Умный дом #7: ESP32 — тёплый пол с автоматическим регулированием температуры по DS18B20 и WEB-управлением

Тёплый пол, управляемый ESP32, — это удобный и экономичный способ поддерживать комфорт в помещении. В этой статье мы соберём систему на базе датчика DS18B20 (цифровой термодатчик 1-Wire), реле/SSR для включения нагревательного контура и минималистичного WEB-интерфейса. Реализуем автоматическое регулирование по уставке (setpoint) с гистерезисом, ручной режим, ограничения по максимальной температуре пола и антидребезг включений (минимальные паузы между переключениями). Вы получите полностью рабочий код и практические рекомендации по безопасности и калибровке.

Список оборудования и компонентов

ESP32 DevKit (с поддержкой Wi-Fi).
DS18B20 — цифровой датчик температуры (желательно в водозащищённом исполнении на кабеле), работает по шине 1-Wire.
Подтягивающий резистор 4.7 кОм между линией данных DS18B20 и 3.3 В.
Реле/SSR для нагревателя:
- Для плёночного/кабельного пола на 220 В рекомендуем твердотельное реле (SSR) с управлением от 3–32 В DC и соответствующим током/мощностью. Обязательно ставьте УЗО/дифавтомат и соблюдайте ПУЭ!
- Для низковольтных систем (например, 12/24 В) — MOSFET/реле по паспорту нагрузки.
Нагревательный контур (инфракрасная плёнка/кабель/мат) — по проекту помещения и расчётной мощности.
Блок питания ESP32 (5 В, 1 А), коммутационная арматура, клеммы, DIN-бокс/корпус.
По желанию: второй датчик DS18B20 для измерения температуры воздуха (тогда можно строить комбинированные алгоритмы).

Схема подключения и принцип работы

Датчик DS18B20 подключается к одному GPIO ESP32 по интерфейсу 1-Wire. В линию данных ставится подтягивающий резистор 4.7 кОм к 3.3 В (обязательно). Нагреватель управляется через реле/SSR от GPIO. ESP32 периодически считывает температуру пола и сравнивает её с уставкой. В автоматическом режиме включение происходит при падении ниже (уставка − гистерезис), отключение — при достижении (уставка + гистерезис). Встроены: ограничение максимальной температуры пола и минимальные интервалы между переключениями, чтобы избежать «дёргания» relе/SSR.

Сигнал	Пин ESP32	Примечание
DS18B20 Data	`GPIO4` (пример)	Подтяжка 4.7 кОм к 3.3 В, общий GND
SSR/Реле управления	`GPIO23` (пример)	Модуль может быть active LOW; проверьте ваш тип
Питание ESP32	5 В	Стабильный БП 5 В, ≥1 А

Безопасность: если вы работаете с сетевым напряжением 220 В, вся силовая часть обязательно должна устанавливаться в соответствии с нормами электробезопасности (корпуса, заземление, защитные автоматы/УЗО, кабели нужного сечения). Для тёплого пола соблюдайте рекомендации производителя напольного покрытия (обычно ограничение температуры 27–32 °C для ламината/ПВХ). Размещайте датчик пола в гофре — так его можно будет заменить.

Пример кода (ESP32 + DS18B20 + SSR/реле + WEB)

Код ниже реализует чтение DS18B20, авто/ручной режим, гистерезис, лимит по максимуму, минимальные паузы между переключениями, а также веб-страницу со статусом и настройками. Настройки (уставка, гистерезис, смещение калибровки, лимит макс. температуры, режим) сохраняются в NVS и переживают перезапуск.

/*
  ESP32 Floor Heating Thermostat (DS18B20) + Web UI
  - Авто/ручной режим, гистерезис
  - Лимит максимальной температуры пола
  - Минимальные интервалы между включениями/выключениями
  - Настройки в NVS (Preferences)
  ВНИМАНИЕ: при работе с 220 В соблюдайте все требования электробезопасности!
*/

#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 пола часто 27..30 C
float hysteresisC = 0.5;    // ширина гистерезиса
float offsetC     = 0.0;    // калибровка датчика
float maxFloorC   = 40.0;   // ограничение безопасности

// Минимальные интервалы (анти-дребезг включений)
unsigned long minOnMs  = 120000; // 2 мин минимум "включено"
unsigned long minOffMs = 60000;  // 1 мин минимум "выключено"

// ---------- 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: запрос и чтение
  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 Floor Heating</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 тёплого пола (ESP32 + DS18B20)</h1>");

  s += F("<div class='box'><h3>Статус</h3><div class='row'>");
  s += F("<div>Температура пола: <span id='t' class='mono'>—</span> °C</div>");
  s += F("<div>Нагрев: <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>Настройки</h3><div class='row'>");
  s += F("<label>Режим: <select id='mode' onchange='setMode()'><option value='auto'>Auto</option><option value='manual'>Manual</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>Гистерезис, °C: <input id='hys' type='number' step='0.1' min='0.1' max='5' onblur='setHys()'></label>");
  s += F("<label>Смещение, °C: <input id='ofs' type='number' step='0.1' min='-5' max='5' onblur='setOfs()'></label>");
  s += F("<label>Макс пол, °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>Ручное управление</h3><div class='row'>");
  s += F("<button onclick='heat(1)'>Включить нагрев</button>");
  s += F("<button onclick='heat(0)'>Выключить нагрев</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?'MANUAL':'AUTO'; 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();
  // В ручном режиме — непосредственное управление
  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);

  // Загрузка настроек
  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) {   // чтение каждые ~2 с
    lastReadMs = now;
    lastTempC = readTempC();
  }

  // Безопасность: при ошибке датчика — выключить нагрев
  if (isnan(lastTempC)) {
    if (heatOn) relayWrite(false);
    return;
  }

  // Ограничение по максимальной температуре
  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);
      }
    }
  }
}

Короткое объяснение кода

Датчик DS18B20: читается библиотекой DallasTemperature (шина 1-Wire). Функция readTempC() запрашивает измерение и возвращает температуру с учётом калибровочного смещения offsetC. При ошибке чтения возвращается NaN — в этом случае нагрев немедленно отключается.
Алгоритм термостата: уставка setpointC и гистерезис hysteresisC определяют границы включения/выключения. Включение при T ≤ SP − HYS, отключение при T ≥ SP + HYS. Добавлены minOn/minOff, чтобы не «дёргать» реле/SSR слишком часто.
Лимит максимальной температуры пола: maxFloorC — твёрдая отсечка, выше которой нагрев принудительно отключается независимо от режима.
WEB-интерфейс: корневая страница показывает температуру, режим, состояние нагрева, уставку; позволяет менять параметры и режим (/mode?m=auto|manual) и вручную включать/выключать нагрев (/heat?cmd=1|0) в ручном режиме. Статус обновляется опросом /status каждые 2 с.
Постоянные настройки: уставка, гистерезис, смещение и потолок температуры сохраняются в NVS (Preferences) и восстанавливаются при старте.

Применение и расширение проекта

Комбинированное управление «пол+воздух»: добавьте второй DS18B20 для измерения воздуха и переключайтесь между режимами или используйте минимальный/максимальный приоритет (например, не греть пол выше 29 °C, если воздух уже достиг +22 °C).
Расписание: ночной/дневной профили уставки (например, днём 28 °C, ночью 26.5 °C). Можно хранить 2–4 пресета в NVS и переключать по времени.
MQTT и Home Assistant: публикуйте температуру/состояние в брокер, управляйте уставкой и режимами из HA, рисуйте графики.
Графики и логирование: сохраняйте значения T/SP/события в InfluxDB, визуализируйте в Grafana. Это полезно для подбора гистерезиса и интервалов minOn/minOff.
Защита напольного покрытия: для ламината/ПВХ ограничьте maxFloorC и используйте точный датчик в гофре, расположенный на равном удалении от нагревательных зон.
Аппаратная безопасность: для 220 В обязательны УЗО/дифавтомат, кабель нужного сечения, сертифицированный SSR или силовое реле на DIN-рейке, клеммы и термостойкая проводка.
Фильтрация питания и помех: для длинных линий датчика используйте экранированный кабель и общую «землю», при необходимости — RC-фильтр и программную медиану вместо простого среднего.

Заключение

Мы реализовали интеллектуальный термостат тёплого пола на ESP32 с датчиком DS18B20, управлением через SSR/реле и удобным WEB-интерфейсом. В проект встроены практичные функции: гистерезис, минимальные интервалы переключений, лимит максимальной температуры, сохранение параметров в NVS. Система легко расширяется — от MQTT/HA до расписаний и логирования. Соблюдайте требования электробезопасности и рекомендации производителей покрытий.

Нужен индивидуальный проект под ваши условия — от подбора схемы и датчиков до разработки печатных плат и прошивки? Мы можем помочь. Реализуем надёжное решение на ESP32 и изготовим платы под ваши задачи. Примеры работ смотрите в нашем портфолио.