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Lelechacc/Smart_Humidifier_V2

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💧 智能物联网加湿器 V10 (ESP32-C3 全栈硬核开发版)


🛠️ 项目概述与核心功能描述

本项目是一个基于 ESP32-C3 和 FreeRTOS 独立设计、打板并编写底层驱动的智能加湿器系统。V10 版本抛弃了早期的裸机大循环架构,实现了真正的多任务并发与软硬件解耦。

📌 实现了哪些具体功能?

  1. 多模态雾化控制:基于物理按键的长/短按,系统可在四个状态间精准流转:
    • 待机模式 (Off):整机低功耗,关闭 PWM 输出与灯效。
    • 持续大雾 (High):108kHz 满载谐振输出(限制在安全占空比内)。
    • 静音小雾 (Low):降低占空比,减少出雾量。
    • 间歇喷雾模式:基于 RTOS 软件定时器,实现精准的“喷雾 3 秒,停止 3 秒”循环。
  2. 离线语音控制:接入天问 51 (ASRPRO) 语音识别模块。用户可通过语音指令直接跨越按键状态机,实现绝对指令跳转(如直接喊“打开大雾”)。
  3. 状态同步全彩灯效:使用 WS2812B 幻彩灯珠,不同雾化模式对应不同的马卡龙色系动态流光反馈。
  4. 原生蓝牙 (BLE) 预留:底层代码已初始化 BLE 协议栈,支持后续接入手机端进行参数 OTA 或动态雾量曲线调节。

⚙️ 硬件选型与系统架构 (BOM & Hardware)

硬件部分采用嘉立创 EDA 自行设计,双层 PCB 布局,高度集成:

  • 主控芯片:乐鑫 ESP32-C3FN4 (RISC-V 单核,内置 4MB Flash,支持 Wi-Fi & BLE 5.0)。
  • 电源管理
    • 充电模块:采用 TC4056A 线性充电 IC,负责锂电池的安全充放。
    • 电池保护:采用 XB5306A 一体化保护芯片,防止锂电池过充、过放与短路。
  • 雾化驱动:使用 AO3400 N沟道增强型 MOS 管,配合功率电感,驱动微孔雾化片。
  • 模块化扩展:PCB 背面物理预留了 4 组多功能并联排母,支持多传感器(如温湿度)级联。

💻 软件架构与攻坚技术点 (Software & Solutions)

本项目抛弃了 Arduino 封装,完全基于 ESP-IDF 原生框架开发,并在以下三个关键点上进行了底层攻坚:

1. 软件级动力安全限位 (解决 MOS 管烧毁痛点)

微孔雾化片需要精准的 108kHz 硬件 PWM 驱动。在早期版本中,占空比失控会导致 MOS 管和电感热击穿。

  • 实现方案:在 bsp_atomizer.c 中,利用 ESP32 的 LEDC 外设生成高频 PWM。在应用层与驱动层之间加入拦截逻辑,强制将最高占空比物理锁定在 45% (寄存器数值 135)。即使业务层发生 Bug 传入非法大数值,底层也能强制削峰,实现设备 0 发烫。

2. GPIO 矩阵路由解决走线冲突

天问 ASRPRO 模块的出厂固件强制要求 PA2 作为 TX 发送端。但这与加湿器主板 PCB 的最优物理走线产生了交叉冲突。

  • 实现方案:没有选择飞线或重新打板,而是深挖 ESP32-C3 的内部互联矩阵特性。在 bsp_voice.c 中,调用 uart_set_pin(UART_NUM_1, 20, 21...) API,在代码编译层将 TX 和 RX 的物理引脚职责进行了互换,完美适配了死区。

3. RMT 硬件接管纳秒级色彩时序

WS2812B 灯珠对数据线的高低电平时间要求达到纳秒级。如果用常规的 CPU 软件翻转 GPIO,在 FreeRTOS 多任务环境下极易被打断,导致灯珠闪烁、乱码。

  • 实现方案:在 bsp_ws2812.c 中,全面启用乐鑫专门用于红外和灯带控制的 RMT (Remote Control) 硬件外设。业务层只需将 RGB 数组丢进硬件缓存区,后续的纳秒级时序波形全部由 RMT 硬件自动发送,实现了 0 CPU 占用率

📺 硬件实机图集 (Visuals)

实机演示 (幻彩灯与雾化联动)

硬件细节 (PCB正面静态图)

硬件细节 (PCB背面与电池保护)

系统全貌 (主板与全套外设)


📂 静态资源与打板资料下载 (一键获取)

以下文件托管于 GitHub Release,点击即可直接下载,方便二次开发与直接打样验证:

💡 项目代码与电路设计均已通过实机验证,具备完整的软硬件闭环能力。

About

基于 ESP32-C3 和 FreeRTOS 的智能加湿器 V10。支持 108kHz 硬件 PWM 驱动、离线语音、原生蓝牙及 WS2812B 幻彩灯效。深度结合 AI 协作开发,具备工业级硬件防护与模块化扩展设计。

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