Nach mehreren Jahren erfolgreicher Arbeit haben wir beschlossen, unser erstes Produkt zur Steuerung des Klimas im Smart Home – einen intelligenten Thermostat zur Steuerung der Fußbodenheizung – der Öffentlichkeit vorzustellen.
Was ist das für ein Gerät?
Es handelt sich um einen intelligenten Thermostat für jede elektrische Fußbodenheizung bis zu 3 kW. Es kann über eine App, eine Webseite, HTTP oder MQTT gesteuert werden und lässt sich daher problemlos in alle Smart Home-Systeme integrieren. Für die gängigsten Systeme entwickeln wir Plugins.
Sie können nicht nur elektrische Fußbodenheizungen steuern, sondern auch Thermostatköpfe für wassergebundene Fußbodenheizungen, Kessel oder elektrische Saunen. Außerdem kann der Thermostat über nRF mit verschiedenen Sensoren kommunizieren. Aktuell sind fast alle klima- und temperaturbezogenen Sensoren in der Entwicklung. Da das Gerät auf ESP basiert, haben wir entschieden, dass es nicht angebracht wäre, den Benutzern Anpassungsmöglichkeiten wegzunehmen. Daher ermöglichen wir es dem Benutzer, das Gerät in den Entwicklermodus zu versetzen und eine andere Firmware zu installieren, beispielsweise mit Unterstützung für HomeKit oder andere Drittanbieterprojekte.
*Nach der Installation von Drittanbieter-Firmware, die HomeKit oder andere beliebte Projekte unterstützt, ist eine Rückkehr zu der Originalversion über OTA (Over-the-Air) nicht möglich.
Die Herausforderungen, die wir begegnet sind
Zu sagen, dass es keine gab, wäre dumm. Ich werde versuchen, die größten Probleme zu beschreiben, die wir hatten, und wie wir sie gelöst haben.
Das Gehäuse für das Gerät war eine komplexe Aufgabe, sowohl hinsichtlich der Ressourcen als auch der Zeit (wir haben etwa ein Jahr daran gearbeitet).
Es gab viele Optionen auf dem Markt. Die beliebteste ist 3D-Druck. Lassen Sie uns überlegen:
Klassischer 3D-Druck. Die Qualität lässt zu wünschen übrig, die Produktionsgeschwindigkeit ebenfalls. Wir haben 3D-Druck für Prototypen verwendet, aber für die Serienproduktion war es nicht geeignet.
Fotopolymer-3D-Drucker. Hier ist die Qualität um ein Vielfaches besser, aber der Preis kommt ins Spiel. Prototypen, die auf einem solchen Drucker gedruckt wurden, kosteten etwa 4000₽, und das ist nur ein Teil des Gehäuses von zwei. Man kann seinen eigenen Drucker kaufen, was die Kosten senkt, aber dennoch bleiben die Preise exorbitant und die Geschwindigkeit unzureichend.
Silicon-Gießen. Wir hielten das für die optimalste Option. Die Qualität war auf hohem Niveau, der Preis recht hoch, aber nicht kritisch. Sogar eine erste Charge von 20 Gehäusen wurde für Feldversuche bestellt.
Doch dann änderte ein Zufall alles. An einem Abend veröffentlichte ich zufällig im internen Entwickler-Chat, dass es bei den Gehäusen ein Problem gebe und der Preis zu hoch sei. Am nächsten Tag schrieb mir ein Kollege privat, dass ein Freund eines Freundes eine TPA (Thermoplast-Automaten) hat. Und man könne in der ersten Phase eine Form dafür herstellen. Diese Nachricht änderte alles!
Ich hatte schon vorher die Verwendung einer TPA in Betracht gezogen, aber es hielt mich nicht nur die Notwendigkeit auf, eine Mindestbestellung von 5000 Stück aufzugeben (obwohl man mit etwas Mühe auch weniger über Chinesen finden kann). Mich hielt der Preis der Presseform auf. Etwa 5000 $. Diese Summe war ich nicht bereit, auf einmal zu investieren. Der Preis für die Presseform über unseren neu gewonnenen Kollegen war jedoch nicht astronomisch, er variierte zwischen 2000 und 2500 $. Außerdem ging er auf uns zu und wir einigten uns darauf, dass die Zahlung in Raten erfolgen würde. Damit war das Problem mit den Gehäusen gelöst.
Eine zweite und ebenso wichtige Herausforderung, mit der wir konfrontiert waren, ist die Hardware.
Die Anzahl der Hardware-Revisionen ist unüberschaubar. Nach unseren bescheidenen Berechnungen handelt es sich bei dieser Version um die siebte, ohne die Zwischenversionen zu zählen. Wir haben versucht, alle Mängel, die während der Tests festgestellt wurden, zu beheben.
Früher hielt ich einen Hardware-Watchdog für überflüssig. Jetzt wird das Gerät ohne ihn nicht in Serie gehen: aufgrund der Unberechenbarkeit der von uns gewählten Plattform.
Ein analoger Eingang für das ESP. Zuvor dachte ich, dass jeder Pin des ESP universell ist. Aber das ESP hat nur einen analogen Pin. Dies musste ich in der Praxis herausfinden, was zu einer Überarbeitung und einer Neuanfertigung der Leiterplatten führte.
Erste Version der Leiterplatten
Zweite Version der Leiterplatten
Vorletzte Version der Leiterplatten, bei der wir dringend Probleme mit dem analogen Pin lösen mussten.
Was die Software betrifft, gab es auch hier eine Menge Fallstricke.
Zum Beispiel das gelegentliche Abnehmen des ESP. Obwohl das Ping funktioniert, öffnet sich die Seite nicht. Es gibt eine Lösung – das Neuschreiben der Bibliothek. Möglicherweise gibt es auch andere Lösungen, aber alle von uns getesteten haben keine Ergebnisse geliefert.
Das zweite signifikante Problem ist, merkwürdigerweise, die Anzahl der Anfragen an das ESP beim Öffnen der Seite. Bei der Verwendung von GET oder AJAX standen wir vor dem Problem, dass die Anzahl der Anfragen unangemessen hoch wurde. Dadurch verhielt sich das ESP unberechenbar, konnte einfach neu starten oder benötigte mehrere Sekunden zur Bearbeitung einer Anfrage. Die Lösung bestand darin, auf Websockets umzusteigen. Danach reduzierte sich die Anzahl der Anfragen erheblich.
Das dritte Problem betrifft die Weboberfläche. Weitere Informationen dazu werden in einem separaten Artikel veröffentlicht, der später erscheinen wird.
Ich kann vorerst nur sagen, dass die momentan optimalste Variante die Verwendung von VUE.JS ist.
Dieses Framework ist das am besten geeignete von allen, die wir getestet haben.
Die Optionen für die Benutzeroberfläche finden Sie unter den folgenden Links:
Die Entwicklung des Termostats
Nachdem wir alle Schwierigkeiten überwunden haben, haben wir folgendes Ergebnis erzielt:
Konstruktion
Der Thermostat besteht aus drei Platinen (Modulen):
- Steuerplatine;
- Regelplatine;
- Anzeigeplatine.
Steuerung – eine Platine, auf der die ESP12, ein Hardware-Watchdog und der nRF24 für die Arbeit mit künftigen Sensoren angeordnet sind. Zu Beginn unterstützt das Gerät den digitalen Sensor DS18B20. Wir haben jedoch die Möglichkeit vorgesehen, analoge Sensoren von Drittherstellern anzuschließen. In einer der zukünftigen Softwareaktualisierungen werden wir die Verwendung von Sensoren ermöglichen, die mit Thermostaten von Drittherstellern geliefert werden.
Gesteuert – eine Stromversorgungs- und Laststeuereinheit. Dort haben wir ein Netzteil mit 750 mA, Terminals zum Anschluss von Temperatursensoren und ein Relais mit 16A zur Laststeuerung untergebracht.
Display – in der Entwicklungsphase haben wir uns für 2,4 Zoll entschieden.
Darüber kann man im Internet leicht Informationen finden. Von meiner Seite kann ich hinzufügen, dass es fast für jeden bequem ist, außer wenn es um den Preis geht. Das 2,4-Zoll-Display kostet etwa 1200 ₽, was sich negativ auf den Endpreis auswirkt.
Daher wurde beschlossen, ein Analoggerät nach unseren Bedürfnissen zu entwerfen, jedoch zu einem niedrigeren Preis. Allerdings muss man es auf die traditionelle Weise programmieren und nicht aus der Umgebung des Nextion Editors. Das ist schwieriger, aber wir sind bereit dafür.
Das Pendant wird eine 2,4-Zoll-Matrix mit Touchscreen und eine STM32-Platine zur Steuerung umfassen, um die Last auf den ESP12 zu reduzieren. Die Steuerung erfolgt über UART, ähnlich wie bei Nextion, zudem gibt es 32 MB Speicher und eine vollständige Flash-Karte für die Protokollierung.
Die modulare Konstruktion ermöglicht es, eines der Module einfach auszutauschen, wodurch ein völlig anderes Gerät entsteht.
Es gibt bereits Varianten von "Platine 2" in mehreren Ausführungen:
- Option 1 – für Fußbodenheizungen. Stromversorgung von 220 V. Das Relais steuert jede Last nach sich.
- Option 2 – für Wasserfußbodenheizungen oder Heizkörperventile. Stromversorgung von 24 V Wechselstrom. Steuerung des Ventils mit 24 V.
- Option 3 – Stromversorgung von 220 V. Steuerung einer separaten Leitung, z.B. für einen Boiler oder eine elektrische Sauna.
Nachwort
Ich bin kein professioneller Entwickler. Es ist mir gelungen, Menschen mit einem gemeinsamen Ziel zusammenzubringen. Im Großen und Ganzen arbeiten alle aus Überzeugung; um etwas wirklich Wertvolles zu schaffen, das dem Endbenutzer nützt.
Ich bin mir sicher, dass das Gehäusedesign einigen Leuten nicht gefällt; anderen das Erscheinungsbild der Seite. Das ist euer Recht! Aber wir sind diesen Weg selbst gegangen, durch ständige Kritik an dem, was wir tun, und vor allem — warum. Wenn es keine Fragen wie die oben im Text gibt, freuen wir uns auf einen Austausch 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, was wir tun.
Quelle: habr.com
