ESP8266: термостат для водонагревателя с удалённым управлением

Однажды, у меня произошла поломка водонагревателя — лопнул тэн. Через пару дней он был заменён, но проработал недолго: уже через сутки где-то напряжение пробило на воду. На кранах появилось 50 вольт, а на самом баке — 200. Первая мысль — залило конденсатом термостат при наполнении бака холодной водой. Отчасти так оно и было, поэтому было решено избавиться от механического термостата, а вместо него поставить самодельный электронный. Это дало бы возможность вынести его подальше от водяного бака, что обеспечило бы его защиту от воды.
P.S. Чуть позже выяснилось, что пробит всё-таки тэн — его сопротивление между контактами и корпусом плавало в пределах 10-15 кОм (должна быть бесконечность в нормальном состоянии).

heating-463904_1000px

Я решил собрать термостат на основе ESP8266, чтобы можно было управлять им с телефона. Реализованные функции:

  • автоматическое включение/выключение тэна по датчику температуры;
  • отображение текущей температуры воды;
  • настройка требуемой температуры;
  • настройка гистерезиса (диапазона температуры);
  • удалённое включение/выключение;
  • в качестве бонуса: отправка данных о температуре на ваш сервер для удалённого мониторинга.

Список необходимых компонентов:

  • микроконтроллер ESP8266;
  • твердотельное реле на 25 ампер;
  • радиатор для реле;
  • термодатчик DS18B20;
  • дисплей TM1637;
  • блок питания 5 вольт, не менее 500 мА;
  • сдвоенный автоматический выключатель на 16-25 ампер (не обязательно);
  • пара светодиодов;
  • кабель медный сечением 2.5 мм2;
  • различная мелочёвка в виде радиозапчастей;
  • подходящий корпус;
  • наличие WiFi точки дома;
  • USB-UART адаптер для программирования.

Внимание!
Устройство работает с сетевым напряжением 220 вольт. Будьте осторожны!

ESP8266 можно брать любую, кроме первой.


Распиновка:
esp8266_esp12e_horizontal-01

Не забываем, что напряжение питания ESP8266 составляет 3.3 В, поэтому необходим стабилизатор напряжения. Если у вас плата Nodemcu, то там он обычно уже есть. Вообще, для удобства работы с ESP8266 можно сделать свою отладочную плату, которую затем использовать при разработке различных устройств. Вот так, например, выглядит моя:

2016-09-20-21-56-38
2016-09-25-01-21-54

Твердотельное реле берём переменного тока с хорошим запасом. У меня реле Fotek SSR-25 DA, на 25 ампер. При этом ток тэна составляет 7 ампер (1.5 кВт). К такому реле обязательно нужен большой радиатор, иначе оно перегреется и выйдет из строя. Критическая температура для такого реле составляет 80 градусов, производитель рекомендует не превышать 60. Я взял алюминиевый радиатор от процессора. Для хорошего теплоконтакта используем термопасту. Управляющее напряжение реле составляет от 3 до 32 вольт. При этом ток потребления не превышает нескольких миллиампер, поэтому его можно подключать напрямую к выходу микроконтроллера.

Твёрдотельное реле FOTEK SSR-25 DA

Обычное реле использовать не рекомендуется, так как его контакты будут подгорать. И, однажды, оно не сможет разомкнуть цепь — тэн перегреется. Поэтому, если уж решили использовать обычное реле, то только на свой страх и риск.
Блок питания — любой подходящий. Можно взять зарядное устройство от телефона. Я использовал преобразователь напряжения на 5 вольт, 4 ампера, купленный как-то давненько на eBay. Он имеет удобные винтовые зажимы для крепления проводов.
Автомат я поставил для возможности быстрого отключения тэна, при этом электроника остаётся работать.
Термодатчик DS18B20 удобнее брать в металлической капсуле. Но можно и обычный, тогда к нему необходимо припаять провода и заизолировать. Датчик должен входить в штатную трубку тэна.

DS18B20

Схема подключения (кликните для увеличения):
esp8266-waterheater

  • VR1 — стабилизатор AMS1117-3.3;
  • C1 — 47 мкФ 10В;
  • C2 — 100nF;
  • R1, R2 — резисторный делитель для понижения напряжения с UART адаптера. 1 кОм и 2 кОм соответственно;
  • R3 — 10 кОм, подтяжка линии сброса;
  • R4 — 10 кОм, подтяжка CH_PD;
  • R5 — 4.7 кОм, подтяжка шины данных термодатчика;
  • R6, R7 — 1 кОм, ограничивающие резисторы для светодиодов;
  • R8 — 10 кОм, подтяжка GPIO15 на землю;
  • LED1 — светодиод «Питание»;
  • LED2 — светодиод «Нагрев»;
  • S1 — автоматический выключатель;
  • S2 — кнопка (либо джампер) прошивки. Необходимо замкнуть для прошивки;
  • S3 — кнопка сброса.

Светодиод «Нагрев» мигает, когда на ТЭН подано питание.
Светодиод «Питание» в нормальном режиме всегда горит и начинает мигать при ошибках: потеря термодатчика (1 раз в секунду) или ошибка подключения к Wi-Fi (примерно 3 раза в секунду).
На дисплей TM1637 выводится текущая температура воды. Распиновка дисплея:

tm1637

Монтируем реле и блок питания:
2016-11-05_18-10-54

Собираем всю высоковольтную часть. Вход и соединения между реле и выходными автоматами делаем медным проводом сечением не менее 2.5 мм2.

2016-11-05_19-13-22
Подключаем всё остальное:
2016-11-06_00-33-08
2016-11-06_12-05-56
Вот фотография моего ТЭНа. Хорошо видно сам нагревательный элемент и полую длинную трубку.
2016-11-24-22-58-59
В трубку вставлялся штырь терморегулятора, который нам сейчас уже не нужен:
2016-11-24-23-00-17

Вот именно в эту трубку и нужно поместить термодатчик. У датчика необходимо заизолировать контакты, обмазать его термопастой и пропихнуть в самый конец трубки. Провод закрепить так, чтобы он не вывалился из неё.

Ещё пара фотографий ТЭНа:
2016-11-24-22-59-28
2016-11-24-22-59-47
В итоге получился вот такой вот щиток:
2017-08-11-14-39-36

Скетч для ESP8266. Прошивается через Arduino IDE с установленным фреймворком ESP8266. Для показа скетча нажмите на кнопку «Показать».

Скетч

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
/////////////////////////////////////////////////////////////
// Author:         Gladyshev Dmitriy (2016-2017)
//
// Create Date:    06.11.2016
// Design Name:    Водонагреватель
// Target Devices: ESP8266
// Tool versions:  Arduino IDE 1.6.7 + ESP8266 2.3.0
// Description:    Контроллер для водонагревателя с управлением через WiFi
// Version:        1.0
// Link:           https://student-proger.ru/2017/08/esp8266-termostat-dlya-vodonagrevatelya-s-udalyonnym-upravleniem/
/////////////////////////////////////////////////////////////
 
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <DNSServer.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <OneWire.h>
#include <EEPROM.h>
#include <WiFiUdp.h>
#include <TM1637Display.h>
#include <WiFiManager.h>          //https://github.com/tzapu/WiFiManager
 
//-----------------------  Настройка пинов -------------------------
 
#define PIN_RELAY     12       //реле
#define PIN_DS        2        //термодатчик
#define PIN_GREENLED  14       //светодиод "Питание"
#define PIN_BLUELED   16       //светодиод "Нагрев"
 
#define PIN_TM_CLK    4        //TM1637 CLK
#define PIN_TM_DIO    5        //TM1637 DIO
 
#define INTERVAL_UDP_SEND       60000 //интервал отправки данных по UDP в мс
#define EEPROM_INIT_VALUE       11    //Сменить для инициализации EEPROM первоначальными значениями
 
//Название точки доступа и пароль для режима настройки
const char* config_ssid     = "WaterHeater AP";
const char* config_password = "1234567890";
#define CONFIG_TIMEOUT      40    //время работы в режиме настройки при включении
 
//----------------------- адреса EEPROM -------------------------
#define ADDR_SETUP              0
#define ADDR_TEMP               1
#define ADDR_ENABLED            2
#define ADDR_GISTEREZIS         3
#define ADDR_PORT1              4
#define ADDR_PORT2              5
#define ADDR_IP1                6
#define ADDR_IP2                7
#define ADDR_IP3                8
#define ADDR_IP4                9
 
const uint8_t SEG_CONF[] = {
    SEG_A | SEG_F | SEG_E | SEG_D,                   // C
    SEG_A | SEG_B | SEG_C | SEG_D | SEG_E | SEG_F,   // O
    SEG_C | SEG_E | SEG_G,                           // n
    SEG_A | SEG_E | SEG_F | SEG_G                    // F
};
 
const uint8_t SEG_ERR[] = {
    SEG_G,                                           // -
    SEG_A | SEG_E | SEG_F | SEG_G | SEG_D,           // E
    SEG_E | SEG_G,                                   // r
    SEG_E | SEG_G                                    // r
};
 
const uint8_t SEG_LINE[] = {
    SEG_G,                                           // -
    SEG_G,                                           // -
    SEG_G,                                           // -
    SEG_G,                                           // -
};
 
OneWire ds(PIN_DS);
ESP8266WebServer server(80);
WiFiUDP Udp;
TM1637Display display(PIN_TM_CLK, PIN_TM_DIO);
 
float celsius = 0;       //Текущая температура
int TempTarget;          //Целевая температура
bool Enabled;            //Включено/выключено
int Gisterezis;          //Гистерезис
int udpport;             //UDP порт для пересылки данных
byte udpip[4];           //IP для пересылки данных
bool HeaterState = 0;    //Текущее состояние нагревателя
 
bool NeedCommit = false; //Флаг необходимости сохранения настроек в EEPROM
 
bool SensorOK = false;   //Состояние сенсора
bool wifiOK = false;     //Состояние wifi
 
unsigned long ValidSensorTime = 0; //время последнего успешного чтения датчика
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : EEPROM_update
* Description    : Запись в EEPROM с предварительной проверкой. Если данные
*                  совпадают, то повторно запись не производится, для экономии
*                  ресурса.
* Input          : address - адрес EEPROM
*                  value - записываемое значение
*******************************************************************************/
 
void EEPROM_update(int address, uint8_t value)
{
  if (EEPROM.read(address) != value)
  {
    EEPROM.write(address, value);
    NeedCommit = true;
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : EEPROM_commit
* Description    : Commit EEPROM, если это необходимо. ESP8266 не сразу делает
*                  запись в EEPROM, а только по вызову commit()
*******************************************************************************/
 
void EEPROM_commit()
{
  if (NeedCommit)
  {
    EEPROM.commit();
    NeedCommit = false;
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : handleRoot
* Description    : Обработка GET-запроса /
*                  Информация об устройстве
*******************************************************************************/
 
void handleRoot() 
{
  String message = "WaterHeater v1.0<br>";
  message += "Author: Gladyshev Dmitriy<br>";
  message += "Hardware: ESP8266<br>";
  message += "<a href=\"http://student-proger.ru\">http://student-proger.ru</a><br>";
  server.send(200, "text/html", message);
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : handleGet
* Description    : Обработка GET-запроса /get
*                  Получение данных о температурах и состоянии
*******************************************************************************/
 
void handleGet() 
{
  /*
  Строка ответа:
  CurrentTemp | TargetTemp | Enabled | HeaterState | SensorError
 
  где:
  CurrentTemp - текущая температура (NN.N)
  TargetTemp - установленная температура (NN)
  Enabled - включено поддержание температуры (0/1)
  HeaterState - состояние нагрева (нагрев/ожидание = 1/0)
  SensorError - ошибка датчика (0/1)
  */
  String message = String(celsius, 1);
  message += "|";
  message += String(TempTarget);
  message += "|";
  if (Enabled)
  {
    message += "1";
  }
  else
  {
    message += "0";
  }
  message += "|";
  if (HeaterState)
  {
    message += "1";
  }
  else
  {
    message += "0";
  }
  message += "|";
  if (SensorOK)
  {
    message += "0";
  }
  else
  {
    message += "1";
  }
  server.send(200, "text/plain", message);
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : handleSet
* Description    : Обработка GET-запроса /set
*                  Установка текущей температуре и состоянии
*******************************************************************************/
 
void handleSet()
{
  if (server.args() != 2)
  {
    return;
  }
 
  for (int i=0; i<2; i++)
  {
    if (server.argName(i) == "t")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int t = temp.toInt();
      if ((t>=30) && (t<=80))
      {
        TempTarget = t;
        EEPROM_update(ADDR_TEMP, TempTarget);
      }
 
    }
    if (server.argName(i) == "s")
    {
      if (server.arg(i) == "0")
      {
        Enabled = false;
      }
      else
      {
        Enabled = true;
      }
      EEPROM_update(ADDR_ENABLED, Enabled);
    }
  }
  EEPROM_commit();
  server.send(200, "text/plain", "OK");
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : handleGetSettings
* Description    : Обработка GET-запроса /getset
*                  Получение настроек
*******************************************************************************/
 
void handleGetSettings() 
{
  String message = String(Gisterezis);
  message += "|";
  message += String(udpport);
  for (int i=0; i<4; i++)
  {
    message += "|";
    message += String(udpip[i]);
  }
  server.send(200, "text/plain", message);
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : handleSetSettings
* Description    : Обработка GET-запроса /setset
*                  Сохранение настроек
*******************************************************************************/
 
void handleSetSettings()
{
  if (server.args() != 6)
  {
    return;
  }
 
  for (int i=0; i<6; i++)
  {
    if (server.argName(i) == "p")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int p = temp.toInt();
      if ((p>=1) && (p<=65535))
      {
        udpport = p;
        byte t1 = p / 256;
        byte t2 = p % 256;
        EEPROM_update(ADDR_PORT1, t1);
        EEPROM_update(ADDR_PORT2, t2);
      }
 
    }
    if (server.argName(i) == "g")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int p = temp.toInt();
      if ((p>=5) && (p<=20))
      {
        Gisterezis = p;
        EEPROM_update(ADDR_GISTEREZIS, p);
      }
    }
    if (server.argName(i) == "i1")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int p = temp.toInt();
      if ((p>=0) && (p<=255))
      {
        udpip[0] = p;
        EEPROM_update(ADDR_IP1, p);
      }
    }
    if (server.argName(i) == "i2")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int p = temp.toInt();
      if ((p>=0) && (p<=255))
      {
        udpip[1] = p;
        EEPROM_update(ADDR_IP2, p);
      }
    }
    if (server.argName(i) == "i3")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int p = temp.toInt();
      if ((p>=0) && (p<=255))
      {
        udpip[2] = p;
        EEPROM_update(ADDR_IP3, p);
      }
    }
    if (server.argName(i) == "i4")
    {
      String temp = server.arg(i);
      int p = temp.toInt();
      if ((p>=0) && (p<=255))
      {
        udpip[3] = p;
        EEPROM_update(ADDR_IP4, p);
      }
    }
  }
  EEPROM_commit();
  server.send(200, "text/plain", "OK");
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : handleNotFound
* Description    : Обработка ошибки 404
*******************************************************************************/
 
void handleNotFound()
{
  String message = "File Not Found\n\n";
  message += "URI: ";
  message += server.uri();
  message += "\nMethod: ";
  message += (server.method() == HTTP_GET)?"GET":"POST";
  message += "\nArguments: ";
  message += server.args();
  message += "\n";
  for (uint8_t i=0; i<server.args(); i++){
    message += " " + server.argName(i) + ": " + server.arg(i) + "\n";
  }
  server.send(404, "text/plain", message);
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : WiFiEvent
* Description    : Обработка изменений состояния Wi-Fi соединения.
*                  Вызывается автоматически.
*******************************************************************************/
 
void WiFiEvent(WiFiEvent_t event) 
{
  Serial.printf("[WiFi-event] event: %d\n", event);
 
  switch(event) {
    case WIFI_EVENT_STAMODE_GOT_IP:
      wifiOK = true;
      Serial.println(F("[WiFi-event] WiFi connected"));
      Serial.print(F("IP address: "));
      Serial.println(WiFi.localIP());
      break;
    case WIFI_EVENT_STAMODE_DISCONNECTED:
      wifiOK = false;
      Serial.println(F("[WiFi-event] WiFi lost connection"));
      break;
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : RelayControl
* Description    : Управление состоянием реле и светодиодом "Нагрев"
*******************************************************************************/
 
void RelayControl()
{
  static unsigned long TimeBlinkBlue = 0;
  static bool StateBlinkBlue = false;
 
  if (Enabled && SensorOK)
  {
    if (celsius < (TempTarget-Gisterezis))
    {
      digitalWrite(PIN_RELAY, HIGH);
      HeaterState = true;
    }
    else if (celsius > TempTarget)
    {
      digitalWrite(PIN_RELAY, LOW);
      HeaterState = false;
    }
  }
  else
  {
    digitalWrite(PIN_RELAY, LOW);
    HeaterState = false;
  }
 
  //Если включён нагрев, то индикатор "Нагрев" мигает. Иначе не горит.
  if (HeaterState)
  {
    unsigned long delta = millis() - TimeBlinkBlue;
    if (delta >= 500)
    {
      StateBlinkBlue = !StateBlinkBlue;
      digitalWrite(PIN_BLUELED, StateBlinkBlue);
      TimeBlinkBlue = millis();
    }
  }
  else
  {
    digitalWrite(PIN_BLUELED, LOW);
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : PowerLEDcontrol
* Description    : Управление светодиодом "Питание"
*******************************************************************************/
 
void PowerLEDcontrol()
{
  static unsigned long TimeBlinkGreen = 0;
  static bool StateBlinkGreen = false;
 
  if (SensorOK && wifiOK)
  {
    //в нормальном режиме светодиод просто горит
    digitalWrite(PIN_GREENLED, HIGH);
  }
  else if (!SensorOK)
  {
    //мигание раз в секунду, если ошибка датчика
    unsigned long delta = millis() - TimeBlinkGreen;
    if (delta >= 500)
    {
      StateBlinkGreen = !StateBlinkGreen;
      digitalWrite(PIN_GREENLED, StateBlinkGreen);
      TimeBlinkGreen = millis();
    }
  }
  else
  {
    //мигание раз в 300 мс, если ошибка подключения к Wi-Fi
    unsigned long delta = millis() - TimeBlinkGreen;
    if (delta >= 150)
    {
      StateBlinkGreen = !StateBlinkGreen;
      digitalWrite(PIN_GREENLED, StateBlinkGreen);
      TimeBlinkGreen = millis();
    }
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : SendUDPCurrentState
* Description    : Отправка температур и состояния по UDP
*******************************************************************************/
 
void SendUDPCurrentState()
{
  /*
  CurrentTemp | TargetTemp | Enabled | HeaterState | SensorError
  */
  static unsigned int TimeSend = 0;
  unsigned int delta = millis() - TimeSend;
  if ( (delta >= INTERVAL_UDP_SEND) && wifiOK )
  {
    String message = String(celsius, 1);
    message += "|";
    message += String(TempTarget);
    message += "|";
    if (Enabled)
    {
      message += "1";
    }
    else
    {
      message += "0";
    }
    message += "|";
    if (HeaterState)
    {
      message += "1";
    }
    else
    {
      message += "0";
    }
    message += "|";
    if (SensorOK)
    {
      message += "0";
    }
    else
    {
      message += "1";
    }
 
    IPAddress ip(udpip[0], udpip[1], udpip[2], udpip[3]);
 
    Udp.beginPacket(ip, udpport);
    Udp.print(message);
    Udp.endPacket();
    TimeSend = millis();
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : SensorRead
* Description    : Чтение данных с термодатчика
*******************************************************************************/
 
void SensorRead()
{
  static unsigned long TimeDS = 0;
  unsigned long delta = millis() - TimeDS;
  bool SensorFound = true;
 
  if (delta >= 3000)
  {
    byte present = 0;
    byte type_s;
    byte data[12];
    byte addr[8];
 
    if ( !ds.search(addr))
    {
      //Serial.println("1-wire scan ended.");
      ds.reset_search();
      delay(250);
      SensorFound = false;
      //return;
    }
 
    /*Serial.print("ROM =");
    for(int i = 0; i < 8; i++) {
      Serial.write(' ');
      Serial.print(addr[i], HEX);
    }*/
    if (SensorFound)
    {
      if (OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7]) {
          Serial.println("CRC is not valid!");
          return;
      }
 
      // первый байт определяет чип
      switch (addr[0]) {
        case 0x10:
          //Serial.println("  Chip = DS18S20");  // or old DS1820
          type_s = 1;
          break;
        case 0x28:
          //Serial.println("  Chip = DS18B20");
          type_s = 0;
          break;
        case 0x22:
          //Serial.println("  Chip = DS1822");
          type_s = 0;
          break;
        default:
          //Serial.println("Device is not a DS18x20 family device.");
          return;
      } 
 
      ds.reset();
      ds.select(addr);
      ds.write(0x44, 1);        // start conversion, with parasite power on at the end
 
      //Задержка для конвертации данных датчиком
      unsigned long TimeT = millis();
      while (millis() - TimeT < 1000)
      {
        delay(100);
        RelayControl();
        PowerLEDcontrol();
      }
 
      present = ds.reset();
      ds.select(addr);    
      ds.write(0xBE);         // Read Scratchpad
 
      //Serial.print("  Data = ");
      //Serial.print(present, HEX);
      //Serial.print(" ");
      for (byte i = 0; i < 9; i++) {           // we need 9 bytes
        data[i] = ds.read();
        //Serial.print(data[i], HEX);
        //Serial.print(" ");
      }
      /*Serial.print(" CRC=");
       Serial.print(OneWire::crc8(data, 8), HEX);
       Serial.println();*/
 
      // Convert the data to actual temperature
      // because the result is a 16 bit signed integer, it should
      // be stored to an "int16_t" type, which is always 16 bits
      // even when compiled on a 32 bit processor.
      int16_t raw = (data[1] << 8) | data[0];
      if (type_s) {
        raw = raw << 3; // 9 bit resolution default
        if (data[7] == 0x10) {
          // "count remain" gives full 12 bit resolution
          raw = (raw & 0xFFF0) + 12 - data[6];
        }
      } else {
        byte cfg = (data[4] & 0x60);
        // at lower res, the low bits are undefined, so let's zero them
        if (cfg == 0x00) raw = raw & ~7;  // 9 bit resolution, 93.75 ms
        else if (cfg == 0x20) raw = raw & ~3; // 10 bit res, 187.5 ms
        else if (cfg == 0x40) raw = raw & ~1; // 11 bit res, 375 ms
        //// default is 12 bit resolution, 750 ms conversion time
      }
      celsius = (float)raw / 16.0;
 
      ValidSensorTime = millis();
    }
 
    unsigned long deltaT = millis() - ValidSensorTime;
    if (deltaT > 15000) //от датчика не было ответа больше 15 секунд
    {
      display.setSegments(SEG_ERR);
      SensorOK = false;
    }
    else
    {
      if (celsius > 5)
      {
        display.showNumberDec((int) celsius, false);
        SensorOK = true;
      }
      else
      {
        display.setSegments(SEG_ERR);
        SensorOK = false;
      }
    }
    TimeDS = millis();
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : debugOutput
* Description    : Вывод состояния для отладки
*******************************************************************************/
void debugOutput()
{
  static unsigned long dTime = millis();
  unsigned long delta = millis() - dTime;
  if (delta >= 5000)
  {
    Serial.print("Sensor ");
    Serial.print(SensorOK ? "OK ;" : "FAIL ;");
 
    Serial.print(" WiFi ");
    Serial.print(wifiOK ? "OK ;" : "FAIL ;");
 
    Serial.print(" Temp = ");
    Serial.println(celsius);
 
    dTime = millis();
  }
}
 
/*******************************************************************************
* Function Name  : Setup
* Description    : Инициализация устройств
*******************************************************************************/
 
void setup()
{
  Serial.begin(115200);
  delay(10);
  display.setBrightness(3);
 
  WiFiManager wifiManager;
 
  wifiManager.setTimeout(CONFIG_TIMEOUT);
 
  display.setSegments(SEG_CONF);
 
  //Запускаем точку доступа для настройки
  Serial.println();
  Serial.println();
  Serial.println(F("Starting config portal..."));
  wifiManager.startConfigPortal(config_ssid, config_password);
  display.setSegments(SEG_LINE);
  Serial.println(F("Stop config portal."));
  wifiManager.setTimeout(5);
  Serial.print(F("Connecting to Wi-Fi...  "));
  if(!wifiManager.autoConnect(config_ssid, config_password)) {
    Serial.println(F("Failed to connect."));
    wifiOK = false;
    delay(1000);
  }
  else
  {
    wifiOK = true;
    Serial.println(F("WiFi connected"));
    Serial.print(F("IP address: "));
    Serial.println(WiFi.localIP());
  }
  Serial.println();
 
  EEPROM.begin(16);
 
  pinMode(PIN_RELAY, OUTPUT);
  pinMode(PIN_GREENLED, OUTPUT);
  pinMode(PIN_BLUELED, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_RELAY, LOW);
  digitalWrite(PIN_GREENLED, LOW);
  digitalWrite(PIN_BLUELED, LOW);
 
  //Устанавливаем начальные значения в EEPROM
  if (EEPROM.read(ADDR_SETUP) != EEPROM_INIT_VALUE)
  {
    Serial.print(F("Init EEPROM..."));
    EEPROM_update(ADDR_TEMP, 60);
    EEPROM_update(ADDR_ENABLED, 1);
    EEPROM_update(ADDR_GISTEREZIS, 10);
    //10222
    EEPROM_update(ADDR_PORT1, 39); 
    EEPROM_update(ADDR_PORT2, 238);
 
    EEPROM_update(ADDR_IP1, 192);
    EEPROM_update(ADDR_IP2, 168);
    EEPROM_update(ADDR_IP3, 1);
    EEPROM_update(ADDR_IP4, 2);
 
    EEPROM.write(ADDR_SETUP, EEPROM_INIT_VALUE);
    EEPROM.commit();
    Serial.println(F("  completed."));
  }
 
  TempTarget = EEPROM.read(ADDR_TEMP);
  Enabled = EEPROM.read(ADDR_ENABLED);
  Gisterezis = EEPROM.read(ADDR_GISTEREZIS);
  udpport = EEPROM.read(ADDR_PORT1)*256 + EEPROM.read(ADDR_PORT2);
  udpip[0] = EEPROM.read(ADDR_IP1);
  udpip[1] = EEPROM.read(ADDR_IP2);
  udpip[2] = EEPROM.read(ADDR_IP3);
  udpip[3] = EEPROM.read(ADDR_IP4);
 
  WiFi.onEvent(WiFiEvent);
 
  delay(1000);
 
  server.on("/", handleRoot);
  server.on("/get", handleGet);
  server.on("/set", handleSet);
  server.on("/getset", handleGetSettings);
  server.on("/setset", handleSetSettings);
  server.onNotFound(handleNotFound);
  server.begin();
 
  ValidSensorTime = millis();
 
  Udp.begin(udpport);
}
 
void loop()
{
  //Обработка событий сервера
  server.handleClient();
  //Работа с реле и индикаторами
  RelayControl();
  PowerLEDcontrol();
  //Отправка данных по UDP
  SendUDPCurrentState();
  //Замер температуры
  SensorRead();
  //Вывод в консоль для отладки
  debugOutput();
}

При включении питания ESP8266 запускает на 40 секунд точку доступа с именем «WaterHeater AP» и паролем «1234567890». При этом на дисплее появляется надпись «Conf». Параметры этой точки указаны в скетче в строках 36-38:

36
37
38
const char* config_ssid     = "WaterHeater AP";
const char* config_password = "1234567890";
#define CONFIG_TIMEOUT      40    //время работы в режиме настройки при включении

Для того чтобы настроить точку доступа, к которой будет подключаться наш водонагреватель, подключаемся к точке WaterHeater AP на смартфоне/ноутбуке и переходим по адресу 192.168.4.1 .

WiFiManager

Отобразится окно настройки. В нём нажимаем кнопку Configure WiFi и вводим данные нашей домашней точки доступа.

WiFiManager

После сохранения настроек точка доступа «WaterHeater AP» пропадёт, и микроконтроллер подключится к точке, которую мы указали в вебинтерфейсе. Если понадобится изменить точку доступа, то нужно всего лишь выключить/включить питание ESP8266 (или нажать кнопку сброса) и снова зайти в вебинтерфейс.
Теперь водонагреватель готов к работе. На дисплее должна отображаться текущая температура воды.

Для мониторинга и настройки термостата с помощью MIT App Inventor было написано приложение для Android:


В нём видно текущую температуру. Также можно устанавливать требуемую температуру.


При необходимости можно отключить нагрев:

В настройках задаётся IP адрес водонагревателя (можно посмотреть в настройках роутера либо в любом сетевом сканере), гистерезис температуры и параметры сервера, на который необходимо отправлять данные (если это вам необходимо).

2017-08-21-17-02-24

Технические подробности

Для управления служат следующие HTTP GET-запросы:

  • /get — получение информации о текущей температуре воды, температуре установки, состояния;
  • /set?t={температура}&s={0/1} — установка температуры и состояния (включено/выключено);
  • /getset — получение текущих настроек;
  • /setset?p={порт}&g={гистерезис}&i1={ip1}&i2={ip2}&i3={ip3}&i4={ip4} — установка настроек.

Примеры запросов:
Установка температуры 75 градусов, водонагреватель включен:

/set?t=75&s=1

Сохранение настроек: гистерезис 10 градусов, ip-адрес сервера 192.168.1.10, порт 10200:

/setset?p=10200&g=10&ip1=192&ip2=168&ip3=1&ip4=10

Формат ответа на запрос /get:
{CurrentTemp} | {TargetTemp} | {Enabled} | {HeaterState} | {SensorError}

где:

  • CurrentTemp — текущая температура (NN.N)
  • TargetTemp — установленная температура (NN)
  • Enabled — включено поддержание температуры (0/1)
  • HeaterState — состояние нагрева (нагрев/ожидание = 1/0)
  • SensorError — ошибка датчика (0/1)

Пример:

75.0|75|1|0|0

Пример ответа на запрос /getset:

10|10222|192|168|1|2

Здесь возвращается гистерезис в градусах, UDP порт и 4 числа IP-адреса сервера.

Файлы
Скетч (22.46 KB)
Apk файл приложения (1.55 MB)
Проект для Appinventor (67.79 KB)
Приложение в Appinventor

Работа проверялась с Arduino IDE v1.6.7 + ESP8266 2.3.0

Библиотеки:
TM1637 (1.36 MB)
WiFiManager (35.73 KB)

Библиотеки являются собственностью их авторов!

Предупреждение!
Автор не несёт ответственности за возможную порчу оборудования. Всё, что вы делаете — вы делаете на свой страх и риск!

Похожие записи:

NightFlash

NightFlash

Автор сайта, ITшник, программист, системный администратор

6 Комментарии “ESP8266: термостат для водонагревателя с удалённым управлением

  1. Здравствуйте,вопрос по прошивке,можно ли гестерезис привязать к температуре ( 10-20 градусов) а не ко времени?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *