Розумний дім #7: ESP32 — тепла підлога з автоматичним регулюванням за DS18B20 та WEB-керуванням

Керування «теплою підлогою» на ESP32 — це гнучке, економне та доступне рішення для підтримання комфортної температури в кімнаті. У цьому матеріалі ми зберемо термостат на базі цифрового датчика температури DS18B20 (1-Wire), реле/SSR для комутації нагрівального контуру та мінімалістичного WEB-інтерфейсу. Реалізуємо автоматичний режим із уставкою (setpoint) та гістерезисом, ручний режим, ліміт максимальної температури підлоги, а також мінімальні паузи між перемиканнями, щоб не «смикати» реле/SSR. Ви отримаєте повністю робочий код і практичні рекомендації з підключення, калібрування та безпеки.

Список обладнання та компонентів

ESP32 DevKit з підтримкою Wi-Fi (будь-яка сумісна плата).
DS18B20 у термозахищеному виконанні на кабелі (бажано) для вимірювання температури підлоги (у гофрі).
Підтягувальний резистор 4.7 кОм між лінією Data DS18B20 та 3.3 В (обов’язково для шини 1-Wire).
Реле/SSR для нагрівача:
- Для нагрівальних матів/плівки 220 В — твердотільне реле (SSR) з керуванням 3–32 В DC і запасом по струму/потужності; обов’язково УЗО/дифавтомат.
- Для низьковольтних систем (12/24 В) — силове реле або MOSFET-ключ згідно з паспортом навантаження.
Нагрівальний контур (інфрачервона плівка/кабель/мат) відповідно до проєкту приміщення.
Блок живлення для ESP32 (5 В, ≈1 А), клеми, DIN-бокс/корпус, дроти потрібного перерізу.
За бажанням: другий DS18B20 для вимірювання температури повітря та комбінованих алгоритмів («підлога + повітря»).

Схема підключення та принцип роботи

DS18B20 під’єднується до одного GPIO ESP32 по 1-Wire: лінія Data → вибраний GPIO, між Data і 3.3 В — резистор 4.7 кОм (pull-up), загальні GND з ESP32. Керування нагрівачем здійснюється GPIO через SSR/реле. Контролер періодично зчитує температуру підлоги, порівнює з уставкою і вмикає/вимикає нагрів за правилами гістерезису. Додаємо обмеження максимальної температури підлоги та мінімальні інтервали між перемиканнями, щоб уникати частих «клацань» та перегріву покриття.

Сигнал	Пін ESP32	Примітка
DS18B20 Data	`GPIO4` (приклад)	Підтяжка 4.7 кОм до 3.3 В, спільна «земля»
Керування SSR/реле	`GPIO23` (приклад)	Багато модулів реле — active LOW; перевірте ваш
Живлення ESP32	5 В	Стабільний БЖ 5 В, ≥1 А

Безпека: для мережі 220 В силову частину слід монтувати виключно за нормами електробезпеки (корпуси, заземлення, захист УЗО/дифавтомат, клеми, переріз кабелів). Датчик підлоги розміщуйте в гофрі для можливості заміни. Для ламінату/ПВХ виробники часто рекомендують обмеження температури 27–32 °C — налаштовуйте максимум відповідно.

Приклад коду (ESP32 + DS18B20 + SSR/реле + WEB)

Скетч нижче реалізує: читання DS18B20, авто/ручний режим, гістерезис, ліміт максимальної температури, мінімальні паузи між вмиканням/вимиканням, а також веб-сторінку зі статусом і налаштуваннями. Параметри (уставка, гістерезис, зсув калібрування, максимум, режим) зберігаються у NVS і переживають перезапуск.

/*
  ESP32 Floor Heating Thermostat (DS18B20) + Web UI (UA)
  - Авто/ручний режим, гістерезис
  - Обмеження максимальної температури підлоги
  - Мінімальні інтервали між перемиканнями
  - Налаштування в NVS (Preferences)
  УВАГА: для 220 В дотримуйтесь усіх вимог електробезпеки!
*/

#include <WiFi.h>
#include <WebServer.h>
#include <Preferences.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

// ---------- Wi-Fi ----------
const char* WIFI_SSID     = "YOUR_SSID";
const char* WIFI_PASSWORD = "YOUR_PASSWORD";

// ---------- Pins ----------
const int PIN_ONEWIRE     = 4;   // DS18B20 data
const int PIN_RELAY       = 23;  // SSR/Relay control
const bool RELAY_ACTIVE_LOW = true;

// ---------- DS18B20 ----------
OneWire oneWire(PIN_ONEWIRE);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

// ---------- Preferences ----------
Preferences prefs;
const char* NS = "floor-heat";
const char* K_SP   = "sp";     // setpoint C
const char* K_HYS  = "hys";    // hysteresis C
const char* K_OFFS = "offs";   // offset C
const char* K_MAX  = "tmax";   // max floor temp C
const char* K_MODE = "mode";   // 0=auto, 1=manual

// ---------- Settings (defaults) ----------
enum Mode : uint8_t { MODE_AUTO=0, MODE_MANUAL=1 };
Mode  mode        = MODE_AUTO;
float setpointC   = 28.0;   // комфорт підлоги часто 27..30 C
float hysteresisC = 0.5;    // ширина гістерезису
float offsetC     = 0.0;    // калібрування датчика
float maxFloorC   = 40.0;   // обмеження безпеки

// Мінімальні інтервали (анти-часте перемикання)
unsigned long minOnMs  = 120000; // 2 хв "увімкнено"
unsigned long minOffMs = 60000;  // 1 хв "вимкнено"

// ---------- Runtime ----------
WebServer server(80);
bool heatOn = false;
unsigned long lastOn  = 0;
unsigned long lastOff = 0;
unsigned long lastReadMs = 0;
float lastTempC = NAN;

// ---------- Helpers ----------
void relayWrite(bool on) {
  heatOn = on;
  if (RELAY_ACTIVE_LOW) digitalWrite(PIN_RELAY, on ? LOW : HIGH);
  else                  digitalWrite(PIN_RELAY, on ? HIGH : LOW);
  if (on) lastOn = millis(); else lastOff = millis();
}

float readTempC() {
  // DS18B20: запит і читання
  sensors.requestTemperatures();
  float t = sensors.getTempCByIndex(0);
  if (t == DEVICE_DISCONNECTED_C) return NAN;
  return t + offsetC;
}

// ---------- Web UI ----------
String html() {
  String s;
  s.reserve(4000);
  s += F("<!DOCTYPE html><html><head><meta charset='utf-8'>");
  s += F("<meta name='viewport' content='width=device-width, initial-scale=1'>");
  s += F("<title>ESP32 Тепла підлога</title><style>");
  s += F("body{font-family:Verdana,Arial,sans-serif;max-width:780px;margin:24px auto;line-height:1.6}");
  s += F(".box{border:1px solid #ddd;padding:12px;border-radius:8px;margin:12px 0}");
  s += F(".row{display:flex;gap:12px;align-items:center;flex-wrap:wrap}");
  s += F(".chip{display:inline-block;padding:4px 10px;border-radius:999px;color:#fff;font-weight:bold}");
  s += F(".ok{background:#2e7d32}.warn{background:#ef6c00}.off{background:#9e9e9e}.mono{font-family:monospace}");
  s += F("button,input,select{font-size:14px;padding:8px}");
  s += F("</style></head><body>");
  s += F("<h1>Термостат теплої підлоги (ESP32 + DS18B20)</h1>");

  s += F("<div class='box'><h3>Статус</h3><div class='row'>");
  s += F("<div>Температура підлоги: <span id='t' class='mono'>—</span> °C</div>");
  s += F("<div>Нагрів: <span id='h' class='chip off'>—</span></div>");
  s += F("<div>Режим: <span id='m' class='chip off'>—</span></div>");
  s += F("<div>Уставка: <span id='spv' class='mono'>—</span> °C</div>");
  s += F("</div></div>");

  s += F("<div class='box'><h3>Налаштування</h3><div class='row'>");
  s += F("<label>Режим: <select id='mode' onchange='setMode()'><option value='auto'>Авто</option><option value='manual'>Ручний</option></select></label>");
  s += F("<label>Уставка, °C: <input id='sp' type='number' step='0.1' min='5' max='45' onblur='setSp()'></label>");
  s += F("<label>Гістерезис, °C: <input id='hys' type='number' step='0.1' min='0.1' max='5' onblur='setHys()'></label>");
  s += F("<label>Зсув, °C: <input id='ofs' type='number' step='0.1' min='-5' max='5' onblur='setOfs()'></label>");
  s += F("<label>Макс підлога, °C: <input id='tmax' type='number' step='0.5' min='25' max='50' onblur='setMax()'></label>");
  s += F("</div></div>");

  s += F("<div class='box'><h3>Ручне керування</h3><div class='row'>");
  s += F("<button onclick='heat(1)'>Увімкнути нагрів</button>");
  s += F("<button onclick='heat(0)'>Вимкнути нагрів</button>");
  s += F("</div></div>");

  s += F("<script>");
  s += F("function cls(e,c){e.className='chip '+c;}");
  s += F("function upd(){fetch('/status').then(r=>r.json()).then(s=>{");
  s += F("document.getElementById('t').textContent=s.t===null?'NaN':s.t.toFixed(1);");
  s += F("document.getElementById('spv').textContent=s.sp.toFixed(1);");
  s += F("const mh=document.getElementById('h'); mh.textContent=s.h?'ON':'OFF'; cls(mh, s.h?'ok':'off');");
  s += F("const mm=document.getElementById('m'); mm.textContent=s.mode?'РУЧНИЙ':'АВТО'; cls(mm, s.mode?'warn':'ok');");
  s += F("document.getElementById('mode').value=s.mode?'manual':'auto';");
  s += F("document.getElementById('sp').value=s.sp.toFixed(1);");
  s += F("document.getElementById('hys').value=s.hys.toFixed(1);");
  s += F("document.getElementById('ofs').value=s.ofs.toFixed(1);");
  s += F("document.getElementById('tmax').value=s.tmax.toFixed(1);");
  s += F("});}");
  s += F("function setMode(){const v=document.getElementById('mode').value; fetch('/mode?m='+v).then(upd);}");
  s += F("function setSp(){const v=document.getElementById('sp').value; fetch('/set?sp='+v).then(upd);}");
  s += F("function setHys(){const v=document.getElementById('hys').value; fetch('/set?hys='+v).then(upd);}");
  s += F("function setOfs(){const v=document.getElementById('ofs').value; fetch('/set?ofs='+v).then(upd);}");
  s += F("function setMax(){const v=document.getElementById('tmax').value; fetch('/set?tmax='+v).then(upd);}");
  s += F("function heat(x){fetch('/heat?cmd='+(x?1:0)).then(upd);} upd(); setInterval(upd,2000);");
  s += F("</script></body></html>");
  return s;
}

void sendStatus() {
  String j = "{";
  if (isnan(lastTempC)) j += "\"t\":null,"; else j += "\"t\":"+String(lastTempC,1)+",";
  j += "\"h\":" + String(heatOn?1:0) + ",";
  j += "\"mode\":" + String((int)mode) + ",";
  j += "\"sp\":" + String(setpointC,1) + ",";
  j += "\"hys\":" + String(hysteresisC,1) + ",";
  j += "\"ofs\":" + String(offsetC,1) + ",";
  j += "\"tmax\":" + String(maxFloorC,1);
  j += "}";
  server.send(200, "application/json", j);
}

void handleSet() {
  bool changed=false;
  if (server.hasArg("sp"))  { setpointC   = constrain(server.arg("sp").toFloat(), 5.0f, 45.0f); changed=true; }
  if (server.hasArg("hys")) { hysteresisC = constrain(server.arg("hys").toFloat(), 0.1f, 5.0f); changed=true; }
  if (server.hasArg("ofs")) { offsetC     = constrain(server.arg("ofs").toFloat(), -5.0f, 5.0f); changed=true; }
  if (server.hasArg("tmax")){ maxFloorC   = constrain(server.arg("tmax").toFloat(), 25.0f, 50.0f); changed=true; }
  if (changed) {
    prefs.begin(NS,false);
    prefs.putFloat(K_SP,   setpointC);
    prefs.putFloat(K_HYS,  hysteresisC);
    prefs.putFloat(K_OFFS, offsetC);
    prefs.putFloat(K_MAX,  maxFloorC);
    prefs.end();
  }
  sendStatus();
}

void handleMode() {
  String m = server.arg("m");
  if (m=="manual") mode = MODE_MANUAL; else mode = MODE_AUTO;
  prefs.begin(NS,false);
  prefs.putUChar(K_MODE, (uint8_t)mode);
  prefs.end();
  sendStatus();
}

void handleHeat() {
  int cmd = server.arg("cmd").toInt();
  // У ручному режимі — безпосереднє керування
  if (mode==MODE_MANUAL) {
    if (cmd) relayWrite(true); else relayWrite(false);
  }
  sendStatus();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_RELAY, OUTPUT);
  relayWrite(false);

  // DS18B20
  pinMode(PIN_ONEWIRE, INPUT_PULLUP);
  sensors.begin();
  sensors.setWaitForConversion(true);

  // Завантаження налаштувань
  prefs.begin(NS,true);
  setpointC   = prefs.getFloat(K_SP,   setpointC);
  hysteresisC = prefs.getFloat(K_HYS,  hysteresisC);
  offsetC     = prefs.getFloat(K_OFFS, offsetC);
  maxFloorC   = prefs.getFloat(K_MAX,  maxFloorC);
  mode        = (Mode)prefs.getUChar(K_MODE, MODE_AUTO);
  prefs.end();

  // Wi-Fi
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
  Serial.print("WiFi connecting");
  while (WiFi.status()!=WL_CONNECTED) { delay(400); Serial.print("."); }
  Serial.print("\nIP: "); Serial.println(WiFi.localIP());

  // HTTP
  server.on("/", [](){ server.send(200, "text/html; charset=utf-8", html()); });
  server.on("/status", [](){ sendStatus(); });
  server.on("/set", [](){ handleSet(); });
  server.on("/mode", [](){ handleMode(); });
  server.on("/heat", [](){ handleHeat(); });
  server.begin();
  Serial.println("HTTP server started");
}

void loop() {
  server.handleClient();

  unsigned long now = millis();
  if (now - lastReadMs >= 2000) {   // читання ~кожні 2 с
    lastReadMs = now;
    lastTempC = readTempC();
  }

  // Безпека: при помилці датчика — вимкнути нагрів
  if (isnan(lastTempC)) {
    if (heatOn) relayWrite(false);
    return;
  }

  // Обмеження максимальної температури
  if (lastTempC >= maxFloorC) {
    if (heatOn) relayWrite(false);
  }

  // Автоконтроль
  if (mode==MODE_AUTO) {
    bool canTurnOn  = (!heatOn) && (now - lastOff >= minOffMs);
    bool canTurnOff = (heatOn)  && (now - lastOn  >=  minOnMs);

    if (!heatOn) {
      if (canTurnOn && lastTempC <= (setpointC - hysteresisC)) {
        relayWrite(true);
      }
    } else {
      if (canTurnOff && (lastTempC >= (setpointC + hysteresisC) || lastTempC >= maxFloorC)) {
        relayWrite(false);
      }
    }
  }
}

Коротке пояснення коду

Датчик DS18B20: зчитується бібліотекою DallasTemperature (шина 1-Wire). readTempC() повертає температуру з урахуванням зсуву offsetC; у разі помилки — NaN, і нагрів примусово вимикається.
Алгоритм термостата: уставка setpointC і гістерезис hysteresisC задають пороги вмикання/вимикання: вмикаємо при T ≤ SP − HYS, вимикаємо при T ≥ SP + HYS. Мінімальні інтервали minOn/minOff запобігають частим перемиканням.
Обмеження максимальної температури підлоги: параметр maxFloorC — «тверда» межа безпеки, вище якої нагрів заборонений у будь-якому режимі.
WEB-інтерфейс: головна сторінка показує температуру, режим, стан нагріву, уставку; дозволяє змінювати параметри (/set) та режим (/mode?m=auto|manual), а також у ручному режимі вмикати/вимикати нагрів (/heat?cmd=1|0). Оновлення стану — запитом /status кожні 2 секунди.
Постійні налаштування: уставка, гістерезис, зсув і максимум зберігаються в NVS (Preferences) й відновлюються під час старту.

Застосування та розширення проєкту

Комбіноване керування «підлога + повітря»: додайте другий DS18B20 для повітря й реалізуйте пріоритети (наприклад, не гріти підлогу вище 29 °C, якщо повітря вже досягло 22 °C).
Профілі за розкладом: денний/нічний профілі уставки (наприклад, 28.0/26.5 °C); зберігайте 2–4 пресети в NVS і перемикайте за часом.
MQTT та Home Assistant: публікація температури/стану, віддалена зміна уставки/режиму, сценарії, історія та графіки.
Логування й аналітика: запис T/SP/подій у InfluxDB та візуалізація у Grafana для тонкого підбору гістерезису й інтервалів.
Захист підлогового покриття: для ламінату/ПВХ встановіть безпечний maxFloorC, датчик у гофрі — посередині «теплових зон».
Апартна безпека: для 220 В — УЗО/дифавтомат, сертифікований SSR або силове реле на DIN-рейці, термостійка проводка, закриті корпуси.
Довгі лінії 1-Wire: екранірований кабель, «зірка» небажана; для складної топології використовуйте знижену швидкість та якісний pull-up.
Калібрування: перевірте offset за контрольним термометром; для енергоощадності збільшуйте гістерезис і інтервали minOn/minOff.

Висновок

Ми реалізували інтелектуальний термостат теплої підлоги на ESP32 з датчиком DS18B20, керуванням через SSR/реле та зручним WEB-інтерфейсом. Проєкт містить практичні функції: гістерезис, мінімальні інтервали перемикання, ліміт максимальної температури, збереження параметрів у NVS. Рішення легко розширити — від MQTT/HA до розкладів і логування. Дотримуйтеся правил електробезпеки й рекомендацій виробників покриття.

Потрібне індивідуальне рішення — розробка схеми, друкованої плати, прошивки та корпусу під ваші умови? Звертайтесь: ми створюємо надійні системи на ESP32 і виготовляємо плати під завдання клієнта. Подивіться приклади в нашому портфоліо і напишіть нам, щоб обговорити проєкт.