Cree su propio termostato de calefacción conectado y ahorre con la calefacción: 53 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

¿Cuál es el propósito?

• Aumenta la comodidad calentando tu casa exactamente como quieras
• Ahorre y reduzca las emisiones de gases de efecto invernadero calentando su casa solo cuando lo necesite
• Mantenga el control de su calefacción donde quiera que esté
• Siéntete orgulloso de haberlo hecho tú mismo

Paso 1: ¿Cómo aumenta su comodidad?

Definirá 4 instrucciones de temperatura diferentes que se seleccionarán automáticamente según su horario.

Expresará su necesidad como una temperatura esperada en un momento del día y el sistema comenzará a calentar en el momento óptimo para alcanzar sus expectativas.

De regreso a casa hoy, use su teléfono para anticipar el inicio de la calefacción.

El sistema proporcionará una temperatura muy estable que se ajustará con precisión a sus necesidades.

Paso 2: ¿Cómo ahorrará y reducirá las emisiones de gases de efecto invernadero?

Conociendo su horario, el sistema calentará solo cuando lo necesite.

El sistema tendrá en cuenta la temperatura exterior para optimizar el calentamiento.

De regreso a casa hoy más tarde, use su teléfono para posponer el inicio de la calefacción.

Podrá ajustar el sistema para que se adapte a su equipo.

Paso 3: ¿Cómo controlará su calefacción esté donde esté?

El sistema está conectado a WIFI. Utilizará su computadora portátil para configurar, sintonizar y actualizar la programación de su sistema.

Fuera de casa, usarás tu teléfono para anticipar o posponer el inicio de tu calefacción.

Paso 4: control de temperatura

Se utiliza un controlador PID para la regulación de la calefacción.

Se utiliza para controlar la forma de alcanzar la temperatura esperada y mantenerla lo más cerca posible del objetivo.

Los parámetros PID se pueden ajustar a su entorno (consulte el ajuste de la documentación del sistema).

Paso 5: controlador de instrucciones

Un controlador de instrucciones está diseñado para determinar el tiempo de inicio de la calefacción. Tiene en cuenta las temperaturas internas, externas y la capacidad de la caldera para determinar dinámicamente el mejor momento para iniciar la calefacción en función de sus necesidades.

Esta regulación puede ajustarse a sus necesidades con el parámetro "reactividad" que puede modificar.

Paso 6: el horario

Las instrucciones de temperatura se expresan como objetivo (temperatura, tiempo). Lo que significa que quiere que su casa esté a esa temperatura en ese momento definido.

La temperatura debe seleccionarse entre las 4 referencias.

Se debe definir una instrucción por cada media hora del horario.

Puede definir un horario semanal y 2 diarios.

Paso 7: Descripción general de la arquitectura

Eche un vistazo a la arquitectura global

Funciona con cada caldera a través de un contacto normalmente abierto o normalmente cerrado.

Paso 8: Descripción general de los microcontroladores

El sistema central se ejecuta en un microcontrolador Atmel ATmega.

Una vez que se ha descargado el código y los parámetros y se ha sincronizado el reloj, puede funcionar de forma 100% autónoma.

Se comunica a través del enlace serial para tener en cuenta información externa.

Un microcontrolador ESP8266 ejecuta el código de puerta de enlace para transformar la conexión de enlace serie en una WIFI.

Los parámetros se escriben inicialmente en la eeprom y se pueden modificar y guardar de forma remota.

Paso 9: descripción general de la conexión de red

La conexión a la red se realiza con un microcontrolador ESP8266 WIFI. Es lo mismo que la descripción de Gateway "instructables". Sin embargo, se han realizado los siguientes cambios a partir de esta descripción: algunos GPIO inútiles para este proyecto no se utilizan y Arduino y ESP8266 están soldados en la misma PCB.

Paso 10: descripción general del servidor

Java ejecuta la parte del servidor del sistema. Las HMI utilizan TOMCAT. MySQL es la base de datos.

Paso 11: Lista de piezas

Necesitará estos componentes principales

2 x microcontroladores

· 1 x Arduino - Elegí un Nano 3.0 - puedes encontrar algunos por alrededor de 2.5 $ (Aliexpress)

· 1 x ESP8266 - Elegí -ESP8266-DEV Olimex - a 5.5 €

1 x sensor de temperatura DS1820

· Elegí uno impermeable - puedes conseguir 5 por 9 € (Amazon)

1 x módulo de relé doble (comando 0)

· Elegí SONGLE SRD-05VDC - puedes encontrar algunas a 1.5 € (Amazon)

1 x I2C LCD 2x16 caracteres

Ya tenía uno, puedes encontrar algunos por menos de 4 $ (Aliexpress)

1 x Módulo de tiempo real I2C DS1307 con batería CR2032

· Ya tenía uno, puedes encontrar algunos por menos de 4 $ (Aliexpress)

lo puedes encontrar por unos euros

1 x receptor de infrarrojos

· Elegí AX-1838HS puedes encontrar 5 por 4 €

1 x FTDI

1 x control remoto por infrarrojos (puede comprar uno dedicado o usar su televisor)

2 x reguladores de potencia (3.3v y 5v)

· Elegí I x LM1086 3.3v y 1 x L7850CV 5v

Y algunas cosas

5 x LED

9 resistencias de 1K

1 x resistencia de 2,2 K

1 x resistencia de 4,7 K

Condensador cerámico 1 x 100microF

1 condensador cerámico de 330 microF

Condensador de tentalio 2 x 1 microF

2 x transistores NPN

4 x diodos

Placa de pruebas de 2 PCB

Interruptores de 2 x 3 pines

Algunos conectores y cables

Por supuesto que necesitas soldador y estaño.

Paso 12: construya las fuentes de energía

Este archivo fritzing describe qué hacer.

Es mejor comenzar a construir las fuentes de energía con una placa de pruebas, incluso si no hay dificultades.

Los reguladores se pueden reemplazar fácilmente por otros: simplemente modifique las conexiones y los condensadores de acuerdo con las características de sus reguladores.

Verifique que entregue 5v y 3.3v constantes incluso con una carga (resistencias de 100 ohmios, por ejemplo).

Ahora puede soldar todos los componentes en una placa de circuito impreso como se muestra a continuación

Paso 13: Prepare el ESP8266

Conecte su ESP8266 en una placa de pruebas para una soldadura más fácil a continuación

Paso 14: construya la electrónica

Reproduzca la referencia de Fritzing.

Sugiero encarecidamente comenzar a construir la electrónica con una placa de pruebas.

Ponga todas las partes juntas en la placa de pruebas.

Conecte con cuidado las fuentes de energía

Verifique los LED de encendido en Arduino y ESP8266.

La pantalla LCD debe encenderse.

Paso 15: hagámoslo con la configuración de la puerta de enlace

Conecte el FTDI USB a su estación de desarrollo.

Configure el interruptor de enlace serial para conectar ESP8266 al FTDI como este

Paso 16: Prepárese para descargar el código de puerta de enlace

Inicie Arduino en su estación de trabajo.

Necesita que ESP8266 sea conocido como placa por el IDE.

Seleccione el puerto USB y la placa adecuada con el menú Herramientas / placas.

Si no ve ningún ESP266 en la lista, eso significa que puede que tenga que instalar ESP8266 Arduino Addon (puede encontrar aquí el procedimiento).

Todo el código que necesita está disponible en GitHub. ¡Es hora de descargarlo!

El código principal del Gateway está ahí:

github.com/cuillerj/Esp8266UdpSerialGatewa…

Además del estándar Arduino y ESP8266 incluye el código principal, estos 2 incluyen:

LookFoString que se usa para manipular cadenas y está ahí:

ManageParamEeprom que se utiliza para leer y almacenar parámetros en Eeprom y está ahí:

Una vez que obtenga todo el código, es hora de cargarlo en el ESP8266.

Primero conecte el FTDI a un puerto USB de su computadora.

Le sugiero que compruebe la conexión antes de intentar cargar.

• · Configure el monitor serial Arduino en el nuevo puerto USB.
• · Establezca la velocidad en 115200 tanto cr nl (velocidad predeterminada para Olimex)
• · Encienda la placa de pruebas (ESP8266 viene con software que se ocupa de los comandos AT)
• · Envíe "AT" con la herramienta de serie.
• · Debe obtener "OK" a cambio.

Si no es así, verifique su conexión y observe las especificaciones de su ESP8266.

Si obtuvo "OK", está listo para cargar el código.

Paso 17: descargue el código de puerta de enlace 1/2

·

• Apague la placa de pruebas, espere unos segundos,
• Presione el botón de la placa de pruebas y encienda
• Suelte el pulsador Es normal que aparezcan basura en el monitor de serie.
• Presione en el IDE de carga como para un Arduino.
• Una vez completada la carga, establezca la velocidad de serie en 38400.

Paso 18: descargue el código de puerta de enlace 2/2

Verías algo como en la imagen.

¡Enhorabuena, subió el código correctamente!

Paso 19: Establezca sus propios parámetros de puerta de enlace

Mantenga abierto el Serial Monitor (velocidad 38400) del IDE

• Apague la placa de pruebas, espere unos segundos
• Use el interruptor para configurar configGPIO en 1 (3.3v)
• Escanee el WIFI ingresando el comando:
• ScanWifi. Verá una lista de la red detectada.
• Luego, configure su SSID ingresando "SSID1 = yournetwork
• Luego configure su contraseña ingresando "PSW1 = su contraseña
• Luego ingrese "SSID = 1" para definir la red actual
• Ingrese "Reiniciar" para conectar el Gateway a su WIFI.

Puede verificar que obtuvo una IP ingresando "ShowWifi".

El LED azul estará encendido y el LED rojo parpadeando

Es hora de definir la dirección de su servidor IP ingresando las 4 subdirecciones (servidor que ejecutará el código de prueba de Java). Por ejemplo, para IP = 192.168.1.10 ingrese:

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

Defina los puertos IP como:

• · RoutePort = 1840 (o según la configuración de su aplicación, consulte la "Guía de instalación del servidor")

  Ingrese "ShowEeprom" para verificar lo que acaba de almacenar en Eeprom

  Ahora configure el GPIO2 a tierra para salir del modo de configuración (use el interruptor para hacerlo)

  ¡Tu Gateway está listo para trabajar!

  El LED azul debe encenderse tan pronto como la puerta de enlace esté conectada a su WIFI.

  Hay algunos otros comandos que puede encontrar en la documentación de la puerta de enlace.

Configure la dirección IP ESP8266 como permanente dentro de su DNS

Paso 20: Prepare la conexión Arduino

En primer lugar, desenchufe los conectores de enlace serie para evitar conflictos USB.

Paso 21: hagamos algunas pruebas

Antes de trabajar con el código del termostato, hagamos algunas pruebas con las fuentes de ejemplo de IDE

Conecte el Arduino USB a su estación de trabajo.

Elija Puerto serie, establezca la velocidad en 9600 y establezca el tipo de tarjeta en Nano.

Verifique el sensor de temperatura

Abra Archivos / ejemplos / Max31850Onewire / DS18x20_Temperature y modifique OneWire ds (8); (8 en lugar de 10).

Sube y comprueba que funciona. En caso de que no compruebe las conexiones de su DS1820.

Mira el reloj

Archivos abiertos / ejemplos / DS1307RTC / programa setTime

Sube el código y comprueba que llega el momento adecuado.

Verifique la pantalla LCD

Archivos abiertos / ejemplos / liquid cristal / programa HelloWorld

Sube el código y comprueba que recibes el mensaje.

Comprueba el mando a distancia

Archivos abiertos / ejemplos / ArduinoIRremotemaster / programa IRrecvDemo

Modifique el PIN a 4 - cargue el código

Use su control remoto y verifique que obtenga el código de infrarrojos en el monitor.

Es hora de elegir el control remoto 8 teclas diferentes que desea usar como se muestra a continuación:

• · Aumentar la instrucción de temperatura
• · Disminuir la instrucción de temperatura
• · Apagar el termostato
• · Seleccionar el modo de agenda semanal
• · Seleccionar el modo de agenda del primer día
• · Seleccionar el modo de agenda del segundo día
• · Seleccionar el modo de no congelar
• · Encender / apagar la puerta de enlace WIFI

Desde que hizo su elección use la clave, copie y guarde en un documento de texto los códigos recibidos. Necesitará esta información más adelante.

Paso 22: Verifique la conexión de red

Para comprobar su trabajo, lo mejor es utilizar los ejemplos de Arduino y Java.

Arduino

Puede descargarlo allí:

Incluye la biblioteca SerialNetwork que está aquí:

Simplemente cargue el código dentro de su Arduino.

Servidor

El ejemplo del servidor es un programa Java que puede descargar aquí:

Solo ejecútalo

Mira la consola de Java.

Mira el monitor Arduino.

Arduino envía 2 paquetes diferentes.

· El primero contiene el estado de los pines digitales 2 a 6.

· El segundo contiene 2 valores aleatorios, el nivel de voltaje de A0 en mV y el conteo incremental.

El programa Java

· Imprimir los datos recibidos en formato hexadecimal

· Responder al primer tipo de datos con un valor de encendido / apagado aleatorio para encender / apagar el LED Arduino

· Responder al segundo tipo de datos con el recuento recibido y un valor aleatorio.

Debes ver algo como arriba.

¡Ahora está listo para trabajar en el código del termostato

Paso 23: prepara el Arduino

Conecte el Arduino USB a su estación de trabajo.

Establezca la velocidad en 38400.

Necesitamos configurar el Arduino en modo de configuración

Enchufe un conector en el ICSP para que GPIO 11 se establezca en 1 (5v)

Paso 24: Descarga el código Arduino

Las fuentes de termostato están disponibles en GitHub

Primero descargue esta biblioteca y copie los archivos en su biblioteca habitual.

Luego descargue estas fuentes y copie los archivos en su carpeta de fuentes Arduino habitual.

Abra Thermosat.ico y compile y verifique que no obtenga errores

Descarga el código Arduino.

El Arduino se iniciará automáticamente.

Espere el mensaje "end init eeprom".

Los valores de los parámetros predeterminados ahora están escritos en la eeprom.

Paso 25: reinicia el Arduino

El arduino se ha inicializado y debe configurarse en modo de ejecución antes de reiniciarse

Enchufe el conector en el ICSP para que GPIO 11 esté configurado en 0 (tierra) para configurar el Arduino en modo de ejecución.

Reinicia el Arduino.

Debe ver la hora en la pantalla LCD y el LED amarillo debe estar encendido. (Verá 0: 0 si el reloj no se ha sincronizado o se ha perdido tiempo (alimentado y sin batería)).

Paso 26: Verifique la pantalla LCD

Verá alternativamente 3 pantallas diferentes.

Común a la pantalla 1 y 2:

• a la izquierda de la parte superior: la hora real
• a la izquierda de la parte inferior: la instrucción de temperatura real
• en el centro de la parte inferior: la temperatura interior real (DS1820)

Pantalla 1:

en el medio de la parte superior: modo de funcionamiento real

Pantalla 2:

• en el medio de la parte superior: día real de la semana
• a la derecha de la parte superior: números de día y mes

El tercero se describe en la guía de mantenimiento.

Paso 27: Prueba de relés

Pruebe el relé de la puerta de enlace

En esta etapa, debe estar conectado a WIFI y el LED azul debe encenderse.

Presione la tecla del control remoto que seleccionó para encender / apagar la puerta de enlace WIFI. El relé debe apagar el ESP8266 y el LED azul.

Espere unos segundos y presione nuevamente la tecla del control remoto. La puerta de enlace WIFI debe estar encendida.

En un minuto, la puerta de enlace debe estar conectada y el LED azul debe encenderse.

Prueba el relé de la caldera

Primero mire el LED rojo. Si la instrucción de temperatura es mucho más alta que la temperatura interior, el LED debe encenderse. Se necesitan unos minutos después del inicio para que Arduino obtenga suficientes datos para decidir si calentar o no.

Si el LED rojo está encendido, disminuya la instrucción de temperatura para ajustarla por debajo de la temperatura interior. En unos segundos, el relé debe apagarse y el LED rojo se apaga.

Si el LED rojo está apagado, aumente la instrucción de temperatura para ajustarla por debajo de la temperatura interior. En unos segundos, el relé debe encenderse y el LED rojo se enciende.

Si lo hace más de una vez, tenga en cuenta que el sistema no reaccionará de inmediato para evitar un encendido demasiado rápido de la caldera.

Ese es el final del trabajo de la placa de pruebas.

Paso 28: Suelde la fuente de alimentación 1/4

Sugiero usar 2 PCB diferentes: uno para la fuente de alimentación y otro para los microcontroladores.

Necesitará conectores para;

· 2 para fuente de alimentación de entrada de 9v

· 1 para salida + 9v

· 1 para salida de + 3.3v (hice 2)

· 2 para salida de + 5v (hice 3)

· 2 para comando de relé

· 2 para potencia de relé

Paso 29: Suelde la fuente de alimentación 2/4

¡Aquí está el esquema Frizting a seguir!

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 30: Suelde la fuente de alimentación 3/4

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 31: Suelde la fuente de alimentación 4/4

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 32: Suelde los microcontroladores en PCB 1/7

Sugiero no soldar Arduino y ESP8266 directamente en la PCB

En su lugar, use conectores como se muestra a continuación para poder reemplazar fácilmente los microcontroladores

Paso 33: Suelde los microcontroladores en PCB 2/7

Necesitará conectores para:

• 3 x + 5v (hice uno de repuesto)
• 6 x tierra
• 3 x para DS1820
• 3 x para LED
• 1 x receptor de infrarrojos
• 2 x para comando de relé
• 4 x para bus I2C

¡Aquí está el esquema Frizting a seguir!

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 34: Suelde los microcontroladores en PCB 3/7

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 35: Suelde los microcontroladores en PCB 4/7

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 36: Suelde los microcontroladores en PCB 5/7

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 37: Suelde los microcontroladores en PCB 6/7

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 38: Suelde los microcontroladores en PCB 7/7

Puede ver arriba los números de pieza según el modelo Fritzing.

Paso 39: conecte y verifique todos juntos antes de poner en la caja

Paso 40: atornille los PCB en una pieza de madera

Paso 41: Hagamos la caja de la cubierta de madera

Paso 42: Pon todo en la caja

Paso 43: Crear proyecto de código de servidor

Inicie su entorno IDE

Descargue las fuentes de lotes de GitHub

Descargue las fuentes J2EE de GitHub

Inicie su IDE de Java (Eclipse, por ejemplo)

Crear proyecto Java "ThermostatRuntime"

Importar las fuentes de lotes descargados

Cree un proyecto J2EE (Proyecto web dinámico para Eclipse) "ThermostatPackage"

Importar las fuentes J2EE descargadas

Paso 44: Defina su conexión SQL

Cree una clase "GelSqlConnection" en proyectos Java y J2EE

Copie y pegue el contenido GetSqlConnectionExample.java.

Configure el usuario, la contraseña y el host de su servidor MySql que utilizará para almacenar datos.

Guarde GelSqlConnection.java

Copie y pegue GelSqlConnection.java en el proyecto ThermostatRuntime

Paso 45: Cree las tablas de la base de datos

Crea las siguientes tablas

Utilice el script Sql para crear una tabla indDesc

Utilice el script SQL para crear una tabla indValue

Utilice el script SQL para crear la tabla de estaciones

Inicializar tablas

Descargar el archivo loadStations.csv

abre el archivo csv

modifique st_IP para que se ajuste a la configuración de su red.

• la primera dirección es la del termostato
• el segundo termostato es el servidor

guardar y cargar la tabla de estaciones con este csv

Descarga loadIndesc.csv

cargar la tabla ind_desc con este csv

Paso 46: definir el control de acceso

Puede hacer el control que desee modificando el código "ValidUser.java" para que se ajuste a sus necesidades de seguridad.

Simplemente verifico la dirección IP para autorizar la modificación. Para hacer lo mismo, simplemente cree la tabla de Seguridad e inserte un registro en esta tabla como se muestra arriba.

Paso 47: Opcional

Temperatura exterior

Utilizo esta API de pronóstico del tiempo para obtener información sobre mi ubicación y funciona bastante bien. Una cáscara con rizo extrae la temperatura cada hora y la almacena en la base de datos. Puede adaptar la forma en que obtendrá la temperatura exterior modificando el código "KeepUpToDateMeteo.java".

Seguridad de casa

Conecté el sistema de seguridad de mi hogar con el termostato para disminuir automáticamente las instrucciones de temperatura cuando salgo de casa. Puede hacer algo similar con el campo "securityOn" en la base de datos.

Temperatura del agua de la caldera

Ya superviso la temperatura de entrada y salida del agua de la caldera con un Arduino y 2 sensores DS1820, así que agregué información a la HMI WEB.

Paso 48: Inicie el código de tiempo de ejecución

Exportar el proyecto ThermostatRuntime como un archivo jar

A menos que desee modificar los puertos UDP, inicie los lotes con el comando:

java -cp $ CLASSPATH ThermostatDispatcher 1840 1841

CLASSPATH debe contener acceso a su archivo jar y conector mysql.

Debe ver algo como el anterior en el registro.

Agregue una entrada en el crontable para comenzar al reiniciar

Paso 49: Inicie la aplicación J2EE

Exporte el ThermostatPackage como WAR.

Implementar WAR con el administrador de Tomcat

Pruebe la aplicación youserver: port / Thermostat / ShowThermostat? Station = 1

Debes ver algo como arriba

Paso 50: sincronice el termostato y el servidor

Utilice el menú de comandos de la HMI para realizar los siguientes pasos

· Subir temperaturas

· Subir registros

· Cargar horario

· Escribir eeprom / seleccionar todo

Paso 51: conecte el termostato a la caldera

Antes de hacerlo, lea atentamente las instrucciones de la caldera. Tenga cuidado con el alto voltaje.

El termostato debe conectarse a un contacto simple con un cable de 2 hilos.

Paso 52: disfrute de su sistema de control de calefacción

¡Está listo para configurar el sistema para que se ajuste exactamente a sus necesidades!

Establezca sus temperaturas de referencia, sus horarios.

Utilice la documentación del termostato para hacerlo.

Inicie el rastreo de PID. Deje que el sistema funcione unos días y luego use los datos recopilados para ajustar el termostato

La documentación proporciona especificaciones a las que puede consultar si desea realizar cambios.

Si necesita más información envíeme una solicitud. Estaré encantado de responder.

Esto forma parte de una infraestructura domótica

Paso 53: Caja de impresión 3D

Conseguí una impresora 3D e imprimí esta caja.

El diseño de la espalda

El diseño frontal

Diseño superior e inferior

El diseño lateral