Lag din egen tilkoblede oppvarmingstermostat og spar med oppvarming: 53 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Hva er formålet?

• Øk komforten ved å varme opp huset ditt akkurat som du vil
• Spar penger og reduser klimagassutslippene ved å varme opp huset ditt bare når du trenger det
• Hold kontroll på oppvarmingen uansett hvor du er
• Vær stolt over at du gjorde det selv

Trinn 1: Hvordan øker det din komfort?

Du vil definere 4 forskjellige temperaturinstruksjoner som vil bli valgt automatisk basert på timeplanen din.

Du vil uttrykke behovet ditt som en forventet temperatur på et tidspunkt på dagen, og systemet vil begynne å varme opp på det optimale tidspunktet for å nå din forventning.

Hjemme tidligere i dag, bruk telefonen til å forutse starten på oppvarmingen

Systemet vil levere en veldig stabil temperatur som passer nøyaktig til ditt behov.

Trinn 2: Hvordan vil du spare og redusere klimagassutslipp?

Når du kjenner timeplanen din, vil systemet bare varme opp når du trenger det.

Systemet vil ta hensyn til utetemperaturen for å optimalisere oppvarmingen.

Hjemme igjen senere i dag, bruk telefonen til å utsette starten på oppvarmingen.

Du kan justere systemet slik at det passer med utstyret ditt.

Trinn 3: Hvordan kontrollerer du oppvarmingen uansett hvor du er?

Systemet er WIFI -tilkoblet. Du vil bruke den bærbare datamaskinen til å konfigurere, justere og oppdatere planen for systemet ditt.

Utenfor hjemmet vil du bruke telefonen til å forutse eller utsette starten på oppvarmingen

Trinn 4: Temperaturkontroll

En PID -regulator brukes til oppvarmingsregulering.

Den brukes til å kontrollere måten å nå den forventede temperaturen og holde den så nær målet som mulig.

PID -parameterne kan tilpasses miljøet ditt (se tuning av systemdokumentasjonen).

Trinn 5: Instruksjonskontroller

En instruksjonskontroller er utformet for å bestemme oppstartstid for oppvarming. Den tar hensyn til innendørs, utetemperaturer og kjelekapasitet for dynamisk å bestemme den beste tiden for oppstart av oppvarming med hensyn til dine behov.

Denne forskriften kan tilpasses ditt behov med parameteren "reaktivitet" som du kan endre.

Trinn 6: Tidsplanen

Temperaturinstruksjoner uttrykkes som mål (temperatur, tid). Det betyr at du vil at huset ditt skal ha den temperaturen på det bestemte tidspunktet.

Temperatur må velges mellom de 4 referansene.

En instruksjon må defineres for hver halve time av timeplanen.

Du kan definere en ukentlig basert timeplan og 2 daglige.

Trinn 7: Arkitekturoversikt

Ta en titt på den globale arkitekturen

Den fungerer med hver kjele gjennom en normalt åpen eller normalt lukket kontakt.

Trinn 8: Oversikt over mikrokontrollere

Kjernesystemet kjører på en Atmel ATmega mikrokontroller.

Etter at kode og parametere er lastet ned og klokken er synkronisert, kan den kjøre 100% autonomt.

Den kommuniserer gjennom den serielle lenken for å ta hensyn til ekstern informasjon.

En ESP8266 mikrokontroller kjører gateway-koden for å transformere seriell koblingstilkobling til en WIFI.

Parametere skrives først i eeprom og kan endres og lagres eksternt.

Trinn 9: Oversikt over nettverkstilkobling

Nettverkstilkoblingen er laget med en ESP8266 WIFI -mikrokontroller. Det er ganske det samme som Gateway -beskrivelsen "instruerbare". Likevel er følgende endringer gjort fra denne beskrivelsen: noen ubrukelige GPIO -er for dette prosjektet brukes ikke, og Arduino og ESP8266 er loddet på samme PCB.

Trinn 10: Serveroversikt

Java kjører serverdelen av systemet. HMI bruker TOMCAT. MySQL er databasen.

Trinn 11: Deleliste

Du trenger disse hovedkomponentene

2 x mikrokontroller

· 1 x Arduino - jeg valgte en Nano 3.0 - du kan finne noen på rundt 2,5 $ (Aliexpress)

· 1 x ESP8266 - jeg valgte -ESP8266 -DEV Olimex - til 5,5 €

1 x temperatursensor DS1820

· Jeg valgte en vanntett - du kan få 5 for 9 € (Amazon)

1 x dobbel relémodul (0 kommando)

· Jeg valgte SONGLE SRD -05VDC - du kan finne noen til 1,5 € (Amazon)

1 x I2C LCD 2x16 tegn

Jeg hadde allerede en - du kan finne noen for mindre enn 4 $ (Aliexpress)

1 x I2C DS1307 sanntidsmodul med CR2032 -batteri

· Jeg hadde allerede en - du kan finne noen for mindre enn 4 $ (Aliexpress)

du kan finne for noen få euro

1 x infrarød mottaker

· Jeg valgte AX-1838HS du kan finne 5 for 4 €

1 x FTDI

1 x IR -fjernkontroll (du kan kjøpe en dedikert på eller bruke din TV)

2 x effektregulatorer (3.3v og 5v)

· Jeg valgte I x LM1086 3.3v & 1 x L7850CV 5v

Og noen få ting

5 x LED

9 x 1K motstander

1 x 2,2K motstand

1 x 4,7K motstand

1 x 100microF keramisk kondensator

1 x 330 mikroF keramisk kondensator

2 x 1 microF tentalum kondensator

2 x NPN -transistorer

4 x dioder

2 PCB brødbrett

2 x 3 pins brytere

Noen kontakter og ledninger

Selvfølgelig trenger du loddejern og tinn.

Trinn 12: Bygg strømkildene

Denne fritzing -filen beskriver hva du skal gjøre.

Det er bedre å begynne å bygge strømkildene med et brødbrett, selv om det ikke er noen problemer.

Regulatorer kan enkelt erstattes av andre: bare endre tilkoblinger og kondensatorer i henhold til regulatorens egenskaper.

Sjekk at den leverer en konstant 5v og 3.3v selv med en belastning (for eksempel 100 ohm motstander).

Du kan nå lodde alle komponentene på et brødbrett -kretskort som vist nedenfor

Trinn 13: Forbered ESP8266

Koble ESP8266 til et brødbrett for den enkleste lodding

Trinn 14: Bygg elektronikken

Gjengi Fritzing -referansen.

Jeg foreslår sterkt at du begynner å bygge elektronikken med et brødbrett.

Legg alle delene sammen på brødbrettet.

Koble forsiktig til strømkildene

Kontroller strømlampene på Arduino og ESP8266.

LCD -skjermen må lyse.

Trinn 15: La oss gjøre med gatewaykonfigurasjonen

Koble FTDI USB til utviklingsstasjonen din.

Still inn seriell koblingsbryter for å koble ESP8266 til FTDI som dette

Trinn 16: Forbered deg på å laste ned Gateway -koden

Start Arduino på arbeidsstasjonen din.

Du trenger ESP8266 for å bli kjent som bord av IDE.

Velg USB -porten og det riktige kortet med menyen Verktøy / tavler.

Hvis du ikke ser noen ESP266 på listen, betyr det at du kanskje må installere ESP8266 Arduino Addon (du finner prosedyren her).

All koden du trenger er tilgjengelig på GitHub. Det er på tide å laste den ned!

Hovedkoden til Gateway er der:

github.com/cuillerj/Esp8266UdpSerialGatewa…

På toppen av standard Arduino og ESP8266 inkluderer hovedkoden trenger disse 2 inkluderer:

LookFoString som brukes til å manipulere strenger og er der:

ManageParamEeprom som brukes til å lese og lagre parametere i Eeprom ans er der:

Når du har fått all koden, er det på tide å laste den opp til ESP8266.

Koble først FTDI til en USB -port på datamaskinen.

Jeg foreslår at du sjekker tilkoblingen før du prøver å laste opp.

• · Sett den serielle skjermen til Arduino til den nye USB -porten.
• · Sett hastigheten til 115200 både cr nl (defaut -hastighet for Olimex)
• · Slå på brødbrettet (ESP8266 kommer med programvare som omhandler AT -kommandoer)
• · Send "AT" med det serielle verktøyet.
• · Du må få "OK" tilbake.

Hvis ikke, sjekk tilkoblingen og se på ESP8266 -spesifikasjonene.

Hvis du har "OK" er du klar til å laste opp koden

Trinn 17: Last ned Gateway -koden 1/2

·

• Slå av brødbrettet, vent noen sekunder,
• Trykk på trykknappen på brødbrettet og slå på
• Slipp trykknappen Det er normalt å få litt søppel på den serielle skjermen.
• Trykk på opplastings -IDE som for en Arduino.
• Etter at opplastingen er fullført, sett seriehastigheten til 38400.

Trinn 18: Last ned Gateway -koden 2/2

Du vil se noe som på bildet.

Gratulerer med at du har lastet opp koden!

Trinn 19: Angi dine egne gateway -parametere

Fortsett å åpne den serielle skjermen (hastighet 38400) til IDE

• Slå av brødbrettet, vent noen sekunder
• Bruk bryteren til å sette configGPIO til 1 (3.3v)
• Skann WIFI ved å skrive inn kommandoen:
• ScanWifi. Du vil se en liste over det oppdagede nettverket.
• Still deretter inn SSID ved å skrive inn "SSID1 = ditt nettverk
• Angi deretter passordet ditt ved å skrive "PSW1 = passordet ditt
• Skriv deretter inn "SSID = 1" for å definere gjeldende nettverk
• Skriv inn "Start på nytt" for å koble gatewayen til WIFI -en.

Du kan bekrefte at du har en IP ved å skrive inn "ShowWifi".

Den blå lysdioden lyser og den røde lysdioden blinker

Det er på tide å definere IP -serveradressen din ved å skrive inn de fire underadressene (serveren som skal kjøre Java -testkoden). For eksempel, for IP = 192.168.1.10, skriv inn:

• "IP1 = 192"
• "IP2 = 168"
• "IP3 = 1"
• "IP4 = 10"

Definer IP -porter som:

• · RoutePort = 1840 (eller annet i henhold til applikasjonskonfigurasjonen din, se “Serverinstallasjonsveiledning”)

  Skriv inn "ShowEeprom" for å sjekke hva du nettopp lagret i Eeprom

  Sett nå GPIO2 til bakken for å forlate konfigurasjonsmodusen (bruk bryteren for å gjøre det)

  Din Gateway er klar til å fungere!

  Den blå LED -lampen må tennes så snart gatewayen er koblet til WIFI -en.

  Det er noen andre kommandoer du kan finne i gateway -dokumentasjonen.

Sett ESP8266 IP -adressen som permanent inne i DNS -en din

Trinn 20: Forbered Arduino -tilkobling

Koble først de serielle koblingskontaktene for å unngå USB -konflikt.

Trinn 21: La oss gjøre noen tester

La oss gjøre noen tester med IDE -eksempelkildene før du arbeider med termostatkoden

Koble Arduino USB til arbeidsstasjonen din.

Velg serieport, sett hastigheten til 9600 og sett korttypen til Nano.

Kontroller temperatursensoren

Åpne filer / eksempler / Max31850Onewire / DS18x20_Temperatur og endre OneWire ds (8); (8 i stedet for 10).

Last opp og sjekk at det fungerer. I tilfelle ikke sjekke DS1820 -tilkoblingene.

Sjekk klokken

Åpne filer / eksempler / DS1307RTC / setTime -programmet

Last opp koden og sjekk at du får riktig tidspunkt.

Sjekk LCD -skjermen

Åpne filer / eksempler / liquid cristal / HelloWorld -programmet

Last opp koden og sjekk at du får meldingen.

Sjekk fjernkontrollen

Åpne filer / eksempler / ArduinoIRremotemaster / IRrecvDemo -programmet

Endre PIN -koden til 4 - last opp koden

Bruk fjernkontrollen og kontroller at du får IR -koden på skjermen.

Det er på tide å velge fjernkontrollen 8 forskjellige taster du vil bruke som nedenfor:

• · Øke temperaturinstruksjonene
• · Redusere temperaturinstruksjoner
• · Slå av termostaten
• · Velg ukesagendamodus
• · Velg dagsordensmodus for første dag
• · Velg agenda for andre dag
• · Velg modusen for frysing
• · Slå på/av WIFI -gatewayen

Siden du valgte å bruke nøkkelen, kopierer du og lagrer de mottatte kodene i et tekstdokument. Du trenger denne informasjonen senere.

Trinn 22: Kontroller nettverkstilkoblingen

For å sjekke arbeidet ditt er det best å bruke Arduino- og Java -eksemplene.

Arduino

Du kan laste den ned der:

Den inkluderer SerialNetwork -biblioteket som er her:

Bare last opp koden inne i Arduino.

Server

Servereksemplet er et Java -program som du kan laste ned her:

Bare kjør den

Se på Java -konsollen.

Se på Arduino -skjermen.

Arduino sender 2 forskjellige pakker.

· Den første inneholder statusen for digitale pinner 2 til 6.

· Den andre inneholder 2 tilfeldige verdier, spenningsnivået på A0 i mV og trinnvis antall.

Java -programmet

· Skrive ut mottatte data i heksadesimalt format

· Svare på den første typen data med en tilfeldig av/på -verdi for å slå på/av Arduino LED

· Svare på den andre typen data med mottatt antall og en tilfeldig verdi.

Du må se noe som ovenfor.

Du er nå klar til å jobbe med termostatkoden

Trinn 23: Forbered Arduino

Koble Arduino USB til arbeidsstasjonen din.

Sett hastigheten til 38400.

Vi må sette Arduino i konfigurasjonsmodus

Plugg en kontakt på ICSP slik at GPIO 11 er satt til 1 (5v)

Trinn 24: Last ned Arduino -koden

Termostatkilder er tilgjengelige på GitHub

Last ned dette biblioteket og kopier filer til ditt vanlige bibliotek.

Last deretter ned disse kildene og kopier filene i din vanlige Arduino -kildemappe.

Åpne Thermosat.ico og kompiler og kontroller at du ikke får feil

Last ned Arduino -koden.

Arduino starter automatisk.

Vent på meldingen "slutt init eeprom".

Standardparameterens verdier er nå skrevet i eeprom.

Trinn 25: Start Arduino på nytt

Arduinoen er initialisert og må settes i driftsmodus før den startes på nytt

Plugg kontakten på ICSP slik at GPIO 11 er satt til 0 (bakken) for å sette Arduino i driftsmodus.

Tilbakestill Arduino.

Du må se tiden på LCD -skjermen og den gule LED -en må være på. (Du vil se 0: 0 hvis klokken ikke har blitt synkronisert eller tid går tapt (slått på og ikke batteri)).

Trinn 26: Kontroller LCD -skjermen

Du vil alternativt se 3 forskjellige skjermer.

Felles for skjerm 1 og 2:

• til venstre på toppen: den faktiske tiden
• til venstre for bunnen: den faktiske temperaturinstruksjonen
• på midten av bunnen: faktisk innetemperatur (DS1820)

Skjerm 1:

på midten av toppen: faktisk løpemodus

Skjerm 2:

• på midten av toppen: den faktiske ukedagen
• til høyre for toppen: dag- og månedstall

Den tredje er beskrevet i vedlikeholdsguiden.

Trinn 27: Testreléer

Test Gateway -reléet

På dette stadiet må du være WIFI -tilkoblet og den blå LED -en må lyse.

Trykk på fjernkontrolltasten du valgte for å slå WIFI -gatewayen på/av. Reléet må slå av ESP8266 og den blå LED -en.

Vent noen sekunder og trykk på fjernkontrolltasten igjen. WIFI -gatewayen må være slått på.

I løpet av et minutt må gatewayen være tilkoblet, og den blå LED -en må lyse.

Test kjelereléet

Se først på den røde LED -en. Hvis temperaturinstruksjonene er mye høyere enn innetemperaturen, må LED -lampen lyse. Det tar noen minutter etter starten for Arduino å få nok data til å avgjøre om de skal varme opp eller ikke.

Hvis den røde LED -lampen lyser, reduser du temperaturinstruksjonene for å sette den lavt under innetemperaturen. I løpet av få sekunder må reléet slås av og den røde LED -lampen slås av.

Hvis den røde LED -lampen er av, øker du temperaturinstruksjonene for å sette den lavt under innetemperaturen. I løpet av få sekunder må reléet slås på og den røde LED -lampen lyser.

Hvis du gjør det mer enn én gang, må du huske på at systemet ikke vil reagere umiddelbart for å unngå for hurtig bytte av kjelen.

Det er slutten på brødbrettet.

Trinn 28: Lodd strømforsyningen 1/4

Jeg foreslår at du bruker 2 forskjellige kretskort: en for strømforsyningen og en for mikrokontrollerne.

Du trenger kontakter for;

· 2 for 9v inngangsspenning

· 1 for +9v utgang

· 1 for +3.3v utgang (jeg gjorde 2)

· 2 for +5v utgang (jeg gjorde 3)

· 2 for relékommando

· 2 for relékraft

Trinn 29: Lodd strømforsyningen 2/4

Her er Frizting -opplegget å følge!

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 30: Lodd strømforsyningen 3/4

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 31: Lodd strømforsyningen 4/4

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 32: Lodd mikrokontrollerne på PCB 1/7

Jeg foreslår at du ikke lodder Arduino og ESP8266 direkte på kretskortet

Bruk i stedet kontakter som vist nedenfor for å enkelt kunne bytte ut mikrokontrollerne

Trinn 33: Lodd mikrokontrollerne på PCB 2/7

Du trenger kontakter for:

• 3 x +5v (jeg gjorde en ekstra)
• 6 x bakken
• 3 x for DS1820
• 3 x for LED
• 1 x IR -mottaker
• 2 x for relékommando
• 4 x for I2C buss

Her er Frizting -opplegget å følge!

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 34: Lodd mikrokontrollerne på PCB 3/7

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 35: Lodd mikrokontrollerne på PCB 4/7

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 36: Lodd mikrokontrollerne på PCB 5/7

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 37: Lodd mikrokontrollerne på PCB 6/7

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 38: Lodd mikrokontrollerne på PCB 7/7

Du kan se over delnumrene i henhold til Fritzing -modellen.

Trinn 39: Koble til og sjekk alt før du legger i esken

Trinn 40: Skru PCB på et stykke tre

Trinn 41: La oss gjøre tredekselet

Trinn 42: Legg alt i esken

Trinn 43: Lag Server Code Project

Start ditt IDE -miljø

Last ned batchkildene fra GitHub

Last ned J2EE -kildene fra GitHub

Start Java IDE (Eclipse for eksempel)

Lag Java -prosjekt “ThermostatRuntime”

Importer de nedlastede batchkildene

Lag et J2EE -prosjekt (Dynamic Web Project for Eclipse) “ThermostatPackage”

Importer de nedlastede J2EE -kildene

Trinn 44: Definer SQL -tilkoblingen

Lag en "GelSqlConnection" -klasse i både Java- og J2EE -prosjekt

Kopier og forbi GetSqlConnectionExample.java -innholdet.

Angi MySql -serverbruker, passord og vert du vil bruke til å lagre data.

Lagre GelSqlConnection.java

Kopier og forbi GelSqlConnection.java til ThermostatRuntime -prosjektet

Trinn 45: Lag databasetabellene

Lag følgende tabeller

Bruk Sql -skript for å lage indDesc -tabell

Bruk SQL -skript for å lage indValue -tabell

Bruk Sql -skript for å lage tabeller for stasjoner

Initialiser tabeller

Last ned loadStations.csv -filen

åpne csv -filen

endre st_IP for å passe med nettverkskonfigurasjonen din.

• den første adressen er termostaten
• den andre termostaten er serveren

lagre og last inn stasjonstabellen med denne csv

Last ned loadIndesc.csv

last ind_desc -tabellen med denne csv

Trinn 46: Definer tilgangskontroll

Du kan gjøre hvilken kontroll du vil ved å endre “ValidUser.java” -koden for å passe til ditt sikkerhetsbehov.

Jeg ser bare etter IP -adresse for å godkjenne endring. For å gjøre det samme, opprett bare sikkerhetstabellen og sett inn en post i denne tabellen som ovenfor.

Trinn 47: Valgfritt

Utetemperatur

Jeg bruker denne værmeldings -API -en for å få informasjon om posisjonen min, og det fungerer ganske bra. Et skall med krølling trekker hver time ut temperaturen og lagres i databasen. Du kan tilpasse måten du vil få utetemperaturen på ved å endre “KeepUpToDateMeteo.java” -koden.

Hjemmesikkerhet

Jeg koblet mitt sikkerhetssystem til hjemmet med termostaten for å automatisk redusere temperaturinstruksjonene når jeg forlater hjemmet. Du kan gjøre noe lignende med feltet “securityOn” i databasen.

Kjelevannstemperatur

Jeg overvåker allerede kjelevannet inn og ut temperatur med en Arduino og 2 sensorer DS1820, så jeg la til informasjon til WEB HMI.

Trinn 48: Start Runtime -koden

Eksporter ThermostatRuntime -prosjektet som en jar -fil

Med mindre du vil endre UDP -porter, start batcher med kommandoen:

java -cp $ CLASSPATH ThermostatDispatcher 1840 1841

CLASSPATH må inneholde tilgang til jar -filen og mysql -kontakten.

Du må se noe lignende ovenfor i loggen.

Legg til en oppføring i crontable for å starte ved omstart

Trinn 49: Start J2EE -applikasjonen

Eksporter termostatpakken som en krig.

Distribuer WAR med Tomcat -sjefen

Test søknaden: server/port/termostat/ShowThermostat? Stasjon = 1

Du må se noe som ovenfor

Trinn 50: Synkroniser termostaten og serveren

Bruk kommandomenyen til HMI for å gjøre følgende trinn

· Last opp temperaturer

· Last opp registre

· Last opp tidsplan

· Skriv eeprom / velg Alle

Trinn 51: Koble termostaten til kjelen

Les kjeleinstruksjonene nøye før du gjør det. Ta vare på høyspenning.

Termostaten må kobles til en enkel kontakt med en 2 -leders kabel.

Trinn 52: Nyt varmekontrollsystemet

Du er klar til å konfigurere systemet slik at det passer akkurat ditt behov!

Angi referansetemperaturer, planene dine.

Bruk termostatens dokumentasjon for å gjøre det.

Start PID -sporet. La systemet kjøre noen dager, og bruk deretter innsamlede data til å stille inn termostaten

Dokumentasjon gir spesifikasjoner du kan referere til hvis du vil gjøre endringer.

Send meg en forespørsel hvis du trenger mer informasjon. Jeg svarer gjerne.

Dette tar del av en infrastruktur for hjemmeautomatisering

Trinn 53: 3D -utskriftsboks

Jeg kjøpte en 3D -skriver og skrev ut denne boksen.

Ryggdesignet

Designet foran

Topp og bunn design

Sidedesignet