Esp8266 Wemos D1 mini, кондиционер Haier и его тернистая дорога в умный Дом

Лето 2020 года, обещает быть жарким, по крайней мере, об этом факте сообщили нам метеорологи этой весной. Ну что же, в это вполне можно поверить хотя прогнозы погоды с завидным постоянством не соответствуют действительности, особенно долгосрочные. Я все-таки решил не испытывать судьбу и поставить себе кондиционер, тем более разговоры об том уже давно велись. Последним аргументом «За» стал непонятно когда заканчивающийся режим самоизоляции и дистанционной работы. В общем решено будем охлаждать квартиру современными методами.

Критерии выбора были: недорогой, инверторный, на площадь 20-30 кв.м., и обязательно интеграция в систему Умного дома, при этом пункт про умный дом, пожалуй, был самым важным. Не то чтобы это была жизненная необходимость, но когда начинаешь всё в доме интегрировать в единую систему управления, то остановиться сложно. В качестве системы умного дома у меня Home Assistant, но обзор не о ней.

Варианты интеграции в УД

Изучив доступную в интернете информацию об интеграции Кондиционеров в Умный дом приходим к выводу, что есть три возможных варианта:

1. 1) Wi-Fi модуль от производителя + приложение от производителя (если повезёт с возможностью интеграции через плагины в сторонние системы умного дома
2. 2) IR (ИК) передатчик который обучается командам от пульта. Есть как готовые варианты в памяти которых есть поддержка множества кондиционеров, так и самоделки на базе ардуино или esp
3. 3) Самодельный" Wi-Fi модуль с прошивкой и интеграция в open source системы умного дома (Home Assistant, Major Dome и т.д.)

Первый вариант, в целом, неплохой. Кто, как не производитель, может обеспечить полную поддержку команд кондиционера: приятный интерфейс управления и базовые автоматизации из коробки. Из плюсов такого решения — простота. Обычно такие решения от производителей требуют минимум настройки, а также хороший функционал и удобство. Из минусов — обычно цена и сложность интеграции в открытые системы умного дома (хотя это и не обязательно). Часто такие модули и сопутствующий софт это вещь в себе. Кто пробовал соединить различные умные устройства от разных производителей в какую-то общую инфраструктуру, тот поймёт. В прочем сейчас есть Гугл Ассистент, Алиса и прочие голосовые помощники которые стараются взять на себя работу по управлению умного дома и объединению в одну систему решений от разных производителей. Честно говоря, получается у них это весьма посредственно, ну и не голосом единым так сказать…

Второй вариант имеет право на жизнь и зачастую он единственный возможный для кондиционеров которые совсем неумные, уже установлены, а умный дом появился позже. И это просто неплохой вариант если в квартире уже есть ИК передатчик «шайба» управляющий другими домашними устройствами, например телевизором. Мне же он не нравится по двум причинам. Во-первых связь односторонняя, то-есть мы только и можем как посылать кондиционеру команды, а текущий статус, режимы работы, целевую температуру и т. д. мы узнать не можем. Ситуация усугубляется, когда мы пользуемся такой интеграцией в умный дом и пультом одновременно. Вторая причина — ИК канал в принципе не супер надёжный. Существует ненулевой шанс что пакет световых данных по пути к кондиционеру где-то потеряется и мы не можем спросить кондиционер как он понял нашу команду.

Остаётся третий вариант — сделать свой модуль интеграции. После поиска в интернете, мой выбор пал на кондиционеры Haier как на наиболее простые (ИМХО) в интеграции и недорогие по цене. Доступные в интернете статьи говорят нам о том, что протокол обмена с внешним миром у кондиционера довольно простой и его давно декодировали.

Выбор, покупка, установка

Дальше кондиционер выбран, куплен, установлен и проверен, ждёт интеграции в умный дом, Скажу честно выбирал в первую очередь по цене, при прочих равных, поэтому модель у меня оказалась эксклюзивная для магазинов сети, ну зато честная «гарантия лучшей цены» так как нигде больше такое и не продают. )))

Что до самого кондиционера, то в моём распоряжении оказалась модель Haier HSU-09HTM103/R3(DB) в целом меня она устроила всем, компактная, нужной производительностью, инверторного типа, и на хладагенте R32, а значит кондиционер обещает быть экономичным и тихим.

Установка модуля интеграции в Умный дом

Открыв крышку кондиционера, я ожидал увидеть отсек для стика и USB порт для подключения. Ожидания мои основывались на недавней публикации sprut.ai/client/article/2586 но там речь шла о серии Lightera. Однако в серии «эльдорадо/мвидеа» производители решили пойти другим путём, они хоть и ставили блок для установки стика в корпусе (менее заметный чем в Lightera), но USB порт выводить не стали, ограничившись 4-х пиновым папа разъёмом на материнской плате кондиционера. Разъём этот я нашел не сразу, для доступа к нему нужно немного вытащить плату из направляющей. Он будет в глубине, где-то посередине, в нижней части платы, пронумерован как CN35, характерные атрибуты говорящие нам что это то что нужно — надпись над разъемом RX TX GND +5V (спасибо производителям что подписали). Скажу сразу, разъем довольно нестандартный. Он хоть и с шагом 2,54 между пинами, но популярные гнезда с али туда не подходят, я использовал чуть подпиленные надфилем 4 раздельных dupont пина «мама» и капельку горячего клея для лучшей фиксации.

Далее нам нужен любой модуль ESP8266 (можно и ESP32, или даже ZigBee (если сами готовы написать прошивку)), и конвертер уровней TTL, дело в том что кондиционер у нас с 5 вольтовой логикой, а ESP8266 3,3 вольта. Говорят можно и напрямую, но я сильно не рекомендую так делать, во первых оно может и заработает, но сколько проработает на перенапряжении мне не известно, во вторых платка трансляции уровней TTL стоит копейки и на али их пруд пруди, гуглится как «TTL level converter». В общем с ней будет лучше. Для удобства привожу схему подключения, в нелюбимом мной fritzing’e, но зато наглядно и доступно.

Скажу по секрету, первым делом конечно у меня возникло желание запустить KiCad сделать там красивую плату, купить коннекторы, заказать всё это в Китае, но как подумал сколько займёт доставка (половину лета точно), то отбросил эту идею. Да и вариант с двумя готовыми платами оказался весьма аккуратным на вид, для Wemos D1 я дополнительно подключил внешнюю выносную антенну и разместил её рядом с датчиком температуры кондиционера, там как раз было для этого место. Я рекомендую Wemos от RobotDyn он хоть и чуть дороже обычного, но есть коннектор для внешней антенны и он в модном чёрном цвете )))

На этом сборка модуля закончена, переходим к программной части. Хотя тут на самом деле всё было немного по другому, перед тем как установить модуль в кондиционер и закрыть крышку нужно будет прошить нашу esp8266 (Wemos D1 mini). Достаточно одного раза по проводам, остальные обновления прошивки будут OTA (то-есть по воздуху).

Программная часть

Отправной точкой в изысканиях, как я уже отметил, была публикация sprut.ai/client/article/2586 которая в свою очередь переадресовала меня на более старую публикацию аж 2016 года blog.instalator.ru/archives/433 где автор делится как схемой модуля (по сути всё тоже самое), так и прошивкой, притом прошивки там две версии, первая написана в среде ардуино (и уже не поддерживается) github.com/instalator/Haier_WiFi а вторая прошивка это шлюз Telnet to Serial + драйвер для ioBroker’а.

Вариант с Telnet to Serial я откинул сразу, во первых иоброкер я не использую, во вторых логику (программную часть) пришлось-бы как-то реализовывать самостоятельно для Home Assistant, ну и в третьих Хоум ассистент не очень хорошо работает с телнетом.

Дальше через встроенный USB2UART прошиваем модуль первой прошивкой для среды ардуино. Я не буду тут писать тонкости прошивки через ардуино IDE, там всё довольно просто и есть много учебников в интернете по этому поводу. Возвращаем модуль в кондиционер, включаем и… видим следующую картину. Кондиционер стартует и через равные небольшие промежутки времени (2-5 сек) пищит (а пищит он на принятие почти любых команда от пульта) и переключается между режимами, в общем ведёт себя не адекватно. Ладно, то что кондиционер хоть как-то реагирует уже хорошо, значит модуль у нас рабочий. Дело за малым — разобраться в протоколе. Открываем исходники проекта в ардуино IDE, смотрим, сначала ничего не понимаем, выжидаем паузу, ещё раз смотрим, закрываем. Идем на гитхаб в поисках прошивки шлюза UART2MQTT. Идея была в том, чтобы посмотреть что именно нужно передать кондиционеру для правильного включения, сформировав набор байт по инструкции из публикации INSTALATOR’a. Но, приемлемо работающего и простого шлюза UART2MQTT я, к сожалению, не нашел.

Поиски альтернативной прошивки

Возвращаемся на GitHub и ищем по ключевым словам Haier и ESP8266. И, о чудо, натыкаемся на проект камрада MiguelAngelLV под названием esphaier. Сам проект это адаптация наработок INSTALATOR’а выполненных в виде модуля для esphome.

Предварительно настроив yaml файл esphome, добавив туда возможность обновляться по воздуху, веб интерфейс, явки пароли для точки доступа — прошиваемся. Работает! Заходим в хоум ассистент, включаем интеграцию EpsHome, прописываем IP адрес модуля который выдал ему роутер и видим одно климатическое устройство. Это мой кондиционер — три режима (авто, охлаждение и обогрев), возможность указать целевую температуру и посмотреть текущую в комнате. Хм… не густо. Кроме того, переключая режимы кондиционера с пульта, я вижу что в хоум ассистент не всегда корректно приходит статус о текущем состоянии устройства, корректно отображается режим работы и статус Вкл/Выкл только при базовых режимах. При включении режима «здоровье», всё ломается.

Кроме того в ридми к проекту написано:

For now, ESPHome climate component don’t support fan speed or swing, so, ESP Haier neither. When esphome will have support, I will add it.

Что в дословном переводе звучит так: «Сейчас Еспхоум не поддерживает управление скоростью вращения и направлением воздушного потока, и как только функциональность появится, я обязательно её добавлю»… Мне как-то ждать не хотелось, возникли мысли а что мешает мне добавить ещё парочку модулей в ЕспХоум которые будут отвечать у меня за работу вентилятора и шторок и расположить их рядом. Уже собрался искать в интернете как это сделать, но решил зайти на русский телеграмм чат проекта EspHome t.me/esphome Рассказал там о проблеме, выслушал некоторые советы, размышления на тему автоматизации кондиционеров, как плохо с эти обстоят дела, мысли по поводу IR управления и приделывания датчиков с герконом от ксяоми на шторки кондиционера для обратной связи и т.д.

Среди всех размышлений был весьма дельный совет попробовать DEV версию EspHome где по некоторой информации компонент климата доделан, добавлены недостающие режимы (осушение, вентилятор), а также добавлено два селектора выбора — скорость вентилятора и направление потока.

Ставим Dev версию, и на этом этапе я ещё где-то час искал как можно поставить именно дев версию, если что, то вот так:

pip install -U git+https://github.com/esphome/esphome.git@dev 

Заливаем пока ещё старую прошивку (но с выводом отладки веб) и дальше начинаем методично перебирать с пульта все режимы, документируя что мы делаем и какие байты при этом поменялись в ответе кондиционера, эдакий датамайнинг.

Немного разобравшись в том, как вообще на этом Си++ (вроде) программировать, запасаясь знаниями из интернета идём писать быдло манки код, для меня лично самые сложные моменты были это битовые сдвиги и проверки конкретных битов. Парочка итераций и вроде всё работает, заливаем в гитхаб форк проекта, заливаем прошивку на устройство и наслаждаемся прохладой. Код доступен по ссылке github.com/Oksion/esphaier будет работать пока только с дев версией esphome.

Там есть ещё что доделать, почему-то разработчики esphome не добавили silent и turbo режимы в селектор скорости, вместо этого есть непонятный режим fan_mode_focus и fan_mode_diffuse (можно в принципе использовать их, но я пока не решил правильно-ли это будет. Также сейчас можно добавить кнопку блокировки пульта и выключения индикации отдельным виджетом, если у кого есть желание и скиллы для этого — велком на доработку, сообщество это оценит.

В качестве эпилога

Что можно сказать по итогу (выводы):

• Во первых полная интеграция кондиционеров Haier в умный дом (те что имеют UART порт в любом его применении) это дело времени, думаю в ESPHome через какое-то время она будет из коробки, протокол несложный и успешно реверсится
• Вайфай модуль самостоятельного изготовления доступен по цене от 160 руб до 300 руб в зависимости от производителя, плюс чуть прямых рук и проводов
• Если сильно нужно, можно научится чуть чуть программировать править чужой код за вечер
• Сам кондиционер мне понравился, приятное сочетание цены/качества и возможностей, тихий и компактный, несложная интеграция в умный дом. Из минусов кондиционера неудобное управление шторками с пульта
• EspHome очень удобный конструктор прошивок, с большими возможностями. Я приятно удивился скорости работы, реакция на нажатие кнопки на смартфоне мгновенная. Для популяризации ZigBee не хватает подобного конструктора.

Upd. Как выглядит интерфейс управления в ХА

А вот так:

Все ссылки встречающиеся в тексте:

Ну и по традиции, в ожидании прохлады