ESP8266双路压力监测器：用ESPHome实现灌溉系统差压诊断与预警

在日常使用Home Assistant管理自动灌溉系统时，你是否也遇到过一些令人头疼的问题？例如，水泵因为软管微小的渗漏就触发泄漏保护停机；或者预过滤器堵塞导致系统无法建立足够压力；又或者是圆盘过滤器堵塞，使得出水口压力不足，影响灌溉效果。

为了解决这些问题，一位DIY玩家充分利用了Rain Bird圆盘过滤器上预留的两个压力接口，设计了一套巧妙的一体化监测方案——同时监测过滤器入口和出口的压力。这样一来：

• 入口压力异常 → 可以推断水泵或前置预过滤器出现问题；
• 入口压力正常但出口压力低 → 基本可以锁定是圆盘过滤器本身堵塞了；
• 将这些压力数据，尤其是两者之间的差值，集成到Home Assistant后，就能轻松设置告警，甚至实现自动复位的逻辑。

01 项目亮点

这个项目的核心亮点在于其精准的诊断思路和高性价比的实现方案：

• 双点测压，差压诊断：在同一节点上监控“入口/出口”两路压力，通过计算差值，一眼就能判断系统是否存在堵塞。
• 低成本硬件组合：核心硬件仅需D1 mini（ESP8266）、一个外置ADC（ADS1115）和两只0–10 bar量程的压力传感器。
• ESPHome 原生生态支持：通过I²C接入传感器，内置线性标定、中值滤波、变化阈值（Δ）上报等功能，配置完成后可直接无缝接入Home Assistant，极大简化了运维复杂度。
• 可选现场显示：支持即插即用的0.96英寸OLED屏幕，方便在现场直接查看读数，无需连接手机或电脑。
• 完善的工程细节：考虑了G1/4螺纹角接头侧向安装、特氟龙带密封、220V交流转5V直流独立供电等安全与可靠性设计。

02 核心硬件清单

• 主控芯片：WeMos D1 mini（基于ESP8266）
• 压力传感器：WNK83MA ×2（5V供电，0–10 bar量程，G1/4英寸外螺纹）
• 模数转换器（ADC）：ADS1115（I²C接口，支持4路差分或单端输入）
• 显示模块（可选）：0.96英寸OLED显示屏（驱动芯片为SSD1306）
• 电源模块：220V交流转5V直流小型隔离电源模块

03 方案要点与电气设计思路

• 为何使用外置ADC？
  ESP8266芯片自带的ADC通道有限，且精度和抗干扰能力一般。而像ADS1115这类专业ADC芯片，通过I²C总线仅占用2个GPIO引脚，就能扩展出4路高精度模拟量输入，性价比极高。
• 量程与供电设计
  选用的压力传感器在10 bar满量程时输出0.5–4.5 V电压。为了省去额外的电平转换电路，方案让ADS1115工作在3.3V电压下（其输入电压上限约为VDD+0.3V≈3.6V）。考虑到系统正常工作压力通常在4.5–5 bar左右，对应的传感器输出电压估算不超过2.25 V，完全落在安全范围内。
• 工作原理
  对入口和出口两路绝对压力进行同步采样，然后计算两者的差值（差压 = 入口压力 - 出口压力）。当圆盘过滤器开始堵塞时，流阻增大，出口压力下降，这个差压值就会显著升高，从而成为判断堵塞的关键指标。

04 软件栈与关键配置（ESPHome）

整个项目的软件核心是ESPHome配置文件，它定义了硬件如何工作以及如何与Home Assistant通信。

• 基础配置：启用API、OTA（无线升级）、日志和状态指示灯；配置I²C总线并挂载ADS1115设备；可选地启用OLED显示屏组件。
• 采样与滤波配置：
  • 设置 gain: 4.096（对应满量程±4.096V，为实际电压留出充足余量）。
  • 启用 median 中值滤波器，有效抑制采样数据中的偶然抖动和噪声。
  • 设置 delta: 1% 变化上报阈值，只有传感器读数变化超过1%时才上报数据，避免网络和数据存储的冗余负载。
• 传感器标定：这是保证读数准确的关键。以花园水泵自带机械压力表作为参照，记录下多个稳定压力点对应的传感器输出电压，进行线性拟合，得到电压到压力（bar）的转换公式。
• Home Assistant集成：设备编译刷入后，在Home Assistant中通过ESPHome插件自动发现并添加。之后便可以在仪表盘中添加压力、差压的仪表盘或趋势曲线卡片，并基于差压阈值创建自动化，例如：“当差压持续超过1.0 bar时，向手机发送推送通知，提醒清洗过滤器”。

05 机械装配与防水细节

• 侧向安装：使用G1/4英寸90度内螺纹弯头，将压力传感器侧向安装在过滤器housing的背面，减少设备的整体突出体积，更美观且防撞。
• 可靠密封：在传感器螺纹、弯头螺纹以及与过滤器接口这三处，均沿螺纹旋紧方向缠绕3–4圈特氟龙生料带。对于此类塑料或铜质连接件，不建议使用麻丝，因为麻丝吸水后可能膨胀损坏部件。
• 布线供电：所有电路在万用板（perfboard）上集中焊接。220V转5V的电源模块单独固定，确保强电部分隔离安全。整个监测器作为独立模块，通过航空插头或防水接头与泵系统连接。

06 实测与标定方法

为了获得准确的读数，必须对传感器进行现场标定：

1. 采集数据点：通过打开或关闭不同的灌溉支路，让系统在多个压力点（如2 bar, 3 bar, 4 bar等）稳定运行。
2. 记录配对值：在每个稳定压力点，同时记录OLED屏幕（或ESPHome日志）上显示的传感器通道电压值，以及水泵上机械压力表的准确读数。
3. 计算拟合参数：将多组（压力，电压）数据代入线性公式，计算出斜率和截距，并写入ESPHome配置的 calibrate_linear 中。
4. 验证：在Home Assistant中观察压力历史曲线，并测试阈值告警是否与实际物理状态一致。

实测表明，所选压力传感器线性度良好，配合ESPHome的中值滤波与Δ阈值上报机制，数据上报非常稳定，有效噪声极少。

07 可扩展方向

这个基础框架具有很强的可扩展性：

• 叠加更多信号：可以增加流量传感器、水温传感器或水箱液位传感器，结合差压数据，构建更全面的故障诊断模型。
• 远程通信方案：如果花园距离家庭路由器太远，Wi-Fi信号弱，可以考虑改用LoRa或NB-IoT模块进行远距离数据回传。
• 维护管理友好化：在Home Assistant面板中加入“上次清洗时间”和“累计运行差压”等统计卡片，实现基于条件的智能维护提醒。
• 增强安全控制：增加干接点或继电器输出，直接联动水泵的电源保护或冲洗电磁阀，实现更高级的自动保护功能。

08 项目总结

这套 “双点测压 + 外置ADC + ESPHome” 的组合方案，成功地将灌溉系统中“看不见的堵塞与泄漏”问题，转化为了 “可视化的差压数据与即时告警” 。其硬件结构简单、成本可控，并且与Home Assistant的集成体验极其顺滑。无论是家庭花园灌溉、小型温室种植还是庭院水景维护，这套方案都值得借鉴和复用。如果你也在为类似的问题寻找解决方案，不妨试试这个思路，也欢迎在云栈社区分享你的DIY经验与改进。