Créez votre propre thermostat de chauffage connecté et économisez sur le chauffage : 53 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Quel est le but?

• Augmentez le confort en chauffant votre maison exactement comme vous le souhaitez
• Faites des économies et réduisez les émissions de gaz à effet de serre en ne chauffant votre maison que lorsque vous en avez besoin
• Gardez le contrôle de votre chauffage où que vous soyez
• Soyez fier de l'avoir fait vous-même

Étape 1: Comment augmente-t-il votre confort ?

Vous définirez 4 consignes de température différentes qui seront automatiquement sélectionnées en fonction de votre planning.

Vous exprimerez votre besoin en tant que température attendue à un moment de la journée et le système commencera à chauffer au moment optimal pour atteindre votre attente.

De retour à la maison plus tôt dans la journée, utilisez votre téléphone pour anticiper le démarrage de votre chauffage

Le système fournira une température très stable qui s'adaptera précisément à vos besoins.

Étape 2: Comment réaliserez-vous des économies et réduisez-vous les émissions de gaz à effet de serre ?

Connaissant votre horaire, le système ne chauffera que lorsque vous en aurez besoin.

Le système prendra en compte la température extérieure pour optimiser le chauffage.

De retour chez vous plus tard dans la journée, utilisez votre téléphone pour reporter le démarrage de votre chauffage.

Vous pourrez adapter le système à votre équipement.

Étape 3: Comment contrôlerez-vous votre chauffage où que vous soyez ?

Le système est connecté au WIFI. Vous utiliserez votre ordinateur portable pour configurer, régler et mettre à jour le calendrier de votre système.

En dehors de chez vous, vous utiliserez votre téléphone pour anticiper ou reporter le démarrage de votre chauffage

Étape 4: Contrôle de la température

Un régulateur PID est utilisé pour la régulation du chauffage.

Il est utilisé pour contrôler la manière d'atteindre la température attendue et de la maintenir aussi près que possible de la cible.

Les paramètres PID peuvent être ajustés à votre environnement (voir la documentation du système sur le réglage).

Étape 5: Contrôleur d'instructions

Un contrôleur d'instructions est conçu pour déterminer l'heure de démarrage du chauffage. Il prend en compte les températures intérieures, extérieures et la capacité de la chaudière pour déterminer dynamiquement le meilleur moment pour démarrer le chauffage en fonction de vos besoins.

Cette régulation peut être adaptée à votre besoin grâce au paramètre "réactivité" que vous pouvez modifier.

Étape 6: Le calendrier

Les consignes de température sont exprimées en cible (température, temps). Cela signifie que vous voulez que votre maison soit à cette température à un moment précis.

La température doit être choisie entre les 4 références.

Une instruction doit être définie pour chaque demi-heure de l'horaire.

Vous pouvez définir un horaire hebdomadaire et 2 horaires quotidiens.

Étape 7: Présentation de l'architecture

Jetez un œil à l'architecture globale

Il fonctionne avec chaque chaudière via un contact normalement ouvert ou normalement fermé.

Étape 8: Présentation des microcontrôleurs

Le système central fonctionne sur un microcontrôleur Atmel ATmega.

Une fois le code et les paramètres téléchargés et synchronisés sur l'horloge, il peut fonctionner de manière 100% autonome.

Il communique via la liaison série pour prendre en compte des informations externes.

Un micro-contrôleur ESP8266 exécute le code de passerelle pour transformer la connexion de liaison série en connexion WIFI.

Les paramètres sont initialement écrits dans l'eeprom et peuvent être modifiés et enregistrés à distance.

Étape 9: Présentation de la connexion réseau

La connexion réseau se fait avec un microcontrôleur WIFI ESP8266. C'est tout à fait la même chose que la description de la passerelle « instructables ». Néanmoins les modifications suivantes ont été apportées à partir de cette description: certains GPIO inutiles pour ce projet ne sont pas utilisés et l'Arduino et l'ESP8266 sont soudés sur le même PCB.

Étape 10: Présentation du serveur

Java exécute la partie serveur du système. Les IHM utilisent TOMCAT. MySQL est la base de données.

Étape 11: Liste des pièces

Vous aurez besoin de ces principaux composants

2 x micro-contrôleurs

· 1 x Arduino - j'ai choisi un Nano 3.0 - vous pouvez en trouver à environ 2,5$ (Aliexpress)

· 1 x ESP8266 - j'ai choisi -ESP8266-DEV Olimex - à 5.5€

1 x capteur de température DS1820

· J'ai choisi un imperméable - vous pouvez en obtenir 5 pour 9€ (Amazon)

1 x module relais double (0 commande)

· J'ai choisi SONGLE SRD-05VDC - vous pouvez en trouver à 1.5€ (Amazon)

1 x LCD I2C 2x16 caractères

J'en avais déjà un - vous pouvez en trouver pour moins de 4$ (Aliexpress)

1 x module temps réel I2C DS1307 avec pile CR2032

· J'en avais déjà un - vous pouvez en trouver pour moins de 4$ (Aliexpress)

tu peux trouver pour quelques euros

1 x récepteur infrarouge

· J'ai choisi AX-1838HS vous pouvez en trouver 5 pour 4€

1 x FTDI

1 x télécommande IR (vous pouvez en acheter une dédiée ou utiliser celle de votre téléviseur)

2 x régulateurs de puissance (3.3v & 5v)

· J'ai choisi I x LM1086 3.3v & 1 x L7850CV 5v

Et quelques trucs

5 LED

9 résistances 1K

1 résistance 2.2K

1 résistance de 4,7K

1 condensateur céramique 100 microF

1 condensateur céramique 330 microF

Condensateur au tentale 2 x 1 microF

2 transistors NPN

4 diodes

2 cartes de circuits imprimés

2 commutateurs 3 broches

Certains connecteurs et fils

Bien sûr, vous avez besoin de fer à souder et d'étain.

Étape 12: Construisez les sources d'alimentation

Ce fichier fritzing décrit ce qu'il faut faire.

Il est préférable de commencer à construire les sources d'alimentation avec une maquette même s'il n'y a pas de difficultés.

Les régulateurs peuvent être facilement remplacés par d'autres: il suffit de modifier les connexions et les condensateurs en fonction des caractéristiques de vos régulateurs.

Vérifiez qu'il délivre un 5v et 3,3v constant même avec une charge (résistances de 100 ohms par exemple).

Vous pouvez maintenant souder tous les composants sur un PCB de maquette comme ci-dessous

Étape 13: Préparez l'ESP8266

Branchez votre ESP8266 dans une maquette pour une soudure plus facile ci-dessous

Étape 14: Construisez l'électronique

Reproduire la référence Fritzing.

Je suggère fortement de commencer à construire l'électronique avec une maquette.

Assemblez toutes les pièces sur la planche à pain.

Connectez soigneusement les sources d'alimentation

Vérifiez les LED d'alimentation sur l'Arduino et l'ESP8266.

L'écran LCD doit s'allumer.

Étape 15: Passons à la configuration de la passerelle

Connectez l'USB FTDI à votre station de développement.

Réglez le commutateur de liaison série afin de connecter ESP8266 au FTDI comme ceci

Étape 16: Préparez-vous à télécharger le code de la passerelle

Démarrez Arduino sur votre poste de travail.

Vous avez besoin que l'ESP8266 soit connu comme carte par l'IDE.

Sélectionnez le port USB et la carte appropriée avec le menu Outils / cartes.

Si vous ne voyez aucun ESP266 dans la liste, cela signifie que vous devrez peut-être installer ESP8266 Arduino Addon (vous pouvez trouver ici la procédure).

Tout le code dont vous avez besoin est disponible sur GitHub. Il est temps de le télécharger !

Le code principal de la passerelle est là:

github.com/cuillerj/Esp8266UdpSerialGatewa…

En plus de l'Arduino standard et de l'ESP8266, le code principal a besoin de ces 2 éléments:

LookFoString qui est utilisé pour manipuler les chaînes et est là:

ManageParamEeprom qui est utilisé pour lire et stocker les paramètres dans Eeprom et est là:

Une fois que vous avez obtenu tout le code, il est temps de le télécharger dans l'ESP8266.

Connectez d'abord le FTDI à un port USB de votre ordinateur.

Je vous suggère de vérifier la connexion avant d'essayer de télécharger.

• · Réglez le moniteur série Arduino sur le nouveau port USB.
• · Réglez la vitesse sur 115200 les deux cr nl (vitesse par défaut pour Olimex)
• · Allumez la maquette (ESP8266 est livré avec un logiciel qui gère les commandes AT)
• · Envoyer "AT" avec l'outil série.
• · Vous devez obtenir "OK" en retour.

Sinon, vérifiez votre connexion et regardez les spécifications de votre ESP8266.

Si vous avez "OK", vous êtes prêt à télécharger le code

Étape 17: Téléchargez le code de passerelle 1/2

·

• Éteignez la planche à pain, attendez quelques secondes,
• Appuyez sur le bouton poussoir de la maquette et allumez
• Relâchez le bouton poussoir Il est normal d'avoir des déchets sur le moniteur série.
• Appuyez sur l'IDE de téléchargement comme pour un Arduino.
• Une fois le téléchargement terminé, définissez la vitesse série sur 38400.

Étape 18: Téléchargez le code de passerelle 2/2

Vous verriez quelque chose comme sur la photo.

Félicitations, vous avez téléchargé le code avec succès !

Étape 19: définissez vos propres paramètres de passerelle

Gardez ouvert le moniteur série (vitesse 38400) de l'IDE

• Éteignez la planche à pain, attendez quelques secondes
• Utilisez le commutateur pour régler le configGPIO sur 1 (3.3v)
• Scannez le WIFI en entrant la commande:
• ScanWifi. Vous verrez une liste du réseau détecté.
• Ensuite, définissez votre SSID en entrant "SSID1=votre réseau
• Ensuite, définissez votre mot de passe en entrant "PSW1=votre mot de passe
• Entrez ensuite "SSID=1" pour définir le réseau courant
• Entrez "Redémarrer" pour connecter la passerelle à votre WIFI.

Vous pouvez vérifier que vous avez une adresse IP en entrant "ShowWifi".

La LED bleue sera allumée et la LED rouge clignotera

Il est temps de définir l'adresse de votre serveur IP en saisissant les 4 sous-adresses (serveur qui exécutera le code de test Java). Par exemple pour IP=192.168.1.10 entrez:

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

Définissez les ports IP comme:

• · routePort=1840 (ou bien selon la configuration de votre application voir « Guide d'installation du serveur »)

  Entrez "ShowEeprom" pour vérifier ce que vous venez de stocker dans Eeprom

  Mettez maintenant le GPIO2 à la masse pour quitter le mode de configuration (utilisez le commutateur pour le faire)

  Votre passerelle est prête à fonctionner !

  La LED bleue doit s'allumer dès que la passerelle est connectée à votre WIFI.

  Il existe d'autres commandes que vous pouvez trouver dans la documentation de la passerelle.

Définissez l'adresse IP ESP8266 comme permanente dans votre DNS

Étape 20: préparer la connexion Arduino

Tout d'abord, débranchez les connecteurs de liaison série pour éviter les conflits USB.

Étape 21: Faisons quelques tests

Avant de travailler avec le code Thermostat, faisons quelques tests avec les exemples de sources IDE

Connectez l'Arduino USB à votre station de travail.

Choisissez Serial Port, réglez la vitesse sur 9600 et réglez le type de carte sur Nano.

Vérifiez le capteur de température

Ouvrez les fichiers/exemples/Max31850Onewire/DS18x20_Temperature et modifiez OneWire ds(8); (8 au lieu de 10).

Téléchargez et vérifiez que cela fonctionne. Dans le cas contraire, vérifiez vos connexions DS1820.

Vérifiez l'horloge

Fichiers ouverts/exemples/DS1307RTC/programme setTime

Téléchargez le code et vérifiez que vous obtenez le bon moment.

Vérifiez l'écran LCD

Fichiers ouverts / exemples / cristaux liquides / programme HelloWorld

Téléchargez le code et vérifiez que vous recevez le message.

Vérifiez la télécommande

Fichiers ouverts/exemples/ArduinoIRremotemaster/programme IRrecvDemo

Modifier le code PIN à 4 – télécharger le code

Utilisez votre télécommande et vérifiez que vous obtenez le code IR sur le moniteur.

Il est temps de choisir la télécommande 8 touches différentes que vous souhaitez utiliser comme ci-dessous:

• · augmenter l'instruction de température
• · diminuer l'instruction de température
• · éteindre le thermostat
• · sélectionner le mode agenda de la semaine
• · sélectionner le mode agenda du premier jour
• · sélectionner le mode agenda du deuxième jour
• · sélectionnez le mode sans congélation
• · allumer/éteindre la passerelle WIFI

Puisque vous avez fait votre choix utilisez la clé, copiez et enregistrez dans un document texte les codes reçus. Vous aurez besoin de ces informations plus tard.

Étape 22: Vérifiez la connexion réseau

Pour vérifier votre travail, le mieux est d'utiliser les exemples Arduino et Java.

Arduino

Vous pouvez le télécharger ici:

Il comprend la bibliothèque SerialNetwork qui se trouve ici:

Téléchargez simplement le code dans votre Arduino.

Serveur

L'exemple de serveur est un programme Java que vous pouvez télécharger ici:

Exécutez-le simplement

Regardez la console Java.

Regardez le moniteur Arduino.

Arduino envoie 2 paquets différents.

· Le premier contient l'état des broches numériques 2 à 6.

· Le second contient 2 valeurs aléatoires, le niveau de tension de A0 en mV et le comptage incrémental.

Le programme Java

· imprimer les données reçues au format hexadécimal

· répondre au premier type de données avec une valeur marche/arrêt aléatoire pour activer/désactiver la LED Arduino

· répondre au deuxième type de données avec le compte reçu et une valeur aléatoire.

Vous devez voir quelque chose comme ci-dessus.

Vous êtes maintenant prêt à travailler sur le code du thermostat

Étape 23: Préparez l'Arduino

Connectez l'Arduino USB à votre station de travail.

Réglez la vitesse sur 38 400.

Nous devons mettre l'Arduino en mode configuration

Branchez un connecteur sur l'ICSP pour que GPIO 11 soit réglé sur 1 (5v)

Étape 24: Téléchargez le code Arduino

Les sources des thermostats sont disponibles sur GitHub

Téléchargez d'abord cette bibliothèque et copiez les fichiers dans votre bibliothèque habituelle.

Téléchargez ensuite ces sources et copiez les fichiers dans votre dossier de sources Arduino habituel.

Ouvrez Thermosat.ico et compilez et vérifiez que vous n'obtenez pas d'erreurs

Téléchargez le code Arduino.

L'Arduino démarrera automatiquement.

Attendez le message "end init eeprom".

Les valeurs des paramètres par défaut sont maintenant écrites dans l'eeprom.

Étape 25: Redémarrez l'Arduino

L'arduino a été initialisé et doit être mis en mode de fonctionnement avant d'être redémarré

Branchez le connecteur sur l'ICSP de sorte que GPIO 11 soit réglé sur 0 (masse) pour mettre l'Arduino en mode de fonctionnement.

Réinitialisez l'Arduino.

Vous devez voir l'heure sur l'écran LCD et la LED jaune doit être allumée. (Vous verrez 0:0 si l'horloge n'a pas été synchronisée ou si du temps a été perdu (hors tension et sans batterie)).

Étape 26: Vérifiez l'écran LCD

Vous verrez alternativement 3 écrans différents.

Commun aux écrans 1 et 2:

• en haut à gauche: l'heure réelle
• en bas à gauche: la consigne de température réelle
• au milieu du bas la: température intérieure réelle (DS1820)

Écran 1:

au milieu du haut: mode de fonctionnement réel

Écran 2:

• au milieu du haut: jour réel de la semaine
• en haut à droite: numéros du jour et du mois

Le 3ème est décrit dans le guide d'entretien.

Étape 27: Testez les relais

Tester le relais de passerelle

A ce stade, vous devez être connecté au WIFI et la LED bleue doit s'allumer.

Appuyez sur la touche de la télécommande que vous avez sélectionnée pour allumer/éteindre la passerelle WIFI. Le relais doit éteindre l'ESP8266 et la LED bleue.

Attendez quelques secondes et appuyez à nouveau sur la touche de la télécommande. La passerelle WIFI doit être sous tension.

Dans la minute qui suit, la passerelle doit être connectée et la LED bleue doit s'allumer.

Tester le relais de la chaudière

Regardez d'abord la LED rouge. Si l'instruction de température est beaucoup plus élevée que la température intérieure, la LED doit s'allumer. Il faut quelques minutes après le démarrage à l'Arduino pour obtenir suffisamment de données pour décider de chauffer ou non.

Si la LED rouge est allumée, diminuez la consigne de température pour la régler à un niveau inférieur à la température intérieure. En quelques secondes, le relais doit s'éteindre et la LED rouge s'éteindre.

Si la LED rouge est éteinte, augmentez l'instruction de température pour la régler à un niveau inférieur à la température intérieure. En quelques secondes, le relais doit s'allumer et la LED rouge s'allumer.

Si vous le faites plusieurs fois, gardez à l'esprit que le système ne réagira pas tout de suite pour éviter d'allumer trop rapidement la chaudière.

C'est la fin du travail de la maquette.

Étape 28: Soudez l'alimentation 1/4

Je suggère d'utiliser 2 PCB différents: un pour l'alimentation et un pour les micro-contrôleurs.

Vous aurez besoin de connecteurs pour;

· 2 pour alimentation d'entrée 9v

· 1 pour la sortie +9v

· 1 pour la sortie +3.3v (j'en ai fait 2)

· 2 pour la sortie +5v (j'en ai fait 3)

· 2 pour la commande relais

· 2 pour l'alimentation du relais

Étape 29: Soudez l'alimentation 2/4

Voici le schéma Frizting à suivre !

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Étape 30: Soudez l'alimentation 3/4

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Étape 31: Soudez l'alimentation 4/4

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Etape 32: Soudez les Micro-contrôleurs sur PCB 1/7

Je suggère de ne pas souder l'Arduino et l'ESP8266 directement sur le PCB

Utilisez plutôt des connecteurs comme ci-dessous afin de pouvoir remplacer facilement les microcontrôleurs

Etape 33: Soudez les Micro-contrôleurs sur PCB 2/7

Vous aurez besoin de connecteurs pour:

• 3 x +5v (j'en ai fait un de rechange)
• 6 x terre
• 3x pour DS1820
• 3x pour LED
• 1 x récepteur infrarouge
• 2 x pour la commande de relais
• 4x pour bus I2C

Voici le schéma Frizting à suivre !

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Etape 34: Soudez les Micro-contrôleurs sur PCB 3/7

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Etape 35: Soudez les Micro-contrôleurs sur PCB 4/7

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Etape 36: Soudez les Micro-contrôleurs sur PCB 5/7

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Etape 37: Soudez les Micro-contrôleurs sur PCB 6/7

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Etape 38: Souder les Micro-contrôleurs sur PCB 7/7

Vous pouvez voir ci-dessus les numéros de pièces selon le modèle Fritzing.

Étape 39: Connectez-vous et vérifiez tous les éléments avant de mettre la boîte dans la boîte

Étape 40: Visser des PCB sur un morceau de bois

Étape 41: Faisons la boîte de couverture en bois

Étape 42: Mettez tout dans la boîte

Étape 43: Créer un projet de code serveur

Démarrez votre environnement IDE

Téléchargez les sources des lots depuis GitHub

Téléchargez les sources J2EE depuis GitHub

Démarrez votre IDE Java (Eclipse par exemple)

Créer un projet Java « ThermostatRuntime »

Importer les sources des lots téléchargés

Créer un projet J2EE (Dynamic Web Project for Eclipse) « ThermostatPackage »

Importer les sources J2EE téléchargées

Étape 44: Définissez votre connexion SQL

Créer une classe "GelSqlConnection" dans les projets Java et J2EE

Copiez et collez le contenu GetSqlConnectionExample.java.

Définissez l'utilisateur, le mot de passe et l'hôte de votre serveur MySql que vous utiliserez pour stocker les données.

Enregistrer GelSqlConnection.java

Copiez et collez GelSqlConnection.java dans le projet ThermostatRuntime

Étape 45: Créer les tables de la base de données

Créer les tableaux suivants

Utiliser le script Sql pour créer une table indDesc

Utiliser le script SQL pour créer la table indValue

Utiliser le script SQL pour créer une table de stations

Initialiser les tables

Télécharger le fichier loadStations.csv

ouvrir le fichier csv

modifiez st_IP pour l'adapter à votre configuration réseau.

• la première adresse est celle du Thermostat
• le deuxième Thermostat est celui du serveur

enregistrer et charger la table des stations avec ce csv

Télécharger loadIndesc.csv

charger la table ind_desc avec ce csv

Étape 46: Définir le contrôle d'accès

Vous pouvez effectuer le contrôle que vous souhaitez en modifiant le code « ValidUser.java » pour répondre à vos besoins de sécurité.

Je vérifie simplement l'adresse IP pour autoriser la modification. Pour faire la même chose, créez simplement la table Security et insérez un enregistrement dans cette table comme ci-dessus.

Étape 47: Facultatif

Température extérieure

J'utilise cette API de prévisions météo pour obtenir des informations sur ma position et cela fonctionne plutôt bien. Un shell avec curl toutes les heures extrait la température et stocke dans la base de données. Vous pouvez adapter la façon dont vous obtiendrez la température extérieure en modifiant le code « KeepUpToDateMeteo.java ».

Sécurité à domicile

J'ai interfacé mon système de sécurité domestique avec le Thermostat afin de diminuer automatiquement la consigne de température lorsque je quitte la maison. Vous pouvez faire quelque chose de similaire avec le champ « securityOn » dans la base de données.

Température de l'eau de la chaudière

Je surveille déjà la température d'entrée et de sortie de l'eau de la chaudière avec un Arduino et 2 capteurs DS1820 donc j'ai ajouté des informations à l'IHM WEB.

Étape 48: démarrer le code d'exécution

Exporter le projet ThermostatRuntime en tant que fichier jar

À moins que vous ne vouliez modifier les ports UDP, démarrez les lots avec la commande:

java -cp $CLASSPATH ThermostatDispatcher 1840 1841

CLASSPATH doit contenir l'accès à votre fichier jar et au connecteur mysql.

Vous devez voir quelque chose comme ci-dessus dans le journal.

Ajouter une entrée dans le crontable pour démarrer au redémarrage

Étape 49: Démarrer l'application J2EE

Exportez le ThermostatPackage en tant que WAR.

Déployez le WAR avec le gestionnaire Tomcat

Testez l'application youserver:port/Thermostat/ShowThermostat?station=1

Vous devez voir quelque chose comme ci-dessus

Étape 50: Synchronisez le thermostat et le serveur

Utilisez le menu de commande de l'IHM pour effectuer les étapes suivantes

· Télécharger les températures

· Télécharger des registres

· Calendrier de téléchargement

· Ecrire eeprom / sélectionner Tout

Étape 51: Connectez le thermostat à la chaudière

Avant cela, lisez attentivement les instructions de la chaudière. Attention à la haute tension.

Le thermostat doit être connecté à un simple contact avec un câble à 2 fils.

Étape 52: Profitez de votre système de contrôle de chauffage

Vous êtes prêt à configurer le système pour répondre précisément à vos besoins !

Réglez vos températures de référence, vos horaires.

Utilisez la documentation du thermostat pour le faire.

Démarrez la trace PID. Laissez le système fonctionner quelques jours, puis utilisez les données collectées pour régler le thermostat

La documentation fournit des spécifications auxquelles vous pouvez vous référer si vous souhaitez apporter des modifications.

Si vous avez besoin de plus d'informations postez moi une demande. Je serai ravi de répondre.

Cela fait partie d'une infrastructure domotique

Étape 53: Boîte d'impression 3D

J'ai eu une imprimante 3D et j'ai imprimé cette boîte.

La conception du dos

La conception avant

Conception supérieure et inférieure

La conception latérale