【原創】DIY Arduino 雲端空調控制 & 居家溫度監控 (智慧家電)

Posted by will on 十月 28, 2014 in 嗜好

今年夏天的時候，感覺到回家特別熱
所以幻想能夠在下班時直接在公司先遠端遙控家裡的冷氣打開
回到家剛好達成冷房，所以才開始動手打造這個作品
首先，這個裝置透過Wifi連網 (俗稱的物聯網)
使用者能夠在外直接透過網路連到家裡控制冷氣機開關
控制的方式是預先把冷氣機遙控器的訊號拷貝起來
由Arduino控制發射
也能監控最近12小時溫度變化
不過功能應該還會陸續增加
外觀圖

下圖左邊是紅外線發射，右邊是溫度感測器

內部拍一張

必要材料：
1.Arduino Micro or Leonardo (Arduino其他兄弟姊妹應該也行的)
2.Wifi 轉 TTL 模組
3.USB 轉 RS232 線材
4.紅外線發射元件
5.溫度感測DS18B20
6.烙鐵
7.OK線若干
材料費應該千元有找！
非必要材料：
1.外盒 (剛好大小的盒子可遇不可求)
2.Web Server (自己架)
3.Logic Analyzer (有最好)
4.USB 轉 TTL 線材 (幫助Debug)
5.三用電錶 (能不用到當然最好)
本作品所有程式碼已經 Open source，請直接到 GitHub 下載
https://github.com/ccwillsu/SmartHomeAIR
Maker行前建議具備：
1.基本修改Code能力
2.基本Arduino開發經驗
3.基本網路知識
4.網站架設基礎
5.最基本的電路知識(照著說明不要短路或接錯線即可)
這樣我相信你就算遇到障礙，也能靠著google一下輕易排除了
6.許多的時間(前面5點都可以從0開始學，如果你沒有時間的話就很難完成了)
開始：
1.設定 Wifi 轉 TTL 模組
其實目前已經有結合 Wifi 的 Arduino 可以用
但因為價格太貴 CP 值不高又不靈活所以不採用
我是從淘寶上購買這個模組

當然也還有更便宜的選擇，但這個好處是已經提供adapter還有天線
按照商家提供的文件設定

先讓這個模組可以連上你家的無線網路
設定SSID，密碼這些是一定要的
建議將wifi模組開啟DHCP功能
另一方面再從Wifi AP設定DHCP固定IP，讓wifi模組固定用一個IP
如果Arduino在LAN，Web Server在WAN的話，需要再設定Wifi AP的虛擬伺服器
將一個對外的port mapping到你的Arduino的IP才能正常連線
最後，如果家裡沒有無線網路，我記得直接在這個模組連接網路線也可以work
但實際上我沒測試過
2.錄製冷氣遙控器發射訊號
老實說這個步驟花的時間比我預期多很多
網路上有教學直接用 Arduino 接 IR 接收器錄製訊號
可參考以下網址：
http://www.geek-workshop.com/thread-5146-1-1.html
http://www.geek-workshop.com/thread-3444-1-1.html
http://www.takobear.tw/201702608526356260322804024687/-arduino-irremote-homemade
但我試了許久都沒成功，最後索性買一台便宜的山寨LA
才總算正確的把冷氣遙控訊號錄製下來
擷取遙控器訊號


執行 Export Data

開啟上一步匯出的 .csv

C2 輸入 =INT((A3-A2)*1000000) 然後往下拉

把得到的數據轉成陣列
第一個數字改成1000即可
陣列最後再加一個3000讓時間延長
再分別放進Arduino.ino內的rawCodes_ac_open,rawCodes_ac_close

3.接線

Arduino Rx <-> Wifi Module Tx (圖中綠色那條線)
Arduino Tx <-> Wifi Module Rx (圖中藍色那條線)
Arduino Gnd <-> Wifi Module Gnd (圖中灰色那條線)
Arduino 5v <-> Wifi Module 5v (圖中橙色那條線)
整個作品只靠 Wifi Module 接的 12v adapter 供電
Arduino 的電直接由 Wifi Module 上的 5v 來供應
4.燒錄Arduino程式
我相信你已經玩過Arduino所以燒錄方法就不贅述了
燒錄完程式如果順利的話，你已經可以直接用瀏覽器連到你的Arduino開關冷氣
http://你的ArduinoIP/abcd1234.htm?cmd=1 (開冷氣)
http://你的ArduinoIP/abcd1234.htm?cmd=0 (關冷氣)
及取得目前溫度
http://你的ArduinoIP/abcd1234.htm?cmd=2 (取得目前溫度)
但我相信你不會只想要這麼陽春的系統，所以繼續往下看吧
補充：abcd1234 這個字串你可以在 SmartHomeAIR.h 裡面修改成只有你知道的一組字串
這樣才不會讓阿貓阿狗都能連到你的arduino控制你家冷氣
5.架設Server (上雲端)
本來是想直接把所有Web功能都在 Arduino 上面實做出來
但 Arduino Ram 實在太小，做不來，只好切開來做
Arduino 就只做基本的控制跟取得溫度功能
其他應用的功能交給 Apache + Mysql + PHP 三兄弟上陣
所以如果你不想架設 Server，只要直接用手機連 Arduino，就是這樣的方式

雲端架構：數據儲存在雲端，行動裝置是透過Server來控制Arduino

同樣 PHP 的部份也都 Open source 了，只要再改一下 server.conf.php 就可以動
你只要設定好DB的參數，第一次開啟網頁就會自動建好所有Table
另外你也需要設定一下 cron，每半小時去執行一次 cron_get_temp.php
系統會將溫度紀錄在 smarthome_temp_log 這個 table 內
模板的部份是從這個網站上下載來修改的
http://www.motemplates.com/mobile-website-templates.php
如果你不喜歡這個風格，可以自行找別的模板來套
6.外盒
外盒算比較不重要的，看人隨意發揮
我是在大創買的收納盒，一個39元

比較重要的是，你必須把這個作品放在冷氣可以接收到紅外線的範圍內
我自己測試5~6公尺內沒問題
7.自行打包成Android App
雖然我目前沒有把這個系統寫成App的計畫
如果你嫌每次從手機裡面開網頁麻煩
也可以自行把網頁包成一個 App，爽度又更高了
http://www.appsgeyser.com/ (for Android)
成果演示：
1.Dashboard 可以看到目前即時的溫度，以及開關冷氣

Dashboard 上面的功能都用 AJAX 來做
所以操作時你可以看到即時在loading的效果
2.Stat 可以看到最近12小時溫度變化

3.Setting 的部份目前保留之後可以設定溫度達到某個條件自動開關冷氣
結語：
1.事實上這個作品的 Arduino Code 目前有一個限制，一次只能一個連線
而且每個動作之間還必須間隔個2秒比較不會出問題
不過我相信這個問題有時間會改善的
2.另外一個隱憂就是安全性議題，我相信這個系統安全性是不足的
所以如果你要出遠門長期不在家的話，最好將他斷電避免被搗亂
3.你還可以從 database 內的 smarthome_operation_log table 看到所有開關冷氣的 log
不過這只有紀錄到透過 Dashboard 上面開關冷氣的行為
如果駭客知道你的 Arduino IP 跟 AccessKey 直接連到你的 Arduino ，就沒有紀錄到了