模块化WiFi智能恒温器的构建

描述

介绍

这个故事是关于如何构建一个愚蠢的廉价但非常酷的模块化 WiFi 智能恒温器。

我设计了这个恒温器的架构，牢记“无服务器”方法。通信基础设施、集成流程和 UI 可以部署和运行在：

• 免费云服务的任意组合
• 任何私有云平台
• 任何 Raspberry Pi（在最小的零 W 上测试）或其他家庭服务器：提供docker指令让您也可以测试此设置

核心模块：外部单元+内部单元

我的智能恒温器的“核心模块”很便宜，但仍然有：

• 超酷的显示器
• 基本物理控制
• 通过 MQTT完成wifi 控制

它由三部分组成：一个 Shelly 1（10 美元）、一个 M5Stack ATOM 矩阵（9 美元）和一个 M5Stack ENV 单元（5 美元），材料清单总计 24 美元。

没有面包板和电线，没有原型板，不需要焊料。它必须是一个干净的工作，准备生产！

我的恒温器的外部装置是Shelly 1 。它是控制加热锅炉的理想远程继电器。易于连接（MQTT + 云 API），结构紧凑，可通过 AC 或 DC 供电，清洁触点。我保留了原始固件并将其连接到加热锅炉，如上图所示。

我的恒温器的内部单元，即这个系统的“大脑”，需要有一个很酷的显示器和一些基本的物理控制（关闭/自动模式+离开预设就足够了）：所以我选择了Atom Matrix ，最近的 M5Stack 产品，带有 ESP32、LED 矩阵、wifi 和大量传感器接口。为了获得当前温度，我将 GROVE ENV 单元 (DHT12+BMP280) 连接到它：它们通过 I2C 进行通信。

这两个单元通过 MQTT 代理进行通信。您可以选择任何免费的云 MQTT 代理或本地 MQTT 代理。没关系。

外部装置设置

外部单元（Shelly 1 ）可以配置原始固件，通过 Web 界面通过 MQTT 连接到内部单元的同一代理。

去做这个：

• 通过将 L 和 N 连接到主电源来启动 Shelly1
• 通过wifi连接AP shelly1-xxxxxx
• 在浏览器上，192.168.33.1 用于 Shelly Web 界面
• 选择 Internet 和安全、WIFI 模式 - CLIENTa。选择将 Shelly 设备连接到现有 WiFi 网络，输入 Wifi infob。单击连接
• 在路由器中查找 Shelly1-xxxxxx 获取 Shelly 本地 IP，xxxxxx 是每个 Shelly 设备的唯一 ID
• 在浏览器上，连接到新的 Shelly 本地 IP
• 选择 Internet 和安全，高级 - 开发人员设置，a。通过 MQTT 启用操作执行，输入 MQTT 服务器信息，b。节省

内部单元设置

为了轻松地为内部单元定制固件（M5Stack ATOM Matrix），

ESPHome 是一个通过简单而强大的配置文件控制您的 ESP8266/ESP32 并通过家庭自动化系统远程控制它们的系统。所以我只是编写了附加的 ( matrix_shelly_thermostat.yaml ) YAML 配置并使用 ESPHome 构建固件并将其上传到内部单元。

我集成了 LED 矩阵显示屏，将其用作字幕/滚动文本，显示当前温度、加热时的目标温度，颜色取决于操作模式/动作。为此，我的工作基于@rnauber 的https://github.com/rnauber/ESPHomeMatrixLED ，我对此做出了贡献，增加了对 M5Atom 设备的支持。我的更改已被@rnauber 接受并进入上游。万岁！

因此，构建固件的步骤是：

• 获取附加的matrix_shelly_thermostat.yaml结束根据您首选的云或本地 MQTT 代理编辑它的第一行（您可以保留预配置的test.mosquitto.org进行测试：它仍然可以工作），以及您的 Shelly 1 的设备 ID您在内部单元设置期间识别的设备（使用您的 devideID 查找/替换“shelly1-32C429”）
• 添加以下文件（放在.yaml的同一目录下）

wget https://github.com/rnauber/ESPHomeMatrixLED/raw/master/my_matrixled_display.h
wget https://github.com/rnauber/ESPHomeMatrixLED/raw/master/DejaVuSans.ttf

• 使用 ESPHome https://esphome.io/guides/getting_started_command_line.html构建和上传固件

上传固件后，该内部单元将重新启动并创建自己的 WiFi 网络 (AP)，名称 (SSID) 为“Matrix Shelly Thermostat”，密码为“apolselli”。用您的手机或 PC 连接到它。Web 界面应自动打开（另请参阅登录到网络通知）。如果这不起作用，您也可以在浏览器中手动导航到http://192.168.4.1/ 。在此 Web 界面中，您可以设置设备的 WiFi 设置。

内部单元将开始生产/消费有关以下主题的消息：

matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/current_temperature/state
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_low/state
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_high/state
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/away/state    OFF | ON
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/mode/state    heat | off
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/action/state  heating | idle
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_low/command
matrix_shelly_thermostat/climate/matrix_shelly_thermostat/target_temperature_high/command
...

它将通过以下主题向外部单元发出命令：

shellies/shelly1-32C429/relay/0/command            on | off

它还将在http://matrix_shelly_thermostat.local公开一个 Web 界面

至此，智能恒温器的核心模块已经完成，它已经可以工作了 :) 它还将与连接到同一个 MQTT 代理的任何正在运行的 Home Assistant 实例进行原生集成……但是……等等……这必须是一个无服务器项目！！所以我们会假设附近没有 Home Assistant 实例可用，我们需要在云端定义一个移动 UI。

用户界面模块（云端）

这里是“无服务器”方法！为了在云中定义移动Web UI （公共或私有，没关系），我使用 Node-Red 创建了一个流程，基于优秀的ht​​tps://github.com/automatikas/Node-red-Nest-thermostat通过@automatikas。

流使用 JSON 存储，可以轻松导入和导出，并且可以在任何地方部署。

部署流程的步骤是：

• 获取附加的matrix_shelly_thermostat.json
• 将其导入任何 Node-Red 实例。您可以使用任何免费的云 Node-Red 服务。没关系。
• 根据您首选的云或本地 MQTT 代理更改 MQTT 代理节点（或者您可以保留预先配置的test.mosquitto.org或测试：无论如何它都会工作）
• 点击“部署”

这将为您的 Node-Red 仪表板添加一个漂亮的 Nest 风格 UI，让您可以远程控制 Matrix Shelly 恒温器。

完毕。

享受 Matrix Shelly 恒温器 :)

以下只是“奖励”曲目/模块，超出了本项目的范围，但是..如果你想提高你的创造力..这不是火箭科学:)

奖励曲目 #0：您想在私有 Raspberry-Pi-docker-based-cloud 上运行此项目吗？

十分简单！

获取 HypriotOS https://blog.hypriot.com/getting-started-with-docker-on-your-arm-device/或任何其他基于 docker 的机器，ssh 到它并运行：

$ docker run -d -p 1883:1883 --name mybroker --restart always eclipse-mosquitto
$ docker run -d -p 1880:1880 --name mynodered --restart always --link mybroker:broker nodered/node-red
$ docker exec -it mynodered /bin/bash
bash-4.4$ npm install node-red-dashboard
bash-4.4$ exit
$ docker stop mynodered
$ docker start mynodered

而已。

这将运行一个 MQTT 代理 (black-pearl.local:1883) 和一个 Node-Red 实例 ( http://black-pearl.local:1880/ ) 和仪表板 ( http://black-pearl.local:1880/ ui/ ) 来导入和部署 JSON 流。

只需在 esphome yaml 中将 mqtt_broker 设置为black-pearl.local的 ip ，然后在 Node-Red 流中将 mqtt-broker 节点设置为“broker”。

注意：仅对于红色节点arm32v6（Raspberry Pi 零、零 W 或 1），您必须指定完整的图像标签：

$ docker run -d -p 1880:1880 --name mynodered --restart always --link mybroker:broker nodered/node-red:1.0.5-12-arm32v6

奖励模块 #1：每周计划

自由

这是一个每周调度程序，可以将您的恒温器模式从“关闭”切换到“自动” “对你来说反之亦然！

奖励模块#2：语音助手/智能扬声器集成

免费（如果您已经有一个正在运行的 Home Assistant 实例）或 10 美元以上（如果您必须购买 Raspberry Pi Zero W 或更高版本）

我将恒温器暴露在：

• 苹果 HomeKit / Siri
• 亚马逊亚历克斯

在 Home Assistant 中，只需配置 MQTT 集成：Matrix Shelly Thermostat 将被自动检测并添加到您的实体中。

然后，只需添加以下集成：

homekit:

alexa:
  smart_home:

奖励模块#3：存在检测

免费（如果您已经有一个正在运行的 Home Assistant 实例）或 10 美元以上（如果您必须购买 Raspberry Pi Zero W 或更高版本）

您可以使用自动化功能，将您的恒温器状态从“真”切换为“假”，反之亦然！

提示：在 Home Assistant 中，从以下配置开始：

device_tracker:
  - platform: bluetooth_tracker