G2H LoRaWAN Heat Control

Intelligente Heizungssteuerung für STM32WL basierte LoRaWAN-Geräte mit dualer Temperaturüberwachung.

Funktionsübersicht

Sensoren

• SHT4X: Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit
• MLX90614: IR-Bodentemperatur (optional)
• Relais: Heizungssteuerung (Ein/Aus)

Automatische Heizungsregelung

Das System schaltet die Heizung automatisch basierend auf zwei Temperaturschwellwerten:

1. Raumtemperatur (Standard: 21°C)
2. Bodentemperatur (Standard: 22°C, nur wenn Sensor verfügbar)

Regel: Heizung ist AN wenn beide Bedingungen erfüllt sind:

• Raumtemperatur < Schwellwert UND
• Bodentemperatur < Schwellwert (falls Sensor verfügbar)

Fallback: Wenn MLX90614-Sensor nicht verfügbar → nur Raumtemperatur wird überwacht.

LoRaWAN-Konfiguration

Netzwerk

• Aktivierung: ABP (Activation by Personalization)
• Region: EU868
• Port: 2
• Sendeintervall: Standard 10 Minuten (konfigurierbar 1-255 min)

Downlink-Befehle

Alle Befehle als Base64 in ChirpStack eingeben:

Kombinierte Konfiguration (3 Bytes)

Format: [heating_enable][room_temp][floor_temp]

Beschreibung	Hex	Base64	Funktion
Heizung AN, 22°C Raum, 25°C Boden	01 16 19	ARYa	Automatik aktiviert mit neuen Schwellwerten
Heizung AUS	00 14 18	ABQa	Heizung komplett deaktiviert
Heizung AN, 20°C Raum, 24°C Boden	01 14 18	ARQa	Automatik mit niedrigeren Schwellwerten

Sendeintervall ändern (2 Bytes)

Format: 'i'[minuten]

Beschreibung	Hex	Base64	Funktion
5 Minuten Intervall	69 05	aQU=	Häufigere Übertragung
15 Minuten Intervall	69 0F	aQ8=	Normale Übertragung
60 Minuten Intervall	69 3C	aTw=	Seltene Übertragung

Hinweis:

• Temperaturwerte: 0-255°C möglich
• Sendeintervall: 1-255 Minuten möglich
• Heating Enable: 0=AUS (Relais bleibt aus), 1=AN (automatische Regelung)

Datenformat (Uplink)

Alle 10 Minuten wird ein 7-Byte Datenpaket gesendet:

Byte	Inhalt	Format
0-1	Raumtemperatur	int16 × 100 (z.B. 2134 = 21.34°C)
2-3	Bodentemperatur	int16 × 100
4-5	Luftfeuchtigkeit	int16 × 100 (z.B. 4520 = 45.20%)
6	Relais-Status	0 = AUS, 1 = AN

Betriebsmodi

1. Automatik-Modus (Standard)

• Heizung wird automatisch basierend auf Temperaturschwellwerten gesteuert
• Beide Temperaturen werden überwacht (falls MLX-Sensor verfügbar)

2. Manueller Override

• Aktiviert durch Heizung AUS Befehl (Byte 0 = 0) → Heizung permanent AUS
• Deaktiviert durch Heizung AN Befehl (Byte 0 = 1)

3. Sensor-Fallback

• Wenn MLX90614 nicht verfügbar → nur Raumtemperatur wird überwacht
• Automatische Erkennung bei jedem Lesezyklus

Status-Ausgabe

Über serielle Konsole (115200 baud):

hum: 45.20%
temp: 21.34 °C
floor_temp: 19.87 °C
relais: 1 (manual: 0, temp_th: 21°C, floor_th: 22°C)

• relais: 0=AUS, 1=AN
• manual: 0=Automatik, 1=Manueller Override
• temp_th: Raumtemperatur-Schwellwert
• floor_th: Bodentemperatur-Schwellwert

Fehlerbehandlung

MLX90614-Sensor nicht verfügbar

[ERR] MLX90614 reading sensor values failed 5 times with error 251!

→ System wechselt automatisch zu Raumtemperatur-only Modus

LoRaWAN-Verbindungsfehler

[WRN] LoRaWAN busy (duty cycle), retrying in 1s...

→ Automatische Wiederholung nach 1 Sekunde

Beispiel-Szenarien

Szenario 1: Normale Heizung

• Raumtemp: 19°C (< 21°C) ✓
• Bodentemp: 20°C (< 22°C) ✓
• Resultat: Heizung AN

Szenario 2: Überhitzungsschutz

• Raumtemp: 23°C (≥ 21°C) ✗
• Bodentemp: 20°C (< 22°C) ✓
• Resultat: Heizung AUS

Szenario 3: Bodentemperaturschutz

• Raumtemp: 19°C (< 21°C) ✓
• Bodentemp: 25°C (≥ 22°C) ✗
• Resultat: Heizung AUS

Szenario 4: Sensor-Ausfall

• Raumtemp: 19°C (< 21°C) ✓
• MLX-Sensor: Nicht verfügbar
• Resultat: Heizung AN (nur Raumtemp wird geprüft)

Setup & Installation

1. Framework Setup (Windows)

# Automatische PlatformIO-Konfiguration
setup_framework.bat

2. Neues Gerät einrichten

2.1 ChirpStack Konfiguration

1. Application erstellen (falls nicht vorhanden):

   • Name: G2H-Heat-Control
   • Description: LoRaWAN Heizungssteuerung

2. Device Profile erstellen (falls nicht vorhanden):

   • Name: STM32WL-ABP
   • Region: EU868
   • MAC Version: 1.0.4
   • Regional Parameters Revision: RP002-1.0.3
   • Activation: ABP
   • Class: A
   • Supports OTAA: ❌
   • ADR Algorithm: Default

3. Device erstellen:

   • General Tab:

     • Device name: Heat-Controller-001 (eindeutig wählen)
     • Device description: Heizungssteuerung Raum XY
     • Device EUI: Neue eindeutige EUI generieren (z.B. 4633500400ABCD01)
     • Device Profile: STM32WL-ABP
     • Skip FCnt check: ✅ (für Entwicklung/Test)

   • Activation Tab (ABP):

     • Device address: Neue Adresse generieren (z.B. 01234567)
     • Network session key: 32 Zeichen Hex (z.B. 268FDA933F4CAEBF96A30FE76027A41E)
     • Application session key: 32 Zeichen Hex (z.B. 408009CA1D9FE2B822F4684D76331300)

2.2 Firmware-Konfiguration

Öffne src/lora/lorawan.h und trage die ChirpStack-Werte ein:

/* ABP Configuration */
#define LORAWAN_DEV_ADDR {0x01, 0x23, 0x45, 0x67}  // Device Address (Big Endian!)
#define LORAWAN_NWKS_KEY {0x26, 0x8F, 0xDA, 0x93, \  // Network Session Key
                          0x3F, 0x4C, 0xAE, 0xBF, \
                          0x96, 0xA3, 0x0F, 0xE7, \
                          0x60, 0x27, 0xA4, 0x1E}
#define LORAWAN_APPS_KEY {0x40, 0x80, 0x09, 0xCA, \  // Application Session Key
                          0x1D, 0x9F, 0xE2, 0xB8, \
                          0x22, 0xF4, 0x68, 0x4D, \
                          0x76, 0x33, 0x13, 0x00}

Wichtig: DevEUI wird in src/lora/lorawan.c gesetzt:

// Zeile ~113-120: Eindeutige DevEUI eintragen
dev_eui[0] = 0x46;  // Entspricht ChirpStack DevEUI
dev_eui[1] = 0x33;  // 4633500400ABCD01 wird zu:
dev_eui[2] = 0x50;  // {0x46, 0x33, 0x50, 0x04,
dev_eui[3] = 0x04;  //  0x00, 0xAB, 0xCD, 0x01}
dev_eui[4] = 0x00;
dev_eui[5] = 0xAB;
dev_eui[6] = 0xCD;
dev_eui[7] = 0x01; // Letztes Byte für Gerät eindeutig machen

2.3 Format-Konvertierung ChirpStack → Code

ChirpStack	Code Format	Beispiel
Device Address: 01234567	{0x01, 0x23, 0x45, 0x67}	Big Endian Bytes
DevEUI: 4633500400ABCD01	dev_eui[0] = 0x46; ... dev_eui[7] = 0x01;	Byte Array
Session Keys: 268F...A41E	{0x26, 0x8F, ..., 0x1E}	16 Byte Array

3. Build & Flash

# Projekt kompilieren
pio run

# Firmware flashen (Device per USB verbinden)
pio run -t upload

4. Verification

1. Serielle Konsole öffnen (115200 baud):

   === Device starting ===
   DevEUI: 46:33:50:04:00:AB:CD:01
   DevAddr: 0x67452301
   ✓ Successfully activated LoRaWAN network via ABP
   

2. ChirpStack Monitoring:

   • Device sollte nach ~30 Sekunden erste Uplinks senden
   • LoRaWAN Frames Tab: Uplinks alle 10 Minuten
   • Payload: 7 Bytes Sensordaten

3. Test Downlink:

   • In ChirpStack: Queue Downlink
   • Payload: ARYa (Base64) - Heizung AN, 22°C Raum, 25°C Boden
   • Port: 2
   • Confirmed: ❌

5. Troubleshooting

Keine Uplinks in ChirpStack

• DevEUI in Code korrekt gesetzt?
• DevAddr Big Endian konvertiert?
• Session Keys richtig formatiert?
• Gateway in Reichweite und online?

ABP Activation Failed

• Device Profile auf ABP konfiguriert?
• Skip FCnt Check aktiviert?
• Korrekte Region (EU868)?

Sensor Fehler

[ERR] MLX90614 reading sensor values failed 5 times

→ Normal wenn kein Bodensensor angeschlossen, System läuft trotzdem