你是否厭倦了普通的 Junkers/Bosch 室內(nèi)恒溫器？是時候升級了！

介紹

忙碌了一天，回到溫暖舒適的家，這種感覺確實讓人心往神馳！多年來，我的家里一直使用的是一臺 Junkers （Bosch） 燃氣鍋爐，為壁掛式散熱器面板提供熱水。

得益于 ESP8266 和 Amazon Alexa，現(xiàn)在可以從任何地方甚至通過語音控制中央供暖系統(tǒng)！

一些現(xiàn)代燃氣鍋爐對燃氣鍋爐和房間控制單元之間的接口采用了開放標準（OpenTherm），但在我的安裝中，該接口是制造商專有的。此處顯示的解決方案取代了 Junkers （Bosch） TW2 房間控制單元或任何兼容的單元。

背景

燃氣加熱器是一種具有天氣補償功能的調(diào)節(jié)燃氣鍋爐，由基本房間控制單元控制。與開/關(guān)恒溫器相反，加熱控制是通過精確控制循環(huán)回路中的水溫來實現(xiàn)的，從而通過散熱器面板釋放到房屋中的熱能。水溫受 TW2 房間控制單元的影響，室外溫度由溫度傳感器測量。

圖為鍋爐用戶手冊中的加熱曲線。室外溫度 （AT） 越低，水溫設(shè)定點 （VT） 就越高，以補償通過房屋外殼的更大熱量損失。

燃氣鍋爐的控制系統(tǒng)試圖通過調(diào)制以盡可能少的燃氣使用量來達到和保持要求的水溫。這是制造商的專有技術(shù)，我們不會干涉。

現(xiàn)有的房間控制單元由一個選擇恒溫器模式的開關(guān)、一個用于增加/減少水溫設(shè)定點的旋鈕（電位器）和一些電阻器組成?，F(xiàn)在的情況主要是：電位器磨損了，并向燃氣鍋爐產(chǎn)生了異常的控制信號。所以會突然感覺到莫名其妙變熱了！

概念

控制單元有一個簡單的 2 線制燃氣鍋爐接口，沒有有源組件或處理器。它本質(zhì)上是一個可變電阻。逆向工程非常簡單：燃氣鍋爐通過電線發(fā)送固定電流，并測量控制單元電阻產(chǎn)生的輸出電壓。所以我們需要的是一個精確控制的電壓源。

我沒有使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC），而是選擇使用 esp8266 的內(nèi)部 sigma-delta 源，據(jù)報道這是一個隱藏的功能，但在 arduino-esp8266 平臺內(nèi)核中尚不支持。它是一個高頻 PWM 信號，具有 256 個離散占空比步長，對于此應(yīng)用來說綽綽有余。使用 RC 低通濾波器，PWM 信號被平滑為 DC 信號。Arduino AnalogWrite 不適合，它的頻率太低，然后 RC 濾波器會在輸出信號上留下相當大的紋波。

通過射極跟隨器配置中的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)和 PNP 晶體管電路，我們獲得了適用于該應(yīng)用的有效范圍 （0.6V 。.1.02V） 的輸出信號。

構(gòu)建

電子電路可以很容易地構(gòu)建在一塊單面穿孔板上，非常適合 100x60x25mm 的項目盒。

Wemos 板使用2.54mm 母頭；這樣模塊可以在必要時輕松插入和拔出。

對于電源，我使用了一個可調(diào) DC/DC 轉(zhuǎn)換器（降壓），因為我可以在恒溫器電纜中的 2 根備用電線上使用 24 VDC 電源，但任何其他穩(wěn)定的 3.3V 電源都可以。

將 Wemos 板插入其接頭之前調(diào)整 DC/DC 模塊的輸出電壓

使用約 15 厘米長的電線將 OLED 顯示屏、電容式觸摸按鈕和溫度/濕度傳感器連接到電路板：這些組件必須在構(gòu)建結(jié)束時粘在項目盒的前殼上幾滴熱膠。因此，請確保將所有電線焊接到這些組件的背面。

注意：OLED 模塊帶有一個預(yù)焊接的接頭，小心地拆焊它，不要損壞 oled 的玻璃。

接下來是電容式觸摸按鈕，效果很好，它們粘在項目盒的內(nèi)部，通過塑料外殼檢測觸摸。它們可以在一系列電壓下工作，但這里是 3.3V，因為 ESP8266 I/O 是 3.3V。

模塊上有 2 個焊盤可將行為更改為低/高電平有效，或開關(guān)模式與切換模式；我使用了標準配置中的模塊：高電平有效和開關(guān)。

為了避免重影，我在模塊電源輸入附近添加了一個額外的 1uF 電容器。這里提供的草圖不僅會檢測按鈕觸摸，還會檢測滑動手勢。

接下來是項目框，它需要幾個孔：背板上的一個用于穿過四根墻線（電源和恒溫器控制），一個用于溫度/濕度傳感器的孔，以及一個用于顯示器的方孔。一個基本的鉆頭、一把切割刀和對堅韌塑料的耐心就可以完成這項工作。

然后是構(gòu)建中最有趣的部分：油漆工作。

油漆工作完成后，是時候用幾滴熱膠將 OLED 顯示屏、觸摸按鈕和傳感器粘合到位。

完成的項目盒足夠輕，可以用兩個藍色大頭釘固定在墻上，無需螺絲。

Arduino軟件

請先安裝 arduino-esp8266 平臺https://github.com/esp8266/Arduino

對于顯示圖形，我使用了 Daniel Eichhorn 為 esp8266 氣象站所做的出色工作。該庫實現(xiàn)了漂亮的幀動畫，并支持位圖。

https://github.com/ThingPulse/esp8266-oled-ssd1306

NessieGraphics.h 文件包含草圖使用的所有位圖。位圖采用 xbm （X-Bitmap） 格式，一種基于文本的格式，可以將其剪切和粘貼到頭文件中，并與您的代碼一起編譯。如果您打算創(chuàng)建自己的自定義 xbm 位圖，GIMP 是 goto 工具：在 GIMP 中打開任何圖像文件，調(diào)整到預(yù)期的像素數(shù)，然后保存為 xbm 格式。

arduino 草圖將連接到 Amazon AWS IOT 服務(wù)。亞馬遜提供了一些設(shè)置此連接的選項，請參閱此鏈接：https ：//docs.aws.amazon.com/iot/latest/developerguide/protocols.html

我選擇使用客戶端證書作為身份驗證的 MQTT 協(xié)議，在端口 443 上。要使此連接正常工作，必須另外安裝 Pubsubclient MQTT 庫（轉(zhuǎn)到https://github.com/knolleary/pubsubclient，或直接從在 Arduino IDE 中）。用于設(shè)置 TLS 1.2 連接的所有其他庫已經(jīng)是 arduino-esp8266 平臺的一部分。

在正常工作之前，還有一些事情要做：

在 .ino 文件中填寫您的 WiFi 憑據(jù)。

應(yīng)用一些庫修復(fù)：文件位于 bitbucket 存儲庫中；按照自述文件的說明進行操作。

軟件構(gòu)建不需要任何特定參數(shù)。作為參考，我使用了 80MHz，1M+3M spiffs，沒有調(diào)試。

亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)置

如果您像我一樣沒有使用過亞馬遜云服務(wù)的經(jīng)驗，那么這一步可能會花費大部分時間。這是一個復(fù)雜的設(shè)置，盡管邏輯布局合理，并且存在許多好的指南，亞馬遜和其他人都有。

學習需要時間，但完全免費！亞馬遜為其服務(wù)提供免費套餐，這在很大程度上足以建立這種 DIY 項目。IOT 服務(wù)在前 12 個月是免費的，只要您不從您的設(shè)備發(fā)送數(shù)百萬條 mqtt 消息。

首先創(chuàng)建一個亞馬遜賬戶和一個亞馬遜開發(fā)者賬戶。您將需要開發(fā)者帳戶來創(chuàng)建您的 Alexa 技能。

AWS - 第 1 部分：在 Amazon AWS IOT 上創(chuàng)建您的事 things

按照這些說明https://docs.aws.amazon.com/iot/latest/developerguide/iot-gs.html

創(chuàng)建您的事項，創(chuàng)建設(shè)備證書，設(shè)置策略，將策略附加到設(shè)備證書，并將證書附加到您的事項。無需在此處進一步配置您的設(shè)備，或配置規(guī)則。我們不會在我們的應(yīng)用程序中使用這些。

從截圖中可以看出，我將我的東西命名為“stefaan_wemos”。該名稱必須在 arduino 草圖中進行硬編碼。

創(chuàng)建設(shè)備證書后，將文件下載到您的 PC。

我們將使用 openssl 將客戶端證書和私鑰轉(zhuǎn)換為二進制格式。在 Windows 上，您可能需要安裝 openssl：https://wiki.openssl.org/index.php/Binaries。在命令行類型：

》 openssl x509 -in c7ddc08d09.cert.pem-out cert.der -outform DER

》 openssl rsa -in c7ddc08d09.private.key -out key.der-outform DER

用您的證書和私鑰的確切名稱替換輸入文件名。將輸出文件名保留為“cert.der”和“key.der” ：這些文件必須存儲在 SPIFFS 中，并且草圖代碼正在引用這些確切的文件名。

我沒有使用 AWS IOT 的公鑰和根 CA；我的代碼沒有驗證 AWS IOT 服務(wù)器的身份。

在“交互”選項卡下，您將找到將您的 esp8266 硬件連接到亞馬遜云所需的最后一個參數(shù)。將屏幕截圖中紅色顯示的字符串復(fù)制到您的草圖中，就可以編譯和上傳了。

如果一切順利，esp8266 將向 AWS IOT 設(shè)備影子報告其狀態(tài)。串行輸出將幫助您識別潛在錯誤。

AWS IOT MQTT 客戶端控制臺可用于向 esp8266 設(shè)備發(fā)送 mqtt 測試消息。

在$aws/things/《yourthingname》/update上發(fā)布任何內(nèi)容，您應(yīng)該會看到消息在串行輸出中回顯。

或訂閱$aws/things/《yourthingname》/update/accepted以接收來自 esp8266 的任何消息。

如果您沒有收到來自 AWS IOT 的回調(diào)，那么很可能您忘記應(yīng)用庫修復(fù)，尤其是#define MQTT_MAX_PACKET_SIZE 768在PubSubClient.h.

如果 Serial 未顯示“MQTT connection ok”，請查看串行輸出以獲取線索。設(shè)置 TLS 連接可能存在問題：檢查硬編碼的 AWS 參數(shù)和證書/私鑰文件。

AWS - 第 2 部分：設(shè)置 AWS Lambda 函數(shù)

按照本指南設(shè)置您的 lambda 函數(shù)：

https://docs.aws.amazon.com/lambda/latest/dg/get-started-create-function.html

確保在N. Virginia地區(qū)創(chuàng)建函數(shù)。該功能需要訪問AWS IOT 和 CloudWatch 日志；確保相應(yīng)地設(shè)置策略。檢查您的視圖是否類似于下面的屏幕截圖。

注意您的 lambda 函數(shù)的 ARN；稍后在設(shè)置您的 Alexa Skill時，您將需要它。

將我的 bitbucket 存儲庫中的 javascript 代碼index.js復(fù)制到代碼窗口中。不要忘記使用您自己的事物名稱和端點修改對象“iotData”和“thingName”。

var iotData = new AWS.IotData（{endpoint： “aaaaaaaaaaaaaa.iot.eu-west-1.amazonaws.com”}）;

const thingName = “your-AWS-IOT-thingname”;

bitbucket 存儲庫包含一些測試事件來測試您的 lambda 函數(shù)。轉(zhuǎn)到“配置測試事件”并在文本字段中復(fù)制粘貼示例測試事件（json 代碼）。測試事件允許測試與您在上一步中設(shè)置的 AWS IOT 影子的連接。

如果您的 esp8266 硬件仍處于連接狀態(tài)，您會注意到測試事件將通過事物的設(shè)備影子有效地檢索和修改恒溫器設(shè)置。

如果到這工作依舊正常，距離啟用語音的恒溫器僅一步之遙！

AWS - 第 3 部分：創(chuàng)建您的 Alexa 智能家居技能

作為最后一步，我們將為恒溫器創(chuàng)建語音控制。我們將使用 Alexa 智能家居框架。

從初始屏幕中，選擇“智能家居”技能類型，并為您的技能命名。注意 Application id （amzn1.ask.skill.xxxx） ：您需要將其添加到您在上一步中創(chuàng)建的 lambda 函數(shù)的觸發(fā)器中。這將使您的技能能夠調(diào)用您的 lambda 函數(shù)。

在“端點”部分，填寫您之前創(chuàng)建的 lambda 函數(shù)的 ARN。您也可以在其他地區(qū)添加額外的 lambda 函數(shù)。

在配置屏幕中，設(shè)置帳戶鏈接；這是 Alexa 智能家居技能的強制性步驟。我選擇使用“登錄亞馬遜”；這是一個方便的選擇，因為您不需要設(shè)置自己的身份驗證服務(wù)器。

屏幕截圖上以藍色矩形顯示的字段特定于您的技能和帳戶鏈接。確保它們是正確的！如果您在執(zhí)行帳戶鏈接時從 Alexa 應(yīng)用程序收到奇怪的錯誤，請回到這一步嘗試找出您的錯誤！

現(xiàn)在是時候在 Alexa 商店中找到您的技能并激活它了。

帳戶關(guān)聯(lián)成功后，你可以使用任何 Alexa 語音服務(wù)來測試您的結(jié)果。

結(jié)語

如果你不想喚醒 Alexa，可以隨時通過其內(nèi)部 Web 界面控制恒溫器。要將 Web 界面暴露給外界，一種可能的方法是使用 dyndns 服務(wù)，并在路由器中設(shè)置端口轉(zhuǎn)發(fā)到 esp8266。