Nach mehreren Jahren erfolgreicher Arbeit wurde entschieden, unser erstes Produkt zur Klimaüberwachung in einem Smart Home der Öffentlichkeit vorzustellen - ein smarter Thermostat zur Steuerung der Fußbodenheizung.
Was ist das für ein Gerät?
Das ist ein smarter Thermostat für jede elektrische Fußbodenheizung bis 3 kW. Er wird über eine App, eine Webseite, HTTP, MQTT gesteuert und lässt sich somit leicht in alle Smart Home Systeme integrieren. Für die beliebtesten werden wir Plugins entwickeln.
Man kann nicht nur die elektrische Fußbodenheizung steuern, sondern auch den Thermokopf der wasserbasierten Fußbodenheizung, den Kessel oder die Elektro-Sauna. Außerdem kann der Thermostat über nrf mit verschiedenen Sensoren kommunizieren. Aktuell entwickeln wir nahezu alle klimarelevanten Sensoren. Da das Gerät auf ESP basiert, haben wir entschieden, es den Nutzern zu ermöglichen, das Gerät in den Entwicklermodus zu versetzen und eine andere Firmware zu installieren, zum Beispiel mit Unterstützung für HomeKit oder andere Projekte.
*Nach der Installation von Drittanbieter-Firmware mit Unterstützung für HomeKit oder andere beliebte Projekte ist eine Rückkehr zur Originalversion über OTA (Over-the-Air) nicht möglich.
Die Herausforderungen, mit denen wir konfrontiert waren
Zu sagen, dass es keine gab, wäre dumm. Ich werde versuchen, die schwierigsten Probleme zu beschreiben, die aufgetreten sind, und wie wir sie gelöst haben.
Das Gehäuse für das Gerät war eine komplexe Aufgabe. Sowohl in Bezug auf Ressourcen als auch auf Zeit (wir haben etwa ein Jahr daran gearbeitet).
Es gab eine Vielzahl von Optionen auf dem Markt. Die beliebteste ist der 3D-Druck. Lassen Sie uns rechnen:
Klassischer 3D-Druck. Die Qualität lässt zu wünschen übrig, auch die Produktionsgeschwindigkeit. Wir haben den 3D-Druck für Prototypen verwendet, aber für die Serienproduktion war es nicht geeignet.
Fotopolymer-3D-Drucker. Hier ist die Qualität erheblich besser, aber der Preis kommt ins Spiel. Prototypen, die mit einem solchen Drucker gedruckt wurden, kosteten etwa 4000₽, und das war nur ein Teil des Gehäuses aus zwei. Man könnte einen eigenen Drucker kaufen, was die Kosten senken würde, aber der Preis wäre immer noch astronomisch und die Geschwindigkeit unbefriedigend.
Silicon-Gießen. Wir betrachteten dies als die optimale Lösung. Die Qualität war auf hohem Niveau, der Preis hoch, aber nicht kritisch. Es wurde sogar eine erste Charge von 20 Gehäusen für Feldversuche bestellt.
Aber der Zufall änderte alles. An einem Abend veröffentlichte ich zufällig im internen Chat der Entwickler, dass es ein Problem mit den Gehäusen gibt und der Preis zu hoch sei. Am nächsten Tag schrieb mir ein Kollege privat, dass ein Freund seines Freundes eine TPA (Thermoplast-Automat) hat. Und man könnte in der ersten Phase eine Form dafür herstellen. Diese Nachricht änderte alles!
Ich hatte zuvor auch die Verwendung von TPA erwogen, aber ich wurde nicht nur durch die Notwendigkeit aufgehalten, eine Charge von mindestens 5000 Stück zu bestellen (obwohl man mit ein bisschen Mühe auch weniger über Chinesen finden kann). Mich hielt der Preis der Form auf. Etwa 5000 $. Diese Summe war ich nicht bereit auf einmal zu zahlen. Der Betrag für die Form über unseren neu gegründeten Kollegen war hingegen nicht astronomisch und schwankte zwischen 2000 und 2500 $. Außerdem war er uns entgegengekommen und wir hatten vereinbart, dass die Zahlung in Raten erfolgt. Damit war das Problem mit den Gehäusen gelöst.
Die zweite und nicht weniger wichtige Schwierigkeit, mit der wir konfrontiert waren, ist die Hardware.
Die Anzahl der Revisionen der Hardware ist unzählbar. Nach bescheidenen Schätzungen ist die präsentierte Variante die siebte, ohne die Zwischenversionen zu zählen. In ihr haben wir versucht, alle Mängel zu beheben, die während der Tests festgestellt wurden.
Früher hielt ich es für unnötig, einen Hardware-Watchdog einzubauen. Jetzt würde das Gerät ohne ihn nicht in die Serie gehen: wegen der Launenhaftigkeit der von uns gewählten Plattform.
Außerdem gibt es einen analogen Eingang am ESP. Früher dachte ich, dass jeder Pin des ESP universell ist. Aber der ESP hat nur einen analogen Pin. Dies musste ich praktisch erfahren, was zu einer Überarbeitung und einer Neuanfrage für die Leiterplatten führte.
Erste Version der Leiterplatten
Zweite Version der Leiterplatten
Vorletzte Version der Leiterplatten, bei der wir gezwungen waren, Probleme mit dem analogen Pin dringend zu lösen
Was die Software betrifft, so gab es auch hier viele Fallstricke.
Zum Beispiel das gelegentliche Abbrechen des ESP. Obwohl der Ping zu ihm geht, öffnet sich die Seite nicht. Die Lösung ist eindeutig – die Bibliothek neu zu schreiben. Möglicherweise gibt es auch andere Lösungen, aber alle von uns ausprobierten brachten kein Ergebnis.
Das zweite bedeutende Problem ist, wie seltsam es auch erscheinen mag, die Anzahl der Anfragen an den ESP beim Öffnen der Seite. Bei der Nutzung von GET oder Ajax sind wir auf das Problem gestoßen, dass die Anzahl der Anfragen unangemessen hoch wurde. Dadurch verhielt sich der ESP unberechenbar, konnte einfach neu starten oder benötigte mehrere Sekunden zur Bearbeitung der Anfrage. Die Lösung bestand darin, auf Websockets umzusteigen. Danach reduzierte sich die Anzahl der Anfragen beträchtlich.
Das dritte Problem ist die Weboberfläche. Mehr Informationen dazu werden in einem separaten Artikel veröffentlicht, der später erscheinen wird.
Ich kann bisher nur sagen, dass die derzeit optimalste Variante die Verwendung von VUE.JS ist.
Dieses Framework ist das passendste von all dem, was wir ausprobiert haben.
Die Schnittstellenoptionen können Sie über die folgenden Links ansehen.
Entwicklung des Thermostats
Nachdem wir alle Schwierigkeiten überwunden hatten, sind wir zu folgendem Ergebnis gekommen:
Konstruktion
Der Thermostat besteht aus drei Platinen (Modulen):
- Steuerplatine;
- Steuerbare Platine;
- Displayplatine.
Die Steuerplatine ist die Platine, auf der der ESP12, der Hardware-Watchdog und das nRF24 für die zukünftigen Sensoren platziert sind. Zu Beginn unterstützt das Gerät den digitalen Sensor DS18B20. Wir haben jedoch die Möglichkeit vorgesehen, analoge Sensoren von Drittanbietern anzuschließen. In einem der zukünftigen Software-Updates des Geräts werden wir die Möglichkeit hinzufügen, Sensoren zu verwenden, die mit Thermostaten von Drittanbietern geliefert werden.
Die steuerbare Platine ist die Platine zur Stromversorgung und Laststeuerung. Dort haben wir ein Netzteil mit 750 mA untergebracht, Anschlüsse für die Temperaturfühler und ein 16A-Relais zur Laststeuerung.
Display Während der Entwicklungsphase haben wir uns für mit 2,4 Zoll entschieden.
Darüber lässt sich leicht im Internet Informationen finden. Ich füge hinzu, dass es fast für alle benutzerfreundlich ist, abgesehen vom Preis. Das 2,4-Zoll-Display kostet rund 1200₽, was sich schlecht auf den Endpreis auswirkt.
Daher wurde beschlossen, ein Analoggerät für unsere Bedürfnisse zu schaffen, jedoch zu einem günstigeren Preis. Allerdings muss es klassisch programmiert werden, und nicht aus der Umgebung Nextion Editor. Das ist schwieriger, aber wir sind bereit dafür.
Das Analoggerät wird eine Matrix von 2,4 Zoll mit Touchscreen und eine Platine mit STM32 an Bord zur Steuerung und Entlastung des ESP12 sein. Alle Steuerungen erfolgen ähnlich wie bei Nextion über UART, es verfügt ebenfalls über 32 MB Speicher und eine vollwertige SD-Karte zur Protokollierung.
Die modulare Konstruktion ermöglicht es, ein beliebiges Modul einfach zu wechseln und dadurch ein völlig anderes Gerät zu erhalten.
Zum Beispiel gibt es bereits Varianten der „Platine 2“ in mehreren Ausführungen:
- Option 1 – für Fußbodenheizung. Betriebsspannung 220V. Das Relais steuert jede Last, die nach ihm kommt.
- Option 2 – für wassergeführte Fußbodenheizung oder Heizkörperventil. Betriebsspannung 24V Wechselstrom. Steuerung des Ventils bei 24V.
- Option 3 – Betriebsspannung 220V. Steuerung einer separaten Linie, zum Beispiel eines Boilers oder einer Elektro-Sauna.
Nachwort
Ich bin kein professioneller Entwickler. Es ist mir gelungen, Menschen mit einem gemeinsamen Ziel zu vereinen. Größtenteils arbeiten alle aus Überzeugung; um etwas wirklich Wertvolles zu schaffen; etwas, das dem Endbenutzer nützlich sein wird.
Ich bin mir sicher, dass einigen das Gehäusedesign nicht gefällt; einigen wird das Aussehen der Seite nicht zusagen. Das ist Ihr gutes Recht! Aber wir sind diesen Weg selbst gegangen, trotz ständiger Kritik an dem, was wir tun, und vor allem – warum. Wenn es keine solchen Fragen gibt, wie oben im Text, freuen wir uns auf Gespräche in den Kommentaren.
Konstruktive Kritik ist gut, und wir sind dafür dankbar.
Entstehungsgeschichte der Idee . Für Interessierte:
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Und ja, wir genießen es, was wir tun.
Quelle: habr.com
