如何制作一個通過本地WiFi網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行控制的恒溫器

該項目將向你介紹一個可以通過本地WiFi上的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器進行控制的恒溫器的制作。

起初，我建立這個項目是因為我需要這樣的設(shè)備，而且我也想了解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。我想用我的智能手機從家里打開車庫加熱器，這樣我就可以在進去之前讓它暖和起來。我還想看看我是否可以為ESP32網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器構(gòu)建一個外觀漂亮的移動網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序足夠簡單且重量輕。這是我使用HTML5、Javascript、JSON、Bootstrap、Knockout和其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)習(xí)過程。我大部分時間都在這里，進行網(wǎng)絡(luò)研究和反復(fù)試驗。我將分享我的調(diào)試設(shè)置。

ESP32Arduino代碼使用ESP32庫，并不復(fù)雜，讓您了解HTML協(xié)議的具體細節(jié)。雖然這是一個完整的工作系統(tǒng)（除了外殼）和一個功能齊全的Web應(yīng)用程序，但它也是破解其他應(yīng)用程序的一個很好的起點。

關(guān)于這個項目的一些警告：

該項目只能用于低壓（24v或更低）低電流（2A或更低）兩線恒溫器應(yīng)用，其中加熱單元中的單獨繼電器控制電源電流，并且加熱單元本身具有自己的安全系統(tǒng)。它不應(yīng)用于直接控制任何加熱元件。

由于它沒有按照任何安全標準設(shè)計，因此建造者可以將其安全地用作恒溫器并監(jiān)控其運行。如果它由于某種原因失敗并保持打開狀態(tài)，并且它在您房間外的冰點以下會凍結(jié)。如果它發(fā)生故障并保持關(guān)閉狀態(tài)，加熱器可能會持續(xù)運行并產(chǎn)生高溫。一種選擇是將其與現(xiàn)有恒溫器串聯(lián)（或并聯(lián)），以便在項目卡在關(guān)閉（或打開）位置時有備用。這有助于避免一種故障模式，但不能避免另一種，因此需要進行監(jiān)控。

先決條件

熟悉Arduino環(huán)境和電路板管理

使用跳線和無焊面包板的原型設(shè)計實踐

對Web技術(shù)概念的基本了解

步驟

1.將ESP32的板定義加載到ArduinoIDE中。

2.編輯Arduino代碼，配置WiFi訪問名稱、安全代碼和溫控器名稱。

3.編譯代碼并加載到ESP32開發(fā)板中。（可以使用WiFi遠程編程）

4.按照原理圖連接電路。

5.找到IP地址并在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中打開

6.打開恒溫器并更改設(shè)定點。

它是如何工作的-硬件

ESP32板支持WiFi連接，具有IO功能，可與繼電器板連接，打開和關(guān)閉繼電器，并與DHT22溫濕度傳感器連接。繼電器觸點連接到加熱系統(tǒng)的2線恒溫器端子。當(dāng)繼電器閉合時，它會完成2線恒溫器電路并導(dǎo)致加熱系統(tǒng)加熱。

繼電器板接受兩個低電平有效的輸入來控制每個單獨的繼電器。本項目僅使用一個繼電器。另一個可以用于其他目的。繼電器板使用兩級光隔離器和繼電器本身將敏感的MCU數(shù)字I/O引腳與加熱系統(tǒng)電隔離。對于現(xiàn)實世界的MCU項目，確保隔離對于可靠和穩(wěn)健的運行非常重要。靜電、交流噪聲、電源噪聲/可變性會導(dǎo)致MCU獲得虛假輸入信號、鎖定，或者最糟糕的是永久損壞。調(diào)試這些類型的問題是一件令人頭疼的事情，因此隔離很重要。光隔離器將來自MCU的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換為光（通過LED），然后光檢測器拾取光并將其轉(zhuǎn)換為隔離電路上的電壓。

這樣，MCU引腳與驅(qū)動繼電器的電位電絕緣。在此電路中，驅(qū)動繼電器的電源仍由與ESP32板電源（USB電源）相同的電源提供。也可以使用單獨的電源，這就是板上有跳線的原因。繼電器本身作為一個機械開關(guān)，還在雙線加熱系統(tǒng)恒溫器端子和該項目的電源之間提供了第二階段的電氣隔離。在此電路中，驅(qū)動繼電器的電源仍由與ESP32板電源（USB電源）相同的電源提供。也可以使用單獨的電源，這就是板上有跳線的原因。繼電器本身作為一個機械開關(guān)，還在雙線加熱系統(tǒng)恒溫器端子和該項目的電源之間提供了第二階段的電氣隔離。在此電路中，驅(qū)動繼電器的電源仍由與ESP32板電源（USB電源）相同的電源提供。也可以使用單獨的電源，這就是板上有跳線的原因。繼電器本身作為一個機械開關(guān)，還在雙線加熱系統(tǒng)恒溫器端子和該項目的電源之間提供了第二階段的電氣隔離。

DHT22溫濕度傳感器具有我們應(yīng)用所需的測量范圍和精度：

它使用串行單線通信接口發(fā)送代表溫度和濕度的 5 字節(jié)數(shù)據(jù)。

在正常操作期間（初始編程后），ESP32 板通過 5v USB 充電器供電。該 5v 電源也分配給其他板。在這個項目中，跳線用于連接組件，但在原型設(shè)計階段之后，焊接連接將提高長期可靠性。

工作原理 - 軟件
ESP32 實現(xiàn)了一個簡單的溫度控制器和一個Web 服務(wù)器。

簡單的溫度控制器執(zhí)行以下功能：

1. 通過單線接口從 DHT22 傳感器串行采集溫度和濕度數(shù)據(jù)。

2. 根據(jù)溫度是低于還是高于設(shè)定點打開和關(guān)閉繼電器。控制器具有一定的滯后性，因此當(dāng)溫度接近設(shè)定點時，控制器不會因測量誤差而反復(fù)開關(guān)。

3. 從 Internet 上的服務(wù)器獲取時間數(shù)據(jù)，以便將內(nèi)部 ESP32 時鐘與該 Internet 服務(wù)器同步以獲得官方時間。

4. 維護一個看門狗定時器來檢測系統(tǒng)鎖定或故障并自動重啟。只要主程序循環(huán)正常運行，此計時器就會不斷重置。如果由于某些錯誤或故障導(dǎo)致主循環(huán)不重復(fù)，則計時器倒計時并重置 MCU。

Web 服務(wù)器可以響應(yīng)來自客戶端瀏覽器的四種不同類型的請求：

1. HTTP - 當(dāng)它收到這個請求時，ESP32 將 HTML 文件以長字符串的形式發(fā)送到瀏覽器。HTML 文件包含在瀏覽器客戶端上運行的 javascript，并向 Web 服務(wù)器發(fā)出其他類型的請求。

2. GET - 當(dāng)它收到這個請求時，ESP32 以 JSON 消息的形式發(fā)送溫度、濕度、繼電器狀態(tài)（開/關(guān)）、設(shè)定點、時間和其他信息。一般來說，JSON 是具有層次結(jié)構(gòu)的鍵值對的文本消息。在這個應(yīng)用程序中，我們保持簡單，不使用任何層次結(jié)構(gòu)。

{ Type: "TH&Relay", Name: "Cave", Temp: "69.44", RelH: "34.60", Tset: "40", Heater: "0", Control: "0", StartTime: "1552185144", CurrentTime: "1552185151", Wifi_ssi: "-42" }
瀏覽器客戶端上的 javascript 接收并解析它以更新瀏覽器中保存的數(shù)據(jù)對象。這些可以在客戶端上顯示和操作。

3. OPTIONS - 這是在 POST 操作之前完成的必需請求，以進行安全檢查，以確?？蛻舳丝梢詫⑿畔l(fā)布到服務(wù)器。

4. POST - 當(dāng) Web 服務(wù)器收到此請求時，它會收到來自客戶端的 JSON 消息，其中包含設(shè)定點溫度以及是否應(yīng)激活溫度控制。

{Control: "1", Tset: "72"}

Web 服務(wù)器解析這些數(shù)據(jù)并設(shè)置內(nèi)部變量以供進一步處理。

網(wǎng)頁設(shè)計與調(diào)試
這個項目使用了一些 Web 技術(shù)和標準，使我能夠保持 HTML 文件內(nèi)容靜態(tài)和小，同時仍然提供動態(tài)和響應(yīng)式網(wǎng)頁。這是我在這個項目上學(xué)習(xí)的重點，也是我花最多時間研究網(wǎng)絡(luò)和通過反復(fù)試驗學(xué)習(xí)的地方。

調(diào)試設(shè)置
我認為學(xué)習(xí) Web 界面的最佳方式是在瀏覽器中使用開發(fā)人員調(diào)試功能。我用火狐。在菜單中有一個名為“Web Developer”的選項，然后是“Web Console”。這允許您查看傳遞給服務(wù)器的消息、錯誤消息、javascript 異常等。由于 ESP32 上的 Web 服務(wù)器只處理上述 4 個不同的請求，它并不真正關(guān)心是哪個網(wǎng)頁發(fā)出這些請求。它可能是使用請求 1 加載的網(wǎng)頁。但它也可能是另一個網(wǎng)頁 - 例如您在本地計算機上打開的“index.html”文件。因此，這允許您在文本編輯器中對此文件進行小幅更改（我使用 Notepad++，因為它知道 html 格式），然后刷新瀏覽器并查看呈現(xiàn)的頁面會發(fā)生什么：

網(wǎng)頁設(shè)計

HTML 文件在一個文件中包含嵌入的 CSS、HTML 和 Javascript。它使用Bootstrap來設(shè)計響應(yīng)式網(wǎng)站，它是 CSS（層疊樣式表）、HTML 和 Javascript 的集合。它使用 javacript 庫KnockoutJS在發(fā)生數(shù)據(jù)更改時動態(tài)更新瀏覽器視圖。為了保持 HTML 文件較小，這些庫不保存在 HTML 文件本身中。它們使用所謂的CDN （內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)）提供商鏈接。此外，javascript 使用新的原生fetch()函數(shù)來實現(xiàn)服務(wù)器調(diào)用 2-4。最后它在 fontawesome 中使用了一些 glyphicon字體用于重新加載按鈕（圓形箭頭）和火焰圖標 - 表示正在要求打開加熱器。

Bootstrap簡化了網(wǎng)頁的布局，并且布局可以適當(dāng)?shù)剡m應(yīng)移動屏幕或更大的屏幕。它有一系列小部件和樣式來幫助制作一個看起來干凈的網(wǎng)站。

KnockoutJS是 javascript 中的一個輕量級框架，似乎在某種程度上已經(jīng)失寵，但對于我的要求來說似乎很完美。我在研究中了解到的是，現(xiàn)在人們使用 Angular 和 react，這似乎需要他們自己的開發(fā)工具，并且似乎需要大量學(xué)習(xí)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，KnockoutJS 框架會自動更新 UI。它旨在將 UI 與保存在瀏覽器 DOM（數(shù)據(jù)對象模型）中的底層數(shù)據(jù)隔離開來。對我來說，這是網(wǎng)頁設(shè)計中最具挑戰(zhàn)性的部分，因為它依賴于 Javascript 的許多面向?qū)ο蟮母拍?。淘汰賽網(wǎng)站提供了一些教程和示例供您學(xué)習(xí)。幸運的是，一旦它起作用了，我就不必做任何進一步的改進，因為它與 UI 更改無關(guān)，這就是重點。

fetch()是 javascipt 原生的一個新函數(shù)，用于處理 GET、OPTIONS 和 POST 等 http 協(xié)議的客戶端-服務(wù)器通信。另一種方法是使用額外的 jQuery AJAX 調(diào)用或其他 javascript 庫。這是更多信息。https://davidwalsh.name/fetch

CDN用于向瀏覽器提供 CSS 和 javascript 庫和代碼，以便 ESP32 Web 服務(wù)器不必提供這些。內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)是提供此內(nèi)容的地理上分散的服務(wù)器的集合，通常需要為大容量或快速響應(yīng)付費。對于這個項目，我們使用免費服務(wù)，這些服務(wù)可以很好地滿足我們所需的數(shù)量和響應(yīng)時間。如果您查看“index.html”文件，您將看到這些服務(wù)器的 url 鏈接，例如 boostrap 4.3.1 使用下面的鏈接合并。

fontawsome 用于向 UI 添加一些漂亮的字形圖標以反映加熱器狀態(tài)和刷新按鈕。在 HTML 中，這是：

從 Arduino 代碼提供網(wǎng)頁- HTML 文件存儲了一個字符串常量，以便在 Web 服務(wù)器中處理它。但是為了調(diào)試，我將文件作為“index.html”保存在 PC 的本地驅(qū)動器上，并在瀏覽器中打開該文件。瀏覽器并不真正關(guān)心它如何接收這個文件（本地或從 ESP32 Web 服務(wù)器），因此我可以在這個文件中快速更改 HTML，刷新瀏覽器，然后查看結(jié)果。完成后，我使用在線工具將 index.html 轉(zhuǎn)換為字符串。然后將此字符串粘貼到 Arduino 代碼中。

最終成果：

我設(shè)計了一個可以 3D 打印的外殼，并用兩個螺絲將它固定在墻上，板之間可以用熱熔膠粘合。