将一台‘傻瓜式’空调变智能（同时不损失我的押金）

# 把一台“智障”空调变智能（还不损失押金） **太长不看：**用步进电机、ESP32 和一颗容忍“凑合”的心，DIY 家庭自动化其实很简单。 --- 我租的公寓空调只能用这种复古的**模拟旋钮**控制，直接装在空调上。没有墙上独立温控器，没有遥控……啥高级功能都没有。 这些旋钮能用……但总得站起来去拧，很快就烦了。 幸好，Prilik 家有句老话：“记住儿子，生活中最难的问题通常靠一个步进电机、一个 ESP32 和梦想就能解决”¹ 果然，花了大概 15 美元买零件，等从中国发货，再花几个小时迭代硬件和固件……我就拼凑出了这堆美丽的玩意： 你看到的是一个**ESP32 控制的步进电机**，通过**联轴器**连到空调的一个旋钮上，再用一个**便宜的 L 型支架**和**活页夹**（外加工业级的**纸板衬垫**）固定在空调背板上。 这整个 MacGyver 式的装置通过 **MQTT** 与我的 **Home Assistant** 实例通信，根据同房间温度传感器的状态开关空调。 瞧，变魔术啦 🪄 ✨ 就这样——我再也不用从沙发上爬起来去调空调了！ > 各位专业的嵌入式或机电工程师：我*强烈*建议你们就读到这里。这篇博文剩余部分是一个*软件*工程师做家庭自动化和自制硬件的记录，实话实说：最终成品*和*实现过程都*巨凑合*。不过……如果你不介意凑合：那就读下去，跟我一起看看我是怎么几乎零预算、零经验拼凑出全定制的家庭自动化硬件的。 ## 🗽 背景介绍⌗ 2025 年 4 月，我搬到了纽约市。短暂找房后，找到了一个挺满意的地方：位置方便，楼比较新，租金也超值。没什么好抱怨的！ ……除了空调的问题。 你看，纽约的开发商不知道为什么*特别*喜欢用这种噪音大、耗电高、挂墙式的 **PTAC 单元**。有些楼会多花点钱把空调接到墙上温控器……但通常他们选最便宜的方式：完全**模拟的、装在空调上的旋钮**。 这就是我说的那种： 是啊——猜猜*我的*楼选了哪种 🙃 ## 🤔 我有什么选择？⌗ 像任何好租客一样，我首先礼貌地问房东能不能“升级”一下控制方式……现代点的。不出所料，回答大概是“哈哈不行，为啥要换？”，公平地说，这本来就是我预料的回应。 好吧，没关系，像任何好工程师一样——*肯定*有办法从这困境中 hack 出来？ 折腾一番后，我成功拆下了空调盖，露出了它的软腹部/内部结构。让我吃惊的是，不仅找到了空调的一些信息，还找到了完整的接线图！ 我不算看图专家，但顺着线路看，整个电路似乎都工作在**电源电压**级别，看不到任何我能接入的低压数字信号。 ## ⏺️ 智能继电器？⌗ 好吧，也许我可以在某个地方串个**智能继电器**？我不是电工，但这应该没那么难，对吧？ 嗯，也许吧？ 但老实说，我觉得这条路行不通。 先不说处理电源电压和暖通设备对一个毫无接线经验的人来说有点“吓人”（而且房东大概也不乐意我动这些东西），更大的问题是所有我想截获的“好”线都塞在空调**深处**。 据我所知，要碰到那些线就只能把整个空调从墙上拽出来……我可不想干这种事。2017 年的[这个帖子](https://www.doityourself.com/forum/air-conditioning-cooling-systems/577337-older-ice-cap-ptac-add-thermostat.html)也印证了我的感觉：这比它值当的麻烦多多了。 那……怎么办？ ## 🔌 智能插座？⌗ 好吧，有个主意：我用**智能插座**直接切断空调电源，行不行？ > 注意：网上很快有人警告我，给运行中的空调断电可能损坏设备，尤其是出问题导致快速开关机。虽然我不专业……但为了科学（也因为我有点固执），我还是继续研究这个选项。 可惜，令我懊恼的是——空调插头是那种特殊的 NEMA 5-20P 插头，基本找不到对应的智能开关！ 靠！ 如果接线不行，用智能插座也不简单……那我就没辙了？ 当然不是！ 显然该戴上我的工程帽，**凑合**出一个方案：不如做个机器人帮我转旋钮？ ## 🎛️ *旋*出正确方法⌗ 看看空调，有两个旋钮： 1. **模式控制：** 一个很紧的离散旋钮，在 6 个模式间咔嗒切换（关、低冷、高冷²、送风、排风、加热） 2. **温度控制：** 一个平滑的模拟旋钮，连着简单的双金属片温控器 幸运的是——两个塑料旋钮都能直接拔下来，露出一个不算太难的轴，可以用机械方式连接： 这样我就有两个选项来开关空调： **选项 1：** 接入**模式控制**旋钮 - 把温度控制旋钮拧到“最冷” - 买个扭矩足够克服旋钮阻力的步进电机——可能得用 12V DC（甚至更高）电源，需要额外电路供电——还需要更结实的固定件来抵消扭矩，确保步进电机位置不动 - 精确校准步进电机，让旋钮在“关”和“冷”之间转正确的角度 **选项 2：** 接入**温度控制**旋钮 - 把模式控制旋钮留在“低冷”³ - 买个便宜、低扭矩、低功率的步进电机，*刚够*转动这个比较松的旋钮——由于扭矩很小，不需要多少固定件来保持位置 - 不精确地把步进电机拧到最左/最右，把目标温度在“非常非常热”和“非常非常冷”之间切换 你应该猜到我选了哪个 🥰 > 选项 2 显然是两者中“更凑合”的，因为它依赖目标温度这个间接属性来开关空调……但嘿，怎么省事怎么来，对吧？ ## 🔨 走向 V0⌗ 我*基本*确定这会行得通，但显然，唯一验证方法就是拼凑一个概念证明（最好花最少的钱）。 长话短说——这是我 V0 的方案： | 零件 | 成本 | 来源 | |------|------|------| | ESP32 开发板 | $6 | [Amazon](https://www.amazon.com/dp/B0DDPJQX3X) | | 联轴器 | $6.69 | [Amazon](https://www.amazon.com/dp/B0D4YBM6HB) | | 步进电机+驱动板 | $2.66（$8/3个） | [Amazon](https://www.amazon.com/dp/B0BG4ZCFLQ) | | L 型支架 | 免费 | 宜家 LAIVA 书架剩下的零件 | | 螺丝 | 免费 | 显示器支架剩下的 | | USB 线+充电器 | 免费 | 旧抽屉里翻出来的 | | **总计：** | **~$16** | | 这是结果： *（面包板和其他硬件在画面外）* 因为不能往空调外壳上拧螺丝（记住：押金！），我只能想办法。我翻了几个宜家 LAIVA 书架剩下的金属 L 型支架，还有显示器 VESA 支架的备用螺丝。 把它们拧到步进电机上，让电机组件物理上变“宽”。电机旋转时，支架会碰到控制腔的后墙，抵抗扭矩，把旋转能量传到联轴器上转动旋钮。真是**无心插柳**的巧妙设计！ > 旁注：我略过了中间几步才达成这个设计： > - 第一次（第二次、第三次……）联轴器买错了，退了几次亚马逊才找到合适的。 > - 买 ESP32 开发板之前，我先用手头一个（非常非常老的）Arduino Leonardo 验证了步进电机+联轴器能工作，通过串口手动控制（用一根很长的 USB 线连到电脑）。 > - 第一次固定尝试用了木签、胶棒和裁过的亚马逊纸箱……失败透顶。 当然，光有硬件没有软件怎么行？ ### 💻 写固件⌗ 固件**超级简单**：连接 Wi-Fi，托管本地网页服务器，监听 HTTP/MQTT 命令来转动电机。 虽然我有点怀念过去花几个周末拼凑一次性固件的好日子……但说实话，我很高兴大语言模型能一口气写出这类项目的代码。我用 Claude 和 Gemini 的组合，它们干得“完全 OK”地拼凑出了能用的东西。 它还生成了一个简单的 Web UI，让我配置 Wi-Fi 密码和动态调整设置： [代码在这里](https://gist.github.com/daniel5151/2d9950a27119e7e481db4446f2abcf13)，但说实话——没什么意思。 ## 🏠 用 Home Assistant 让它有用⌗ 刷好固件、硬件凑合着装好后，我决定试试这玩意：舒服地坐在沙发上，用手机打开 Web UI，按下按钮转动电机。 跟你说——看到空调自己开关，而我还赖在沙发上？ 绝对电影级体验。 不过，从 Web UI 控制虽然酷……要真正有用，还得集成到 Home Assistant。 如果你不熟悉，[Home Assistant](https://www.home-assistant.io/) 是一个开源家庭自动化平台，作为所有智能设备的本地大脑。它非常棒，如果你做任何稍微复杂的智能家居，**绝对**应该装上它。 ### 第一步：把步进电机暴露为 MQTT Cover⌗ 我没有写自定义 API 集成脚本，而是利用了 Home Assistant 对 **MQTT Discovery** 的优秀支持。 > 如果你不熟悉 MQTT，可以把它想象为一个超轻量的发布/订阅消息协议，专为资源受限的物联网设备设计。设备可以“发布”消息到特定路径（称为主题，比如 `living_room/ac/state`），其他设备（如 Home Assistant）可以“订阅”这些主题来监听更新或发送命令。 如果你配置一个设备向标准发现主题（例如 `homeassistant/cover/ac_stepper_cover/config`）发布特定的配置 JSON 负载，Home Assistant 将**自动**发现该设备并配置所有实体、传感器和控制器——完全不需要你写一行 YAML 配置！ 对于这种旋钮控制器，我决定将其暴露为 [MQTT Cover](https://www.home-assistant.io/integrations/cover.mqtt/) 集成。虽然“cover”通常用于窗帘、电动卷帘或车库门……但其模式支持打开、关闭、停止，正好映射我们的旋转旋钮。 ESP32 启动时，自动连接 MQTT 代理并发送这个发现 JSON 负载： ```json { "name": "AC Stepper Cover", "unique_id": "ac_stepper_esp32_01", "object_id": "ac_stepper_cover", "command_topic": "homeassistant/cover/ac_stepper_cover/set", "state_topic": "homeassistant/cover/ac_stepper_cover/state", "position_topic": "homeassistant/cover/ac_stepper_cover/position", "set_position_topic": "homeassistant/cover/ac_stepper_cover/position/set", "payload_open": "OPEN", "payload_close": "CLOSE", "payload_stop": "STOP", "device_class": "damper", "device": { "identifiers": "ac_stepper_esp32", "name": "AC Control Stepper" } } ``` Home Assistant 注册了 cover 后，监听 UI 上的用户交互，并向 `command_topic` 发布相应命令。ESP32 上的 MQTT 回调解析消息并驱动步进电机： ```cpp void mqttCallback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) { String message = extractMessageFromPayload(payload, length); if (String(topic) == COMMAND_TOPIC) { handleCoverCommand(message); } } void handleCoverCommand(const String& command) { if (command == "OPEN") { motorState.isOpening = true; moveMotor(STEPS_PER_REVOLUTION, motorState.currentSpeed); } else if (command == "CLOSE") { motorState.isOpening = false; moveMotor(-STEPS_PER_REVOLUTION, motorState.currentSpeed); } else if (command == "STOP") { stopMotor(); } } ``` 发送 `OPEN` 负载使步进电机向前旋转一整圈，把旋钮转到“最冷”，而 `CLOSE` 向后旋转步进电机关闭空调。 就这样——Home Assistant 就能控制电机了！ ### 第二步：添加温控器⌗ 旋钮可通过 Home Assistant 控制后，最后一步是告诉它**何时**开关。 幸运的是，Home Assistant 有一个内置集成叫 [Generic Thermostat](https://www.home-assistant.io/integrations/generic_thermostat/)。它超级简单——指向一个要切换的 switch/cover，加上一个要监测的温度传感器，它就会帮你处理所有滞后逻辑！ 温度传感器我用的是 [AirGradient ONE](https://www.airgradient.com/indoor/)，一个高质量的智能空气质量监测器，刚好也放在空调那个房间。 把两者连起来只需在我的 `configuration.yaml` 里加上这个： ```yaml climate: - platform: generic_thermostat name: Living Ro ``` （注意：原文在这里截断，但翻译应保持原文内容。下面可能是继续的 YAML 配置，但原文未提供完整。我们按现有内容翻译。） 米