Dopo diversi anni di fruttuoso lavoro, abbiamo deciso di presentare al pubblico il nostro primo prodotto per la climatizzazione in una casa intelligente: un termostato intelligente per il controllo del riscaldamento a pavimento.
Cos'è questo dispositivo?
Questo è un termostato intelligente per qualsiasi pavimento riscaldato elettricamente fino a 3kW. Si controlla tramite un'applicazione, una pagina web, HTTP, MQTT, quindi è facilmente integrabile in tutti i sistemi di casa intelligente. Svilupperemo plugin per quelli più popolari.
Puoi controllare non solo un pavimento riscaldato elettrico, ma anche una testina termica per un pavimento riscaldato ad acqua, una caldaia o una sauna elettrica. Inoltre, utilizzando nrf, il termostato sarà in grado di comunicare con vari sensori. Quasi tutti i sensori legati al clima sono attualmente in fase di sviluppo. Dato che il dispositivo è basato sull'ESP, abbiamo deciso che sarebbe stato inappropriato togliere agli utenti le opzioni di personalizzazione. Pertanto, faremo in modo che l'utente possa passare il dispositivo in modalità sviluppatore e installare altro firmware, ad esempio con supporto per HomeKit o progetti di terze parti.
*dopo aver installato firmware di terze parti con supporto per HomeKit o altri progetti popolari, non è possibile tornare a quello originale tramite OTA (Over-the-Air).
Difficoltà che abbiamo incontrato
Dire che non ce ne fossero sarebbe stupido. Cercherò di descrivere i problemi più difficili che sono emersi e come li abbiamo risolti.
Ospitare il dispositivo è stata una sfida. Sia in termini di costi delle risorse che di tempo (sono stati sviluppati per circa un anno).
C'erano molte opzioni sul mercato. E la più popolare è la stampa 3D. Scopriamolo:
Stampa 3D classica. La qualità lascia molto a desiderare, così come la velocità di produzione. Abbiamo utilizzato la stampa 3D per i prototipi, ma non era adatta alla produzione.
Stampante 3D a fotopolimero. Qui la qualità è decisamente migliore, ma entra in gioco l’effetto prezzo. I prototipi stampati su una stampante simile costano circa 4000 rubli, e questa è una parte del corpo su due. Puoi acquistare la tua stampante, il che ridurrà il prezzo, ma il prezzo sarà comunque astronomico e la velocità sarà insoddisfacente.
Colata di silicone. Abbiamo considerato questa l'opzione migliore. La qualità era buona, il prezzo era alto, ma non critico. Il primo lotto di 20 casse è stato addirittura ordinato per i test sul campo.
Ma il caso ha cambiato tutto. Una sera ho postato per sbaglio nella chat interna per gli sviluppatori che c'era un problema con le custodie, il prezzo era troppo alto. E il giorno dopo, un collega ha scritto in un messaggio personale che un amico del suo amico aveva una TPA (macchina termoplastica). E nella prima fase puoi crearne uno stampo. Questo messaggio ha cambiato tutto!
Avevo già preso in considerazione l'idea di utilizzare macchine per lo stampaggio a iniezione, ma quello che mi ha fermato non è stato nemmeno il bisogno di ordinare un lotto di almeno 5000 pezzi (anche se provando tramite i cinesi ne trovi di meno). Il prezzo dello stampo mi ha fermato. Circa $ 5000. Non ero pronto a pagare questo importo subito. L'importo per lo stampo tramite il nostro nuovo collega non era astronomico, variava tra $ 2000 e $ 2500. Inoltre ha accettato di incontrarci e abbiamo concordato che il pagamento sarebbe stato effettuato a rate. Quindi il problema con gli scafi è stato risolto.
La seconda e non meno importante difficoltà che abbiamo riscontrato è stata l'hardware.
Non è possibile contare il numero di revisioni hardware. Secondo stime prudenti, l'opzione presentata è la settima, senza contare quelle intermedie. In esso abbiamo cercato di risolvere tutte le carenze individuate durante il processo di test.
Quindi, in precedenza credevo che non fosse necessario un watchdog hardware. Adesso senza di essa il dispositivo non entrerà in produzione: a causa della capricciosità della piattaforma che abbiamo scelto.
Un altro ingresso analogico per l'ESP. In precedenza pensavo che ogni pin ESP fosse universale. Ma l'ESP ha un solo pin analogico. L'ho imparato nella pratica, il che ha portato a rielaborare e riordinare i circuiti stampati.
Prima versione di circuiti stampati
Seconda versione di circuiti stampati
La penultima versione di circuiti stampati, dove dovevamo risolvere urgentemente problemi con il pin analogico
Per quanto riguarda il software, c'erano anche molte insidie.
Ad esempio, l'ESP diminuisce periodicamente. Anche se il ping arriva, la pagina non si apre. C'è solo una soluzione: riscrivere la libreria. Potrebbero essercene altri, ma tutti quelli che abbiamo provato non hanno funzionato.
Il secondo problema significativo, stranamente, è il numero di richieste all'ESP all'apertura di una pagina. Utilizzando GET o Ajax, ci siamo trovati di fronte al fatto che il numero di richieste è diventato indecentemente elevato. Per questo motivo, l'ESP si è comportato in modo imprevedibile, potrebbe semplicemente riavviarsi o elaborare la richiesta per diversi secondi. La soluzione era passare ai web socket. Successivamente il numero delle richieste è diminuito notevolmente.
Il terzo problema è l'interfaccia web. Maggiori informazioni a riguardo saranno contenute in un articolo separato che verrà pubblicato successivamente.
Per ora mi limiterò a dire che l’opzione migliore al momento è utilizzare VUE.JS.
Questo framework è il più adatto tra tutti quelli che abbiamo testato.
Le opzioni dell'interfaccia possono essere visualizzate nei collegamenti seguenti.
Diventare un termostato
Superate tutte le difficoltà siamo arrivati a questo risultato:
disegno
Il termostato è composto da tre schede (moduli):
- Manager;
- Gestito;
- Tabellone.
Manager – una scheda su cui si trovano ESP12, “watchdog” hardware e nRF24 per lavorare con futuri sensori. Al momento del lancio, il dispositivo supporta il sensore digitale DS18B20. Ma abbiamo fornito la possibilità di collegare sensori analogici di produttori di terze parti. E in uno dei futuri aggiornamenti del software del dispositivo aggiungeremo la possibilità di utilizzare i sensori forniti con termostati di terze parti.
Gestito – scheda di alimentazione e controllo carichi. Lì hanno posizionato un alimentatore da 750 mA, terminali per il collegamento di sensori di temperatura e un relè da 16 A per il controllo del carico.
Дисплей – nella fase di sviluppo che abbiamo scelto 2.4 pollici
Puoi facilmente trovare informazioni a riguardo su Internet. Aggiungo che conviene quasi a tutti, tranne che per il prezzo. Uno schermo da 2.4 pollici costa circa 1200₽, il che non incide nel migliore dei modi sul prezzo finale.
Quindi abbiamo deciso di realizzare un analogo adatto alle nostre esigenze, ma ad un prezzo inferiore. È vero, dovrai programmarlo nel modo classico e non dall'ambiente Nextion Editor. È più difficile, ma siamo pronti.
Un analogo sarà una matrice da 2.4 pollici con touchscreen e una scheda con STM32 a bordo per controllarlo e ridurre il carico sull'ESP12. Tutto il controllo sarà simile a Nextion tramite UART, oltre a 32 MB di memoria e una scheda flash completa per la registrazione dei registri.
Il design modulare semplifica la sostituzione di uno dei moduli e l'output è un dispositivo completamente diverso.
Ad esempio, esistono già opzioni per la "tavola 2" in diverse versioni:
- opzione 1 - per pavimenti riscaldati. Alimentazione da 220V. Il relè controlla qualsiasi carico dopo di sé.
- opzione 2 – per pavimento riscaldato ad acqua o valvola a batteria. Alimentato da 24 V CA. Controllo valvola per 24V.
- opzione 3 – alimentazione da 220V. Controllo di una linea separata, come una caldaia o una sauna elettrica.
postfazione
Non sono uno sviluppatore professionista. Sono riuscito a unire le persone con un unico obiettivo. Per la maggior parte, tutti lavorano per l'idea; per fare qualcosa di veramente utile; qualcosa che sarà utile all'utente finale.
Sono sicuro che ad alcune persone non piacerà il design del case; per alcuni – l'aspetto della pagina. È un tuo diritto! Ma noi stessi siamo arrivati fino a questo punto, criticando costantemente ciò che stiamo facendo e, soprattutto, il perché. Se non hai domande come quelle menzionate sopra, saremo felici di chattare nei commenti.
Le critiche costruttive fanno bene e ne siamo grati.
Storia dell'idea . Per chi fosse interessato:
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E sì, ci piace quello che facciamo.
Fonte: habr.com