物联网智能恒温器解决方案

想象一下，如果家里的供暖和制冷系统不仅能自动运行，还能进行智能化管理，显著提升舒适度和效率，将给我们的生活带来怎样的改变。这正是物联网 (IoT) 智能恒温器的使命，它正在重塑我们控制室内环境的方式。了解这一发展对于经验丰富的电气工程师和好奇的消费者来说都至关重要。

物联网智能恒温器是一种的先进设备，它将传统恒温器的功能与物联网的强大能力相结合。这些系统可以远程监控和调节供暖、通风和空调 (HVAC) 系统，提供有关室内环境和能源使用情况的实时数据， 对工业和住宅空间都有很大的好处。它们能够提供详细的洞察并控制HVAC系统，对于提高能源效率和降低运营成本而言非常重要。

本文将探讨构建以智能恒温器为中心的概念验证所需的组件、软件和步骤，并重点介绍Renesas Electronics的几种解决方案。

项目材料与资源

项目物料清单 (BOM)

Renesas Electronics EK-RA2A2评估套件

Renesas Electronics U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod™板

Renesas Electronics US082-HS3001EVZ湿度传感器Pmod™板

Seeed Studio Grove电力传感器

项目代码/软件

Renesas e² studio

Renesas RA灵活配置软件包

J-Link RTT Viewer

Python for Windows

用于Renesas RA2A2恒温器项目的贸泽GitHub资源库

DA16200 SDK更新指南

其他资源

GitHub：Renesas RA MCU系列的示例项目

Renesas帐户

DA16200 Wi-Fi AT命令集

其他硬件

Renesas Electronics转换板

USB转TTL电缆

项目技术概况

Renesas Electronics EK-RA2A2评估套件

Renesas Electronics EK-RA2A2评估套件（图1）是一款综合工具，可帮助工程师评估和开发RA2A2 MCU应用。该套件与Renesas的RA灵活配置软件包 (FSP) 和e² studio集成开发环境 (IDE) 结合使用时，非常适用创建嵌入式系统。该套件的主要功能包括：

MCU原生引脚访问：直接访问微控制器的引脚，实现详细的硬件级交互。

系统控制访问：用于管理和控制系统操作的接口，提高应用开发的灵活性。

生态系统访问：与各种生态系统附加组件兼容，支持集成附加功能和外围设备。

图1：Renesas EK-RA2A2评估套件（图源：贸泽电子）

借助该套件，工程师能够将他们的创新想法转化为实际应用，例如工业自动化、家用设备和能源管理系统，此套件可以说是现代嵌入式系统开发的重要工具。

Renesas U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod板

Renesas U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod板（图2）旨在为配备Pmod的开发板提供无缝Wi-Fi集成。该板具有标准的3A型Pmod（扩展UART）连接，能与各种支持Pmod的设备兼容。

该开发板的核心是Renesas基于DA16200片上系统的DA16200MOD模块。该模块具有强大的无线连接性能，能确保可靠高效的Wi-Fi连接。3A型Pmod连接器简化了集成过程，工程师无需进行大量修改即可快速为项目添加Wi-Fi功能。

图2：Renesas U159-DA16200MEVZ DA16200 Pmod板 （图源：Renesas Electronics）

Renesas US082-HS3001EVZ湿度传感器Pmod板

Renesas US082-HS3001EVZ相对湿度传感器Pmod板（图3）是希望借助HS3001温湿度传感器简化原型设计流程的工程师和专业人员的理想选择。这些传感器具有高可靠性、长期稳定性、精确测量和快速响应等特点。

图3：Renesas US082-HS3001EVZ相对湿度传感器Pmod板 （图源：贸泽电子）

该电路板采用标准的6A型Pmod（扩展I²C）连接，可轻松与具有兼容连接器的MCU评估套件集成。这种设计在两侧都配有Pmod连接器，工程师可以采用菊花链方式连接多个6/6A型电路板。这样就可以将多个传感器连接到单个MCU Pmod连接器，从而提高系统设计的灵活性和可扩展性。

此外，e² studio软件能够生成连接传感器和MCU所需的代码，从而简化开发流程，大大缩短开发时间。

软件概述

e² studio IDE和编码工具

e² studio是面向Renesas MCU且基于Eclipse的集成开发环境 (IDE)。它以Eclipse强大的代码编辑器为基础，整合了一系列专为简化和提升开发流程而定制的高级功能。

e² studio让工程师能够高效地管理整个开发周期。从下载示例代码的初始阶段到复杂的调试过程，e² studio都能提供全面的支持。其扩展功能包括先进的调试工具、项目管理功能以及与各种Renesas开发工具无缝集成。

RA FSP

Renesas RA FSP是一款全面、先进的解决方案，专为采用Renesas RA系列微控制器进行嵌入式系统设计的工程师量身定制。它确保整个RA系列（从入门级到高性能）的软件无缝兼容，成为了各种应用的通用选择。

主要特性和优势

先进的安全性

Arm® TrustZone®：结合先进的安全功能，保护您的物联网设备免受潜在威胁。

安全的物联网开发：使用生产就绪型驱动程序和中间件协议栈来构建安全互连的物联网设备。

高性能HAL驱动程序

高效性：提供一流的硬件抽象层 (HAL) 驱动程序，以低内存占用率实现高性能。

集成性：通过集成中间件协议栈（包括Azure RTOS和FreeRTOS）简化通信和安全等复杂模块的实现。

e² studio IDE

直观的配置器：提供用户友好的配置器，简化设置过程。

智能代码生成：提高编程和调试效率，使开发更快、更轻松。

开放式软件生态系统

灵活性：支持各种编程模型，包括裸机编程、Azure RTOS、FreeRTOS、其他自选RTOS、现有代码和第三方生态系统解决方案。

成本效益：FSP和e² studio可以在任何Renesas器件上免费使用，为开发人员提供高性价比的解决方案。

应用

物联网设备：开发具有强大安全功能的安全互联物联网设备的理想选择。

嵌入式系统：适用于从简单到复杂的各种嵌入式系统应用。

工业自动化：通过高性能的安全解决方案，增强工业自动化系统的开发。

通过利用Renesas RA FSP，工程师和专业人士可以加快开发流程，确保高质量的安全软件，并在各种应用和设备中保持灵活性。

项目开发

组装硬件

大部分硬件配置都非常简单，只有一个例外，因为Renesas EK-RA2A2有两个Pmod连接器可用：Pmod 1支持2A型（增强型SPI）和6A型（增强型I²C），而Pmod 2支持6A型（增强型I²C）、2A型（增强型SPI）和T3A型（增强型UART）。由于本项目中的Wi-Fi模块使用UART，我们将使用Pmod 2连接。

在电路板次级侧靠近Pmod 2连接器的位置EX3焊上短路片（图4）， 切断两个焊盘之间的连接，以传输RXD信号，并确保EX1处于开路状态。

图4：EX3和EX1位置 （图源：贸泽电子）

将US159-DA16200MEVZ板插入Pmod 2连接器，模块芯片朝上。

将US082-HS3001EVZ板插入Pmod 1连接器。

将Grove电力传感器模块插入EK-RA2A2板J28上的Grove 2连接器。

安装软件

该项目需要以下软件版本：

Renesas RA FSP V5.7.0

e² studio V2024-10

SEGGER J-Link RTT Viewer V8.10f

GCC ARM Embedded Toolchain V13.2.1.arm-13-7

下载所需的FSP和e² studio版本，并确保正确安装GCC ARM嵌入式工具链，最简单的方法是使用Renesas GitHub链接，然后选择下载带有e² studio Windows安装程序的FSP选项（图5）。

图5：Renesas GitHub FSP v5.7.0 （图源：贸泽电子）

这样，您就可以在一个地方下载所有的最新版本。下载完成后，请完成以下步骤。

打开下载的Windows安装程序。

选择Custom Install（图6）。

图6：Renesas RA FSP安装类型窗口 （图源：贸泽电子）

在Welcome、Extra Features、Customise Features屏幕上，依次点击Next，直到出现Additional Software屏幕（图7）。

选中GNU ARM Embedded 13.2-Rel1复选框，然后点击Next。

图7：Additional Software选择屏幕 （图源：贸泽电子）

按照屏幕上的说明完成安装。

访问J-Link RTT网站并选择Downloads。

下载J-Link软件Windows安装程序（图8）。

图8:下载J-Link RTT安装程序 （图源：贸泽电子）

软件集成与演示

在设置电路板之前，需要更新DA16200 Pmod电路板Wi-Fi模块上的SDK。DA16200 SDK Update Guide说明了如何连接电路板、验证当前SDK版本、下载所需软件以及更新设备。

在更新Wi-Fi模块上的SDK后，转到GitHub存储库，点击绿色的Code按钮，然后选择Download ZIP，下载项目代码（图9）。

图9：GitHub存储库下载链接（图源：贸泽电子）

接下来，将代码导入e² studio：

打开e² studio。

点击File，选择Open Projects from File System。

点击Archive（图10），然后导航并选择包含Renesas_RA2A2_Demo的下载文件夹

图10：Import Project窗口 （图源：贸泽电子）

仅选中带有Eclipse Project标签的文件复选框（图11），然后点击Finish。

图11：导入所选项目 （图源：贸泽电子）

导入软件后，选择项目。

点击Build（锤子）图标或按Ctrl+B键构建项目（图12）。

图12：显示导入的项目 （图源：贸泽电子）

构建成功后，控制台将显示“Build finished”消息（图13）。

图13：成功完成构建 （图源：贸泽电子）

8.点击Debug图标或按F11键启动调试模式（图14）。

图14：调试控制台模式（图源：贸泽电子）

点击Play图标运行代码。

代码开始运行后，需要打开计算机的网络配置并查看所有可用的无线网络。选择Renesas_Wifi网络（图15），密码是12345678。

注意：您可以在项目参数中修改SSID和密码，以便根据最终用途进行定制。

图15：进行网络设置的Renesas_WiFi网络SSID （图源：贸泽电子）

将系统配置为HTTP服务器，PC作为客户端。然后使用可用的浏览器窗口，导航到

“http://192.168.10.2/index.html”并查看浏览器界面。

在这里，您可以查看HS3001提供的传感器数据、按钮计数和LED控制按钮（图16）。

图16：可定制的浏览器显示屏 （图源：贸泽电子）

结语

物联网智能恒温器代表了我们在管理室内环境方面的一大飞跃。通过结合先进的传感、智能连接和实时数据分析，这些设备不仅提升了舒适度和便利性，还提高了能源效率，节约了成本。无论是在家庭还是工业环境中，智能恒温器的采用都能推动迈向更可持续、更智能化管理的未来。