模塊化WiFi智能恒溫器的構(gòu)建

描述

介紹

這個(gè)故事是關(guān)于如何構(gòu)建一個(gè)愚蠢的廉價(jià)但非?？岬哪K化 WiFi 智能恒溫器。

我設(shè)計(jì)了這個(gè)恒溫器的架構(gòu)，牢記“無服務(wù)器”方法。通信基礎(chǔ)設(shè)施、集成流程和 UI 可以部署和運(yùn)行在：

• 免費(fèi)云服務(wù)的任意組合
• 任何私有云平臺(tái)
• 任何 Raspberry Pi（在最小的零 W 上測試）或其他家庭服務(wù)器：提供docker指令讓您也可以測試此設(shè)置

核心模塊：外部單元+內(nèi)部單元

我的智能恒溫器的“核心模塊”很便宜，但仍然有：

• 超酷的顯示器
• 基本物理控制
• 通過 MQTT完成wifi 控制

它由三部分組成：一個(gè) Shelly 1（10 美元）、一個(gè) M5Stack ATOM 矩陣（9 美元）和一個(gè) M5Stack ENV 單元（5 美元），材料清單總計(jì) 24 美元。

沒有面包板和電線，沒有原型板，不需要焊料。它必須是一個(gè)干凈的工作，準(zhǔn)備生產(chǎn)！

我的恒溫器的外部裝置是Shelly 1 。它是控制加熱鍋爐的理想遠(yuǎn)程繼電器。易于連接（MQTT + 云 API），結(jié)構(gòu)緊湊，可通過 AC 或 DC 供電，清潔觸點(diǎn)。我保留了原始固件并將其連接到加熱鍋爐，如上圖所示。

我的恒溫器的內(nèi)部單元，即這個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，需要有一個(gè)很酷的顯示器和一些基本的物理控制（關(guān)閉/自動(dòng)模式+離開預(yù)設(shè)就足夠了）：所以我選擇了Atom Matrix ，最近的 M5Stack 產(chǎn)品，帶有 ESP32、LED 矩陣、wifi 和大量傳感器接口。為了獲得當(dāng)前溫度，我將 GROVE ENV 單元 (DHT12+BMP280) 連接到它：它們通過 I2C 進(jìn)行通信。

這兩個(gè)單元通過 MQTT 代理進(jìn)行通信。您可以選擇任何免費(fèi)的云 MQTT 代理或本地 MQTT 代理。沒關(guān)系。

外部裝置設(shè)置

外部單元（Shelly 1 ）可以配置原始固件，通過 Web 界面通過 MQTT 連接到內(nèi)部單元的同一代理。

去做這個(gè)：

• 通過將 L 和 N 連接到主電源來啟動(dòng) Shelly1
• 通過wifi連接AP shelly1-xxxxxx
• 在瀏覽器上，192.168.33.1 用于 Shelly Web 界面
• 選擇 Internet 和安全、WIFI 模式 - CLIENTa。選擇將 Shelly 設(shè)備連接到現(xiàn)有 WiFi 網(wǎng)絡(luò)，輸入 Wifi infob。單擊連接
• 在路由器中查找 Shelly1-xxxxxx 獲取 Shelly 本地 IP，xxxxxx 是每個(gè) Shelly 設(shè)備的唯一 ID
• 在瀏覽器上，連接到新的 Shelly 本地 IP
• 選擇 Internet 和安全，高級(jí) - 開發(fā)人員設(shè)置，a。通過 MQTT 啟用操作執(zhí)行，輸入 MQTT 服務(wù)器信息，b。節(jié)省

內(nèi)部單元設(shè)置

為了輕松地為內(nèi)部單元定制固件（M5Stack ATOM Matrix），

ESPHome 是一個(gè)通過簡單而強(qiáng)大的配置文件控制您的 ESP8266/ESP32 并通過家庭自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制它們的系統(tǒng)。所以我只是編寫了附加的 ( matrix_shelly_thermostat.yaml ) YAML 配置并使用 ESPHome 構(gòu)建固件并將其上傳到內(nèi)部單元。

我集成了 LED 矩陣顯示屏，將其用作字幕/滾動(dòng)文本，顯示當(dāng)前溫度、加熱時(shí)的目標(biāo)溫度，顏色取決于操作模式/動(dòng)作。為此，我的工作基于@rnauber 的https://github.com/rnauber/ESPHomeMatrixLED ，我對(duì)此做出了貢獻(xiàn)，增加了對(duì) M5Atom 設(shè)備的支持。我的更改已被@rnauber 接受并進(jìn)入上游。萬歲！

因此，構(gòu)建固件的步驟是：

• 獲取附加的matrix_shelly_thermostat.yaml結(jié)束根據(jù)您首選的云或本地 MQTT 代理編輯它的第一行（您可以保留預(yù)配置的test.mosquitto.org進(jìn)行測試：它仍然可以工作），以及您的 Shelly 1 的設(shè)備 ID您在內(nèi)部單元設(shè)置期間識(shí)別的設(shè)備（使用您的 devideID 查找/替換“shelly1-32C429”）
• 添加以下文件（放在.yaml的同一目錄下）

wget https://github.com/rnauber/ESPHomeMatrixLED/raw/master/my_matrixled_display.h
wget https://github.com/rnauber/ESPHomeMatrixLED/raw/master/DejaVuSans.ttf

• 使用 ESPHome https://esphome.io/guides/getting_started_command_line.html構(gòu)建和上傳固件

上傳固件后，該內(nèi)部單元將重新啟動(dòng)并創(chuàng)建自己的 WiFi 網(wǎng)絡(luò) (AP)，名稱 (SSID) 為“Matrix Shelly Thermostat”，密碼為“apolselli”。用您的手機(jī)或 PC 連接到它。Web 界面應(yīng)自動(dòng)打開（另請(qǐng)參閱登錄到網(wǎng)絡(luò)通知）。如果這不起作用，您也可以在瀏覽器中手動(dòng)導(dǎo)航到http://192.168.4.1/ 。在此 Web 界面中，您可以設(shè)置設(shè)備的 WiFi 設(shè)置。

內(nèi)部單元將開始生產(chǎn)/消費(fèi)有關(guān)以下主題的消息：

matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/current_temperature/state
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_low/state
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_high/state
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/away/state    OFF | ON
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/mode/state    heat | off
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/action/state  heating | idle
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_low/command
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_high/command
...

它將通過以下主題向外部單元發(fā)出命令：

shellies/shelly1-32C429/relay/0/command            on | off

它還將在http://matrix_shelly_thermostat.local公開一個(gè) Web 界面

至此，智能恒溫器的核心模塊已經(jīng)完成，它已經(jīng)可以工作了 :) 它還將與連接到同一個(gè) MQTT 代理的任何正在運(yùn)行的 Home Assistant 實(shí)例進(jìn)行原生集成……但是……等等……這必須是一個(gè)無服務(wù)器項(xiàng)目！！所以我們會(huì)假設(shè)附近沒有 Home Assistant 實(shí)例可用，我們需要在云端定義一個(gè)移動(dòng) UI。

用戶界面模塊（云端）

這里是“無服務(wù)器”方法！為了在云中定義移動(dòng)Web UI （公共或私有，沒關(guān)系），我使用 Node-Red 創(chuàng)建了一個(gè)流程，基于優(yōu)秀的ht??tps://github.com/automatikas/Node-red-Nest-thermostat通過@automatikas。

流使用 JSON 存儲(chǔ)，可以輕松導(dǎo)入和導(dǎo)出，并且可以在任何地方部署。

部署流程的步驟是：

• 獲取附加的matrix_shelly_thermostat.json
• 將其導(dǎo)入任何 Node-Red 實(shí)例。您可以使用任何免費(fèi)的云 Node-Red 服務(wù)。沒關(guān)系。
• 根據(jù)您首選的云或本地 MQTT 代理更改 MQTT 代理節(jié)點(diǎn)（或者您可以保留預(yù)先配置的test.mosquitto.org或測試：無論如何它都會(huì)工作）
• 點(diǎn)擊“部署”

這將為您的 Node-Red 儀表板添加一個(gè)漂亮的 Nest 風(fēng)格 UI，讓您可以遠(yuǎn)程控制 Matrix Shelly 恒溫器。

完畢。

享受 Matrix Shelly 恒溫器 :)

以下只是“獎(jiǎng)勵(lì)”曲目/模塊，超出了本項(xiàng)目的范圍，但是..如果你想提高你的創(chuàng)造力..這不是火箭科學(xué):)

獎(jiǎng)勵(lì)曲目 #0：您想在私有 Raspberry-Pi-docker-based-cloud 上運(yùn)行此項(xiàng)目嗎？

十分簡單！

獲取 HypriotOS https://blog.hypriot.com/getting-started-with-docker-on-your-arm-device/或任何其他基于 docker 的機(jī)器，ssh 到它并運(yùn)行：

$ docker run -d -p 1883:1883 --name mybroker --restart always eclipse-mosquitto
$ docker run -d -p 1880:1880 --name mynodered --restart always --link mybroker:broker nodered/node-red
$ docker exec -it mynodered /bin/bash
bash-4.4$ npm install node-red-dashboard
bash-4.4$ exit
$ docker stop mynodered
$ docker start mynodered

而已。

這將運(yùn)行一個(gè) MQTT 代理 (black-pearl.local:1883) 和一個(gè) Node-Red 實(shí)例 ( http://black-pearl.local:1880/ ) 和儀表板 ( http://black-pearl.local:1880/ ui/ ) 來導(dǎo)入和部署 JSON 流。

只需在 esphome yaml 中將 mqtt_broker 設(shè)置為black-pearl.local的 ip ，然后在 Node-Red 流中將 mqtt-broker 節(jié)點(diǎn)設(shè)置為“broker”。

注意：僅對(duì)于紅色節(jié)點(diǎn)arm32v6（Raspberry Pi 零、零 W 或 1），您必須指定完整的圖像標(biāo)簽：

$ docker run -d -p 1880:1880 --name mynodered --restart always --link mybroker:broker nodered/node-red:1.0.5-12-arm32v6

獎(jiǎng)勵(lì)模塊 #1：每周計(jì)劃

自由

這是一個(gè)每周調(diào)度程序，可以將您的恒溫器模式從“關(guān)閉”切換到“自動(dòng)” “對(duì)你來說反之亦然！

獎(jiǎng)勵(lì)模塊#2：語音助手/智能揚(yáng)聲器集成

免費(fèi)（如果您已經(jīng)有一個(gè)正在運(yùn)行的 Home Assistant 實(shí)例）或 10 美元以上（如果您必須購買 Raspberry Pi Zero W 或更高版本）

我將恒溫器暴露在：

• 蘋果 HomeKit / Siri
• 亞馬遜亞歷克斯

在 Home Assistant 中，只需配置 MQTT 集成：Matrix Shelly Thermostat 將被自動(dòng)檢測并添加到您的實(shí)體中。

然后，只需添加以下集成：

homekit:

alexa:
  smart_home:

獎(jiǎng)勵(lì)模塊#3：存在檢測

免費(fèi)（如果您已經(jīng)有一個(gè)正在運(yùn)行的 Home Assistant 實(shí)例）或 10 美元以上（如果您必須購買 Raspberry Pi Zero W 或更高版本）

您可以使用自動(dòng)化功能，將您的恒溫器狀態(tài)從“真”切換為“假”，反之亦然！

提示：在 Home Assistant 中，從以下配置開始：

device_tracker:
  - platform: bluetooth_tracker