项目架构概览

项目架构概览

概述

本节介绍自动投料/定时灌溉系统的整体架构设计。本项目通过 ESP32 深度睡眠定时唤醒、超声波液位传感器、继电器控制水泵，结合 Node-RED 的时间调度和 MariaDB 数据持久化，实现全自动定时投料控制。学习完成后，您将能够：

• 理解自动投料系统的整体架构和数据流
• 掌握 ESP32 状态机与 Node-RED 逻辑的分工
• 为客户设计可扩展的多路投料方案

System Architecture

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                   自动投料系统架构图                          │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                              │
│  [ESP32] (每小时唤醒)                                        │
│       │                                                      │
│       ├── 1. 读取超声波传感器 (液位)                         │
│       ├── 2. 通过 MQTT 发送液位数据到 Node-RED              │
│       ├── 3. 接收 Node-RED 返回的投料命令 (0/1)             │
│       ├── 4. 控制继电器 (投料泵)                             │
│       └── 5. 进入深度睡眠 (1 小时)                           │
│                                                              │
│       ▼                                                      │
│  [MQTT Broker - Mosquitto]                                   │
│       │                                                      │
│       ▼                                                      │
│  [Node-RED]                                                  │
│       │                                                      │
│       ├── 1. 接收 ESP32 唤醒信号                             │
│       ├── 2. 查询 MariaDB 上次投料时间                       │
│       ├── 3. 计算时间差 → 判断是否需要投料                   │
│       ├── 4. 发送投料指令 (0/1) 给 ESP32                    │
│       ├── 5. 将液位数据存入 MariaDB                          │
│       ├── 6. 检查液位 → 触发告警 (Telegram)                 │
│       └── 7. Dashboard 可视化                                │
│                                                              │
│       ▼                                                      │
│  [MariaDB]                                                   │
│       ├── plants_deep_sleep (唤醒记录)                       │
│       ├── plants_level (液位历史)                            │
│       └── dosing_schedule (投料计划)                         │
│                                                              │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Data Flow

时序流程:

[ESP32 每小时唤醒]
       │
       │ MQTT: esp32/dosing/info ──→ {distance: 16, state: "get_data"}
       ▼
[Node-RED]
       │
       ├──→ SQL: SELECT timestamp FROM plants_level ORDER BY id DESC LIMIT 1
       ├──→ 计算: current_time - last_time > interval ?
       │        ├── 是 → MQTT: esp32/dosing/control ──→ 1 (启动投料)
       │        └── 否 → MQTT: esp32/dosing/control ──→ 0 (不投料)
       │
       ├──→ SQL: INSERT INTO plants_level (timestamp, distance1)
       │
       └──→ 检查液位: distance1 > critical_level ?
                ├── 是 → Telegram 告警: "液位过低，请补充原料"
                └── 否 → 正常记录

Component Overview

组件	型号/选型	功能	通信方式
ESP32	XIAO ESP32C3 / WROOM-32	主控制器	Wi-Fi + MQTT
液位传感器	HC-SR04 超声波	测量液位高度	GPIO (Trig/Echo)
继电器模块	SRD-05VDC-SL-C	控制水泵电源	GPIO (高电平触发)
水泵	DC 12V 隔膜泵	投料执行器	继电器控制
MQTT Broker	Mosquitto	消息中转	MQTT
Node-RED	最新版	逻辑编排	MQTT + SQL
MariaDB	最新版	数据持久化	SQL

ESP32 State Machine

                    ┌──────────────┐
                    │   WAIT       │ ←── 上电初始状态
                    │  (等待命令)  │
                    └──────┬───────┘
                           │ MQTT 收到 "get_data"
                           ▼
                    ┌──────────────┐
                    │  GET_DATA    │
                    │  (读取液位)  │ ◄── 发送 MQTT + 等待 Node-RED 命令
                    └──────┬───────┘
                           │ MQTT 收到 "1" (启动)
                           ▼
                    ┌──────────────┐
                    │  PUMPING     │
                    │  (投料中)    │ ◄── 继电器打开 3 秒
                    └──────┬───────┘
                           │ 投料完成
                           ▼
                    ┌──────────────┐
                    │ TIME_FOR_SLEEP│
                    │  (准备睡眠)  │ ◄── 发送 MQTT 记录
                    └──────┬───────┘
                           │ esp_deep_sleep_start()
                           ▼
                    ┌──────────────┐
                    │  DEEP SLEEP  │
                    │  (~10μA)     │ ◄── 定时 1 小时唤醒
                    └──────────────┘

Key Design Decisions

决策	方案	理由
控制逻辑位置	Node-RED	ESP32 代码简单固定，修改调度无需重新烧录
时间判断	MariaDB + Node-RED	持久化存储投料历史，掉电不丢失
唤醒方式	定时器 (1 小时)	电池供电场景最佳功耗平衡
通信模式	请求-响应 (MQTT)	ESP32 发布数据后等待 Node-RED 返回指令
状态机	Enum + Switch	代码可读性强，易于扩展多路投料

Customer-Facing Architecture Description

方案概述: 本方案采用 ESP32 作为终端控制器，每小时从深度睡眠中唤醒一次。唤醒后读取容器液位，通过 MQTT 发送到 Node-RED 服务端。Node-RED 查询数据库中的上次投料时间，计算时间差后决定是否启动投料泵。投料完成后数据自动存入 MariaDB，并通过 Dashboard 实时展示液位趋势。液位过低时自动触发 Telegram 告警通知。