我建立了一个智能恒温器

为了尽量减少通勤，我搬进了没有温度控制的公寓。考虑到芝加哥市中心租金合理的公寓有多普遍，我对自己想，如果其他人可以没有它，我肯定也可以。好吧，我部分正确，虽然宜居但不舒服。这就是我如何构建自己的智能恒温器的故事。

该公寓没有配备带有所有带字母和彩色接线的传统恒温控制单元。

取而代之的是，控制单元非常简单，带有一个开/关开关和另一个三个风扇速度开关。温度刻度盘不起作用，建筑物控制加热或冷却时间。即使它是根据外界温度变化的，但为简单起见，我们将假定从加热器出来的空气的温度是恒定的。

鉴于建筑物的历史和我要租的建筑物，我选择不安装带继电器的控制器，也不选择使用Raspberry Pi编程。我必须建立一个以与我相同的方式与控制单元进行交互的系统。

拨动通断开关既需要扭矩又需要精度，因此我选择了一对SG90伺服电机。

我开始寻找使用DHT22的温度传感器，强烈建议不要使用它。传感器的设计方式使其容易受热，从而破坏了其准确性。我最终选择了DS18B20传感器，因为它与Pi的接口更好，电线更长，更准确。您可以在这里学到的经验教训做研究，而不必先观看您观看的第一个YouTube教程。

我知道我想用乐高积木制作框架。与3D打印不同，乐高积木可以快速免费更换。同时，乐高积木被设计成在特定的尺寸和增量上相互配合。这使得围绕Raspberry Pi和伺服电机尺寸的工作更具挑战性。此外，我受制于有限的作品数量。

该构建进行了多次迭代，最终使它变得更加实用和坚固。数量有限的作品促使我在建筑技术上发挥创造力。正如您在上图和此专辑中所看到的，我依靠车轴使我可以自由地将电动机滑动到其臂垂直于开关的位置。无需太过Lego技术，就可以使用半螺柱，半轴和半销子/销将电动机从各个方向紧密地固定在适当的位置。

在开始之前，您可以在这里找到项目的整个代码库，可以随时对其进行检出并留下任何反馈。

我首先编写了Python脚本来控制电机和探测温度传感器。考虑到有关这些Raspberry Pi零件的大量在线教程，编写这些脚本相对容易。

一旦我弄清了恒温器逻辑的细节，就编写了一个Spring Boot应用程序，该程序公开了恒温器的API端点并包含其逻辑，这很简单，只是调用了python脚本。尽管年代久远，本文还是很好地描述了为什么用Java调用另一个进程会带来如此复杂的原因。 Google Home集成后来被添加到同一应用程序中，集成的详细信息将在后面的部分中概述。

编写恒温器逻辑使我可以看到一小部分庞大的设计决策，并在做出决策时需要权衡取舍。

逻辑上的简单愚蠢方法如下：保持公寓温度尽可能接近我们设定的温度。这是不现实的，因为它将经常频繁地打开和关闭系统，因此为什么系统需要公差窗口。引入容差窗口将使温度偏离我们设定的华氏温度一到两个温度。如果操作正确，公差窗口将最大程度地减少打开和关闭循环的次数，从而使系统保持打开或关闭的时间更长，而这一切都不会影响我们的舒适度。

该公差窗口可以通过两种方式引入系统。首先，我可以将检测到的温度增加一到两个度。或者，我可以延长系统轮询温度传感器的时间。一起做也是可能的。

了解了自己以及我将如何尝试解决该问题后，我决定放弃在温度读数中添加一个常量。至于最佳轮询时间，由于我们绝缘不良的公寓对外界温度的敏感程度，其时间差异很大。为了使事情变得更加复杂，在中午和日落之间，太阳为我们加热了这个地方。因此，经过几天的反复试验，最终将轮询时间设置为20分钟似乎是一个很好的中间立场。

在讨论约束时，我忽略了另外两个影响系统行为的因素。风扇速度和流经管道的流体的温度。两者齐头并进，以指定系统的有效性。流体温度超出我们的控制范围，因为建筑物会根据外部温度对其进行调整。另一方面，风扇具有我们可以控制的三个可调速度。不用过多担心管道的温度，我发现将风扇速度设置为较高会导致整个公寓内更好的热量分配，因为系统正在加热更大的空气量。我假设相反的情况在较小的空间内会更好。

为了将温度传感器定位在我认为是理想的高度，我在室内温度计的帮助下进行了一些实验。许多天后，我意识到传感器的位置无关紧要，这取决于我们对温度的感知。无论恒温器的读数如何，我们的看法都会得到采纳。换句话说，不是将温度始终设置为70，而是将温度设置为71甚至72度即可达到相同的结果。

事实证明，此步骤比预期的要复杂。下图显示了从用户到Google Assistant以及最终到智能设备的信息：

Google的Smart Home文档概述了以下集成：1）设置OAuth 2.0以进行授权和帐户链接。 2）在操作控制台中创建智能家居操作。 3）添加身份验证。

在Google领域中的动作等同于Amazon的Alexa技能。智能家居是处理智能设备集成的一种操作。

在执行这些步骤时，我很失望地发现，无论我是否打算发布智能家居操作，我都必须完成所有步骤。我找不到一种方法可以跳过OAuth和身份验证步骤，以便为自己的操作创建快速简便的测试。我不了解做出此决定的原因，因为到目前为止，在完成所有设置后，除非我明确邀请他们，否则只有我可以参与其中。

此外，执行步骤1和步骤3意味着计划进行Smart Home动作试验的任何人都必须拥有可公开访问的URL。我使用ngrok克服了这一问题，ngrok是一种很棒的工具，可将流量从公共URL传输到本地计算机。由于ngrok的免费版本在每次重新启动后都会使用一个新的随机URL，因此我决定为其基本计划付费，这使我能够在其域上保留URL。我建议您这样做，因为现在不必担心重新启动后更改URL设置。

最后，设置Google Cloud将调用的操作执行端点是将文档，示例和反向工程结合在一起。

像其他任何项目一样，我在进行这项工作时也经历了很多挫折，但是我对最终产品及其效果如何感到非常满意。在我退出之前，我想大声疾呼Pi-hole项目，它们可以帮助您设置DNS黑洞以实现网络范围内的广告拦截，如果您使用Raspberry Pi或任何兼容的硬件，强烈建议进行设置。