Использование термостата в проектах на Arduino

Терморегулятор или термостат — это устройство, которое измеряет температуру, работает в системе регулирования внутридомовых сетей отопления для поддержания заданной температуры внутреннего воздуха.

С помощью Arduino, термостат можно превратить в «умное» устройство, которое будет контролироваться и управляться пользователем на расстоянии через Вай-Фай и смартфон.

Несколько слов о термостатах

Для того чтобы правильно выбрать термостат для совместной работы с Arduino, необходимо понимать принцип их работы и знать классификацию, поскольку не все они могут работать в паре.

Существует несколько типов термостатов, которые используются в бытовой системе отопления:

1. Высокого напряжения — самый простой вариант, как правило, работает непосредственно на нагревательном приборе радиаторе или конвекторе, запитан от сети 220 В. Принцип управления температурой прост: при высокой температуре воздуха в помещении, проход теплоносителя через радиатор уменьшается, вплоть до полной остановки, а при низкой — наоборот.
2. Низкого напряжения, на сегодняшний день это самый распространенный вариант для домашних систем отопления. Его главное отличие от первого типа, он запитан от низкого напряжения, как правило, 24 В, а объектом управления является источник нагрева: газовый, твердотопливный или электрокотел. Они сами не контролируют и не управляют подачей теплоносителя, а сообщают источнику отопления, что делать, в зависимости от температуры окружающей среды: закрыть или открыть подачу газа в котел, включить или отключить подачу напряжения на ТЭН в отопительном контуре электрокотла. В твердотопливном котле процесс регулирования осуществляется путем подачи определенного объема дутьевого воздуха в топку, например, при закрытии заслонки, воздух поступать в котел не будет и горение твердого топлива прекратится.
3. Умные термостаты еще более функциональные. Они, как правило, имеет погодозависимое управление тепловым процессом. Тепловой режим котла поддерживается по температуре наружного воздуха. Такие термостаты хорошо интегрируются в систему «Умный дом».

Как создать собственный «умный» термостат Arduino

Термостат на Arduino основан на фреймворке MySensors. Это сообщество разработчиков аппаратного ПО с открытым исходным кодом, которое специализируется конкретно на создании бытовой автоматики. MySensors хорошо известный в мире DIY (Do It Yourself или Сделай это сам) компонентов, такие как Arduino, Raspberry Pi, ESP8266 и NRF24L01, для создания датчиков и приводов бытовой автоматизации DIY.

Проект помогает домашним мастерам создавать свои «умные устройства», при этом не затрачивая много часов времени и усилий на самостоятельную разработку новых систем управления и ПО. Он использует MQTT, поэтому пользователь может интегрировать вновь созданный датчик с любым контроллером домашней автоматики.

Что нужно приобрести для создания «умного» термостат Arduino

Сердце «умного» термостата — Ардуино Нано, модернизированная Emakefun Nano. Это не очень большое, завершенное устройство, удобное для создания программируемого макета с высококачественной платой, работающей на микроконтроллере Atmega328P-AU. Ардуино Нано использует технологию Immersion Gold, поддержку загрузки ISP, USB и питания через USB. Пайка не требуется.

При разработке Ардуино Нано использовались высококачественные оригинальные материалы для печатных плат, что гарантирует надежность работы.

Также потребуется модуль приемопередатчика NRF24L01 Arduino NRF24L01 + 2.4 Гц. Он использует полосу 2.4 ГГц и может работать со скоростью от 250 кбит/с до 2 Мбит/с. При использовании на открытом пространстве и с более низкой скоростью передачи, его диапазон может достигать 100 м. Модуль может использовать 125 различных каналов, что дает возможность иметь сеть из 125 независимо работающих модемов в одном месте. Каждый канал может иметь до 6 адресов.

Энергопотребление этого модуля во время передачи составляет всего около 12 мА, что даже ниже, чем у светодиода. Рабочее напряжение модуля составляет от 1.9 до 3.6 В, его контакты допускают логику 5 В, поэтому он легко подключается к Arduino без использования каких-либо преобразователей логического уровня.

Для сборки схемы потребуются соединительные кабели Aukru для Arduino Raspberry Pi с длинной 20 см и расстоянием между выводами: 2.54 мм. Кабели-перемычки Raspberry Pi можно разделить, чтобы сформировать сборку, содержащую необходимое количество проводов для подключения, а также для поддержки нестандартных заголовков с нечетным интервалом.

Датчик температуры и влажности SODIAL (R) DHT22 AM2302 — это цифровой модуль для Arduino Raspberry DIY имеет отверстия для крепежного винта, поэтому его удобно устанавливать и фиксировать в любом комплекте. Цифровой выходной сигнал с одной шиной, и двунаправленными последовательными данными. Рабочее напряжение 5.5 В постоянного тока, рабочий диапазон температур от -40 до 80 °С, точность измерения +/- 0.5 °С. Диапазон влажности от 0 до 100%, точность измерения влажности: +/- 2%.

Релейная плата JBtek — 4-канальный релейный модуль постоянного тока 5 В для Arduino Raspberry Pi DSP AVR PIC ARM. Оснащен сильноточным реле, AC250V 10A; DC30V 10A. Плата 4-канального релейного интерфейса 5 В, каждому из которых требуется ток драйвера 50–60 мА. Умеет управлять различными приборами и другим оборудованием с большим током, поддерживает промышленную область, управление PLC, управление «умным домом». Имеет светодиоды индикации состояния релейного выхода.

Подключение термостата 24 В

Схема подключения термостата обозначается в паспорте на конкретное устройство заводом изготовителем.

Для примера можно показать порядок подключения термостата на Ардуино, на выше обозначенной схеме:

• Красный цвет, терминал Р, клемма питания переменного тока 24 В. Нередко можно найти 2 красных кабеля RH и RC. В этом случае, оба питаются напряжением 24 В переменного тока, и можно использовать их для отдельного включения тепла и охлаждения.
• Черный цвет, терминал С, это общее заземление.
• Белый цвет, терминал В, эта клемма для подачи сигнала на включение теплоносителя.
• Желтый цвет, терминал Y, эта клемма, которая включает циркуляционный насос.
• Оранжевый цвет, терминал О, здесь клеммы O и B взаимодействуют с обратным клапаном. Обратный клапан контролирует поток холодной воды в обратном трубопроводе, через подмешивание его с горячим подающем теплоносителем. Таким образом, регулируется температура теплоносителя на нагревательных приборах.
• Синий, терминал B, аналогичен клемме O, но для подачи тепла. Очень часто можно увидеть, что эти два терминала объединены в один с надписью O/B.
• Зеленый терминал G, эта клемма управляет вентилятором источника нагрева.

Программный код термостата Arduino

Аналогично, как и в схеме подключения, код каждого термостата Arduino будет немного отличаться. Его нужно адаптировать к потребностям тепловой сети.

Для примера, можно показать программный код для схемы Ардуино Нано на микроконтроллере Atmega328P-AU. Скачать его можно по ссылке ниже:

https://cloud.mail.ru/public/hs1C/CtfPcvEJo

Эту схему можно модернизировать, например, добавить такие функции:

1. Датчик движения для включения и выключения источника нагрева, в зависимости от присутствия жителей.
2. Режим «АВТО», автоматическое ведение тепловым процессом.
3. Внешние датчики для измерения температуры в помещении в разных местах.
4. LED-экран для контроля температуры.

Скачать можно по ссылке ниже:

https://cloud.mail.ru/public/Ws2t/4g1zJWgyG

Таким образом, функциональные возможности терморегулятора с Arduino огромны. Они могут учесть, практически все, внутридомовые системы отопления. Современная промышленность наладила выпуск комплектующих изделий для такой схемы управления, а используя возможности Arduino и фреймворка MySensors, домашняя «умная» автоматики может быть реализована в каждом доме своими руками.

Видео по теме