Mk71gc wifi термостат с алиэкспресс подключение к электрическому котлу

Обновлено: 06.07.2024

В системе автономного отопления моей квартиры работает выпускаемый серийно беспроводной комнатный термостат. Система, конечно, функционирует и без него: термостат был приобретен для экономии расхода газа и повышения комфорта.

Вещь очень полезная, но, на мой взгляд, несколько морально устаревшая. Было решено собрать нечто похожее на купленный термостат, добавив для начала в макет термостата более удобную настройку и подключение к Интернету.

Что в результате получилось – читайте дальше. Надеюсь, кроме меня проект будет интересен другим.

Знакомство

Возможности и характеристики:

Термостат состоит из двух устройств. В первом устройстве формируется и передается на второе устройство сигнал управления нагревательным прибором или системой отопления, назовем это устройство анализатором. Второе устройство, принимает сигнал, дешифрирует его и управляет источником тепла – пусть это будет контактор. Связь между анализатором и контактором — беспроводная, на радиочастоте.

Сборка

Для сборки устройства понадобятся компоненты, перечень которых и их ориентировочная стоимость по ценам сайта AliExpress приведена в таблице.

Компонент	Цена, $
анализатор
Wi-Fi плата NodeMCU CP2102 ESP8266	2,53
Датчик температуры и влажности DHT22	2,34
Датчик содержания СО2 MH Z-19	18,50
Часы RTC DS3231	1,00
Экран OLED LCD синий 0.96" I2C 128x64	1,95
RF модуль 433MHz, передатчик (цена комплекта: передатчик, приемник)	0,99
4-канальный преобразователь логических уровней 3,3В-5В (Logical Layer Converter)	0,28
Стабилизатор напряжения LM7805 (10 шт.)	0,79
Адаптер AC100-240V 50/60Hz DC12V 2A	10,70
Макетная плата (стеклотекстолит), контакты и др.	2,00
контактор
Модуль Arduino Pro Mini 5V	1,45
RF модуль 433MHz (приемник)	-
2-канальный модуль реле	0,98
Адаптер AC-DC HLK-PM01	4,29
Макетная плата (стеклотекстолит), контакты и др.	2,00
Всего (примерно):	50

Если планируется собирать термостат с минимальными габаритами, то нужно заменить 4-канальный преобразователь логических уровней на 2-канальный и 2-канальный модуль реле на 1-канальный.

Оба устройства собраны на стеклотекстолитовых макетных платах. Монтаж – навесной. Модули установлены на панельки, собранные из «гребенок» контактов. Такой подход имеет ряд преимуществ: компоненты легко демонтируются, легко меняется монтаж под новую версию скетча и, наконец, в корпусе самоделки не видно каким способом он выполнен.

Антенны у передатчика и приемника – это провод длиной 17,3 см. Повышенная мощность передатчика и простейшие антенны обеспечивают надежную связь в пределах квартиры.

Анализатор

Мозг анализатора – контроллер ESP8266 на плате модуля NodeMCU CP2102. Он принимает сигналы с датчиков и формирует сигналы управления передатчиком и экраном.

При установке датчика DHT22 на плате, измеренная температура на 1,5…2°С выше реальной (даже без корпуса!). Поэтому следует размещать датчик температуры подальше от элементов с большим тепловыделением LM7805 и NodeMCU CP2102. Кроме того, было бы неплохо установить стабилизатор напряжения LM7805 на радиатор и однозначно необходимо обеспечить хорошую конвекцию воздуха в корпусе для понижения температуры и уменьшения ошибки ее измерений. Другой вариант избавиться от ошибки — вынести датчик DHT22 за объем корпуса – этот вариант проще и я выбрал его.

В Интернете много нареканий на низкую точность измерения влажности датчика DHT22. На сегодня есть альтернатива: более современные датчики температуры и влажности HTU21D, Si7021, SHT21.

На анализатор подается постоянное напряжение 12В от адаптера AC/DC. Далее стабилизатор постоянного напряжения LM7805 формирует напряжение 5В. Напряжение питания передатчика — 12В. При тестировании устройства, когда анализатор и контактор находятся рядом на рабочем столе, питание анализатора можно организовать с USB-порта компьютера, подав напряжение на модуль NodeMCU CP2102 стандартным кабелем USB – microUSB. Напряжение питания NodeMCU CP2102 и MH Z-19 – 5В, питание остальных узлов схемы (3,3В) формирует стабилизатор модуля NodeMCU CP2102.

Датчик температуры и влажности DHT22 подключен к выводу D6 модуля NodeMCU CP2102. Часы DC3231 и дисплей 0.96" подключены к ESP8266 (на модуле NodeMCU CP2102) через двухпроводный интерфейс I2C, а выводы Tx, Rx датчика содержания СО2 MH Z-19 подключены к выводам Rx, Tx ESP8266 соответственно. Сигнал на передатчик поступает с NodeMCU CP2102 через преобразователь логических уровней, который преобразует сигнал с NodeMCU CP2102 с амплитудой около 3,3В в сигнал, амплитуда которого близка к напряжению питания передатчика 12В.

Если в модуле часов вы используете батарейку вместо аккумулятора, то не забудьте разорвать цепь заряда аккумулятора, иначе батарейка вздуется через несколько недель работы под напряжением. С автономным питанием часов точность хода 2 сек/год вам обеспечена.

Скетч анализатора для загрузки в ESP8266 находится под спойлером.

Если хотя бы один из параметров воздуха находится за пределами запрограммированных пороговых значений, то устройство в половине каждого часа отравляет на е-мейл письмо:

С 10 августа 2020г. будет прекращена аренда домена и дискового пространства под этот домен, поэтому попрошу поискать другое место для размещения php-скрипта. Извинения тем, кто уже пользуется моим почтовым сервером.

Контактор

Управление в контакторе осуществляет модуль Arduino Pro Mini. Он принимает сигнал с RF приемника и вырабатывает сигналы превышения пороговых значений параметров воздуха.

Напряжение питания всех узлов контактора 5В поступает с адаптера AC/DC HLK-PM01.

В современных бытовых газовых котлах нормально разомкнутые контакты реле (красный, желтый провода на схеме) подключить вместо съемной перемычки в котле.

Сигналы с выводов контроллера 6 (h >Hmin), 5 (co2 > CO2max), 3 (t > Tmax) можно использовать для организации автоматического увлажнения, принудительной вентиляции или кондиционирования воздуха. Преимущество заключается в том, что отпадает необходимость в прокладке кабеля для передачи сигнала управления с датчика на ту или иную систему – достаточно разместить контактор неподалеку от одного из концов провода питания или управления системой.

Я, например, планирую кроме управления котлом отопления подключить к контактору еще и кухонную вытяжку — котел и вытяжка расположены рядом.

Скетч контактора для загрузки в Arduino Pro Mini — под спойлером.

Запуск термостата в работу

Пришло время включить термостат.

Шаг 1:

Сначала включим анализатор.

Вначале надо набраться терпения и, ничего не предпринимая, выждать 3 минуты. Термостат автоматически перейдет в автономный режим работы – без подключения по Wi-Fi к домашней сети и Интернету. Через 3 минуты на экране анализатора в трех строках начнет мелькать все, что ворочает термостат.

Первые две строки на экране не требуют комментариев. В третьей строке – режим работы термостата (Offline, Online или OffBlynk) и информация о выходе за пределы установленных пороговых значений параметров воздуха. Например, Offline CO2>1000 — термостат работает в автономном режиме, а измеренное содержание СО2 выше заданного порогового значения 1000 ppm.

Часы в автономном режиме будут показывать неправильное время. Они еще не синхронизированы с сервером точного времени, а также не выполнен ввод часового пояса – это в следующем шаге.

В автономном режиме установлена температура термостатирования 21°С на протяжении суток.

Шаг 2:

Нажмем кнопку Configure WiFi (No Scan). Откроется страница с формой настроек термостата:

Эта же форма с незаполненными полями и комментариями:

Укажем в форме имя и пароль своей домашней сети, ключ идентификации BLynk, электронную почту. Изменим заданные по умолчанию часовой пояс, время (часы) и температуру для временных точек, а также пороговые значения температуры, влажности и содержания СО₂.

Сутки двумя временными точками разбиты на три временных диапазона — первый: с 00 час 00 мин до точки 1 (Hour 1, Minute 1), второй: с точки 1 (Hour 1, Minute 1) до точки 2 (Hour 2, Minute 2) и третий: с точки 2 (Hour 2, Minute 2) до 00 час 00 мин. Полей для ввода минут на форме нет, минуты для точек 1,2 можно изменить в скетче (переменные MinPoint1, MinPoint2). В каждом из трех временных диапазонов можно задать свою температуру термостатирования — Temperature 0, Temperature 1 и Temperature 2. Если планируется поддерживать постоянной одну и ту же температуру в течение суток, то достаточно задать значение Temperature 0, а поля для точек 1,2 оставить пустыми.

При выборе пороговых значений параметров воздуха ориентируйтесь на показатели, которые я нашел в Интернете:

Комфортная температура ночью во время сна 19…21°С, днем — 22…23°С.
Оптимальной относительной влажностью в холодное время года считается влажность 30…45%, а в теплое – 30…60%. Предельные максимальные показатели влажности: зимой она не должна превышать 60%, а летом – 65%.
Максимальный уровень содержания углекислого газа в помещениях не должен превышать 1000 ppm. Рекомендованный уровень для спален, детских комнат – не более 600 ppm. Отметка 1400 ppm – предел допустимого содержания СО₂ в помещении. Если его больше, то качество воздуха считается низким.

По умолчанию суточная программа термостатирования (днем – высокая температура, ночью – низкая) задана из предположения, что днем кто-то из жильцов находится в помещении, например, работает на дому. Программу легко изменить под свои реалии.

Поле e-mail можно не заполнять. Тогда предоставленная возможность получать письма на электронную почту о выходе параметров воздуха за пороговые значения будет утрачена. Без введенного ключа Blynk’а – невозможно управлять термостатом и получать информацию о параметрах воздуха на удалении. Впрочем, термостат не «растеряется», если останутся незаполненными поля с предельными значениями параметров воздуха, тогда за ним останется только одна функция: термостатирование.

И еще. Все числа вводите, пожалуйста, в формате переменных с плавающей запятой, далее преобразование в нужный формат выполняются в скетче. Исключение: временные точки 1,2 (час) — формат целого числа.

После сохранения настроек в памяти ESP8266 (кнопка Save), анализатор подключится к сети и начнет работу.

Если ошиблись (бывает!) или решили изменить настройки, снова придется дважды загрузить скетч в ESP8266. Первый раз – с раскомментированной в Setup’e строкой factoryReset(); а второй — с закомментированной, затем повторить шаг 2.

Шаг 3:

Теперь можно включить контактор.

При устойчивой радиосвязи между анализатором и контактором – светодиод D13 на плате Arduino мигает с частотой около 1Гц.

Если контактор принял с анализатора команду на включение обогревательного прибора или отопительной системы — замкнутся нормально разомкнутые контакты реле и загорится соответствующий ему светодиод на модуле реле.

Если нет проблем с «холостым ходом» контактора, то подключаем обогревательный прибор или электронику системы отопления. Обогревательный прибор следует подключать проводом определенного сечения. Удельный показатель для расчета сечения медного провода — 5 А/мм 2 .

Шаг 4:

Пришло время запустить на смартфоне приложение Blynk. В Интернете много информации о приложении Blynk – нет смысла ее повторять.

Переменные для Blynk (чтобы не искать их в скетче анализатора): температура — V1, влажность – V2, содержание СО₂ – V3, температура термостатирования – V4, виртуальная кнопка — V10.

На моем смартфоне интерфейс Blynk’a (его можно изменять) имеет вид:

На графике – измеренная температура (белый), температура термостатирования (желтый), интервал времени – сутки. Переменные влажности и содержания СО₂ на график не выведены, поскольку две дополнительные шкалы сильно ограничивают поле графика, где можно рассмотреть сами кривые.

Скриншот ниже иллюстрирует процесс обогрева тепловентилятором мощностью 2 кВт/час помещения площадью около 5-ти квадратных метров с начальной температурой 16°С. Здесь — температура (желтый), влажность (синий) и содержание СО₂ (красный).

Синхронная с пилой температуры зубчатая кривая влажности на графике — еще одно подтверждение известному факту, что открытый ТЭН сушит воздух, а пики на кривой содержания СО₂ – свидетельство моих кратковременных визитов в помещение.

Намерения

В дальнейшем планирую поработать над усовершенствованием термостата (как говорят, совершенству нет предела!)

Дополнить термостат датчиком температуры с беспроводной связью для измерения температуры на улице.
Заменить пару приемник-передатчик RF другой парой с большей дальностью связи при напряжении питания не более 3В. В идеале – хотелось бы собрать анализатор с питанием от двух батареек АА на протяжении отопительного сезона.
Уйти от ручного форматирования памяти ESP8266 перед каждым изменением настроек термостата через повторную загрузку скетча.
Расширить программируемый цикл работы термостата с суточного до недельного.
Заменить монохромный экран на цветной и с большим разрешением. Это позволит показывать всю информацию о работе термостата одним кадром, а выход параметров воздуха за пределы установленных границ – изменением цвета.
Затем заняться печатными платами и презентабельным внешним видом термостата.

Что еще можно улучшить? Принимаются предложения, замечания. Прислушаюсь к конструктивной критике.

Выводы

Благодаря подключению к Интернету, функционал термостата значительно расширился. Кроме основной функции, в нем реализован целый ряд других: от отправки оповещений на е-мейл — до возможности автоматического поддержания качества воздуха в помещении.
В термостате появилось новое качество: им можно управлять через Интернет.
Радует легкость, с которой программируется термостат: требуется лишь заполнить форму на странице браузера.
Появилась возможность сохранять в памяти термостата персональные данные, как это делается, например, в роутерах.

Внимание!
Автор не несет ответственности за возможный негатив при повторении проекта. Вы отвечаете за все, что делаете.

P.S.

1. Макет из проекта достойно занял место старого термостата, поскольку тот в четвертом отопительном сезоне стал изредка «забывать» включать-выключать систему отопления.

2. О подходах в решении некоторых из перечисленных выше задач можно познакомиться в других моих статьях на Хабре:

Читайте также: