Arduino OpenTherm 智能供暖控制：实现中央供暖系统的监控与自动化

项目背景

想知道锅炉何时运行、如何加热？想用 Arduino 实现供暖自动化？OpenTherm 协议是欧洲主流燃气壁挂炉与温控器的通讯标准。本项目开发的 Arduino OpenTherm Shield 让你能轻松监控、控制、拦截甚至网关化 OpenTherm 总线，实现 DIY 智能温控、壁炉联动、远程监控等高级功能。

硬件架构

• Arduino UNO / 兼容板 (需支持 D2/D3 外部中断) ×1
• Arduino OpenTherm Shield ×1（自制或购买 DIY 套件）
• 24V 500mA 电源模块 ×1（网关/监听模式下为总线供电）

OpenTherm 协议可获取的数据与命令

* 标星项需锅炉配备相应传感器

四大典型应用模式

1. 自制智能温控器

仅需 5V 供电，Shield 直连锅炉 OpenTherm 端子。Arduino 运行 PID/模糊/学习算法，完全接管供暖逻辑，接入 Home Assistant/Apple HomeKit 等。

2. 总线监听器

Shield 并联在锅炉-温控器总线上（不打断通讯），Arduino 被动解码所有帧，上传 MQTT/InfluxDB 做数据分析、故障预警。

3. 中间网关

Shield 串联在总线中（打断原有连接），Arduino 运行网关固件：转发温控器→锅炉指令，转发锅炉→温控器应答，中间可注入/修改/屏蔽任意帧。作者即用此模式实现壁炉联动：有柴火余热时屏蔽锅炉点火指令，改用壁炉换热器供暖。

4. 模拟锅炉/温控器

配合另一设备做协议栈测试、产品开发验证。

Shield 硬件设计

• 参考 OpenTherm Gateway (PIC 单片机) 电路，移植至 Arduino UNO 形制
• 核心：光耦隔离收发、比较器整形、高压保护、24V 总线供电转 5V/3.3V
• Gerber 文件开源，推荐 PCBWay 打样（蓝色阻焊同价绿色，交期快、服务好）

软件库与示例

Arduino OpenTherm IO Library：GitHub
封装了帧收发、超时重试、数据结构解析 (f88浮点、u16/s16整型)，极大简化应用开发。

示例 1：温控器模式读取从机配置

void loop() {
  if (OPENTHERM::isIdle()) {
    message.type = OT_MSGTYPE_READ_DATA;
    message.id = OT_MSGID_SLAVE_CONFIG;
    OPENTHERM::send(BOILER_OUT, message);
  } else if (OPENTHERM::isSent()) {
    OPENTHERM::listen(BOILER_IN, 800);
  } else if (OPENTHERM::getMessage(message)) {
    // 解析 message.f88() 等字段
    OPENTHERM::stop();
    delay(100);
  } else if (OPENTHERM::isError()) {
    OPENTHERM::stop();
  }
}

示例 2：网关模式双向转发

enum { MODE_LISTEN_MASTER, MODE_LISTEN_SLAVE } mode;

void loop() {
  if (mode == MODE_LISTEN_MASTER) {
    if (OPENTHERM::isSent() || OPENTHERM::isIdle() || OPENTHERM::isError()) {
      OPENTHERM::listen(THERMOSTAT_IN);
    } else if (OPENTHERM::getMessage(message)) {
      OPENTHERM::send(BOILER_OUT, message); // 转发给锅炉
      mode = MODE_LISTEN_SLAVE;
    }
  } else { // MODE_LISTEN_SLAVE
    if (OPENTHERM::isSent()) {
      OPENTHERM::listen(BOILER_IN, 800);
    } else if (OPENTHERM::getMessage(message)) {
      OPENTHERM::send(THERMOSTAT_OUT, message); // 回复温控器
      mode = MODE_LISTEN_MASTER;
    } else if (OPENTHERM::isError()) {
      mode = MODE_LISTEN_MASTER;
    }
  }
}

进阶应用：OpenTherm Regulator

作者下一篇将详细介绍如何在网关模式下注入算法：读取室外温度、壁炉水温、室温设定，动态决定“锅炉点火”还是“壁炉循环泵启动”，实现多热源智能切换，大幅降低燃气费。

原理图与 PCB

原理图含光耦隔离电路、比较器、DC-DC 降压、Arduino 引脚映射。Gerber 文件可直接下单打板。