如何實現(xiàn)熱水器的遠(yuǎn)程控制功能

本文分成四部分：硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、APP設(shè)計、多人共享功能，最終實現(xiàn)了熱水器的遠(yuǎn)程控制功能。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)用較短的時間內(nèi)實現(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、硬件部分 1.1 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。

我的主要工作其實就是用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打開這個開關(guān)就行了，只要能通過手機控制這個電源開關(guān)打開，回到家就能用上熱水。

1.2 總體設(shè)計

?要想控制電源開關(guān)按下，有兩種思路。

第一種，就是設(shè)計一個機械裝置，模擬人按下開關(guān)的動作；

第二種，就是用電信號控制它打開。

按照以往的工作經(jīng)驗，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，給出一個向下的按壓動作。比如下面的這種，它就能產(chǎn)生一個向下按壓的動作，來完成按壓。這種方案的缺點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)計一個支架，也不好設(shè)計。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。正好家里有一個普通的舵機，arduino套件里面的SG90舵機，它很小，也很便宜，但是完成點擊的動作是沒問題的。缺點也是需要一個專門的固定架子，此外，還需要專門的供電電源，以及PWM控制信號提供者。我以前做過一個STC計算器，用這個單片機提供PWM信號也行，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，不過沒時間學(xué)它怎么用）

（三）使用直線舵機。在尋找合適的舵機的時候，竟然發(fā)現(xiàn)還有這種“直線舵機”。它其實就是把旋轉(zhuǎn)運動利用一個螺桿轉(zhuǎn)換成了直線運動，使用起來仍然是PWM控制方式，看上去這個東東比較適合我，如果說有缺點的話，仍然是需要為它設(shè)計支架。

以上三種方案，都是模擬人手按壓微動開關(guān)動作的，都需要設(shè)計安裝支架。而支架安裝到哪里，是個問題，安裝到墻上，可能需要一個龐大的支撐架子，安裝到熱水器上，可能需要打孔或者用強力膠固定。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)計過程是需要反復(fù)多次的，當(dāng)然時間是可能會受到批評的，當(dāng)然美觀程度是會受到我家外貌協(xié)會那位質(zhì)疑的。

（四）使用ESP8266直接控制，給出電信號。就是拆開熱水器看看，這個開關(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直接輸出一個高電平給控制芯片就行了。這樣做的優(yōu)點是ESP8266可以隱藏著熱水器內(nèi)部，外觀上看不出任何痕跡。缺點是ESP8266輸出的電平是3.3伏，而后來測量的熱水器控制板電平是5伏，不可以通用，再加一個電平匹配電路，擔(dān)心時間長了會有安全隱患。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搭建一個電路，控制這兩根導(dǎo)線的通斷，其實根子里，還是模擬按鍵，只不過不用機械裝置來按壓微動開關(guān)了。

這么做的好處優(yōu)勢很明顯，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，不會引起熱水器任何故障。而且這個方案實現(xiàn)速度快，不用大量的機械加工工作。

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手DIY。生命誠可貴，用電須謹(jǐn)慎。

綜上所述，總體設(shè)計選用第五套方案，這里沒有說軟件，是因為我只會用機智云，而且機智云非常好用，還可以生成APP源碼。

1.3 詳細(xì)設(shè)計

1.3.1 熱水器引出控制線

硬件清單：電線若干、連接器接頭若干

制作步驟：

1.斷開電源，打開熱水器控制面板，它用4個螺絲固定，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，可以看到微動開關(guān)，按下電源開關(guān)，其實就是按下了右下角那個微動開關(guān)SW4。 4.在電源微動開關(guān)背面找到它的引腳，它是4個引腳，兩個一組，組與組之間平時是不導(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，防止拉扯導(dǎo)致短路

7.做一個將導(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。

1.3.2 ESP8266控制器設(shè)計
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：VCC,GND和GPIO12（當(dāng)然也可以用其他引腳，只不過編程時需要進(jìn)行初始化）

2.準(zhǔn)備3.3伏轉(zhuǎn)5伏電路。因為ESP8266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試應(yīng)該為1K，集電極帶箭頭的是輸出。這個電路用到的是三極管的開關(guān)功能。實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基本的電路，來實現(xiàn)3.3伏驅(qū)動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。

5.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**固定幾個尼龍螺母。有動手經(jīng)驗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。

6.將VCC、GND和信號線都連接好，同時也連接好繼電器，我手頭只有一個雙路繼電器，其實單路繼電器就夠用了。

7.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閑置的充電器可以用，充電器也是一個專門的學(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），比自己做一個簡單的220轉(zhuǎn)5伏電路可靠多了。

8.繼電器引出的兩根線連接到熱水器控制線上

9.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（其實短路就相當(dāng)于電源開關(guān)按下，并不會產(chǎn)生危害性后果）。多層熱縮管的作用，有點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現(xiàn)控制熱水器開關(guān)的功能。

二、軟件部分 2.1 注冊機智云賬號

在機智云自助開發(fā)平臺上注冊自己的賬號，以后自己設(shè)計的任何物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都可以放在這個賬號上面。2.2 創(chuàng)建新的設(shè)備并生成源代碼

首先創(chuàng)建一個新設(shè)備

然后添加數(shù)據(jù)點

數(shù)據(jù)點是light_onoff，這個名字可以是自己定義的其他字母。

在基本信息里面就會看到這個數(shù)據(jù)點的基本信息，注意Secret要想看到完整的，還需要二次密碼驗證。

選擇MCU開發(fā)

再選擇SOC方案

然后輸入secret，生成代碼包

下載之后發(fā)現(xiàn)這個代碼包跟樂鑫的結(jié)構(gòu)差不多（這句話是說給用過樂鑫官方代碼朋友聽的）

2.3 編譯ESP8266源代碼

上一步生成的源代碼是運行在ESP8266模塊內(nèi)部的，怎么編譯和燒寫呢？

下面這個文檔有說明：

https://dwz.date/fpVy

關(guān)于開發(fā)環(huán)境搭建的內(nèi)容：

https://dwz.date/fpVz

關(guān)于ESP8266平臺文件說明：

跟前面學(xué)習(xí)編譯的內(nèi)容都差不多，也是跟樂鑫一樣在D盤新建一個VM文件夾。
然后把所有的文件都放在這個文件夾。我將文件夾名字命名為SoC_ESP8266，這樣短一些，方便輸入。

首先讓linux和windows共享文件夾
輸入用戶密碼：?“espressif”，回車確認(rèn)。

這時能夠在VM VirtualBOX虛擬機里面通過文件夾管理器看到已經(jīng)共享成功了。

本文所要實現(xiàn)的目的是手機APP控制這個模塊，實現(xiàn)GPIO12的開關(guān)，也就是高低電平的轉(zhuǎn)換。

上面的步驟生成的源代碼是不能實現(xiàn)具體引腳的控制的，那么為了實現(xiàn)這個引腳的控制，就需要對代碼進(jìn)行修改。

修改的步驟是在VM文件夾下面，找到相應(yīng)的.c或者.h文件，用記事本或者其他軟件打開并進(jìn)行編輯。

只修改了一點點。

在user_main.c中的keyinit函數(shù)中，添加了初始化GPIO12的代碼。

然后在gizwits_product.c中，添加了讓小燈翻轉(zhuǎn)的代碼。

沒錯，就是這么簡單，就像是51單片機一樣，對引腳初始化，然后在功能函數(shù)中讓它變成高低電平。

2.4 編譯源代碼并燒寫進(jìn)入ESP8266

接下來開始對這個源代碼進(jìn)行編譯。
下面進(jìn)入app目錄，下面這個界面是運行了VM VirtualBOX虛擬機里面的LX客戶端。模擬的是linux操作系統(tǒng)。
進(jìn)入某個目錄用的是cd命令。

運行編譯腳本：./gen_misc.sh
編譯速度很快

接下來開始燒寫
機智云自動生成的代碼中，有一張圖片，這個圖片說明了該燒寫進(jìn)入哪個地址

下面開始燒寫。

為了方便初學(xué)者看懂，這里說一下硬件連接，ESP8266模塊由上下兩塊組成，其中上面這個就是ESP8266功能板，下面這個其實是一個USB轉(zhuǎn)串口的板子，芯片是CH340，只不過做成了和ESP8266功能板的尺寸一樣了，其實它的功能是和買的那種USB轉(zhuǎn)串口的模塊是一樣的。用一根micro USB數(shù)據(jù)線，也就是目前手機常用的充電/數(shù)據(jù)線就行了，注意，不是TYPE-C數(shù)據(jù)線。連接電腦之后，會自動安裝驅(qū)動程序，當(dāng)然，要確保電腦是聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)。驅(qū)動安裝成功之后，就會在設(shè)備管理器中顯示當(dāng)前串口是COM幾，串口號記下來，在燒寫的時候，選擇這個串口號就行了。

點擊電腦上的燒寫軟件START，然后按下板子上的FLASH按鍵不松手，然后按下RST按鍵，松手，再松開FLASH按鍵。一般情況下可以一次燒寫成功，如果不成功，請再次點擊燒寫START，再次按照FLASH和RST按鍵步驟進(jìn)行燒寫。

燒寫完之后，模塊就能夠使用了。

三、App開發(fā)

工具非常重要，我們所要做的控制器APP，只需要一個開關(guān)按鈕，實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)模塊的控制就行了，所以，能用現(xiàn)成的解決方案最好。

好在機智云可以自動生成代碼，能做的，都做好了。

3.1 登錄機智云自助開發(fā)平臺：dev.gizwits.com

3.2 首先添加一個新的應(yīng)用

定義一個名稱

這是我們要控制的設(shè)備ID和SECRET

3.3 在線生成APP源碼

選擇安卓源代碼

生成速度很快

生成的代碼中，有AndroidStudio和Eclipse兩種形式的代碼。

推薦選擇Android Studio。注意這個軟件需要前期下載SDK，具體的下載方式請自行網(wǎng)絡(luò)查詢。這方面的知識屬于本文之外的知識，為了保持文章脈絡(luò)一致性，在此就不詳細(xì)描述。如需博主幫助，請留言索取詳細(xì)設(shè)置方式。

編譯好的APP，安裝到手機上之后的界面如下。這些視覺元素都是機智云自動生成好的。如果需要進(jìn)行美化等等操作，也需要安卓編程的基礎(chǔ)。在此就不詳細(xì)描述了。通過這個APP，就可以實現(xiàn)手機對家里熱水器控制模塊的控制了。手機無論在哪里，只要有網(wǎng)絡(luò)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對家里熱水器的控制。

這個APP制作出來后，只能在一臺手機上使用。這是它的一個缺點?？偛荒苷l想用熱水器都給我打個電話讓我來開關(guān)吧，所以還是需要做成多人可控的才行。