Регулятор теплого водяного пола на ардуино: «Почти умный» тёплый пол на Arduino / Хабр

«Почти умный» тёплый пол на Arduino / Хабр

Мой обычный вечер — это посиделки за компьютером. Холодными вечерами частенько появлялось желание сделать моё место отдыха комфортнее. Точнее, периодически было просто холодно ногам. Идеи были различные, вплоть до покупки USB тапочек с подогревом. Однако, все они казались мне нелепыми и отметались. И вот однажды, просматривая YouTube канал одного из любителей Arduino, я наткнулся на видео, где рассказывалось про инфракрасную плёнку. Увидев эту плёнку, я сразу понял: «Вот то, что мне надо!»

Данный проект можно кратко описать так: я положил кусок инфракрасной плёнки под дополнительный слой паркета, добавив к нему систему автоматического управления с помощью Arduino, нескольких датчиков и VB.NET. Теперь по порядку, что и как получилось.

Disclaimer

Я занимаюсь проектами подобного рода уже несколько лет, делаю для себя. Делаю, чтобы делать: сам процесс для меня гораздо интереснее, чем конечное решение. Именно поэтому описание процесса и экспериментов приведены ниже со столь детальными подробностями. Использование элементов иногда не совсем оправдано с финансовой точки зрения — это я понимаю. Периодически я что-то меняю (в подходе, в элементах), но точно не собираюсь переходить на готовые решения, так как это будет просто неинтересно.

Почему «почти умный»? Я бы не назвал измерение температуры и управление реле с таймером «умным». Как задел на будущее — есть идея усовершенствовать алгоритм управления, добавив функции обучения. Вот тогда этот проект можно будет назвать как-то иначе.

Зачем эта публикация:

• интересно получить конструктивную критику/идеи
• познакомить сообщество с инфракрасной плёнкой

Итак, поехали!

Покупка

Решив, что перед действиями следует подготовиться, я отправился в поисковики с целью найти больше информации и отзывов. Комментарии рознились. Кто-то называл плёнку идеальным отопительным элементом и говорил, что успешно обогревает целые дома, кто-то жаловался на полную бесполезность и уверял, что это всё «развод». Я решил экспериментировать, так как люблю новые штуки.

Комплекты поставки встречаются разные:

• Ширина плёнки (50, 80, 100см)
• Длина (от 2-ух метров) (где-то была информация, что при ширине 50см максимально допустимо использовать до 6 метров плёнки в одном отрезке на одно подключение (источника данных нет))
• Наличие в комплекте термостата
• Наличие в комплекте поставки креплений (типа крокодил) для подключения питания к плёнке (судя по комментариям — важный момент, поскольку некоторые типы китайских креплений со временем ослабевают и контакт ухудшается вплоть до полного исчезновения)

Комментарий продавцов плёнки в моём городе: гарантия на плёнку может составлять до 10 лет, однако гарантия на термостат и, особенно, на датчик температуры не превышает 2 года. Датчик температуры слабое место и устанавливать его рекомендуется таким образом, чтобы обеспечить возможность замены в ходе эксплуатации. Обычно в пол монтируется трубка небольшого диаметра, а датчик просто вставляется в трубку позже при установке.

Для эксперимента мне требовался лишь небольшой кусок «волшебной» плёнки, поэтому главным критерием для покупки была цена и минимальность комплектации (без термостата и креплений).

Проверив цены, я остановился на одном предложении на AliExpress. Продавец предлагал 2 метра плёнки шириной 50 сантиметров за 8€, без термостата и креплений, однако за доставку просил ещё столько же. Это получался самый приемлемый вариант. Я сделал заказ и стал ждать посылки. Примерно через 3 недели кусок плёнки уже лежал у меня дома.

Первый тест

После того как плёнка оказалась у меня, я поставил себе первую задачу: проверить работает ли это вообще. Для сборки первого прототипа я использовал три доски ламината, оставшиеся после недавнего ремонта.

Процесс сборки элементарен:

1. Отрезал плёнку нужной длины (мне хватило примерно 100см. теоретически можно резать почти в любом месте)
2. Подключил клеммы (Здесь интересный момент, что плёнка ламинирована полностью с обоих сторон. Даже если контактная полоса выглядит как большой медный контакт с одной стороны плёнки (смотри фото после получения посылки) – прямого доступа к контакту всё равно нет. Если использовать свои клеммы, то сначала нужно проковырять ламинированный слой)
   

3. Приклеил плёнку скотчем к ламинату
4. Поверх плёнки закрепил слой фольгированного теплоотражателя
   
5. Подсоединил два провода к обычной вилке для розеток на 220-250В

Включил, замерил потребление. Мощность, потребляемая моим куском плёнки, составила 105 Ватт. Если кто-то решит использовать подобную плёнку, может рассчитывать потребление как 200-210 Ватт на квадратный метр. Никаких «пусковых токов» я не наблюдал, потребление стабильно, пока есть питание и со временем не уменьшается. Конечно, не забываем, что использование термостата введёт свой коэффициент в конечные расчёты потребления.

Я встал на пол и стал ждать эффекта. Во время теста периодически переходил на обычный пол, чтобы не упустить изменения, если температура будет подниматься плавно. По прошествии нескольких минут я ощутил приятную теплоту, идущую от пола. Минут через 15 пол уже жарил так, что находиться на нём было некомфортно. Эксперимент можно было считать удачным, так как было ясно видно, что плёнка может дать необходимый уровень теплоотдачи, чтобы обеспечить мои потребности.

Реализация «умной» части

За время ожидания посылки у меня в голове сложилась довольно чёткая картина того, как будет работать мой тёплый пол. Так как это уже не первый мой проект — я решил по максимуму использовать уже существующие наработки. По сути, к управлению температурой пола я решил применить тот же алгоритм и схемы, что и для автоматического управления светом.

Сравним основные правила алгоритмов:
Свет

1. Мы включаем свет, если уровень освещения ниже заданного
2. Мы включаем реле на определённый промежуток времени
3. Мы включаем реле, только если есть информация от датчика движения

Обогрев пола

1. Мы включаем подогрев, если уровень температуры ниже заданного
2. Мы включаем реле на определённый промежуток времени
3. Мы включаем реле, только если есть информация от датчика движения

Своего рода блок-схема всего решения. Прошу не судить схему строго – нарисовал её специально для публикации, чтобы был понятен способ подключения и не заморачивался с подбором правильных иконок.

Реле питания пола

Для управления питанием используется связка из двух плат.

Первая плата добавляет к Arduino Nano:

• Места крепления в мою стойку автоматики (4 креста по бокам)
• Разъём RJ-45 для портов входа/выхода (разговора про сеть нет — просто я использую эти разъёмы для коммутации)
• Вход для 12В (если используется в подключаемой плате)
• Два сопротивления на 10 кОм для подключения аналоговых датчиков

Вторая плата:

• Места крепления в мою стойку автоматики (4 креста по бокам)
• Содержит JK-триггер для запоминания последней команды
• Мост питания L298D, чтобы передавать повышенный ток на катушку реле
• Реле 5В или 12В в зависимости от версии
• Несколько светодиодов для отображения состояния

Заранее отвечу на вопросы, которые могли возникнуть после ознакомления с платами.

• Почему две платы? Реализация скопирована из уже существующего управления светом, где мне так удобнее. Если бы делал с нуля – скорее всего плата была бы одна.
• Зачем триггер? Действительно, для данного решения мне кажется он излишен. Просто в одной из предыдущих версий системы управляющий контроллер не был подключен к мосту L298D постоянно, а подключался мультиплексором. Поэтому существовала необходимость помнить установленное состояние.
• Почему L298D, если можно использовать оптическую развязку? Опять же наследие и пачка давно купленных по 3€ L298D.

Датчики температуры и движения

Делать отдельную плату для датчиков движения и температуры я не стал. Датчик движения поставлялся с удобными контактами и крепить его на дополнительную плату было бы нелогично. Подключение датчика температуры задача тоже не сложная — требуется только одно дополнительное сопротивление. В итоге, можно сказать «на скрутке», я собрал часть с датчиками.

Датчик температуры засунут внутрь оплётки CAT5 кабеля, так как имел очень тонкие контакты и на ощупь казался очень хрупким.

Корпус

Предполагалось, что все управляющие элементы будут валяться под столом на полу. Из этого следовало, что будет не лишним сделать нечто похожее на корпус, чтобы систему нельзя было легко повредить, случайно задев ногой. Для корпуса была использована коробочка, предназначенная для хранения мелких вещей.

Корпус в сборе

Сбоку прорезаны отверстия для датчиков

Конечный вариант.

Вот так всё выглядит после установки. Примерная зона срабатывания датчика движения обведена. Рисовал по ощущениям – когда срабатывает, а когда нет.

Снимок экрана с окном управляющей программы на компьютере
(Как упоминалось, управляющая логика была скопирована с системы управления светом, поэтому на форме можно заметить надписи «Light» вместо «Temperature»)

Заключение

Как во время тестирования, так и во время работы данного решения в собранном виде обнаружились некоторые проблемы и нюансы. Большинство из них связано с электрическими и физическими характеристиками применённой схемы и их описание выходит за рамки данной публикации. Возможно позднее я опишу нюансы более детально в отдельном посте. Инфракрасная плёнка показала себя как интересный материал, и я вполне могу рекомендовать её для применения. Возможно ли применить её как единственный источник отопления в помещении и какое будет при этом потребление электроэнергии – я не знаю.

В общем, с момента «запуска» проекта прошло уже несколько месяцев. Мой «почти умный» тёплый пол работает отлично и выполняет своё предназначение на 100%, хотя иногда и приходится подстраивать желаемую температуру.

На сегодня всё! Всем спасибо за внимание!

блок управления, автоматика — Стройка Волка

Содержание статьи:

• Структура водяного пола
• Устройство управляющего узла
• Функция циркуляционного насоса
• Управление с сервоприводом
• Блок управления для водяного пола
• Реализация автоматики
• Управление в системе Fibaro
• Управление в системе Danfoss
• Управление через контроллер Arduino
• Монтаж управляющего узла
• Проверка системы на герметичность
• Заключение

Система теплого водяного пола сегодня является одним из самых популярных средств дополнительного обогрева в частных домах. По сравнению с электрическими напольными матами такие коммуникации обходятся дешевле в плане расхода теплоносителя, но зато требуют больших усилий для технического устройства. Организация системы управления водяным теплым полом является ключевым этапом монтажных мероприятий, предусматривая выполнение целого ряда электротехнических и пуско-наладочных операций.

Структура водяного пола

Вам будет интересно:Потолок в частном доме своими руками: инструкция, варианты и фото

Типовую систему пола с водяным обогревом можно условно разделить на две части, одну из которых составит непосредственно отопительный блок, а вторую – контрольно-управляющая инфраструктура. Рабочая часть с теплоносителем содержит следующие элементы:

• Подложка на черновой поверхности, которая образует конструкционную основу для укладки контуров распределения тепла.
• Гидроизоляция с демпферной лентой.
• Теплоизоляция, которая препятствует уходу тепла в тыл.
• Теплопроводящие трубы.
• Финишный слой конструкционного покрытия.

Вам будет интересно:Трехмаршевая лестница: порядок расчета, порядок монтажа, фото

Регуляция работы теплопроводящих контуров обеспечивается посредством узла управления водяным теплым полом, который также состоит из нескольких функциональных частей, заслуживающих отдельного внимания.

Устройство управляющего узла

В комплектации теплового пола с водяным трубопроводом поставляется смесительно-нагревательный узел, который в зависимости от конструкции может подключаться к одному или нескольким отопительным контурам. Его основу формирует нагревательный элемент мощностью от 1000 до 1500 Вт, коллекторная группа и циркуляционный насос. В дополнение к этому узлу можно подключать интеллектуальную систему управления водяным теплым полом.

Совет от специалистов: систему регуляции следует делать как можно более сегментированной с точки зрения уровней подключения запорной арматуры. Это значит, что управление должно обеспечиваться и механическими элементами контроля, и термостатом в комбинированном варианте. Причем запорно-пусковую арматуру желательно размещать по всем контурам в отдельном порядке, что сделает систему более громоздкой, но зато повысит надежность управления в аварийных режимах.

Функция циркуляционного насоса

Вам будет интересно:Арки «Палермо»: особенности конструкции, назначение, установка

Рабочий процесс водяного пола начинается с доставки воды из центрального водопровода и повышения ее температуры в нагревателе. Далее уже готовый теплоноситель необходимо распределить по проложенным контурам. Эту задачу и выполняет циркуляционный насос. В системе управления водяным теплым полом у данного оборудования есть свои вспомогательные задачи, выходящие за рамки регуляции скорости распределения потоков. К примеру, насос может обеспечиваться датчиками расхода воды, фиксировать критические показатели давления и в некоторых конфигурациях выполнять задачи запорной арматуры. Этот набор функций зависит от устройства насоса и способа его размещения. К слову, комплексные системы, в которых один узел управления охватывает несколько отопительных систем (бойлеры, радиаторы, ГВС), имеют в составе несколько циркуляционных насосов для обеспечения достаточной мощности распределения в нескольких зонах доставки теплоносителя.

Управление с сервоприводом

Механическая контрольно-управляющая инфраструктура сегодня реализуется на базе сервопривода, позволяющего регулировать потоки теплоносителя путем закрытия и открытия коллекторных вентилей. Существует два типа данных регуляторов – с нормально закрытым и нормально открытым клапаном. Разница между ними заключается в принципе взаимодействия устройства с электрическим напряжением. В системе закрытого типа клапан открывается только при подаче напряжения, а нормально открытый механизм контроля закрывается, когда подается аналогичный электрический сигнал.

Наибольшее распространение получили системы управления водяным теплым полом сервоприводом с датчиком температуры, которые позволяют в одном механическом узле отслеживать и показатели нагрева. Однако дополнение опцией термометра носит скорее косметический характер, так как в автоматических термостатах такие же датчики реализуются с более широким функционалом. Сама по себе концепция механического регулятора с интегрированными приборами измерения устарела.

Но так ли хорош принцип управления водяным теплым полом с сервоприводом без датчика температуры? Несмотря на отсутствие функции температурного индикатора, приводной механизм вполне может выполнять основную задачу, принимая сигналы о температурных показаниях от термостата. Главное, что должен выполнять сервопривод – это точная механическая регуляция состояния клапанов.

Блок управления для водяного пола

Вам будет интересно:Теплый пол «Национальный комфорт»: виды, преимущества, отзывы

Базовый электронный компонент управления, обеспечивающий эргономичное взаимодействие пользователя с функционалом водяного пола. В основу данного блока заложен принцип регуляции температуры воды, который реализуется за счет нагревательного элемента. В отзывах об управлении водяным теплым полом через температурные регуляторы многие подчеркивают удобство работы с моделями, обеспеченными ЖК-дисплеем и сенсорными кнопками. Обычно электронные термостаты критикуют за низкую точность регуляции даже по сравнению с механическими аналогами, однако современные модификации блока управления позволяют осуществлять настройку вплоть до 1 градуса.

Реализация автоматики

Системы автоматического управления являются своего рода надстройкой на электронных термостатах, расширяющей их базовые возможности. Ключевое отличие автоматической регуляции заключается в возможности автономной эксплуатации системы. В частности, современные регуляторы работают по принципу пропорционально-интегрального управления, что означает независимый учет и принятие решений об установке температурного режима на основе текущих исходных данных по температуре и давлению. Вместе с этим сохраняется и полный инструментарий контролирующих функций со стороны пользователя. Наряду с прямой механической или электронной регуляцией владелец может использовать средства дистанционного управления водяным теплым полом с телефона по каналу Wi-Fi или по сотовой связи. Сам же автоматический термостат может вести статистику показателей по сезонам, делая прогнозы о возможных будущих изменениях в настройках по заданным алгоритмам.

Управление в системе Fibaro

Компания Fibaro предлагает специализированное решение для управления функциями водяного пола в виде комплекта Z-Wave. Система включает в себя контрольную панель, термостатический блок и программный ПИД-регулятор, в котором можно настраивать график работы напольного обогревателя по дням и неделям в определенных режимах. Разумеется, никуда не девалась и функция интеллектуального контроля температурного режима, которая выполняется на основе информации комплектного датчика на проводе. К рабочим особенностям системы управления водяным теплым полом от Fibaro можно отнести расширенные возможности охлаждения и опцию «Антифриз», которая активизирует нагрев автоматически, даже если он был выключен принудительно. Эта возможность реализована из соображений безопасности, так как при определенных (крайне низких) температурах возможна заморозка контуров с теплоносителем.

Управление в системе Danfoss

Производитель отопительного оборудования и комплектующих Danfoss также предлагает специальные комплекты для управления напольным обогревом. В данном семействе особенно удачно реализуются механическая инфраструктура организации водяного отопления с узлом смешения и коллекторной группой. Это решение подойдет для домов, где планируется организовывать комплексный обогрев вместе с радиаторами. Техническую основу для управление водяным теплым полом Danfoss представляет распределительная гребенка, к которой подключается узел смешения. Такая конфигурация выгодна тем, что в процессе эксплуатации пола оптимальная температура работы теплоносителя составляет 35-40 ˚С. В процессе смешивания горячей воды от котла и отработанных охлажденных потоков от радиаторного блока достигается оптимальный режим нагрева, не требующий корректировки. Конкретные параметры пользователь также устанавливает с помощью электронного термостата, в том числе идущего в комплекте с водяным полом.

Управление через контроллер Arduino

Использование контроллеров себя оправдывает в домах, где предусматривается многофункциональное управление целыми группами отопительных систем. Программатор микроконтроллера Arduino является наиболее приемлемым для использования с бытовыми устройствами напольного обогрева. Посредством специальных настроек пользователь составляет алгоритм управления с учетом перечня входных показателей. В современных системах такого типа широко используются и возможности регуляции в удаленном режиме. Так, управление водяным теплым полом Arduino можно организовать через тот же смартфон, скачав соответствующее приложение для Android с графическим интерфейсом. В числе основных задач, которые можно решить посредством такого инструментария, следующие:

• Установка температуры и ее регуляция.
• Мониторинг данных, которые исходят от температурных датчиков.
• Информирование о техническом состоянии системы.
• Включение аварийных режимов с сигнализацией при обнаружении признаков утечки или нехарактерного изменения основных рабочих показателей.

Монтаж управляющего узла

Устройства регуляции желательно размещать как можно ближе к месту эксплуатации обогревательного трубопровода. Крепежные операции с помощью комплектного набора фиксаторов и монтажных панелей несложно выполнить без помощи специалистов, своими руками. Управление водяным теплым полом может осуществляться и от монтажного шкафа, и дистанционно. Поэтому важно заранее продумать наиболее удобные места установки с точки зрения доступа. При этом не рекомендуется монтировать узел с коллекторной группой прямо к несущим конструкциям, так как работа теплого пола способствует распространению вибраций и шума. Желательно крепить систему шурупами к установочной панели через демпферную прокладку, которая будет гасить колебания и звуковые эффекты.

Проверка системы на герметичность

Перед первым пуском напольного обогревателя в работу следует испытать его на герметичность, то есть наличие возможных протечек. Для этого необходимо порядка 5-10 мин удерживать систему под давлением, в 1,5 раза превышающим нормальные рабочие показатели. При этом максимальное значение не должно превышать 3 бара. Если за этот промежуток времени давление не превысит 0,2 бар, это значит, что в соединениях нет течи. В зависимости от опционала конкретной системы управления водяным теплым полом, о критических перепадах давления может сообщать и автоматика через специальные индикаторы. Причем функции оповещения допускают и возможность включения в общие сигнализационные комплексы дома.

Заключение

Практика снабжения отопительных систем «умными» регуляторами и контроллерами существенно повысила комфортность эксплуатации оборудования. Достаточно вспомнить о возможности управления водяным теплым полом с телефона на расстоянии, чтобы оценить степень технологического развития термостатов. Но не только по причине удобства стали популярны автоматические системы управления. Оптимизация рабочих процессов также способствует экономии энергии и повышает уровень безопасности системы. Другое дело, что по-прежнему остается и фактор пользовательского влияния, от которого зависят алгоритмы работы программаторов и контроллеров для водяного пола.

Источник

Мониторинг температуры в контурах теплого пола с помощью Arduino с отображением данных на 3,5-дюймовом TFT-экране – thesolaruniverse

Флорис Ваутерлод
Лейден, Нидерланды мой дом работает с четырьмя петлями труб, встроенных в плиту пола. Рабочие температуры контролируются датчиками Dallas DS18B20, прикрепленными к петлям, где трубы входят и выходят из плиты. Таких датчиков восемь, а два дополнительных датчика контролируют температуру основного подающего и обратного трубопроводов коллектора теплого пола. Все провода датчиков сходятся в распределительной коробке, в которой находится мини-плата с необходимыми разъемами и два дополнительных датчика относительной влажности DHT11. От этой распределительной коробки кабель d-sub идет к Arduino Nano, установленному на плате, которая также содержит 3,5-дюймовый цветной TFT-экран. Эта плата микроконтроллера/дисплея смонтирована на красивом акриловом фотодисплее. В данной статье описывается построение этой системы мониторинга на базе Arduino.

Введение
Когда гостиная моего дома была отремонтирована, я воспользовался возможностью добавить подогрев пола. В помещении теперь есть четыре зоны обогрева, ограниченные петлями из полиэтиленовых трубок, встроенных в плиту пола. Коллектор получает горячую воду от печи ЦО, регулирует температуру циркуляционной воды, поступающей в петли, и прокачивает воду по петлям (рис. 1).

Рис. 1: Коллектор и трубопровод системы подогрева пола. Фотография сделана до заливки цементной плиты пола.

Коллектор предлагает в общей сложности 10 точек, где можно контролировать определенные температуры воды на входе и выходе: коллектор подачи, обратки коллектора, а также температуры входа и возврата для каждого из четырех контуров. Полная картина температуры и ее непрерывный мониторинг позволяют мне играть с выходной мощностью каждой зоны нагрева. Я могу точно настроить подогрев пола, чтобы получить максимум комфорта при минимуме затрат энергии. Второстепенной целью этого проекта было измерение относительной влажности в гостиной. Дополнительным условием было то, что данные должны отображаться в аккуратном порядке и быть сразу видимыми в эстетическом виде.
Для этого проекта мне понадобилось десять датчиков температуры на различных стратегических позициях и датчики относительной влажности. В предыдущем проекте я применил 3,5-дюймовый цветной TFT-дисплей с разрешением 320×480 пикселей (подробно описан в обеих статьях «чердачного проекта», см. раздел «Предыдущие публикации»). Мне нравится такой экран. Его относительно большие размеры позволяют представить все важные данные в одном окне просмотра. На TFT-экране данные могут быть представлены гораздо более привлекательным образом, чем на монохромном ЖК-дисплее.

Выбор датчиков и платформы микроконтроллера
Торговая площадка «Arduino» предлагает множество дешевых датчиков температуры и влажности. Первоначально я выбрал датчик DHT11 для комбинированного сбора данных о температуре и относительной влажности. Однако DHT11 оказался разочаровывающе неточным для определения температуры (погрешность 2 градуса Цельсия). Тем не менее я применил DHT11, пока только для измерения относительной влажности. Чтобы уравновесить его неточность в измерении относительной влажности, в конструкции использовалась пара этих датчиков, и их данные усреднялись. Гораздо более точным (десятые доли Цельсия) датчиком температуры, чем DHT11, является Dallas DS18B20 от Maxim, продуманная конструкция которого позволяет нескольким датчикам работать на одной шине. Последнее является ценной функцией, учитывая тот факт, что Arduino имеет ограниченное количество цифровых выводов, доступных для поддержки функций, в то время как экран TFT уже «потребляет» многие из них. DS18B20 предлагает очень привлекательное соотношение цены и качества, а конструкция с одной шиной гарантирует, что программируемые контакты Arduino не иссякнут.
Поскольку TFT-дисплеи обычно продаются как экраны, Arduino Uno Mega будет типичной платформой для микроконтроллеров. Однако, чтобы бросить себе вызов, я стремился спроектировать мультитемпературный и влажностный дисплей с TFT-экраном, используя Arduino Nano в качестве платы микроконтроллера. Nano имеет небольшой размер и вместе с большим TFT-дисплеем может быть встроен в небольшой узел, смонтированный в скромном, привлекательном корпусе дисплея.

Оборудование
Плата микроконтроллера Arduino Nano;
Экран TFT-дисплея 320×480, совместимый с ILI9341;
10 Датчики температуры одинарной шины Dallas DS18B20, приклеенные скотчем к входным и выходным сегментам контуров труб обогрева пола;
2 датчика относительной влажности DHT11; Резисторы
: подтягивающие резисторы 10 кОм для каждого DHT11, потенциометр 10 кОм для DS18B20;
Печатные платы: основная 150 х 90 мм; миниплата в распределительной коробке 80х90 мм;
Разъемы: 2 штекера d-sub, шасси;
Соединительная коробка;
кабель d-sub, гнездо — гнездо;
Подставка для фотографий акриловая 150х120мм;
Электропитание: 5 В к Nano через блок питания USB.

Рисунок 2. Датчик температуры Dallas DS18B20 и датчик относительной влажности DHT11 с кодировкой их проводов/контактов. НЗ= не подключен.

Адреса датчиков температуры
Каждый чип датчика Dallas DS18B20 содержит уникальный адрес из 8 байтов, который идентифицирует датчик. В тестовой среде ID-адреса датчиков были обнаружены и задокументированы путем последовательного подключения датчиков к Arduino Nano и запуска специального скетча (искатель адресов DS18B20). Каждый зонд был помечен наклейкой с написанным на ней идентификационным адресом.

Расположение датчиков температуры
Я прикрепил датчики температуры скотчем к петлевым трубкам там, где они входят в плиту пола, а затем обернул изоляцию труб из пеноматериала вокруг узлов трубок/датчиков. Кроме того, датчики температуры, прикрепленные скотчем к входу и выходу коллектора, были окружены изоляционной оберткой. Распределительная коробка (ниже) была расположена внутри деревянного шкафа, который закрывает коллектор и трубопровод (виден на рис. 10).

Распределительная коробка
Распределительная коробка представляет собой пластиковую электрическую распределительную коробку, купленную в местном магазине электрооборудования. Он содержит мини-плату с двумя датчиками DHT11, штырьковыми разъемами и установленным на ней штыревым разъемом шасси d-sub. Резисторы отсутствуют, так как необходимые подтягивающие резисторы установлены на основной плате. Проектная схема содержимого распределительной коробки представлена ​​на рис. 3, а фактическая мини-плата показана на рис. 4.

Рис. Датчики относительной влажности DHT11. Кабель d-sub соединяет распределительную коробку с платой, на которой установлены Nano и TFT-дисплей.

Рис. 4. Миниплата внутри распределительной коробки. К нему припаяны два датчика относительной влажности DHT11 и гнездовые разъемы с цветовой кодировкой, которые получают контакты от датчиков температуры Dallas (красный = 5 В, белый = данные, синий = GND). Вид снизу показывает взаимосвязь всех контактов в каждом ряду штыревых разъемов. Обратите внимание, что цвета проводов отличаются от цветов контактов: красный провод = 5 В, синий провод = данные, черный провод = заземление, желтый провод = данные DHT11. Контактный разъем B предназначен для управления и технического обслуживания. Кабель d-sub соединяет оборудование миниплаты с микроконтроллером/дисплеем.

Разъем D-sub и кабель
Соединение между распределительной коробкой (которая из практических соображений расположена рядом с коллектором) и блоком микроконтроллера/дисплея обеспечивается кабелем d-sub длиной 100 см. D-sub дешев и эффективен, а кабель состоит из девяти проводов, пять из которых используются в настоящей конструкции (рис. 3). Распределительная коробка и блок микроконтроллера/дисплея оборудованы штыревыми разъемами шасси d-sub.

TFT-дисплей и назначение его контактов
TFT-дисплей представляет собой 3,5-дюймовый цветной экран с разрешением 320×480 пикселей, совместимый с Arduino-Uno. Это означает, что расположение контактов дисплея предназначено для непосредственного подключения к Arduino Uno. Для правильной работы этот TFT-дисплей должен быть подключен к соответствующим контактам Nano (см. рис. 5). Контакты с D10 по D14 необходимы только в том случае, если кто-то заинтересован в использовании слота SD на шилде. В данном проекте я использовал один из этих контактов (D10) для считывания данных с датчика DHT11, в то время как другие контакты оставались неподключенными.

Рис. 5. A, задняя часть 3,5-дюймового TFT-дисплея, B: контактное соединение с микроконтроллером Nano.

Схема подключения платы блока дисплея микроконтроллера
Идея блока дисплея микроконтроллера заключалась в том, чтобы оснастить плату для пайки гнездовыми контактными разъемами, которые получают контакты TFT-дисплея, разъем d-sub, Arduino Nano и потенциометр. Последнее необходимо для точной настройки значения подтягивающего сопротивления, подключенного к проводу данных, идущему от датчиков температуры.

Рисунок 6. Схема подключения платы микроконтроллерного блока индикации.

Фактическая плата и ее компоненты
Одним из соображений было установить разъем d-sub на обратной стороне платы для пайки, но это привело бы к образованию видимой дыры в плате с выходящими из нее проводами. Чтобы видимая часть конструкции оставалась «холодной», разъем шасси d-sub был установлен на передней стороне платы для пайки.

Рис. 7. Микроконтроллер/блок дисплея, вид спереди.

 

Рис. 8. Микроконтроллер/блок дисплея, вид сзади.

Чтобы устранить несоответствие между штырьковыми выводами на задней панели TFT и расположением отверстий в плате для пайки, я сделал прямоугольное отверстие в плате, которое точно соответствует комбинации штырькового разъема на TFT и гнездового разъема. прикреплен к доске. Гнездовой контактный разъем был приклеен на паяльную доску с помощью суперклея, а кусочки прозрачного пластика служили опорными кольцами. Также нижние контакты разъема шасси d-sub не совпадали с рисунком отверстий на плате для пайки. Чтобы решить эту проблему, в плате для пайки было сделано еще одно прямоугольное отверстие, чтобы освободить место для различных проводов, которые будут присоединены к нижним контактам разъема шасси d-sub. Затем разъем с его проводами был прикреплен к плате крошечными болтами.
В каждом углу платы для пайки просверлено отверстие для крепления 15-миллиметровой прокладки, которая, в свою очередь, прикрепляет плату к акриловой подставке для фотографий. На рис. 7 эти распорки можно увидеть установленными на место; На рис. 9 показана работающая сборка с отображением температуры/относительной влажности.

На задней стороне паяльной платы различные контакты и компоненты были соединены проводами с цветовой маркировкой к различным контактам в соответствии со схемой подключения, показанной на рисунке 6. Фактический результат показан на рисунках 7 (спереди) и 8 (сзади). .

Рис. 9. Полностью собранный рабочий микроконтроллер/плата дисплея.

Результат
В текущем эскизе температуры всех десяти датчиков считываются и отображаются один за другим. Как только это будет сделано, значения относительной влажности DHT11 будут считаны, рассчитана и отображена усредненная относительная влажность. После этого цикл запускается снова. Экран TFT показан в увеличенном виде на Рис. 10.

Рис. 10: Коллектор, контуры, распределительная коробка и насос. Врезка: показания TFT-дисплея

Потребляемая мощность
Вся сборка потребляет очень мало энергии. Nano подключается к обычному источнику питания USB с низким энергопотреблением 5 В постоянного тока, подключенному к обычной настенной розетке переменного тока 230 В. Он также может питаться от USB-блока питания.

Последовательный мониторинг
Скетч имеет полную функциональность последовательного мониторинга.

Обсуждение
Настоящая сборка заменяет предыдущую систему измерения температуры/относительной влажности для контуров подогрева пола на основе Nano, подключенного к ЖК-дисплею. Электронный дизайн текущей основной паяльной платы с ее компонентами является копией предыдущего весьма удовлетворительного «чердачного» проекта, в котором я стремился измерять температуры в различных точках внутри и снаружи дома (см. Предыдущие публикации ниже).

В то время как в проекте «чердак» я использовал десять датчиков DS18B20 и четыре датчика DHT11, в текущем мониторинге подогрева пола используются только два датчика DHT11. Это оставляет место для добавления двух дополнительных сенсорных устройств, т.е. барометр или датчик DS8B20, регистрирующий температуру окружающей среды в помещении или наружную температуру. В этом отношении Arduino является бесценным устройством для мониторинга. Кроме того, можно добавить регистрацию данных. Ограничениями являются ограниченное количество программируемых контактов на Nano и размер динамической памяти, в которой хранятся инструкции. Но при творческом подходе и эффективном программировании можно отслеживать и регистрировать огромное количество датчиков.

Предыдущие публикации. 2
Floris Wouterlood — Конструкция настольного дисплея с 3,5-дюймовым 320×480 TFT-экраном для многотемпературного измерения влажности с помощью Arduino Nano

Sketches (в архиве): голландская версия и английская версия): floortemp_tft_10_NL/ Великобритания

Нравится:

Нравится Загрузка. ..

Контроллер теплового насоса на базе Arduino помогает согреть пальцы ног

• автор:
Дэйв Раунтри

Технологии отопления тепловыми насосами начинают появляться все чаще и чаще в последнее время по мере того, как технология становится дешевле, а общественная осведомленность и признание улучшаются. Рекламируемые как более экологичная система отопления жилых помещений, они быстро набирают популярность, по крайней мере, отчасти из-за различных государственных экологических политик и налоговых льгот.

[Гонжо] последние несколько лет был занят работой над своим собственным контроллером теплового насоса с открытым исходным кодом на базе Arduino, и журналы проекта показывают некоторые интересные детали того, что нужно, чтобы начать экспериментировать с тепловыми насосами в целом, если это ваша игра. Или вы можете использовать это, чтобы дать старой системе новую жизнь с помощью пересадки мозга Arduino.

По сути, это очень простые устройства; какой-то хладагент проходит через источник тепла, поглощая часть его, затем он течет в другом месте и сжимается, что повышает его температуру, прежде чем это повышенное тепло теряется там, где требуется повышение температуры.

Источником тепла может быть река, масса труб, зарытых в землю, или просто воздух вокруг вас. Источник и качество источника тепла, а также желаемая рабочая температура системы определяют общую эффективность, а в системах с наземными источниками можно даже сбрасывать избыточное тепло непосредственно в землю и сохранять его, когда это потребуется позже. Это может быть результатом системы охлаждения в жилых помещениях или даже прямого источника от установки с солнечным обогревом.

Этот процесс откачки тепла является обратимым, поэтому можно поменять местами горячий и холодный концы, просто перевернув несколько клапанов, и превратить ваш обогреватель в охладитель. Весь этот процесс восходит к суперталантливому шотландскому профессору Уильяму Каллену, который в 1748 году первым в истории продемонстрировал искусственное охлаждение.