Cómo hacer tu propio termostato inteligente
26 Jul 2024
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Smart Thermostat es un dispositivo avanzado de control de temperatura para uso en entornos domésticos y comerciales. Los usuarios pueden ajustar la configuración de temperatura en cualquier momento y en cualquier lugar y administrarla de forma remota a través de una aplicación de teléfono inteligente o una interfaz web. El objetivo de este proyecto es crear un termostato inteligente fácil de usar, intuitivo y de código abierto que puedas crear según tus necesidades específicas.
Componentes de Hardware:
- Microcontrolador: Arduino MKR WiFi 1010 (Microcontrolador para procesar datos de sensores y controlar el sistema de calefacción. Tiene capacidades WiFi y Bluetooth).
- Sensores: Sensor de humedad y temperatura: Sensores de humedad, presión y temperatura BME280
- Pantalla OLED: Pantalla OLED SSD1306 de 0,96 pulgadas I2C 128 x 64 píxeles
- Módulo de relé: Módulo de relé de 5 V/12 V , utilizado como interruptor para controlar el sistema de calefacción.
- Reloj de tiempo real: Reloj de tiempo real RTC DS3231 Reloj de tiempo real I2C (para seguimiento de tiempo preciso)
- fuente de alimentación: adaptador de corriente 5V/2A
- Carcasa: impresa en 3D (ver borrador en esta nota) o caja de adaptación para acomodar componentes.
- tarjeta de circuitos
- Placa de prueba y puentes (si desea ejecutarlo como prototipo y posiblemente expandirlo)
- Placa de circuito impreso personalizada (diséñela usando KiCad EDA e imprímala usando Eurocircuits)
Requisitos de Software:
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IDE: Arduino IDE (puedes usar cualquier IDE que desees siempre que puedas cargar código en Arduino)
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Programación: Sólo necesitas conocimientos básicos de montaje y puesta a punto de configuración. Si desea ampliar el proyecto, puede resultar útil tener algo de experiencia con las tecnologías anteriores.
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Arduino: C++
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Base de datos: SQL (MariaDB)
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Interfaz: TypeScript (interfaz Angular17)
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Backend: TypeScript (Node.js, Express)
En la mayoría de los sistemas de calefacción, el termostato controla el calentador cerrando (cortocircuitando) los contactos para completar el circuito y activar el calentador. Este termostato funciona según el mismo principio, utilizando un relé para cerrar el circuito, y si su termostato actual funciona de esta manera, también puede utilizar este termostato.
Paso 1: Vivienda Impresa en 3D
Diseñamos un gabinete simple para que el termostato parezca más sofisticado y más parecido a un termostato típico. Puede descargar nuestro archivo STL e importarlo a Tinkercad o cualquier otro software de modelado 3D. Puedes modificarlo a tu gusto y luego imprimirlo en 3D. Nuestro diseño es muy básico y se puede utilizar como prototipo para que puedas mejorarlo y personalizarlo según sea necesario.
Si desea utilizar la PCB (que diseñamos nosotros) para que encaje exactamente en la carcasa, puede exportar el diseño de la PCB desde KiCad como un archivo SVG e importarlo a su software de modelado 3D. De esta manera puedes diseñar la carcasa alrededor de la PCB y asegurarte de que todo encaje. Termostato_Caja.stl
Paso 2: Imprimir el PCB
Paso 3: ensamblar el hardware y la configuración del microcontrolador
Configuración del microcontrolador
Inicie el proceso de ensamblaje configurando el microcontrolador. Móntelo en una placa de pruebas para que se pueda crear un prototipo y conectarlo más fácilmente. Conecte el microcontrolador a una fuente de alimentación, asegurándose de que reciba un suministro estable de 5 V/2 A. Esta configuración inicial forma la base del termostato y proporciona el control y la potencia de procesamiento necesarios para los componentes restantes.
Integración de Sensores
A continuación, integre los sensores de temperatura y humedad con el microcontrolador. Dependiendo del tipo de sensor que elijas, sigue el diagrama de cableado específico para conectarlos correctamente. Para el sensor Adafruit mencionado anteriormente, puede encontrarlo en su sitio web. El sensor proporcionará datos en tiempo real sobre la temperatura ambiente y la humedad, que el microcontrolador utilizará para ajustar el sistema de calefacción. Asegure el sensor en una posición donde pueda medir con precisión la temperatura ambiente.
Conexión de Pantalla OLED
Conecte la pantalla OLED al microcontrolador, asegurándose de que los pines estén configurados correctamente. La pantalla se utilizará como interfaz de usuario para mostrar la temperatura actual, la temperatura establecida y otra información relevante. La conexión adecuada de la pantalla es fundamental para obtener resultados claros y precisos.
Relé Configuración del Módulo
Configure el módulo de relé que controlará el sistema de calefacción en función de las lecturas de temperatura y las entradas del usuario. Conecte el relé al microcontrolador para asegurarse de que pueda manejar la carga del sistema de calefacción. El relé actúa como un interruptor y el microcontrolador puede encenderlo o apagarlo para regular la temperatura. Pruebe el funcionamiento del relé para asegurarse de que responda correctamente a las señales de control del microcontrolador.
Paso 4: Programando el termostato
La función de bucle principal se ejecuta continuamente y realiza las siguientes tareas:
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envía periódicamente un latido al servidor.
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si el latido tiene éxito, pone en cola la solicitud de datos del sensor.
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procesa todas las solicitudes pendientes en la cola.
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intenta volver a conectarse si está en modo de reserva y ha transcurrido suficiente tiempo.
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controla el relé de calefacción en función de la temperatura mientras está en modo de reserva.
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actualizar la pantalla periódicamente.
Configurando el entorno de desarrollo
Configure el entorno de desarrollo en su computadora instalando el software necesario. Si está utilizando Arduino, descargue e instale el IDE de Arduino. para Raspberry Pi, configure el entorno de desarrollo adecuado. Asegúrese de tener todas las bibliotecas que necesita para el sensor de temperatura, la pantalla LCD y cualquier otro componente que esté utilizando. Esta configuración le proporcionará las herramientas que necesita para escribir, cargar y depurar el código de su termostato.
Subiendo Código al Arduino MKR WiFi 1010
Conectando el Arduino MKR 1010 WiFi
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Conecte la placa: Conecte el Arduino MKR 1010 WiFi a su computadora usando el cable USB.
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Seleccione Placa base: Vaya a Herramientas->Placa base y seleccione Arduino MKR WiFi 1010.
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Seleccione Puerto: Vaya a Herramientas->Puertos y seleccione el puerto que corresponde a la placa a la que se está conectando (por ejemplo, COM3, /dev/ttyUSB0).
Preparando un boceto
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Abrir boceto: abra el archivo de boceto de Arduino (.ino) en el IDE de Arduino.
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Configure Sketch: modifique el sketch para que coincida con la IP de su servidor, las credenciales de WiFi y otras configuraciones.
Subir un boceto
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Verifique el boceto: haga clic en el ícono de marca de verificación en la esquina superior izquierda del IDE de Arduino para compilar y verificar el código. Esto asegura que no haya errores de sintaxis.
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Cargar boceto: haga clic en el ícono de flecha hacia la derecha junto a la marca de verificación para cargar el código en el Arduino MKR 1010 WiFi. el IDE compilará el código nuevamente y luego lo cargará en la placa base.
Monitoreo del Serial Producción
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Encienda el monitor serie: Vaya a Herramientas->Monitor serie para encender el monitor serie.
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Establecer velocidad en baudios: asegúrese de que la velocidad en baudios en la parte inferior del monitor en serie esté configurada en 9600 para que coincida con Serial.begin(9600); configuración en el código.
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Ver salida: Debería ver la salida de Arduino, que incluye mensajes de depuración y lecturas de sensores.
Ajustando la configuración
Deberá ajustar las configuraciones de WiFi y del servidor para que coincidan con su configuración. Estas configuraciones deben ajustarse para que coincidan con la dirección IP del servidor y la red WiFi.
Opcional: Ajuste de variables operativas.
Estas variables y constantes gestionan el estado operativo, como el estado de conexión, el estado de calefacción y los intervalos de tiempo para las tareas. FALLBACK_TEMPERATURE se utiliza cuando no se puede acceder al servidor y el termostato funciona en modo alternativo. HEARTBEAT_INTERVAL determina la frecuencia con la que Arduino envía latidos al servidor.
Paso 5: Configurar la base de datos, el servidor y el front-end
Base de datos
Para que el servidor Smart Thermostat funcione correctamente, necesita una base de datos. Para ello utilizamos MariaDB.
Encuentre información sobre cómo configurar esto aquí: Repositorios de GitHub - Configuración de la base de datos
Frontend
La interfaz se desarrolló utilizando Angular17 y permite al usuario ver datos y configurar ajustes de temperatura.
Encuentre información sobre cómo configurar esto aquí: Repositorio de GitHub - Configuración de interfaz
Backend
Desarrollado con Node.js y Express, el backend proporciona API para datos de sensores, autenticación y control de calefacción.
Encuentre información sobre cómo configurar esto aquí: Repositorio de GitHub - Configuración del backend
Paso 6: Pruebas y Calibración
Prueba Inicial
Encienda el termostato y realice una prueba inicial para asegurarse de que todos los componentes funcionen correctamente. Verifique que la salida de la pantalla OLED sea correcta y verifique que el sensor de temperatura proporcione lecturas precisas. Pruebe el módulo de relé configurando varios umbrales de temperatura y observando si el relé activa o desactiva el sistema de calefacción en consecuencia. Esta fase de prueba inicial es fundamental para identificar cualquier problema de manera temprana y realizar los ajustes necesarios.
Calibración
Calibre el termostato para garantizar un funcionamiento preciso y confiable. Compare las lecturas del sensor con un termómetro confiable para verificar la precisión. Si es necesario, ajuste los códigos o las posiciones de los sensores para que se aproximen más a las temperaturas reales. Asegúrese de que los relés se activen y desactiven en el ajuste de temperatura correcto para un control preciso del sistema de calefacción. Este proceso de calibración optimizará el rendimiento del termostato y garantizará que cumpla con las especificaciones requeridas.
Próximamente más información: Construye tu propio termostato inteligente
