Boitier Fil Pilote a base d ESP8266
Doc v.1.4 par Patrice Le Graverend
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Le 5 février 2019
Introduction
Les solutions de pilotage sans fil de radiateurs électrique depuis un IPX800 sont peu nombreuses. Il est possible de le faire :
- via une extension X-ENO (Enocean), l’utilisation d’un micro-module Enocean 2 canaux et de diodes ;
- via un boitier Heatzy Pilote, dont j’ai analysé le fonctionnement et proposé l’intégration avec un IPX800 v.4 dans le wiki Boitier Fil Pilote Heatzy.
Ces deux solutions présentent certaines limites :
- portée et stabilité du pilotage et des retours d’information pour la solution Enocean ;
- complexité d’intégration, dépendance par rapport à une société tierce pour la solution Heatzy et ouverture d’un canal de communication entre les serveurs de cette dernière et le boitier et donc le réseau local de la maison (failles de sécurité possibles).
J’ai donc décidé de créer mes propres boitiers, complètement autonomes et intégrés avec mon IPX800 v.4.
Je remercie vivement @fgtoul qui m’a mis sur le chemin de cette fabrication avec ses tutos sur l’ESP8266 et pour ses précieux conseils lors de nos échanges au cours de la mise au point de ces boitiers. Je remercie également, sans pouvoir les citer tant ils sont nombreux et parfois anonymes, ceux qui partagent leur expérience sur des sites et forums divers et variés, et qui m’ont permis d’acquérir les connaissances nécessaires à la conception et la fabrication de ces petits modules.
Le principe, les objectifs
L’idée de base était d’avoir un dispositif complètement autonome permettant :
- de commander un radiateur avec les 4 ordres de base : Confort, Eco, Hors Gel et Arrêt ;
- de pouvoir lui intégrer un capteur de mesure de température et d’humidité ;
- de pouvoir l’interroger pour avoir des retours de différentes informations : état du fil pilote, nom du dispositif, température et humidité si le capteur est présent ;
- de pouvoir lui faire envoyer des requêtes vers l’IPX800 pour changer d’état des sorties virtuelles en fonction de seuils de température et d’humidité, et donc de pouvoir faire déclencher des actions via l’IPX ;
- de pouvoir complètement le paramétrer sans avoir besoin d’intervenir dans le code et devoir faire une version spécifique à chaque boitier, plus complexe à maintenir et à faire évoluer ;
- de conserver les informations en cas de coupure de courant et de redémarrer dans l’état précédent la coupure.
L’article
Ce wiki aborde :
- dans une première partie, accessible à des débutants, la fabrication du dispositif sous forme d’un ensemble prêt à monter et à utiliser directement depuis un IPX800. Il faut juste être en mesure de réaliser soi-même un circuit imprimé ou bien le faire fabriquer via une entreprise spécialisée. Les composants peuvent être achetés dans des boutiques d’électronique ou via des sites sur Internet. Il est donc également nécessaire de savoir monter et souder des composants sur une carte pour assembler le dispositif. Les schémas, typons et codes sources sont téléchargeables à partir du wiki. Je donnerai également, à titre d’exemple, la façon dont j’ai réalisé la mise en boitier.
- Une deuxième partie détaille les commandes http qui peuvent être envoyées au boitier pour le configurer plus finement et pouvoir exploiter toutes ses fonctionnalités (mesure de température et d’humidité), remontée d’infos sur des dépassements de seuils de température et/ou d’humidité…
- Une troisième partie, plus technique, pour les plus curieux et les plus initiés, détaille un peu plus le fonctionnement du programme écrit directement en C++, et non via un générateur de code comme Tuniot présenté par @fgtoul dans ses tutos.
Licence d’utilisation et de modification
Les schémas, typons et codes sources sont fournis sous licence Creative Commons BY NC SA de la part de Patrice Le Graverend ce qui signifie qu’ils peuvent être utilisés, communiqués, modifiés :
- BY : en faisant clairement apparaître mon nom « Patrice Le Graverend » ou mon pseudo utilisé sur le forum de l’entreprise GCE Electronics « PatLeHibou » (sur le typon et dans le code source) ;
- NC : sans en faire d’utilisation commerciale ;
- SA : et en les repartageant dans les mêmes conditions en cas d’adaptation ou de modification.
Mise en garde préalable, décharge de responsabilité
Piloter un radiateur via son fil pilote, nécessite de brancher le montage sur le secteur 220 V. Il convient donc d’adopter la plus grande prudence dans sa manipulation, son test, sa mise au point, ainsi que sa protection par rapport à l’humidité ou d’éventuels éléments conducteurs qui pourraient tomber sur le circuit.
L’auteur décline toute responsabilité en cas de dysfonctionnement du montage proposé dans ces pages ainsi que de tout dommage, matériel ou humain, pouvant survenir à l’occasion de la fabrication ou de l’utilisation de celui-ci.
Le montage électronique
L’architecture globale
Le cœur du montage repose sur un ESP8266. J’ai choisi, pour ma part, son intégration sous forme d’une carte WeMos D1 mini, plus petite que la NodeMCU LUA Lolin v.3 proposée par @fgtoul dans ses tutos et donc plus facile à intégrer dans un boitier de petite taille. Cette carte présente le même avantage d’une programmation facile via le port USB. Les pré-requis d’installation sont donc les mêmes que ceux décrits dans le tuto de @fgtoul : ESP8266 : ENVIRONNEMENT. La carte à choisir dans Arduino IDE est toutefois WeMos D1 R2 & mini au lieu de NodeMCU 1.0.
Une petite carte d’alimentation autonome 220V~-5V= assure l’alimentation électrique du circuit.100px
Deux poussoirs permettent :
- l’un, accessible depuis l’extérieur du boitier, de faire changer le radiateur d’état dans un cycle (Confort -> Eco -> Hors Gel -> Arrêt -> Confort) ;
- l’autre, accessible uniquement en ouvrant le boitier, pour forcer un « Hard Reset » du dispositif (en cas de changement de réseau WiFi par exemple, ou de modification de la clé WPA).
Deux LEDs permettent :
- l’une, bleue, de voir que le dispositif est en fonctionnement et d’avoir des retours d’informations sur la connexion WiFi ;
- l’autre, bicolore rouge/vert, pour indiquer l’état du pilote : rouge = Confort, orange (rouge+vert) = Eco, Vert = Hors Gel, Eteint = Arrêt.
Un capteur DHT22 (optionnel) permet la mesure de température et d’humidité. S’il est absent, la résistance de pull-up peut être omise.
Deux optocoupleurs MOC3041 en série avec des diodes 1N4007 assurent quant à eux la délivrance des alternances positives et/ou négatives (ou leur non-délivrance) sur le fil pilote pour générer les 4 états. Merci à Pierre-Henri pour son article sur le sujet qui m’a mis sur la voie de cette intégration, plutôt qu’avec un système à relais.
Rappel sur le fonctionnement d’un fil pilote de radiateur électrique
Les 4 états de base de fonctionnement d’un radiateur muni d’un fil pilote sont liés aux états suivants sur ce fil :
- Confort : absence de tension (c’est ce qui se passe quand le fil est « en l’air » en l’absence de pilotage, les états « Confort » et « Commandé par fil pilote » au niveau du radiateur reviennent donc au même en ce cas) ;
- Eco : phase complète et fixe de la tension secteur sur le fil pilote (selon les radiateurs, la température de consigne peut être celle de « Confort » diminuée de quelques degrés, 3,5° bien souvent, ou une autre température, réglable sur le radiateur) ;
- Hors Gel : demi alternance négative de la tension secteur (la température de consigne est en général descendue à 7°) ;
- Arrêt ou Délestage : demi alternance positive de la tension secteur (le radiateur est complètement arrêté).
NB : pour recevoir les ordres du fil pilote, il faut bien entendu que le radiateur soit configuré pour les accepter. Sur certains modèles de radiateurs, même s’il n’est pas configuré pour être géré par le fil pilote, l’ordre HG et/ou AR peut primer sur le comportement demandé via le panneau de contrôle du radiateur (voir pour cela la notice technique du radiateur).
Le schéma électronique
Le schéma ci-dessous détaille le circuit électronique :
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Les composants nécessaires
Les composants nécessaires pour le montage sont donc :
- une carte WeMos D1 mini
- une carte d’alimentation 220V~-5V=
- 3 résistances de 220 Ω (pour les LEDs)
- 2 résistances de 560 Ω (pour les optocoupleurs)
- 2 résistances de 5,1 KΩ (pull-up pour les poussoirs)
- 1 résistance de 4,7 KΩ (pull-up pour le capteur DHT22)
- 1 LED bleue (de 3 mm)
- 1 LED bicolore rouge/vert à cathode commune (de 3 mm)
- 2 optocoupleurs MOC3041
- 2 diodes 1N4007
- un capteur DHT22 (optionnel)
- un micro-poussoir à plat (pour le « Hard Reset »)
- un micro-poussoir à angle droit (pour le changement d’état)
- un bornier à 3 plots pour le raccordement au secteur et du fil pilote
80pxPour rendre le DHT22 optionnel et amovible, j’ai choisi d’implanter sur la carte une prise femelle mini-jack 3,5 mm et de monter le capteur sur un connecteur jack A/V 4 bornes comme celui ci-contre.
NB : pour le câble d’alimentation, ne trouvant pas de câble 3 fils marron/bleu/noir dans le commerce, j’utilise un câble 3 x 0,75 mm2 marron/bleu/jaune-vert et je noircis le fil de terre avec un marqueur pour indiquer qu’il s’agit d’un pilote et non d’une terre.
Le typon de la carte électronique est accessible, en PDF, via ce lien.
« Mise en boite »
Trouver un boitier adapté à l’intégration d’un circuit électronique est souvent une gageure.
Pour ma part, j’ai trouvé et choisi celui-ci, auprès d’un vendeur de Hong-Kong via le site Amazon et vendu par lot de 5 boitiers. Il mesure 100 mm x 60 mm x 23 mm sans son couvercle.
La carte électronique a été dimensionnée pour s’ajuster au mieux dans ce boitier.
Les percements à réaliser sont :
- sur le dessus : 3 trous pour faire passer les 2 LEDs et le poussoir de changement d’état ;
- sur le côté droit : 1 trou pour faire passer l’orifice de la prise jack (facultatif si le capteur DHT22 n’est pas utilisé et la prise femelle donc non montée) ;
- sur le dessous : à gauche, un trou pour faire passer le câble d’alimentation, à droite un trou oblong pour permettre de brancher une prise micro-USB pour connecter le dispositif sur un ordinateur (pour une modification de logiciel par exemple, bien penser en ce cas à couper l’alimentation du radiateur pour ne pas avoir de conflit d’alimentations et d’endommagement possible, de la carte, ou, pire, de l’ordinateur).
NB : pour le passage de la prise micro-USB, je n’ai pas trouvé de solution plus « propre » que de percer une première succession de trous alignés de 1 mm puis de les rejoindre entre eux avec un forêt de 3 mm utilisé comme une fraise. Le trou n’a donc pas la forme trapézoïdale de ce type de prise et n’est pas très régulier. Pour obstruer au mieux la prise, j’ai placé un cache pour prise micro-USB trouvé dans le commerce.
Le positionnement des trous, dans ce boitier, est indiqué dans les schémas ci-dessous.
passage des LEDs et du poussoir de changement d’état
passage du fil d’alimentation et accès à la prise micro-USB
passage de la prise jack 3,5 mm
L’entrée de la carte se fait un peu « en force », surtout quand la prise jack est présente, ce qui permet toutefois à la carte de bien tenir dans le boitier et de ne pas avoir besoin de la visser sur les entretoises présentes au fond de la boîte. Mais cela peut être fait en perçant les trous ad-hoc dans la carte. Attention toutefois à vérifier leur positionnement par rapport aux pastilles prévues sur le circuit imprimé.
Selon les cartes WeMos, la position de la prise micro-USB peut varier légèrement, ce qui amène à revoir précisément le positionnement du passage prévu pour ce branchement lors de chaque assemblage.
Je « bloque » le fil d’alimentation à l’intérieur du boitier avec un collier autobloquant très fortement serré, afin d’éviter que le fil ne puisse ressortir du boitier et tirer sur le bornier. Mais un percement juste à la bonne dimension par rapport au câble permet de le faire passer en force, ce qui limite déjà les risques.
Pour la fixation au mur, j’utilise du double-face.
Pour ceux que cela intéresserait, je peux envoyer par message privé (MP) les références précises et les liens vers les composants et éléments utilisés. Contactez-moi pour cela en MP via le forum de GCE Electronics sur mon pseudo @PatLeHibou.