Mind+积木编程控制小水泵给宠物喂水

前期用scratch，带着小朋友做了大鱼吃小鱼、桌面弹球、小学生计算器3个作品，小朋友收获不小。关键是小家伙感兴趣，做出来后给家人炫耀了一圈后，兴趣大增，嚷嚷着要做更好玩的。

最近，娃妈从抖音上买了个小猫喝水的容器，一通电，水龙头就自动出水，猫咪就跑过来了。小朋友又发现了新大陆，摆弄起了开关，逗着猫咪。看到这，我心想这玩意能搞成自动化，跟scratch结合起来，正好又卡着小朋友的兴趣点，连玩带学，一箭双雕。

以上为背景。

因为上学的时候折腾过单片机，初步判定这个功能用单片机控制肯定是可行的，大概搜了下scratch这类少儿编程软件也支持单片机，所以整体方案可行，初步制定了功能如下：

基础功能：图形化编程，用积木控制，角色可以是小猫，运动来触发单片机
增强功能：如果孩子感兴趣，继续增加灯光控制，与水龙头联动
增强功能：如果孩子感兴趣，继续增加光电控制，用红外线或者声音触发水龙头开关

功能定义清楚后，然后就是寻找资料，分析技术可行性：

编程软件选型

上文提及了，孩子之前用的是Scratch，因为一些原因，Scratch在国内逐步被替换，可选的有如下：

Kittenblock
ClipCC
Mind+
PictoBlox

大概看了下，功能都差不多，基本与Scratch旗鼓相当，因为要连单片机，我主要关注扩展性，就选了Mind+，其实Kittenblock也差不多，先入为主就选了Mind+

官方网站：Mind+官网传送门

选择Mind+的另一个原因是，Mind+的开发者网站有大量电子积木的教程，与我的诉求匹配，无脑选了它了，

开发者网站：https://mindplus.dfrobot.com.cn/

扩展库选型

之所以要讨论这个，主要原因看Mind+教程，如果要控制单片机，无非就是usb口转串口，那么不得不用有线的方式连接单片机和控制设备。目前给小朋友编程用的是华为的平板，如果再连个usb线，恐怕小朋友会丧失玩下去的乐趣，所以要考虑无线连接，硬件方面（下个章节讨论）应该没问题，软件层面要支持无线连接的，从Mind+网站上看可以有python和nodejs两种，对应python和js两种语言，小朋友还没上小学，代码编程自然是不考虑的，所以要把上述两种语言“封装”到积木中，把涉及TCP数据包收发的逻辑的嵌入到积木中。显然js和python都可以胜任TCP收发任务。

在Mind+中，python扩展是包含在“Python”模式中的，每个积木对应着一段python代码，通过搭积木的方式组织代码。对于学龄前小朋友，这个可视化功能还是有点太深奥了，暂不考虑。另外，Python模式下，角色功能也不可用（猜测是python模式更偏代码逻辑，弱化了角色），而我家小朋友还处于启蒙阶段，没有了角色，兴趣也会大大减弱。

在Mind+中，nodejs扩展是集成到“实时”模式中的，实时模式就是普通的模式，包含了场景和角色，和我的诉求很贴合。从官方的说明，nodejs类里面可以扩展实时模式用户库，库里面可以构造一个或者多个block，可以自定义block的外观，以及自定义block的运行逻辑。

Mind+从V1.6.5开始开放 实时模式用户库,内部兼容 Scratch扩展语法，，本文档将介绍如何开发Mind+实时模式用户库，阅读此文档需要你掌握 JavaScript的基础知识以及了解一些ES6的新特性。
如果你在阅读过程中产生疑惑, 请加入官方交流群(671877416)。
在开发之前, 你需要知道 能做出什么东西.
添加不依赖硬件的模块可以很方便的使用第三方JS库
为mind+中已有的主板/套件增加硬件小模块
添加自己的硬件套件并通信

从上述官方教程引用看，实时模式用户库完全符合我的诉求，就选它了。

硬件选型

因为喝水的容器已经小水泵已经有了，如下图:

那么剩下的就是买单片机、电机驱动板、LED灯，以及必要的连接线了，Mind+官方支持Arduino，ESP32，ESP8266，这些都是市面上很常见的，

从节约成本的角度，就选ESP32了，其他的随便买。

元件列表

以下开始教程：

硬件连接

马云家买的元件，购买链接怎么连硬件基本说的很清楚了，需要注意的就是注意电压及正负极，别烧板子了。

如下图：

ESP32固件：

基于Arduino的示例代码，简单改下即可，注释不多，凑合看，不复杂。

定义了3个gpio口

5 --输出口，连电机驱动板，用于控制小水泵的启动/停止

17 --输出口，直接连一个小LED灯

16 --输入口，连红外传感器，用于控制电机的启动/停止

代码运行逻辑为：水泵受两个管脚的控制，一个是来自上位机（Mind+）的指令，一个是红外传感器，红外传感器的优先级高于上位机指令，实现的效果就是小猫靠近，水龙头打开；小猫离开，水龙头由上位机控制。

/*
 WiFi Web Server LED/Motor Control

 */

#include <WiFi.h>

const char* ssid     = "xxxxx";
const char* password = "xxxxx";
const int MOTOR = 5;
const int LIGHT = 17;
const int NEAR = 16;

WiFiServer server(80);

void setup()
{
    Serial.begin(115200);
    pinMode(MOTOR, OUTPUT); 
    pinMode(LIGHT, OUTPUT); 
    pinMode(NEAR, INPUT); 
    
    delay(10);

    // We start by connecting to a WiFi network

    Serial.println();
    Serial.println();
    Serial.print("Connecting to ");
    Serial.println(ssid);

    WiFi.begin(ssid, password);

    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }

    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi connected.");
    Serial.println("IP address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    
    server.begin();

}

int lastValue = LOW;

void loop(){

 int state = digitalRead(NEAR);
 
 
 if (state != lastValue ) {
  lastValue = state;
  if (state == HIGH){
    Serial.println("receive near signal: HIGH");
    digitalWrite(MOTOR, HIGH);
    return;
   } else {
    Serial.println("receive near signal: LOW");
    digitalWrite(MOTOR, LOW);
   }
 }

 sleep(1);
 WiFiClient client = server.available();   // listen for incoming clients
 Serial.println("server created, wating ...");  
 
  if (client) {                             // if you get a client,
    Serial.println("New Client.");           // print a message out the serial port
    String currentLine = "";                // make a String to hold incoming data from the client
    while (client.connected()) {            // loop while the client's connected
      if (client.available()) {             // if there's bytes to read from the client,
        char c = client.read();             // read a byte, then
        //Serial.write(c);                    // print it out the serial monitor
        if (c == '\n') {                    // if the byte is a newline character

          if (currentLine.startsWith("motoron")) {
            digitalWrite(MOTOR, HIGH);               // GET /H turns the LED on
          }
          if (currentLine.startsWith("motoroff")) {
            digitalWrite(MOTOR, LOW);                // GET /L turns the LED off
          }

          if (currentLine.startsWith("lightoff")) {
            digitalWrite(LIGHT, LOW);                // GET /L turns the LED off
          }

          if (currentLine.startsWith("lighton")) {
            digitalWrite(LIGHT, HIGH);                // GET /L turns the LED off
          }
          
          Serial.println("receive msg:" + currentLine);  
          currentLine = "";
          break;
        } else if (c != '\r') {  // if you got anything else but a carriage return character,
          currentLine += c;      // add it to the end of the currentLine
        }

        // Check to see if the client request was "GET /H" or "GET /L":
        
      }
    }
    // close the connection:
    client.stop();
    Serial.println("Client Disconnected.");
  }
}

代码写完后，上传到ESP32中（教程很多，不展开说明了），可以通过网络调试助手这类工具，发送“motoron”等指令，确保ESP工作正常。

Nodejs Block定义

Nodejs中定义两个Block，分别控制LED灯和水泵的开关，并且定义两个控制函数（motor和light），分别控制LED和水泵的运行逻辑，不复杂，直接上代码了。

import ArgumentType from './extension-support/argument-type';
import BlockType from './extension-support/block-type';
import blockIconURI from './image/icon.svg';

class YourExtension{
    constructor(runtime) {
        this.runtime = runtime;
    }

    getInfo () {
        const operator_values = [["打开","1"],["关闭","0"]];
        return {
            name: '小猫喝水',
            blockIconURI: blockIconURI,
            blocks: [
                {  
                    opcode: 'motor',
                    blockType: BlockType.COMMAND,
                    text: ' [OPERATOR] 小猫喝水的龙头 ',
                    arguments: {
                        OPERATOR: {
                            type: ArgumentType.STRING,
                            onlyField: true,
                            options: operator_values,
                            defaultValue: operator_values[1][1]
                        }
                    }
                },
                {  
                    opcode: 'light',
                    blockType: BlockType.COMMAND,
                    text: ' [OPERATOR] 水龙头的灯泡 ',
                    arguments: {
                        OPERATOR: {
                            type: ArgumentType.STRING,
                            onlyField: true,
                            options: operator_values,
                            defaultValue: operator_values[1][1]
                        }
                    }
                },
            ],
        }
    }
    // block运行函数, 与opcode同名
    motor (args) {
        // NUM1与NUM2参数都是'ArgumentType.STRING'类型, 所以要parseInt解析成number
        var msg = '';
        switch (args.OPERATOR){
            case "1":
                msg = "motoron\n";
                break;
            case "0":
                msg = "motoroff\n";
                break;
            default:
                msg = "motoroff\n";
                break;
        }
        const net = require("net");
        const HOST = "192.168.5.130";
        const PORT = 80;

        const client = new net.Socket();


        client.connect(PORT, HOST, function() {
            //客户端向服务端socket发送数据
             client.write(msg);
            });
    }

    light (args) {
        // NUM1与NUM2参数都是'ArgumentType.STRING'类型, 所以要parseInt解析成number
        var msg = '';
        switch (args.OPERATOR){
            case "1":
                msg = "lighton\n";
                break;
            case "0":
                msg = "lightoff\n";
                break;
            default:
                msg = "lightoff\n";
                break;
        }
        const net = require("net");
        const HOST = "192.168.5.130";
        const PORT = 80;

        const client = new net.Socket();


        client.connect(PORT, HOST, function() {
            //客户端向服务端socket发送数据
             client.write(msg);
            });
    }
}
module.exports = YourExtension;

其中：

const HOST="192.168.5.130";要改成ESP在局域网下的真实IP地址，可以通过ESP上电后控制台打印的log查看。