Arduino 多区域地暖智能控制器：单片机替代昂贵商用系统 (EvoHome 平替)

项目缘起

作者家中地暖仅靠客厅单一温控器，导致厨房过热/过冷。商用多区控制器 (如 Honeywell EvoHome) 价格昂贵，遂自研基于 Arduino UNO/Mega 的多区地暖控制器，成本不足商用 1/10，运行一年零故障，年省电费 100~200 欧元。

核心功能

• 多区独立控温：每区独立温控器(热电执行器/阀门) + 继电器，互不干扰。
• 泵智能管理：仅有区域需热时才启动地暖循环泵；阀门开启需 3~5 分钟，泵延迟启动防干烧。
• 夏季维护运行：无需热时每 36 小时强制运行泵 8 分钟，防卡死。
• 聚合温控信号：任一区需热即闭合“总温控”继电器启动壁挂炉；无需热时断开。
• 无地暖区域兼容：并联现有暖气片温控旋钮至“No_Zone”输入，统一纳入逻辑。
• 看门狗复位：硬件 WDT 保障死机自动复位，工业级可靠性。
• 完全离线：不联网，避免 IoT 攻击面，物理按键/旋钮即可调节。

硬件配置 (UNO 版最多 5 区)

需 8 路 5V 继电器板 (Keyes/孙悟空等)，执行器选 Honeywell MT8-230-NC (常闭、断电关阀、230V 驱动)。

软件架构：状态机 + 非阻塞定时

主循环 10 Hz (正常) / 500 Hz (FAST_MODE 测试)。三大状态：

• IDLE：无需热，泵关、阀关、炉关。执行夏季维护泵运行检查。
• ON：有区域需热，炉开、相应阀开、延迟 5 分钟待阀全开后启泵。
• COOLDOWN：需热结束，炉关、全阀开、泵继续运行 30 分钟散热，随后回 IDLE。

关键代码结构 (节选)

// 设备抽象基类
class IODevice { ... };
class Thermostat : IODevice { // 防抖读取干节点
  bool IsOn() { /* 连续 5 次读同值才翻转 */ }
};
class Valve : Manipulator { // 带开/关过渡计时
  bool ValveIsOpen() { return IsOn() && transitionCount >= VALVE_TIME; }
  void Update() { /* 计时器递增/递减 */ }
};
class Pump : Manipulator { // 维护运行计时
  bool doMaintenanceRun() { return doMaintenance; }
  void Update() { /* 运行/维护双计时器 */ }
};

// 状态机
enum State { idle, on, cooldown };
State CVState = idle;

void loop() {
  wdt_reset(); // 喂狗
  FUPump.Update();
  for (v: zones) v.valve.Update();
  CVState.doProcessingActions(); // 根据状态执行逻辑
}

配置区块 (用户仅改此处)

#define NR_ZONES 3
Zone Zones[NR_ZONES] = {
  {"Living", Valve(7), Thermostat(8)},
  {"Kitchen", Valve(6), Thermostat(9)},
  {"Dining", Valve(3), Thermostat(11)}
};
// 引脚宏定义见上表，增减区域只改此数组与 NR_ZONES

串口日志示例 (含时间戳 dd:hh:mm:ss)

00:00:05:12: State change from [idle] to [on]
00:00:05:12: Kitchen Valve on pin(6) = On
00:00:10:12: Floor Unit Pump on pin(5) = On  // 阀开 5 分钟后泵才启动
00:00:45:12: State change from [on] to [cooldown]
00:01:15:12: State change from [cooldown] to [idle]

级联扩展 (多台 Arduino 控制多台壁挂炉/地暖分区)

每台地暖分集水器配一套控制器，通过“总温控”继电器并联控制各自壁挂炉，或由主控制器统筹。原理图展示了级联接法。

经验总结

• 热电执行器动作慢 (3~5 min)，必须在泵启动前预开阀门，代码中 VALVE_TIME=3000 (5 min) 已含安全余量。
• 温控器干节点易受干扰，软件 5 次连续采样去抖动极其关键。
• 看门狗 WDTO_1S 配合 10 Hz 主循环，喂狗间隔 100 ms，极其可靠。
• 不联网设计避免了固件升级、云端宕机、安全漏洞等后顾之忧；如需远程查看，可另加只读 MQTT 网关。
• 年省电费 ~150 欧元，投资回报期 < 1 年。