使用ESP8266模块DIY一个热水器控制器：（一）硬件篇
本帖最后由 Genius 于 2022-3-30 21:02 编辑随着ESP8266等物联网模块大量普及，各种“云”应接不暇，物联网进入家庭的速度明显提高。作为电子DIYER，意味着有了可以快速解决家庭实际需求的有力工具，以前的各种奇思妙想，都可以使用物联网技术用较短的时间内实现啦。
这不，老婆大人看到我做的门灯控制器，就提出来让我把家里的热水器改装成带物联网遥控的，可以在下班前用手机打开热水器，回到家就能有热水用。
最终制作的作品是这样的：
一、需求分析
我家的热水器是海尔EC5002-05，它可以设置好加热功率档位和加热目标温度，打开开关自动按照预置功率加热至目标温度。
它的控制开关是微动开关，这种开关按下是需要一定的力度的。
我的主要工作其实就是用物联网技术打开这个开关就行了，只要能通过手机控制这个电源开关打开，回到家就能用上热水。
二、总体设计
要想控制电源开关按下，有两种思路。第一种，就是设计一个机械装置，模拟人按下开关的动作；第二种，就是用电信号控制它打开。按照以往的工作经验，我觉得可以采用下面几种方案，每种方案都是用ESP8266进行控制的，给出开关量控制。
（一）使用电磁铁，给出一个向下的按压动作。比如下面的这种，它就能产生一个向下按压的动作，来完成按压。这种方案的缺点是电磁铁工作电压很高，有的220伏，有的是12伏或者是24伏，而且它体积较大，也比较重，专门为它设计一个支架，也不好设计。此外，还不知道它的力度好不好控制，万一这玩意力度太大，把面板给弄坏了。。。。
（二）使用普通舵机。正好家里有一个普通的舵机，arduino套件里面的SG90舵机，它很小，也很便宜，但是完成点击的动作是没问题的。缺点也是需要一个专门的固定架子，此外，还需要专门的供电电源，以及PWM控制信号提供者。我以前做过一个STC计算器，用这个单片机提供PWM信号也行，不过就是增加了最终作品的体积和复杂程度。（ESP8266也可以提供PWM，不过没时间学它怎么用）
（三）使用直线舵机。在寻找合适的舵机的时候，竟然发现还有这种“直线舵机”。它其实就是把旋转运动利用一个螺杆转换成了直线运动，使用起来仍然是PWM控制方式，看上去这个东东比较适合我，如果说有缺点的话，仍然是需要为它设计支架。
以上三种方案，都是模拟人手按压微动开关动作的，都需要设计安装支架。而支架安装到哪里，是个问题，安装到墙上，可能需要一个庞大的支撑架子，安装到热水器上，可能需要打孔或者用强力胶固定。即使固定的问题能够解决，那么支架呢？当然可以用3D打印来解决，当然3D打印的设计过程是需要反复多次的，当然时间是可能会受到批评的，当然美观程度是会受到我家外貌协会那位质疑的。
（四）使用ESP8266直接控制，给出电信号。就是拆开热水器看看，这个开关下面的电路板上面，按下之后给控制芯片提供了一个高电平还是低电平，如果按下就是高电平，抬起就是低电平，那么我让ESP8266直接输出一个高电平给控制芯片就行了。这样做的优点是ESP8266可以隐藏着热水器内部，外观上看不出任何痕迹。缺点是ESP8266输出的电平是3.3伏，而后来测量的热水器控制板电平是5伏，不可以通用，再加一个电平匹配电路，担心时间长了会有安全隐患。不怕一万，就怕万一。
（五）使用ESP8266控制继电器，控制开关引脚短路。这个思路就是把热水器控制板上电源开关按键用导线引出来，然后用ESP8266搭建一个电路，控制这两根导线的通断，其实根子里，还是模拟按键，只不过不用机械装置来按压微动开关了。
这么做的好处优势很明显，就是安全，不管外部控制电路发生什么问题，大不了，就相当于热水器的开关按下或者打开，不会引起热水器任何故障。而且这个方案实现速度快，不用大量的机械加工工作。
当然这样做是需要一定的技术基础的，不建议看了帖子的朋友一定要自己动手DIY。生命诚可贵，用电须谨慎。
综上所述，总体设计选用第五套方案，这里没有说软件，是因为我只会用机智云，而且机智云非常好用，还可以生成APP源码。
三、详细设计
（一）热水器引出控制线
硬件清单：电线若干、连接器接头若干（我用的是手头有的，其实控制信号电压和电流都很低，不用特别高指标的连接器）
制作步骤：
1.断开电源，打开热水器控制面板，它用4个螺丝固定，用头部带磁性的螺丝刀拆下，防止掉下来找不到了。
2.拆开控制电路板保护壳
3.拔掉连接排线，取出电路板，可以看到微动开关，按下电源开关，其实就是按下了右下角那个微动开关SW4。
4.在电源微动开关背面找到它的引脚，它是4个引脚，两个一组，组与组之间平时是不导通的，用万用表确定好引脚有，焊接电线。我用的是非常好的硅胶线，特别柔软，但是特别可靠。
5.为硅胶线做一个连接器，我不习惯用胶带随便缠一下，老是觉得那种连接不可靠。
6.用胶**固定一下焊接点，防止拉扯导致短路
7.做一个将导线引出热水器外部的连接线。注意使用热缩管。
8.将控制板安装回去，里面空间足够大，然后把红色的连接器留在热水器控制面板外壳里面。
9.安装完成的效果是这样的。
（二）ESP8266控制器设计
硬件清单：ESP8266模块、壳体、洞洞板、三极管、电阻、继电器模块、导线若干
制作步骤：
1.准备ESP8266模块，使用到的引脚有三个：VCC,GND和GPIO12（当然也可以用其他引脚，只不过编程时需要进行初始化）
2.准备3.3伏转5伏电路。因为ESP8266输出的IO电平是3.3伏，而手头的继电器是5伏才能控制，所以需要加一个电平转换，或者叫做开关电路，使用的是NPN三极管S8050，原理是下图。注意，连接基极的电阻最后测试应该为1K，集电极带箭头的是输出。这个电路用到的是三极管的开关功能。实际上三极管原理非常复杂，模拟电路有专门的课程进行学习，我们这里只用了一个基本的电路，来实现3.3伏驱动5伏的器件，也就是继电器（5伏工作电压）
3.用洞洞板固定单排母（用来插入ESP8266模块）和三极管电路，给ESP8266供电（5伏），并将GPIO12连接至三极管电路的基极电阻上。洞洞板打3毫米孔，用来固定在壳体上。
4.给壳体开孔，用来向外连接导线。
4.将洞洞板打孔位置、继电器板安装孔位置在壳体内部确定好，然后想办法用胶**固定几个尼龙螺母。有动手经验的人一看就知道怎么安装的，这里就不再细细赘述过程。
5.将VCC、GND和信号线都连接好，同时也连接好继电器，我手头只有一个双路继电器，其实单路继电器就够用了。
6.给ESP8266供电的是USB接口的充电器，现在家里往往都有好几个闲置的充电器可以用，充电器也是一个专门的学问，大厂的充电器质量还是杠杠滴，用在这里非常合适（省电、可靠），比自己做一个简单的220转5伏电路可靠多了。
7.继电器引出的两根线连接到热水器控制线上
8.为了提高可靠性，用了多层热缩管，将热水器那端的连接器缩住，可以抵抗水汽可能引起的短路（其实短路就相当于电源开关按下，并不会产生危害性后果）。多层热缩管的作用，有点类似于德国人连接电缆（视频）。
用到的工具比较多，最后做出来的作品看上去却很简单（呵呵）
硬件部分做好了之后，还需要软件的配套才能实现控制热水器开关的功能，在下一篇文章中，将与大家分享机智云后台配置、APP源代码生成以及设备识别二维码制作的经历
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