個(gè)電源開關(guān)打開，回到家就能用上熱水。

二、總體設(shè)計(jì) 要想控制電源開關(guān)按下，有兩種思路。第一種，就是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械裝置，模擬人按下開關(guān)的動(dòng)作；第二種，就是用電信號(hào)控制它打開。按照以往的工作經(jīng)驗(yàn)，我覺得可以采用下面幾種方案，每種方案都是用ESP8266進(jìn)行控制的，給出開關(guān)量控制。

（一）使用電磁鐵，給出一個(gè)向下的按壓動(dòng)作。比如下面的這種，它就能產(chǎn)生一個(gè)向下按壓的動(dòng)作，來完成按壓。這種方案的缺點(diǎn)是電磁鐵工作電壓很高，有的220伏，有的是12伏或者是24伏，而且它體積較大，也比較重，專門為它設(shè)計(jì)一個(gè)支架，也不好設(shè)計(jì)。此外，還不知道它的力度好不好控制，萬一這玩意力度太大，把面板給弄壞了。。。。

（二）使用普通舵機(jī)。正好家里有一個(gè)普通的舵機(jī)，arduino套件里面的SG90舵機(jī)，它很小，也很便宜，但是完成點(diǎn)擊的動(dòng)作是沒問題的。缺點(diǎn)也是需要一個(gè)專門的固定架子，此外，還需要專門的供電電源，以及PWM控制信號(hào)提供者。我以前做過一個(gè)STC計(jì)算器，用這個(gè)單片機(jī)提供PWM信號(hào)也行，不過就是增加了最終作品的體積和復(fù)雜程度。（ESP8266也可以提供PWM，不過沒時(shí)間學(xué)它怎么用）

（三）使用直線舵機(jī)。在尋找合適的舵機(jī)的時(shí)候，竟然發(fā)現(xiàn)還有這種“直線舵機(jī)”。它其實(shí)就是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)利用一個(gè)螺桿轉(zhuǎn)換成了直線運(yùn)動(dòng)，使用起來仍然是PWM控制方式，看上去這個(gè)東東比較適合我，如果說有缺點(diǎn)的話，仍然是需要為它設(shè)計(jì)支架。

以上三種方案，都是模擬人手按壓微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作的，都需要設(shè)計(jì)安裝支架。而支架安裝到哪里，是個(gè)問題，安裝到墻上，可能需要一個(gè)龐大的支撐架子，安裝到熱水器上，可能需要打孔或者用強(qiáng)力膠固定。即使固定的問題能夠解決，那么支架呢？當(dāng)然可以用3D打印來解決，當(dāng)然3D打印的設(shè)計(jì)過程是需要反復(fù)多次的，當(dāng)然時(shí)間是可能會(huì)受到批評(píng)的，當(dāng)然美觀程度是會(huì)受到我家外貌協(xié)會(huì)那位質(zhì)疑的。

（四）使用ESP8266直接控制，給出電信號(hào)。就是拆開熱水器看看，這個(gè)開關(guān)下面的電路板上面，按下之后給控制芯片提供了一個(gè)高電平還是低電平，如果按下就是高電平，抬起就是低電平，那么我讓ESP8266直接輸出一個(gè)高電平給控制芯片就行了。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是ESP8266可以隱藏著熱水器內(nèi)部，外觀上看不出任何痕跡。缺點(diǎn)是ESP8266輸出的電平是3.3伏，而后來測(cè)量的熱水器控制板電平是5伏，不可以通用，再加一個(gè)電平匹配電路，擔(dān)心時(shí)間長了會(huì)有安全隱患。不怕一萬，就怕萬一。

（五）使用ESP8266控制繼電器，控制開關(guān)引腳短路。這個(gè)思路就是把熱水器控制板上電源開關(guān)按鍵用導(dǎo)線引出來，然后用ESP8266搭建一個(gè)電路，控制這兩根導(dǎo)線的通斷，其實(shí)根子里，還是模擬按鍵，只不過不用機(jī)械裝置來按壓微動(dòng)開關(guān)了。

這么做的好處優(yōu)勢(shì)很明顯，就是安全，不管外部控制電路發(fā)生什么問題，大不了，就相當(dāng)于熱水器的開關(guān)按下或者打開，不會(huì)引起熱水器任何故障。而且這個(gè)方案實(shí)現(xiàn)速度快，不用大量的機(jī)械加工工作。

當(dāng)然這樣做是需要一定的技術(shù)基礎(chǔ)的，不建議看了帖子的朋友一定要自己動(dòng)手DIY。生命誠可貴，用電須謹(jǐn)慎。
綜上所述，總體設(shè)計(jì)選用第五套方案，這里沒有說軟件，是因?yàn)槲抑粫?huì)用機(jī)智云，而且機(jī)智云非常好用，還可以生成APP源碼。
三、詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 熱水器引出控制線
硬件清單：電線若干、連接器接頭若干（我用的是手頭有的，其實(shí)控制信號(hào)電壓和電流都很低，不用特別高指標(biāo)的連接器）
制作步驟：
1.斷開電源，打開熱水器控制面板，它用4個(gè)螺絲固定，用頭部帶磁性的螺絲刀拆下，防止掉下來找不到了。

2.拆開控制電路板保護(hù)殼

3.拔掉連接排線，取出電路板，可以看到微動(dòng)開關(guān)，按下電源開關(guān)，其實(shí)就是按下了右下角那個(gè)微動(dòng)開關(guān)SW4。

4.在電源微動(dòng)開關(guān)背面找到它的引腳，它是4個(gè)引腳，兩個(gè)一組，組與組之間平時(shí)是不導(dǎo)通的，用萬用表確定好引腳有，焊接電線。我用的是非常好的硅膠線，特別柔軟，但是特別可靠。

5.為硅膠線做一個(gè)連接器，我不習(xí)慣用膠帶隨便纏一下，老是覺得那種連接不可靠。

6.用膠**固定一下焊接點(diǎn)，防止拉扯導(dǎo)致短路

7.做一個(gè)將導(dǎo)線引出熱水器外部的連接線。注意使用熱縮管。

8.將控制板安裝回去，里面空間足夠大，然后把紅色的連接器留在熱水器控制面板外殼里面。

9.安裝完成的效果是這樣的。


3.2 ESP8266控制器設(shè)計(jì)
硬件清單：ESP8266模塊、殼體、洞洞板、三極管、電阻、繼電器模塊、導(dǎo)線若干
制作步驟：
1.準(zhǔn)備ESP8266模塊，使用到的引腳有三個(gè)：VCC,GND和GPIO12（當(dāng)然也可以用其他引腳，只不過編程時(shí)需要進(jìn)行初始化）

2.準(zhǔn)備3.3伏轉(zhuǎn)5伏電路。因?yàn)镋SP8266輸出的IO電平是3.3伏，而手頭的繼電器是5伏才能控制，所以需要加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換，或者叫做開關(guān)電路，使用的是NPN三極管S8050，原理是下圖。注意，連接基極的電阻最后測(cè)試應(yīng)該為1K，集電極帶箭頭的是輸出。這個(gè)電路用到的是三極管的開關(guān)功能。實(shí)際上三極管原理非常復(fù)雜，模擬電路有專門的課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，我們這里只用了一個(gè)基本的電路，來實(shí)現(xiàn)3.3伏驅(qū)動(dòng)5伏的器件，也就是繼電器（5伏工作電壓）

3.用洞洞板固定單排母（用來插入ESP8266模塊）和三極管電路，給ESP8266供電（5伏），并將GPIO12連接至三極管電路的基極電阻上。洞洞板打3毫米孔，用來固定在殼體上。

4.給殼體開孔，用來向外連接導(dǎo)線。

4.將洞洞板打孔位置、繼電器板安裝孔位置在殼體內(nèi)部確定好，然后想辦法用膠**固定幾個(gè)尼龍螺母。有動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)的人一看就知道怎么安裝的，這里就不再細(xì)細(xì)贅述過程。

5.將VCC、GND和信號(hào)線都連接好，同時(shí)也連接好繼電器，我手頭只有一個(gè)雙路繼電器，其實(shí)單路繼電器就夠用了。

6.給ESP8266供電的是USB接口的充電器，現(xiàn)在家里往往都有好幾個(gè)閑置的充電器可以用，充電器也是一個(gè)專門的學(xué)問，大廠的充電器質(zhì)量還是杠杠滴，用在這里非常合適（省電、可靠），比自己做一個(gè)簡單的220轉(zhuǎn)5伏電路可靠多了。

7.繼電器引出的兩根線連接到熱水器控制線上

8.為了提高可靠性，用了多層熱縮管，將熱水器那端的連接器縮住，可以抵抗水汽可能引起的短路（其實(shí)短路就相當(dāng)于電源開關(guān)按下，并不會(huì)產(chǎn)生危害性后果）。多層熱縮管的作用，有點(diǎn)類似于德國人連接電纜。

用到的工具比較多，最后做出來的作品看上去卻很簡單

硬件部分做好了之后，還需要軟件的配套才能實(shí)現(xiàn)控制熱水器開關(guān)的功能，在下一篇文章中，將與大家分享機(jī)智云后臺(tái)配置、APP源代碼生成以及設(shè)備識(shí)別二維碼制作的經(jīng)歷。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/youngwah292/article/details/84888248