Pro signalizaci a monitoring teplot v domácí kotelně (vytápění dřevem, krbová vložka, akumulační nádrže) vzniklo toto zařízení, kterému jsem dal výstižný název "kotelna". O zpracování teplot ze 7 čidel DS18B20 a čidla PT100 se stará procesor Atmega 328 (stejný jako v Arduino UNO), který je připojen přes sběrnici I²C k druhému "master" procesoru ESP8266. ESP si periodicky načítá teploty a zobrazuje je na: OLED displeji, webové stránce, zasílá přes službu push upozornění o změně pod (nad) limit teplot.

ZDARMA

• bin pro procesor ESP8266 verze 1.0.0 a 1.0.2, hex pro procesor Atmega 328 1.0.0 a 1.0.1

DONATE

• schéma, deska (Eagle, Gerber), zdroje pro Arduino IDE (Atmega 328 a ESP8266) od verze 1.0.0 výše

Verze fw

Arduino UNO - Atmega 328 (výchozí verze 1.0.0)

• FW 1.0.0
• FW 1.0.1 - opravena kritická chyba načítání z čidel (watchdog havaruje), změna intervalu načítání z čidel na 5 vteřin, upraven debug výpis na sériovou linku

Arduino ESP8266 (výchozí verze 1.0.0) - bez zvukové notifikace na webové stránce (v nastavení je připraveno pro budoucí použití)

• FW 1.0.0
• FW 1.0.1 - upraven design stránky nastavení, přidána ikona pro PUSH notifikaci na hlavní stránce (zap/vyp), v nastavení přidána možnost odeslat PUSH ID3 notifikaci pokud u kotle klesne teplota pod xx, přidána možnost posunout teplotu spalin o +- 300
• FW 1.0.2 - přidané nové funkce a vlastnosti v nastavení. Změna HTML a stylů na stránce login a aktualizace. Přidána podpora traceru (výpis událostí ze systému na webové stránce). Úprava intervalu čtení dat z I²C na 7,5 vteřiny a překreslování OLED na 3 vteřiny. Na webovou stránku home přidána podpora přehrávání zvuků při událostech. Upraven interval synchronizace času NTP na 1 hodinu (místo 10 minut). Přidána podpora pro mobilní aplikaci. Přidané stavy LED na Wi-Fi modulu (modrá LED)

1x bliknutí – snaží se připojit do sítě Wi-Fi, nebo spustit konfigurační režim AP
2x bliknutí – nepodařilo se připojit, nebo byla ručně vynucená konfigurace – v tomto okamžiku běží konfigurační web 120 sec pro AP nastavení připojení k síti
3x bliknutí – připojeno do sítě, normální běh skriptu (běží loop() )
rychlé blikaní - Wi-FI není připojena (chyba)

Aplikace na Google Play

Parametry zařízení

• napájení - průmyslový zdroj 230V/ 5V 2A
• měření - 7x čidlo teploty DS18B20 (stíněný kabel až 50m ke každému čidlu na svůj konektor - nelze použít společnou sběrnici mezi čidly DS18B20!), 1x čidlo PT100
• zobrazení - OLED displej 0,96" 128x64 bodů, webová stránka (připojení pomocí Wi-Fi jako klient k Wi-Fi routeru v síti), mobilní aplikace Android.

1. LED RUN (bliká pokud běží loop v Atmega 328, po zapnutí napájení svítí a pokud zhasne je init OK, jinak bliká rychle)
2. LED I²C (blikne pokud ESP8266 chce načíst teploty z Atmega 328)

• monitoring - zasílání push notifikací na mobilní telefon, odesílání emailu...
• výstup - možnost vzdáleně přes webovou stránku sepnout relé (oběhové čerpadlo a zatopit si do radiátorů z akumulačních nádrží). Při překročení teploty kotle sepne na danou dobu oběhové čerpadlo

Rozmístění teplotních čidel

• teplota v akumulačních nádržích - AKU1, AKU2, AKU3 (3x DS18B20)
• teplota kotle - KOTEL (1x DS18B20)
• venkovní teplota - VENKU (1x DS18B20)
• teplota v obývacím pokoji - OBYVAK (1x DS18B20)
• teplota v ložnici - LOZNICE (1x DS18B20)
• teplota spalin v komínu - SPALINY (1x PT100)

Rozsah měření

• DS18B20 (čidlo)

Rozsah měření: -55°C až 125°C
Přesnost měření: v rozsahu od -10°C až 85°C: ± 1°C

• PT100 (čidlo) - dle provedení čidla made in China

Rozsah teplot: -20°C až 550 ℃ ± 10°C (záleží na kalibraci viz níže a přesnosti čidla)

Zobrazení údajů na OLED displeji

Na OLED displeji se zobrazují následující informace (v oknech 1/3 - 3/3):

• datum - čas (načítán automaticky přes NTP ze sítě)
• teplota ze všech čidel
• IP adresa serveru
• síla Wi-Fi signálu
• stav notifikace push (povoleno, zakázáno)
• stav relé pro čerpadlo (zap, vyp)

Pokud je Wi-Fi

Pokud není Wi-Fi

Video - pohled na displej při zapnutí napájení

Zobrazení na webové stránce (mobilní telefon)

Aktivace zvukové notifikace na webu není ve výchozí verzi ESP8266 1.0.0 využita (pouze připraveno pro budoucí použití)

Ukázka zvuků s výše uvedeným nastavením na mém serveru (sound0.mp3 až sound9.mp3)

sound 0
sound 1
sound 2
sound 3
sound 4
sound 5
sound 6
sound 7
sound 8
sound 9

Schéma zapojení

Deska spojů

Foto prototypu

MEGA 328 UART

Pro nahrávání programu do Atmega 328 propojíme (Reset, Rx, Tx, 0V) <-> (EXT RESET, TX, RX, GND BLK) USB-sériový převodník a můžeme programovat přímo z Arduino IDE (pozor! procesor musí mít vsobě vložen bootloader, jinak nelze použít sériovou linku pro upload programu). Toto zapojení má výhodu, že můžeme používat i sériový monitor a vidíme co se děje uvnitř cpu.

Přes I²C sběrnici se masteru (ESP8266) odesílá teplota z čidel DS18B20 v pořadí dva byte z každého čidla:
* AKU1: 24 jako byte 0 = 0 a byte 1 = 24
* AKU2: -127 jako byte 2 = 1 a byte 3 = 127
* AKU3: -127 jako byte 4 = 1 a byte 5 = 127
* KOTEL: -127 jako byte 6 = 1 a byte 7 = 127
* VENKU: -127 jako byte 8 = 1 a byte 9 = 127
* OBYVAK: -127 jako byte 10 = 1 a byte 11 = 127
* LOZNICE: -127 jako byte 12 = 1 a byte 13 = 127
dále se odesílá 5 byte od PT100 (příznak+-, jed,des,sto,tisíce):
* SPALINY: 1568 jako byte 14 = 0 a byte 15 = 8 byte 16 = 6 byte 17 = 5 byte 18 = 1
* SPALINY: -251 jako byte 14 = 1 a byte 15 = 1 byte 16 = 5 byte 17 = 2 byte 18 = 0

Příklad výpisu na sériovém monitoru z ATMEGA 328

Atmega328 Pihrt.com Kotelna
FW: 1.0.0
HW: 1.0
BUILD: Dec 1 2017-14:41:45
Init DS18B20... OK
Calibr HX711: Uu= 1306888 Uo= 5404934 Ru= 100.05 Ro= 397.80
Init HX711... OK
Init I2C: 0x8... OK
Init Watchdog 2s... OK
--------- Run 2073 ms
AKU1: 24
AKU2: -127
AKU3: -127
KOTEL: -127
VENKU: -127
OBYVAK: -127
LOZNICE: -127
R=111.55 Ohm, T:29.70 C
SPALINY: 29
BUF01 = 0:24
BUF23 = 1:127
BUF45 = 1:127
BUF67 = 1:127
BUF89 = 1:127
BUF1011 = 1:127
BUF1213 = 1:127
BUF14-18 = 0:9:2:0:0
--------- Run 3453 ms

ESP UART

Pro nahrávání programu do ESP8266 propojíme (0V, Tx, Rx) <-> (GND BLK, RX, TX) USB-sériový převodník a můžeme programovat přímo z Arduino IDE (pozor! ESP8266 má napájení 3,3V a převodník má 5V logiku - nedoporučuji používat tento převodník může odejít ESP8266 - je to na Vaše riziko. Pravdou je, že se mi ještě žádný z ESP nepodařilo tímto způsobem zničit). Toto zapojení má výhodu, že můžeme používat i sériový monitor a vidíme co se děje uvnitř cpu.

Pokud chceme do ESP8266 flashovat nový software použijeme tento postup (pokud již máme nějakou verzi nahranou, můžeme pro vložení nové verze použít i webové rozhraní...):

• V arduino IDE dáme nahrát skeč (musíme samozřejmě zvolit správnou desku s ESP ve správci desek a port USB převodníku)
• Držíme tlačítko "Flash" a "Restart"
• Jakmile se v okně Arduino IDE objeví hláška "nahrávám" tak pustíme tlačítko "Restart" a po chvíli pustíme tlačítko "Flash"
• Po nahrání programu do ESP8266 uvolníme tlačítko "Flash"

Po prvním vložení kódu "kotelna 1.0.0" je již možné měnit program za novější verze přes prohlížeč (není nutné Arduino ani převodník)

Příklad výpisu na sériovém monitoru z ESP8266 (některé části výpisu - vypisují se i nastavení paměti EEPROM což je jistě bezpečnostní problém z hlediska toho, že se někde někdo cizí připojí na sériovou linku. Pokud k desce nemá přístup nikdo cizí je to vlastně jedno. V nastavení kódu se dá debug zakázat a nebude sériová linka použita vůbec.)

• Bez připojení k Wi-Fi

ESP8266 Pihrt.com Kotelna
FW: 1.0.0
HW: 1.0
BUILD: Dec 1 2017-14:51:14
Init I2C...OK
Init OLED...OK
Init WiFi.................................Chyba nemohu se pripojit WiFi
OK
0:24:1:127:1:127:1:127:1:127:1:127:1:127:0:9:2:0:0:
------------------
AKU1=24
AKU2=-127
AKU3=-127
KOTEL=-127
VENKU=-127
OBYVAK=-127
LOZNICE=-127
SPALINY=29
------------------

• S připojením k Wi-FI

ESP8266 Pihrt.com Kotelna
FW: 1.0.0
HW: 1.0
BUILD: Dec 1 2017-14:51:14
Init I2C...OK
Init OLED...OK
Init WiFi.....OK
Pripojeno k: PEPIK
IP adresa: 10.10.10.42
Init mDNS kotelna...OK
Init HTTP server...OK
Init TCP server...OK
Init NTP...OK
TEST RELE ZAP...OK
TEST RELE VYP...OK
0:24:1:127:1:127:1:127:1:127:1:127:1:127:0:9:2:0:0:
------------------
AKU1=24
AKU2=-127
AKU3=-127
KOTEL=-127
VENKU=-127
OBYVAK=-127
LOZNICE=-127
SPALINY=29
------------------
OK

Seznam součástek

Některé díly použité v konstrukci (https://arduino-shop.cz/)

HX711 - modul (AD Převodník Modul 24-bit 2 kanály)

https://arduino-shop.cz/arduino/998-arduino-ad-prevodnik-24-bit-2-kanaly-hx711-1427807780.html

OLED displej (IIC I2C OLED display 0,96" 128x64 Bílý)

https://arduino-shop.cz/arduino/1569-iic-i2c-oled-display-0-96-128x64-bily.html

Čidla teploty (DS18B20 kovové)

https://arduino-shop.cz/arduino/848-arduino-teplomer-vodotesny-1500635996.html

Čidlo PT100

https://arduino-shop.cz/arduino/1191-pt100-teplotni-senzor-platinovy-na-kabelu-1456047957.html

Seznam součástek pro desku spojů

Kalibrace čidla PT100 (konstanty do programu)

Po osazení rezistorů 15K Ohm u modulu HX711 je potřeba v kódu (z důvodu přesnosti součástek) Arduino Atmega 328 nastavit kalibrační konstanty. V programu jsou tyto konstanty označené jako:

• Uu spodní mez (číslo na sériovém monitoru)
• Uo horní mez (číslo na sériovém monitoru)
• Ru spodní mez (hodnota v Ohmech)
• Ro horní mez (hodnota v Ohmech)

Pro kalibraci slouží pomocný program "kalibrace PT100.ino", který na sériovém monitoru vypisuje postup. Pokud se některá část obvodu změní (HX711, nebo rezistory 15K), tak se musí provést nová kalibrace (Uu, Uo, Ru, Ro se nastaví na 0 a postupujeme dle instrukcí ve výpisu).

Pro kalibraci se používá rezistor 62 Ohm a 400 Ohm (4x100 Ohm v sérii) min 1% a lepší přesnosti, nebo změřit přesnou hodnotu rezistoru (můstkem) a zapsat skutečnou hodnotu při kalibraci.

Připojení k Wi-Fi síti (postup)

• Před zapnutím napájení zařízení držíme stisknuté tlačítko reset a tlačítko default. Jakmile naskočí hláška jako na videu, vyvolá se režim AP pro nastavení připojení kotelny k dostupné Wi-Fi síti. Tento vyvolaný režim zároveň vymaže trvalou paměť (EEPROM) do výchozích hodnot (parametry, které se zobrazují na webové stránce nastavení)

• Počkáme pár vteřin a spustíme Wi-Fi na mobilním telefonu
• Připojíme se k Wi-Fi síti s názvem kotelna
• Nabídne se nám možnost otevřít webovou stránku (klikneme na upozornění - následně se spustí webová stránka s nastavením pro Wi-Fi)

• Klikneme na název sítě, ke které se chceme připojit a vyplníme heslo (potvrdíme tlačítkem uložit)

• Pokud se podaří připojit k Wi-Fi webová stránka se uzavře
• Ve Wi-Fi manažeru můžeme zjistit i další informace a nastavovat vlastní parametry

UPOZORNĚNÍ! Wi-Fi manažer se spustí po stisknutí tlačítka pouze na dobu 2 minut (je tedy nutné do této doby vstoupit do nastavení a připojit se k Wi-Fi síti).

• Pokud nechceme měnit parametry Wi-Fi připojení, ale pouze smazat veškerá nastavení kotelny do výchozích hodnot (jméno a heslo bude admin/admin atd...) stiskneme tlačítko "default" během běžného provozu.

Nastavení notifikací PUSH

Pro notifikace se využívá služba https://www.pushingbox.com/ která zprostředkovává notifikace pomocí emailu, nebo předává push pro mobilní aplikaci. Vzhledem k tomu, že v nastavení kotelny můžeme vyplnit své vlastní údaje ohledně serveru a ID zprávy můžeme využít i jinou notifikační službu - například vlastní server s vlastní službou). Služba od pushingboxu je zadarmo - jediné omezení je 1000 notifikací za den :-)

• Prvním krokem je zřízení účtu - pokud máme google účet není to problém (když se nám službě nechce dát údaje o našem pravém účtu -> doporučuji zřídit si e-mailovou schránku například pouze pro kotelnu)

• Po přihlášení uvidíme domácí stránku s výpisem historie notifikací (dashboard)

• Přepneme se do záložky služeb (My services), kde si zvolíme notifikační službu (e-mail, push pro android atd...) - v mém příkladu níže se využívá e-mailové notifikace

• Přepneme se do záložky scénář pro události (My scenarios) a vytvoříme dva scénáře:

a) Teplota AKU 1 klesla pod nastavenou teplotu

b) Teplota kotle stoupla nad nastavenou teplotu

c) Po vložení otevřeme tlačítkem pro editaci (Manage) událost a přidáme obsah e-mailu (tedy tělo zprávy - body jako na obrázcích níže)

• Otestování notifikace

Pokud máme vše správně nastavené ve službě Pushingbox otevřeme webový prohlížeč a vložíme do adresního řádku následující text:

http://api.pushingbox.com/pushingbox?devid=vxxxxxxxxxxxxxxxxx&temperature=23

kde za xxxxxxxxxxxxxxxxx vložíme naše Device ID číslo pro scénář 1 a scénář 2. V případě úspěchu se na nástěnce (dashboard) zobrazí informace o odeslání notifikací.

Jaké údaje mám vložit do nastavení kotelny?

1. Do kolonky "adresa PUSH serveru:" vložíme tento údaj: "api.pushingbox.com"
2. Do kolonky "dotaz pro PUSH:" vložíme tento údaj: "/pushingbox?devid="
3. Do kolonky "Odeslat ID1:" vložíme Device ID příklad: "vfd131df3df1df3" pro aktivaci když teplota AKU1 klesne
4. Do kolonky "Odeslat ID2:" vložíme Device ID příklad: "vfd131df3df1df3" pro aktivaci když teplota kotle stoupne
5. Samozřejmě musíme vyplnit i požadované teploty pro aktivaci a zaškrtnout volbu "aktivovat push notifikace"

• Příjem e-mailu ve schránce vypadá potom nějak takto

Test čidlo teploty DS18B20

Připojeno nestíněným kabelem 35m daleko od desky a funguje :-) bez problémů.

Jak nahrát do Atmega 328 nový program, nebo vyčítat co se v CPU děje?

Protože program v procesoru nelze vyměnit jednoduše na dálku tak jako například u ESP8266 (přes webovou stránku) je nutné pro změnu kódu připojit rozhraní UART přes převodník USB k PC a program přehrát.

Připojíme stejně jako na obrázku převodník USB / UART k desce kotelny a postupujeme dle kroků níže.

Záznam logu z procesoru do souboru

• připojíme převodník do desky kotelny pomocí 4-pinového konektoru
• připojíme USB kabel z PC do převodníku
• nainstalujeme program RS232 data logger (v příloze pod článkem pro donate)

• po připojení našeho USB převodníku by se měl převodník zobrazit v seznamu COM portů (pozor COM1 není ten správný)
• zvolíme správný USB COM port, nastavíme přenosovou rychlost na 115200bd, cestu kam se uloží soubor a jeho název

• spustíme záznam a následně zapneme napájení kotelny
• pokud vše běží jak má vytvoří se soubor se záznamem
• necháme nějakou chvilku záznam běžet (logovat)
• po otevření souboru se záznamem uvidíme co procesor vypisuje

Vložení nového programu do procesoru

• pro vložení (nahrání nového kódu do procesoru spustíme program XLoader (ke stažení pod článkem pro donate přístup). Program se neinstaluje, stačí spustit.
• zvolíme cestu k novému souboru (přípona bude hex - pozor bez bootloader verze)
• nastavíme procesor Atmega 328 (Arduino UNO)
• nastavíme přenosovou rychlost na 115200bd

• Po vložení nového kódu zkontrolujeme výpis (viz článek výše) zda se změnila verze programu (například z 1.0.0 na 1.0.1 atd..) Zároveň ověříme co se vypisuje.

Pár fotografií a video z kotelny

Foto z upravené verze ESP8266 - 1.0.1

Foto z upravené verze ESP8266 - 1.0.2

Aplikace na Google Play

Každý uživatel mého webu, který je v seznamu "Donate" přispěvatelů může bezplatně využívat mobilní aplikaci (Android) pro vzdálený monitoring kotelny. Kotelna odesílá naměřená data (teploty a alarmy) po minutě na server www.pihrt.com, ke kterému se připojuje mobilní aplikace.

Pro využívání aplikace je nutné získat API heslo a API server (zadává se do kotelny záložka nastavení). API server je stejný i pro mobilní aplikaci (lze mít více kotelen a pomocí API serveru vyčítat tu na kterou se chci dívat).

API si lze vyžádat kontaktem: https://pihrt.com/kontakt.

Mobilní aplikace funguje s FW kotelny od verze ESP 1.0.2 a novější.

Data lze načíst kdekoliv ve světě (není nutné být ve stejné Wi-Fi síti).

Foto z aplikace (reálná data z kotelny)

Video z mobilního telefonu