Comment créer votre propre thermostat intelligent
26 Jul 2024
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Le thermostat intelligent est un dispositif avancé de contrôle de la température destiné à être utilisé dans les environnements domestiques et commerciaux. Les utilisateurs peuvent ajuster les paramètres de température à tout moment et en tout lieu et les gérer à distance via une application pour smartphone ou une interface Web. L'objectif de ce projet est de créer un thermostat intelligent facile à utiliser, convivial et open source que vous pouvez créer en fonction de vos besoins spécifiques.
Composants matériels :
- Microcontrôleur : Arduino MKR WiFi 1010 (Microcontrôleur pour traiter les données des capteurs et contrôler le système de chauffage. Il dispose de capacités WiFi et Bluetooth).
- Capteurs : Capteur d'humidité et de température : Capteurs de température et de pression d'humidité BME280
- Écran OLED : Écran OLED SSD1306 de 0,96 pouce I2C 128 x 64 pixels
- Module relais : module relais 5 V/12 V , utilisé comme interrupteur pour contrôler le système de chauffage.
- Horloge en temps réel : Horloge en temps réel RTC DS3231 Horloge en temps réel I2C (pour un suivi précis de l'heure)
- alimentation : adaptateur secteur 5V/2A
- boîtier : imprimé en 3D (voir le projet dans cette note) ou boîte de modernisation pour accueillir les composants
- carte de circuit
- planche à pain et cavaliers (si vous souhaitez l'exécuter en tant que prototype et éventuellement l'étendre)
- circuit imprimé personnalisé (concevez-le avec KiCad EDA et imprimez-le avec Eurocircuits)
Exigences logicielles :
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IDE : IDE Arduino (vous pouvez utiliser n'importe quel IDE de votre choix tant que vous pouvez télécharger du code sur Arduino)
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Programmation : vous n'avez besoin que d'une connaissance de base en matière d'assemblage et de réglage de la configuration. Si vous souhaitez étendre le projet, une certaine expérience des technologies ci-dessus peut être utile.
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Arduino : C++
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Base de données : SQL (MariaDB)
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Front-end : TypeScript (front-end Angular17)
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Backend : TypeScript (Node.js, Express)
Dans la plupart des systèmes de chauffage, le thermostat contrôle le chauffage en fermant (en court-circuitant) les contacts pour compléter le circuit et activer le chauffage. Ce thermostat fonctionne sur le même principe, en utilisant un relais pour fermer le circuit, et si votre thermostat actuel fonctionne de cette manière, vous pouvez également utiliser ce thermostat.
Étape 1 : Maison imprimée en 3D
Nous avons conçu un boîtier simple pour donner au thermostat un aspect plus sophistiqué et plus semblable à un thermostat typique. Vous pouvez télécharger notre fichier STL et l'importer dans Tinkercad ou tout autre logiciel de modélisation 3D. Vous pouvez le modifier à votre guise, puis l'imprimer en 3D. Notre conception est très basique et peut être utilisée comme prototype afin que vous puissiez l'améliorer et la personnaliser selon vos besoins.
Si vous souhaitez utiliser le PCB (que nous avons conçu) pour qu'il s'adapte exactement au cas, vous pouvez exporter la disposition du PCB depuis KiCad sous forme de fichier SVG et l'importer dans votre logiciel de modélisation 3D. De cette façon, vous pouvez concevoir le boîtier autour du PCB et vous assurer que tout s'adapte. Thermostat_Case.stl
Étape 2 : Imprimer le PCB
Étape 3 : Assembler le matériel et la configuration du microcontrôleur
Configuration du microcontrôleur
Démarrez le processus d'assemblage en configurant le microcontrôleur. Montez-le sur une maquette afin qu'il puisse être prototypé et connecté plus facilement. Connectez le microcontrôleur à une source d'alimentation, en vous assurant qu'il reçoit une alimentation stable de 5 V/2 A. Cette configuration initiale constitue la base du thermostat, fournissant la puissance de contrôle et de traitement nécessaire pour les composants restants.
Intégration de capteurs
Ensuite, intégrez les capteurs de température et d’humidité au microcontrôleur. Selon le type de capteur que vous choisissez, suivez le schéma de câblage spécifique pour les connecter correctement. Pour le capteur Adafruit répertorié ci-dessus, vous pouvez le trouver sur leur site Web. Le capteur fournira des données en temps réel sur la température et l'humidité ambiantes, que le microcontrôleur utilisera pour régler le système de chauffage. Fixez le capteur dans une position où il peut mesurer avec précision la température ambiante.
Connexion d'affichage OLED
Connectez l'écran OLED au microcontrôleur, en vous assurant que les broches sont correctement configurées. L'écran sera utilisé comme interface utilisateur pour afficher la température actuelle, la température réglée et d'autres informations pertinentes. Une connexion correcte de l’écran est essentielle pour un affichage clair et précis.
Relais Configuration du module
Configurez le module de relais qui contrôlera le système de chauffage en fonction des relevés de température et des entrées de l'utilisateur. Connectez le relais au microcontrôleur pour vous assurer qu'il peut gérer la charge du système de chauffage. Le relais agit comme un interrupteur et le microcontrôleur peut l'allumer ou l'éteindre pour réguler la température. Testez le fonctionnement du relais pour vous assurer qu'il répond correctement aux signaux de commande du microcontrôleur.
Étape 4 : Programmation du thermostat
La fonction de boucle principale s'exécute en continu et effectue les tâches suivantes :
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envoie périodiquement un battement de cœur au serveur.
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si le battement de cœur réussit, met en file d'attente la demande de données du capteur.
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traite toutes les demandes en attente dans la file d'attente.
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tente de se reconnecter s’il est en mode de secours et qu’un temps suffisant s’est écoulé.
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contrôle le relais de chauffage en fonction de la température en mode de repli.
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mettre à jour l'affichage périodiquement.
Configuration de l'environnement de développement
Configurez l'environnement de développement sur votre ordinateur en installant le logiciel nécessaire. Si vous utilisez Arduino, téléchargez et installez l'IDE Arduino. pour Raspberry Pi, configurez l’environnement de développement approprié. Assurez-vous de disposer de toutes les bibliothèques dont vous avez besoin pour le capteur de température, l'écran LCD et tout autre composant que vous utilisez. Cette configuration fournira les outils dont vous avez besoin pour écrire, télécharger et déboguer le code de votre thermostat.
Téléchargement du code sur l'Arduino MKR WiFi 1010
Connexion de l'Arduino MKR 1010 WiFi
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Connectez la carte : branchez l'Arduino MKR 1010 WiFi sur votre ordinateur à l'aide du câble USB.
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Sélectionnez la carte mère : allez dans Outils->Carte mère et sélectionnez Arduino MKR WiFi 1010.
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Sélectionnez le port : allez dans Outils->Ports et sélectionnez le port qui correspond à la carte à laquelle vous vous connectez (par exemple, COM3, /dev/ttyUSB0).
Préparer un croquis
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Ouvrir Sketch : ouvrez le fichier de croquis Arduino (.ino) dans l'IDE Arduino.
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Configurer Sketch : modifiez le croquis pour qu'il corresponde à l'adresse IP de votre serveur, aux informations d'identification WiFi et à d'autres paramètres.
Télécharger un croquis
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Vérifiez le croquis : cliquez sur l'icône de coche dans le coin supérieur gauche de l'IDE Arduino pour compiler et vérifier le code. Cela garantit qu’il n’y a pas d’erreurs de syntaxe.
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Télécharger le croquis : cliquez sur l'icône de flèche droite à côté de la coche pour télécharger le code sur l'Arduino MKR 1010 WiFi. l'IDE compilera à nouveau le code puis le téléchargera sur la carte mère.
Surveillance de la série Sortir
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Activer le moniteur série : accédez à Outils->Moniteur série pour allumer le moniteur série.
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Définir le débit en bauds : assurez-vous que le débit en bauds au bas du moniteur série est réglé sur 9600 pour correspondre au Serial.begin(9600) ; réglage dans le code.
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Afficher la sortie : vous devriez voir la sortie de l'Arduino, qui comprend les messages de débogage et les lectures des capteurs.
Ajustement de la configuration
Vous devrez ajuster les configurations WiFi et du serveur en fonction de vos paramètres. Ces configurations doivent être ajustées pour correspondre à l'adresse IP du serveur et au réseau WiFi.
En option : ajustement des variables de fonctionnement
Ces variables et constantes gèrent l'état de fonctionnement, tel que l'état de connexion, l'état de chauffage et les intervalles de synchronisation des tâches. Le FALLBACK_TEMPERATURE est utilisé lorsque le serveur est inaccessible et que le thermostat fonctionne en mode de repli. HEARTBEAT_INTERVAL détermine la fréquence à laquelle l'Arduino envoie des battements de cœur au serveur.
Étape 5 : Configuration de la base de données, du serveur et du front-end
Base de données
Pour que le serveur Smart Thermostat fonctionne correctement, il a besoin d'une base de données. Pour cela, nous utilisons MariaDB.
Vous trouverez ici des informations sur la manière de configurer cela : Référentiels GitHub - Configuration de la base de données
Frontend
L'interface a été développée à l'aide d'Angular17 et permet à l'utilisateur d'afficher les données et de configurer les paramètres de température.
Vous trouverez des informations sur la façon de configurer cela ici : Référentiel GitHub - Paramètres du frontend
Backend
Développé à l'aide de Node.js et Express, le backend fournit des API pour les données des capteurs, l'authentification et le contrôle du chauffage.
Vous trouverez ici des informations sur la manière de configurer cela : Référentiel GitHub - Configuration du backend
Étape 6 : Test et étalonnage
Test initial
Allumez le thermostat et effectuez un premier test pour vous assurer que tous les composants fonctionnent correctement. Vérifiez que la sortie de l'écran OLED est correcte et vérifiez que le capteur de température fournit des lectures précises. Testez le module relais en définissant différents seuils de température et en observant si le relais active ou désactive le système de chauffage en conséquence. Cette phase de test initiale est essentielle pour identifier rapidement tout problème et apporter les ajustements nécessaires.
Étalonnage
Calibrez le thermostat pour garantir un fonctionnement précis et fiable. Comparez les lectures du capteur à un thermomètre fiable pour vérifier l’exactitude. Si nécessaire, ajustez les codes ou les positions des capteurs pour se rapprocher davantage des températures réelles. Assurez-vous que les relais sont activés et désactivés au réglage de température correct pour un contrôle précis du système de chauffage. Ce processus d'étalonnage optimisera les performances du thermostat et garantira qu'il répond à vos spécifications requises.
Plus d'informations à suivre : Construisez votre propre thermostat intelligent
