第 37 课：智能温室模型（结课）

我是吴老师。这是最后一课。 先别急着接线，你在脑子里看一个画面。桌上摆着一个巴掌大的纸皮小房子，屋顶是两片斜纸皮搭的，靠右边那片上开着一个方口——天窗。屋里侧墙上贴着一块指甲盖大的小屏幕，亮着两行字：26.5C、RH 61%。左墙外面贴着一片蓝色小片（光敏），屋檐下挂着两个小圆筒（超声波）。你把手往光敏上一捂——屋里的灯亮了，光从门缝漏出来；你把手凑到那两个圆筒前面——屏幕上跳出一行字："有人来了"，灯也亮了；你放一杯热水进屋、关上门，等两分钟——屋顶"吱"的一声，天窗自己掀起来了，是屋里那个小舵机用一根冰棒棍顶开的。

这个东西不是买来的。是你做的。 第 37 课，我们做它。

一、为什么结课作品是"温室"

种菜的大棚里，菜一年四季都能长，因为温度、湿度、光照是有人在管的——太热就开窗通风，太黑就补光。我们这个纸皮小房子，就是那套系统的缩小模型。它一次性把五样东西全用上了：

温湿度、光敏、超声波、OLED、舵机——这是整套课里模块最多的一个作品。 前面那些课你每次只对付一个模块，接三根线、跑段代码、看到现象就收工；这一次五个模块同时插在一块板子上、同时工作，还得互不打架。

这就是"实验"和"作品"的分界线。 做实验时世界很简单，只有你和那一个模块；做作品时你要考虑的是：这么多东西挤在一起，怎么才能都正常。

二、【闭环】这个作品里，转着好几条闭环

第 9 课我说过：作品必须走完 传感器（看）→ 主控（想）→ 执行器（做），缺一环就只能算演示。这一次，三条闭环同时在转。

看最后一行——那个屏幕不在任何一条闭环的"回路"上，它不改变世界，它只告诉你世界现在什么样。 别小看它：你爸妈不会趴在板子上看串口监视器，但他们会看那块小屏幕。

难点一：引脚规划

五个模块十几根线，插哪儿？先数一遍，每个模块的信号到底是什么性质：

数出来了吗？真正"挑脚"的只有光敏一个。 第 4 课说 C3 只有六个模拟脚，当时听着挺紧张；真做系统你就会发现，模拟输入通常只有一两个，剩下五个空着。而且 C3 的 I²C 和 PWM 能挪到任意 GPIO 上（代码里指定就行，第 19 课那句 Wire.begin(8, 9) 干的就是这个），真正被"焊死"的只有模拟输入那六个。那引脚规划还规划什么？三件事：避开 GPIO2、GPIO8、GPIO9（strapping 脚，第 4 课讲过）；别让两根线抢同一个脚（先列在纸上，比插完再找快十倍）；给组装留余地（哪个模块装哪面墙、线从哪边走，想清楚再插）。

难点二：谁也别卡住谁

这是这个作品真正的难点，也是你第一次遇到。 回头看你写过的程序，几乎每个 loop() 里都躺着一个 delay(2000)——只有一个模块时这没问题，反正也没别的事干；现在有五件事要同时干，它就是灾难。

delay(2000) 的意思是"我在这儿站两秒钟，什么都不干"。这两秒里：天窗该开开不了，有人走过屏幕不反应，超声波一次都没量。你做饭时会站在锅前面盯着水烧开吗？ 不会——点上火，转头去切菜，看一眼表，水开了再回来。

板子也得学会这个：不是"站着等"，而是"看一眼表，没到点就先去干别的"。 这块"表"叫 millis()，第 4 步会用到。

三、材料清单

美工刀那句话我必须说：刀刃朝外推，别朝自己拉，左手别放在刀要经过的路线上。这不是唠叨，每年都有人因为这个去缝针。

四、接线

接之前先断电，接完检查一遍再上电——第 8 课就立下的规矩。

三件事单独拎出来说。① 光敏接 AO，不是 DO——第 11 课讲过，DO 只有"比某个亮度高还是低"，我们要的是"到底多亮"。② OLED 那两根别接反——SCK 是时钟、SDA 是数据，接反了屏幕不亮（不会烧，换回来就行）。③ 舵机的电，绝对不能从板子上取。

第 18 课你亲手踩过这个坑：舵机启动就是几百毫安、堵转能到 1 安培，而板子的 3.3V 只有几十毫安的命——等于拿台灯的电线去带空调，欠压保护一动作，板子直接重启。所以：红线 → 电池盒正极（4 节 5 号 = 6V，MG90S 标称 4.8~6V，正好）；棕线 → 电池盒负极，并且用一根线把电池盒负极和板子 GND 连起来，这就是共地。

共地那根线，是这个作品里最容易被忘、后果最诡异的一根。 忘了它，舵机不会"完全不转"，而是乱转、发抖、或者一动不动——线看起来全接对了，就是不对。 第 18 课讲过为什么：电压是"相对于地"的，两边没有共同的零点，板子说的 3.3V，舵机根本听不懂。

五、分步实现：四步，每步都有现象

别想着一次写完。 按第 9 课的规矩：先跑通最丑的版本，再往上加东西。

第 1 步：先把三个"读"跑通

传感器全接上，什么判断都不做，只往串口里打印。

#include "DHT.h"
#define PIN_DHT 4
#define PIN_TRIG 5
#define PIN_ECHO 6
#define PIN_LIGHT 0
DHT dht(PIN_DHT, DHT11);

// 量一次距离（厘米）；没听到回声返回 -1
float readDistance() {
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);   delayMicroseconds(2);
  digitalWrite(PIN_TRIG, HIGH);  delayMicroseconds(10);
  digitalWrite(PIN_TRIG, LOW);
  long d = pulseIn(PIN_ECHO, HIGH, 25000);   // 最多等 25 毫秒
  if (d == 0) return -1;                     // 没听见回声
  return d * 0.034 / 2;                      // 那个 ÷2 别忘了
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  dht.begin();
  pinMode(PIN_TRIG, OUTPUT);   pinMode(PIN_ECHO, INPUT);
}

void loop() {
  float temp  = dht.readTemperature();
  float hum   = dht.readHumidity();
  int   light = analogRead(PIN_LIGHT);
  float cm    = readDistance();
  Serial.print(temp);  Serial.print(" C   ");
  Serial.print(hum);   Serial.print(" %   ");
  Serial.print(light); Serial.print("   ");
  Serial.println(cm);
  delay(2000);     // 最丑的版本，第 4 步会改掉
}

现象：串口里每两秒刷出一行数。手一捂光敏，第三个数字就变；手往超声波前面一凑，最后一个数就变小。

注意 pulseIn 里多了个 25000。 第 15 课讲过，pulseIn 等不到回声会傻等一整秒——在这个作品里不能忍，它一卡，整个系统跟着卡一秒。 第三个参数是超时（微秒），超过 25 毫秒就当没听见，返回 0。那个 -1 的意思是"这次没测到"，后面判断时必须把它排除掉，不然一个野数据就能让屏幕乱跳。

第 2 步：把数显示到屏幕上

// 顶部加上：
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
Adafruit_SSD1306 oled(128, 64, &Wire, -1);

// setup() 里加上：
  Wire.begin(8, 9);                        // 先 SDA 后 SCL
  oled.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);  // 0x3C 是它的地址
  oled.setTextColor(SSD1306_WHITE);

// loop() 里、delay 之前加上：
  oled.clearDisplay();                     // ① 擦干净
  oled.setTextSize(1);   oled.setCursor(0, 0);
  oled.print(temp); oled.print("C  RH "); oled.print(hum);
  oled.setCursor(0, 16);
  oled.print("LIGHT "); oled.print(light); oled.print("  DIST "); oled.print(cm);
  oled.display();                          // ② 推上屏，忘了这句前面全白画

现象：屏幕上出现四行信息，跟着你的手在变。 屏幕不亮就按第 19 课那套查：先量 VDD 电压，再通断档量四根线，然后跑一个 I²C 扫描程序看地址对不对。

第 3 步：加上判断和动作

读到了得会判断，判断完得有动作。

#include <ESP32Servo.h>
Servo windowServo;

#define PIN_LED    3
#define PIN_SERVO  7
#define TEMP_OPEN  30     // 高于它 → 开窗
#define TEMP_CLOSE 28     // 低于它 → 关窗
#define LIGHT_DARK 1500   // 光敏读数小于它算天黑
#define NEAR_CM    40     // 有人凑到这么近

bool windowOpen = false;  // 记住天窗现在开着还是关着

// setup() 里加上：
  windowServo.attach(PIN_SERVO);
  windowServo.write(0);          // 先归位：天窗关着
  pinMode(PIN_LED, OUTPUT);

void controlAll(float temp, float cm, int light) {
  // 闭环②：热了开窗，凉了关窗
  if (temp > TEMP_OPEN && windowOpen == false) {
    windowServo.write(60);       // 60 度是"刚好顶开"，你要自己标
    windowOpen = true;
  }
  if (temp < TEMP_CLOSE && windowOpen == true) {
    windowServo.write(0);   windowOpen = false;
  }
  // 闭环①+③：天黑了 或者 有人靠近，灯都亮
  bool someone = (cm > 0 && cm < NEAR_CM);
  if (light < LIGHT_DARK || someone) digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
  else                               digitalWrite(PIN_LED, LOW);
}

现象：捂住光敏，灯亮；拿开手，灯灭。把手凑到超声波前面，灯又亮了。

两个地方停下来看看。① windowOpen 是干嘛的？ 它是为了只在需要的时候才给舵机下命令。如果不判断、每圈都 write(60) 一遍，舵机一秒钟收到几百条命令——表现就是持续地抖、嗡嗡响、发热。 记住第 18 课那句：write() 是"告诉它去哪儿"，不是"把它掰过去"，同一句话不用反复喊。

② || 是"或者"。 这里用"或者"——天黑了或者有人来，灯都亮。为什么白天有人来也要亮？ 因为灯在这儿干的不是照明的活，是提示的活：有人走到门口，灯亮一下，他才感觉得到"这房子注意到我了"。同一个 LED，在两个闭环里承担了两个角色——这种事在真实产品里到处都是。

第 4 步：把 delay 换成 millis，让大家各走各的

上面那个程序，loop() 一圈要花 2 秒：屏幕 2 秒才刷一次（你捂光敏，要等两秒灯才亮），超声波 2 秒才量一次（手都缩回来了，它还没看见）。更要命的是，你想让屏幕刷快点，一改 delay，DHT11 就被读得太频繁，直接给你一堆 nan（第 16 课那个坑）。几件事的节奏本来就不一样，凭什么用一个 delay 管？

把第 2 步那几行显示代码抽成一个 drawOLED() 函数，再给每件事各配一块"表"：

unsigned long tSonar = 0, tDht = 0, tOled = 0;
float temp = 0, hum = 0, cm = -1;
int   light = 0;

void loop() {
  unsigned long now = millis();          // ① 看一眼表

  if (now - tSonar >= 100) {             // ② 算算离上次过了多久
    tSonar = now;                        // ③ 到点了，干完把表拨到当前
    cm = readDistance();
  }
  if (now - tDht >= 2000) {
    tDht = now;
    temp  = dht.readTemperature();
    hum   = dht.readHumidity();
    light = analogRead(PIN_LIGHT);
    controlAll(temp, cm, light);         // 读完立刻判断
  }
  if (now - tOled >= 200) {
    tOled = now;
    drawOLED(temp, hum, cm, light);
  }
}

void drawOLED(float temp, float hum, float dist, int light) {
  oled.clearDisplay();
  oled.setTextSize(2);  oled.setCursor(0, 0);
  oled.print(temp, 1);  oled.print("C");
  oled.setTextSize(1);  oled.setCursor(0, 26);
  oled.print("RH "); oled.print(hum, 0); oled.print(" %  LIGHT "); oled.print(light);
  oled.setCursor(0, 44);
  if (dist > 0 && dist < NEAR_CM) oled.print(">>> 有人来了 <<<");
  else if (dist > 0) { oled.print("DIST "); oled.print(dist, 0); oled.print(" cm"); }
  else               oled.print("DIST --");   // 别把 -1 显示出去
  oled.display();
}

loop() 一圈现在"唰"一下就转完了，谁也不用等谁。

这就是"非阻塞"（以后查资料会遇到这个词）。它的反面就是 delay——delay 不是"暂停一下"，是"整个系统停摆一下"。一个人干活的房间里，一个人睡着了没关系；五个人的房间里，一个人睡两秒，另外四个人就得等他两秒。

现象：手往超声波前面一放，屏幕上"有人来了"几乎立刻跳出来，不是等两秒；天窗开合那一下屏幕照样在刷新；DHT11 再也没有 nan 了。到这儿，代码就写完了。

六、组装：把纸皮房子做出来

先接好线、跑通全部功能，再动手做外壳。 顺序反了，你会一边粘纸皮一边查线，特别痛苦。尺寸按这个来，第一次做别自己改：底板 20 × 16 厘米一块；前后墙 20 × 12 两片；左右墙 15 × 12 两片；屋顶 14 × 13 两片；再加一根 8 厘米左右的冰棒棍。

第 1 步：画线、裁。 用尺子和铅笔把这些方块画在纸皮上，垫一块废纸皮，刀刃朝外推。尺寸不完美没关系——纸皮是软的，差两三毫米，热熔胶一盖就过去了。

第 2 步：先在天窗那片屋顶上开孔。 一定要在粘屋顶之前做。离下沿 3 厘米、离左边 3 厘米处画一个 6 × 6 厘米的方框，四条边全裁断，把方块拿出来——这块方块就是窗盖，别扔。

第 3 步：做一个"合页"。 裁一条 5 厘米长的美纹纸胶带（刷墙用的那种，比透明胶好撕好粘），一头粘在窗盖的上边，另一头粘在方孔的上边。现在窗盖就像一扇小门，能掀开、能合上了。 试两下，合上时能盖住孔就行。

第 4 步：装舵机、做连杆。 舵机立着放在屋脊内侧、方孔斜下方（离合页最远的那条边），舵盘朝上正对窗盖，先别粘死，用橡皮筋临时固定。然后在舵盘上粘一根冰棒棍，棍子另一头顶在窗盖背面。原理特别土，但特别管用：棍子缩回来，窗盖落下；棍子顶出去，窗盖掀开。

角度要自己标定（这就是第 11 课那句"先测，再定"，只不过标的不是阈值，是角度）：先跑一段最简单的舵机代码，write(0) 停两秒、write(30) 停两秒……一路试到 120，看哪个角度刚好把窗盖顶到全开，把那个数写进代码。

听到"嗡嗡"声就说明角度太大了。 那个声音的意思是"我转不动了"——这是堵转，电流会一下子冲到 1 安培，舵机还会很快发热。听到就赶紧往回退 5 度。这个声音你以后会经常听到，学会认它。

第 5 步：贴模块。 OLED 贴正面墙上，开一个比屏幕略小的方孔，屏幕从里面贴上去，先接上线试亮、确认方向没反再上胶；光敏贴左墙外侧靠上，小圆片朝外；超声波贴屋檐下面正对门口，前面别挡东西；DHT11 放屋子里面，用小块纸皮做个托架起来、离墙 1 厘米以上；LED 吊在屋顶内侧或放门口，光要能漏出来；板子粘房子外面的背面——别粘屋里，你要经常插拔 USB 线。

DHT11 那条"离墙 1 厘米"不是矫情。 它测的是贴着它的那团空气；紧贴在纸皮上，它测到的是纸皮的温度——太阳一晒，那个数能比屋里高好几度。（这跟第 12 课热敏那句"热量传进去要时间"是同一件事。）

第 6 步：走线。 在房子背面开一个 1 厘米的小孔，所有的线从这一个孔穿出去，孔开在板子旁边。线出来后用胶带稍微固定，别让它们绷着——绷着的线，你搬房子时一拽就把模块扯下来了。第 7 步：最后通一次电。 捂光敏 → 灯亮；凑近超声波 → 屏幕提示；放杯热水进去 → 天窗开。都没问题，就可以拍照了。

七、【排查】装完之后，如果它"抽风"

这一节请你认真看，这是这个课题埋的坑。 先看现象，你会遇到下面两种中的一种。症状 A：舵机一动，板子就重启——天窗开合那一下，串口里又打印一遍启动信息，屏幕黑一下又亮。症状 B：舵机一转，屏幕上的数就乱跳——超声波一会儿 12 厘米、一会儿 300 厘米，光敏读数也跟着抽。

先记住一句话：这两种现象，八成都不是代码的问题。 代码你上面已经跑通过了——如果代码有错，它会一直错，不会专挑舵机动作的那一瞬间错。挑时机出错，说明是"电"或"地"的事。第一步先观察"什么时候出问题"——听着像废话，其实最重要：你只要确认了"每次都是舵机动作时才出问题"，就已经排除掉一半的可能了。

第二步：电压档，量舵机的电源——但要在它"动"的时候量。 写个小程序让天窗反复开合，你就有时间慢慢量了：

void loop() {
  windowServo.write(0);   delay(1000);
  windowServo.write(60);  delay(1000);
}

黑笔搭电池盒负极，红笔点舵机的红线：

"静止的时候是 6V"这句话是个陷阱。 静止时舵机几乎不耗电，你量到的永远是漂亮的 6V。一定要在它动的那一瞬间看——这就是第 18 课那句"舵机一转，电压会掉一点，那就是电流大的证据"。

第三步：通断档，量两个"地"之间通不通。 黑笔搭电池盒负极，红笔搭板子（或拓展板）的 GND：响了就是通的，往下走；不响，就找到了——共地线没接，或者断了。

这儿还有个小细节（第 5 课教过）：如果线看着是插着的，但不响——把这根线从两头都拔下来，单独量它两个头。 还不响，就是线内部断了；响了，那是插头没插到底。这两种情况的处理方式完全不同，只有拔下来单独量才能分开。

第四步：用手轻轻推一下窗盖。 如果它本来就转不动——恭喜，你找到另一种原因：舵机被卡住了。 天窗粘歪了、冰棒棍顶得太死、窗盖蹭到屋顶——舵机转不动就是堵转，电流直接冲到 1 安培，这个电流什么电池都扛不住，板子照样重启。处理办法：角度往回退 5 度，或者把冰棒棍改短一点。

现在说清楚这个坑：它是我故意留在第 37 课里的。 接线表上我把舵机的独立供电和共地都写全了——但你回头看组装那一节的第 6 步：你要把所有线从一个孔里穿出去，再固定一遍。这个过程里最容易掉的，就是那根灰色的共地线（它通常最短、最不起眼，一拽就松），还有一种更常见的情况：你嫌麻烦，顺手把舵机的红线插回了板子的 5V 脚。 然后现象就来了：不是"舵机不转"，而是"板子老是重启"。症状离原因隔了十万八千里——这正是这个坑的价值。你要是不懂电，你会去改一晚上代码，而代码一个字都没错。

为什么结课作品要埋这个坑？因为它把第 5 课和第 18 课的能力全用上了：第 5 课的万用表、通断档、电压档、"电 → 信号 → 代码"的排查顺序，第 18 课的"舵机为什么要独立供电、共地那根线为什么不能省"。这两样东西，才是这门课最值钱的部分——模块的用法你迟早会忘，库的名字你随时能搜，但"出了问题知道往哪儿看"这个本事，搜不到。

自测

本节你要动手做的事

• [ ] 先跑通三个"读"：DHT11、光敏、超声波，全部打印到串口
• [ ] 加上 OLED：擦 → 画 → display()，三步别漏
• [ ] 标定天窗的角度：先不粘，试出"刚好顶开"和"完全关严"那两个数，写进代码
• [ ] 标定阈值：TEMP_OPEN、LIGHT_DARK、NEAR_CM 都别抄我的——按第 11 课那套，先测你自己的环境，再定线
• [ ] 把 delay 全换成 millis：改完感受一下"反应变快了"是什么样
• [ ] 做纸皮房子：四面墙 + 屋顶 + 天窗，裁纸皮时刀刃朝外推
• [ ] 固定五个模块：DHT11 离墙 1 厘米，超声波正对门口，板子粘房子外面
• [ ] 走线：背面开一个孔，线束固定好，别让线绷着
• [ ] 把共地线单独检查一遍：通断档量电池盒负极和板子 GND——这是最容易掉的一根
• [ ] 给它拍张照，再录一段视频：捂光敏、凑近超声波、放杯热水进去

这门课，到这儿就结束了

你把最后这个东西做出来了。 我们回头看一眼这条路。

我不打算在这儿说很多煽情的话，就说三个事实。第一，你把环境装上了——第 1 课和第 2 课那两节是这门课弃坑率最高的地方，最枯燥、最容易报错、一点都不好玩，你过了。第二，你手上现在有一个会自己判断的东西：温度高了它开窗，天黑了它开灯，有人来了它有反应——这不是"照着图接完就亮"的实验，这是一个系统，五个模块、三条闭环，共用一块板子还得互不打扰。第三，你踩过坑，而且是靠万用表爬出来的——从第 26 课到现在，每个课题我都埋了一个故障；你要是做过一半以上，你手里的万用表已经不是摆设了，你知道先量什么、后量什么，知道"线插着"和"线通着"是两回事。

这三条，没有一条是靠聪明做到的，是靠你一片纸皮一片纸皮粘、一根线一根线量、一个数一个数试出来的。

这个作品本身还没做完，至少还有三个方向能接着改：让它上网（第 20 ~ 23 课），把温湿度发到手机上，人在学校也能看见家里那盆花的环境；让它出声，套件里那个蜂鸣器还没用上，温度超了、湿度太低就让它叫；让它更聪明，现在是"到 30 度就全开"，能不能改成"越热开得越大"？（搜"PID"，你会发现一个全新的世界。）

想再学深一点，可以往这几个方向摸：编程——millis 那套在事情多了以后就不够用了，该看 FreeRTOS（ESP32 自带）和中断；电路——从"用模块搭"走到"自己画一块板子"，PCB 打样现在很便宜；外壳——3D 打印，这个门槛现在对你来说不存在了，你已经知道"做一个东西"是怎么回事，剩下的只是学一个软件。

还有两个方向值得试试。一个是参加比赛——各地都有面向中小学生的科创类比赛和实践活动，你这个温室模型就是一个很成型的作品，有传感器、有执行器、有外壳、有明确要解决的问题，你只要再补上"我想解决什么"的说明，它就是一份完整的作品，搜一搜你们省、市今年的相关活动看看要求。另一个，可能是我最想推荐的：去教别人。 你班上肯定有同学看着你桌上这些东西发愣，你把这个温室的做法讲给他一遍——讲到"为什么舵机不能从板子上取电"的时候，你会发现，你自己才真的懂了。教是最好的学，这句话听着像口号，但你试一次就知道它是真的。

这门课到这儿结束了。但你这块板子，才刚开始。 以后你遇到一个"要是能自动……就好了"的念头时，别只是想想——你手上有工具，你知道从哪儿下手。去做点你自己的东西吧。

吴老师，下课。