Разработка алгоритмов программного обеспечения для управления отоплением на основе ALT Linux (Ростислав Воронин, OSEDUCONF-2025)

Ссылки сюда (1) →

Короткая ссылка: 20250208F

Докладчик

Ростислав Воронин

Контроллер Smart Therm на основе протокола Open Therm позволяет организовать эффективное управление и оптимизацию затрат для стабильной поддержке теплового режима внутри автономно отапливаемых помещений.

Данное решение не требует дополнительных постоянных затрат и основано на свободном программном обеспечении от ALT Linux.

Презентация

Thesis

• http://smarttherm.ru/

В жилых и производственных помещениях с автономным отоплением остро встаёт вопрос экономии энергоресурсов для отопления при стабильности поддержания наиболее оптимальных, комфортных температур. Для решения этой технологической задачи оптимизации управления тепловыми режимами отопления, позволяющих осуществлять ресурсо-энергосбережение самым оптимальным будет использование контроллера SmartTherm (ST) который общается с котлом по протоколу OpenTherm (OT). Конечно это возможно, при условии наличия интерфейса связи OT на плате управления самого котла отопления.

Разработанные алгоритмы управления позволяют повысить тепловую комфортность помещений и энерго-ресурсосбережение комплексов отопления на 12—17% от годовых затрат на топливо. Результаты экспериментальных исследований водяного газового теплового комплекса для достижения необходимых показателей приведены в работе.

Для реализации энергоэффективного управления отоплением был разработан аппаратно программный комплекс SmartTherm(ST) с погодозависимой логикой. Он в себя включает собственно сам контроллер управления для связи с котлом по шине OpenTherm. Центральным процессором этого контроллера был выбран ESP WROOM-32. Кроме поддержки OpenTherm контроллер может измерять температуру с двух цифровых выносных датчиков температуры DS18b20 и обрабатывать один аналоговый сигнал. ST сам контролирует техническое состояние котла и сигнализирует о его неисправности, при возникновении внештатных ситуаций или отключении напряжения питания.

ST использует открытое программное обеспечение для прошивки контроллера и открытую электрическую схему.

Поскольку контроллер SmartTherm использует процессор ESP32 то возможна дистанционная связь с ним по встроенным модулям WiFi/Bt. Самую последнюю бинарную версию прошивки можно скачать с гитхаба. Либо же из исходников её собрать самостоятельно в среде Arduino и/или Platformio.

Обновление и загрузка прошивки контроллера в сам модуль ESP32 возможно как по кабелю USB, так и через WiFi из браузера.

Для загрузки бинарного файла в отладочную плату ESP WROOM-32 используется утилита ESPTool, которая устанавливается в ALT Linux командой:

    # apt-get install esptool

После скачивания прошивки загрузить её в модуль ESP32 можно командой:

    $ esptool write_flash 0x00000 Smart_Therm_0.1.2_20250118.bin

Оригинальная прошивка SmartTherm позволяет подключить контроллер к отопительному котлу и диагностировать возможные проблемы как с котлом, так и со связью по WiFi. Благодаря разработанным алгоритмам, прошивка ST реализует систему управления температурным режимом с погодозависимой логикой, на основе пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора. Данные о внешней среде можно получать от Яндекс-погоды или бесплатно из приложения HomeAssistant от интеграции Forecast Home Норвежского метеорологического института.

В текущем релизе реализована система удалённого управления котлом через собственное облако, которое собирается и устанавливается на любом Linux хостинге командой:

$ g++ Server2.cpp SmartServer2.cpp SmartServer.cpp 
      SmartClient.cpp AutoConfig.cpp SmartDevice.cpp 
          TCPconnection.cpp -pthread -o Smartserver

Запускается облачный сервер командой:

   $ Smartserver &

В приложении для OS Android предусмотрена настройка на облачный хостинг по умолчанию. Преимущество этого облачного приложения в том, что оно не привязано ни к какому поставщику аппаратных решений , ни к какому хостинг — провайдеру и может быть запущена на любом linuх сервере — без жёстких привязок к поставщикам программного обеспечения. Необходимым условием, для доступа к ресурсу извне является, только лишь наличие белого (реального) IP адреса на нём.

Приложение для смартфона на базе OS Android опубликовано на гитхабе под лицензией MIT license.

Приложение Home Assistant было выбрано постольку, поскольку оно позволяет оформить удобное и наглядное управление с графиками и просмотр истории событий. Связь ST с HA и передача данных происходит по протоколу MQTT. Так же в HA разработаны сценарии автоматизации, что очень удобно для выполнения рутинных операций. Установка и настройка MQTT брокера, осуществляется в ALT Linux командой:

# apt-get install mosquitto

Схема взаимодействия контроллера SmartTherm с внешними и локальными приложениями

• Описание контроллера SmartTherm [8]

640px