smart_andy

Отопительный сезон подходит к концу, но я продолжаю расширять свою систему.

В перспективе на каждом или большинстве клапанов гребёнок теплого пола и радиаторов будут стоять термоэлектрические сервоприводы. В таких приводах шток, давящий на клапан, приводится в движение расширяемой при нагреве жидкостью. Подавая на привод напряжение, мы нагреваем привод, жидкость расширяется и закрывает или открывает клапан.  Получается два рабочих положения. Однако, с помощью ШИМа можно получать и промежуточные положения. Я остановился на приводах фирмы Herz артикул 1771001. Он рассчитан на напряжение 24в, а присоединительная резьба подходит к моим гребёнкам. Для меня было важно, что в этом приводе с помощью отвертки можно менять состояния при отключенном питании – клапан включен, либо выключен.

Первым испытанием было поддержание температуры теплого пола в санузле. Задача выполнена на отлично.

Итак, на сегодня моя система включает/выключает котел и открывает/закрывает клапан контура теплого пола санузла. Ставить сервы на остальные контура ТП и радиаторы пока не имеет смысла, т.к. в доме пока никто не живет, да и без межкомнатных дверей это неэффективно.

А вот пропорциональный привод на смесителе ТП пришлось отключить. Модуль ЦАП у меня без гальванической развязки, и иногда происходили сбои системы. То ли из-за импульсного БП на 24в, то ли из-за мотора привода.

Вот, набросал схему 1-wire сетки на сегодняшний день. Приблизительные длины веток отмечены возле соответствующих веток. Для упрощения автоматического подсчета длины, размеры витой пары указаны со знаком «минус». Длины веток короче одного метра я не подписывал.

Как видно, вместо рекомендованной «общей шины» у меня получилось разветвленное дерево. Не представляю разводку по дому общей шины. Тем более не представляю масштабируемой общей шины. Впрочем, мой пример – это отнюдь не рекомендация, а обмен опытом. У меня это работает. Тысячные доли процента  ошибок отлавливаются на программном уровне и ни на что не влияют.

Непосредственно к управлению отоплением тема не относится, но всё же. Купил я для комнаты на втором этаже потолочные светильники для галогенок на 50 вт. Вот так они выглядят сверху.

За гипсокартонным потолком у меня пароизоляционная пленка (армированный полиэтилен) и деревянные балки перекрытия. Между гипсокартонном и пленкой около 13 см.  Я решил проверить, насколько прогревается воздух за потолком при включенных светильниках. Взял ds18s20 на  проводке 5 метров, подключил к ближайшей розетке с 1-wire, закрепил прямо над одним из светильников за потолком. В эксперименте участвовали 8 ламп из 9. Дырка от девятого светильника была занята проводами, и я её заткнул полиэтиленом. За 2,5 часа воздух над светильником прогрелся до 51 градуса и продолжал медленно нагреваться. Думаю, при самых неблагоприятных условиях в летний зной температура может достигать 70 градусов, что для полиэтилена и изоляции проводов вполне терпимо. Однако над установкой постоянного датчика за потолком я задумался.

Этот день настал! День перехода от пассивного наблюдения за температурами в доме к управлению отоплением. Но, все по порядку.

Стерилизация дома после работы шпаклевщиков произведена и можно снова немного позаниматься полезно-интересным хобби.

Пришло время научить мою 1w-систему включать и выключать настенный газовый котёл. Обычный ключик замкнуто/разомкнуто с оптической развязкой. Было решено обозвать это макетом, поэтому плата не травилась и всё делалось по принципу «быстро, но надёжно».

Набросал прямоугольников на лист бумаги (схемой это тяжело назвать). Твердотельной релюшки под рукой не было, зато изобиловали оптотранзисторы. К оптрону прикрутил выпрямительный мостик, чтобы не париться с определением полярности при подключении к котлу. Защитной обвязки нет, т.к. модуль подключается к 1w пассивному хабу, на котором уже есть защита питания и линии данных.Некоторые модули моей системы будут жить рядом с котлом в коробочке с ДИН-рейкой. Описываемый ключик тоже там будет жить. Вырезал плату под корпус на ДИН-рейку.

Резцом нарезал дорожек, распаял детальки. Для подключения к сети припаял кусок телефонного провода, для подключения котла – провода с пружинными клеммами (используются для подключения светильников).

Следующая версия ключа будет уже на нормальной плате и с переключателем на три положения : принудительно вкл, принудительно выкл, управление по 1w. Подключил, заработало.
Прога уже достаточно гибкая, и я быстро настраиваю собранный ключик на поддержание 15 плюс-минус 0,2 градуса в спальне. Ну, вот так мне захотелось. Настроил и уехал домой в город.
На сл.день приехал, нажал кнопочку «Статистика», и вот оно, результат налицо, т.е. на экране (синий график - уличная температура):

Конечно, это только прообраз управления отопления, но для меня это - как итог большого этапа.

Ну, и на десерт подключил модуль ЦАП 1-10 вольт и пропорциональный сервопривод Oventr op 101 27 00. Серву запитал от БП на 24в древнего сканера и поставил на клапан, регулирующий степень смешения воды в тёплом полу (проще говоря – температуру ТП). Настроил на зависимость от t возуха на кухне. Больше температура – меньше открыт клапан. Работает, но нельзя это назвать терморегуляцией, т.к. на кухне стоит неуправляемый (пока) радиатор. Кстати, модуль ЦАП тоже впихнул в корпус из разобранного автомата на ДИН-рейку.

Изначально я предполагал разместить модули, «завязанные» с котлом и обвязкой, в монтажной коробке. Впоследствии я решил найти коробку попросторнее. Модули я решил проектировать так, чтобы легко было перейти на ручное управление, соответственно корпус должен быть с легким доступом. В гипсокартонной перегородке устроил нишу рядом с котлом. В нише разместилась розетка, запитываемая от отдельного автомата в щитке, стабилизатор 220 вольт и щиток для 1w модулей.
  


На сегодня в щитке «живут» 1w разветвитель, да клеммники для eBus. К нише подведены витая пара от мастера 1w, витая пара от датчика температуры соседней комнаты и провода от консоли управления котлом по eBus ClimaManager. В сам ClimaManager я также запихнул 1w температурный датчик. Кстати, разница между показаниями ClimaManager и моим ds18s20 - всего 0,2..0,3 градуса. Я думал, будет хуже.

Для облегчения коммутации кучи датчиков температуры, я закрепил монтажную коробку с 1w разветвителем рядом с коллектором теплого пола. Датчики к трубам прикрепил липучкой через ломтики теплоизоляции. Однако, штатный термометр на коллекторе показывает бОльшую температуру, чем мой ds18s20, поэтому надо поэкспериментировать с теплопроводящей пастой.

        

Пока ведутся переговоры по монтажу отопления, продолжаются Полевые испытания-3. Круглосуточно, раз в 10 секунд опрашиваются  восемь термодатчиков, затем усредненные за минуту данные сохраняются в БД. Я могу просматривать на графике статистику по пяти произвольным датчикам плюс одна кривая разницы температур между двумя выбранными датчиками. Кроме забавы, эти графики дают представление о теплоизоляции дома. Уличных датчика у меня два : под свесом кровли и на уровне первого этажа. Разницы в показаниях практически нет, за исключением ситуации, когда ветер выдувает на датчик воздух с чердака.

Раз уж есть возможность измерять и сохранять температуру, я решил проверить калибровку датчика. Набрал в чашку снега, принес в кладовку, где было около +1 и сунул датчик в снег. Через несколько минут показания датчика стабилизировались на отметке «-0,1С» и сохранялись четыре  часа, пока его не вынули из снега (коричневая кривая).

По ходу испытаний вылазят программные ошибки, я их неспешно исправляю. Ошибки непосредственно 1w  составляют 0,05% (пять сотых долей процента) от общего числа команд по сети. Это ошибки контрольной суммы и неудачного обращения к датчикам. Ошибки эти индентифицируются и заносятся в журнал ошибок на память потомкам.

Постепенно приходит видение интерфейса пользователя. Пока что дизайн у программы, мягко говоря, никакой.

Из исполнительных устройств некоторое время висел силовой ключ, который мигал светодиодом, но затем я его снял для модернизации. Время исполнительных устройств уже близко.

В общем, пока что результаты вдохновляют.

После освоения DS2890 я пояндексил на предмет сервопривода для трёхходового клапана с питанием 24 вольт и управлением 0..10 вольт. В Минске я такого счастья не нашел, в Москве такие цацки начинались от 170 долларов. Полез на ebay – удача! Некто из Канады устроил аукцион, где предлагался такой привод, да ещё в комплекте с клапаном. Аукцион я тот выиграл, и этот чудесный комплектик обошелся мне в 112 баксов (из них 60 – доставка). Отправили мне посылку 13.12.2010, а приглашение забрать её на почте я получил 19.01.2011. Как раз я закончил утеплять плиты первого этажа и пора приступать к монтажу отопления.

Итак, в активе: Сервопривод ESBE ARA659 + 3хходовой клапан ESBE VRG132 .

Эту сладкую шведскую парочку я собираюсь поставить на смесительный узел, чтобы регулировать температуру воды для тёплого пола.

Налюбовавшись на блестящие цацки, я быстренько спаял резистивный делитель для имитации моего цифрового потенциометра (подходящего переменного резистора под рукой не оказалось). Работает!

Затем я поделил 24 вольта резистором 120кОм и DS2890 (100кОм). Подключил серво к DS2890. Работает! Однако, внутреннее сопротивление сервы шунтирует DS2890 , что приводит к понижению управляющего напряжения. Поэтому, придется делать по уму: добавлять операционный усилитель, как это сделано у Элин.

Речь пойдет о модуле, не входящем в 1w сеть.  

Водяной ТП имеет ограничение по температуре подаваемого теплоностителя, т.е. воды. Регулировкой этой температуры занимаются обычно смесительные термостатические клапана. По правилам жанра должен еще устанавливаться независимый Аварийный термостат, который выключает насос ТП при превышении температуры воды некоторой критической отметки – то ли 45, то ли 55 градусов – сейчас не важно.
 Конечно, покупать аварийный термостат для меня не кошерно, поэтому я собрал его сам. Замечательная схема и замечательная прошивка (и прекрасно документированный исходник) была найдена тут. Автору низкий поклон. Мне понравилась концепция управления одной кнопкой и идея динамической посегментной индикации. К схеме я добавил ключ на IRML2803, который управляет релюшкой HJR-3FF.

Всё скучно и обыденно. Припаял DS2890 к макетной плате, протестировал с помощью

Сей девайс (кстати, снятый с производства) хочу применить для модуля источника напряжения 0..10 вольт для пропорционального сервопривода трехходового клапана на смесителе теплого пола.

 Как бы то ни было, в доме появились первые материальные ценности (газовый котел) и мы сдали коттедж под охрану милиции. А раз дом под охраной, то можно потихоньку разворачивать мою системку. Управлять пока нечем, но помониторить температуру полезно.

Поставил древний ноут (Compaq Evo 600), поставил Главный хаб и раскидал датчики температур : улица, чердак, два на втором этаже, один в кладовке, в подвале, воздух и пол на первом этаже. Работает как часики. Циферки, красивые графики…

Но случилось так, что поработав на объекте в воскресение, я забыл закрыть на защелку дверь на задний двор. А в понедельник навалилась снежная буря. Порывом дверь распахнуло, сработала сигнализация. Примчались менты, взяли дом под охрану, вызвали меня. Но дверь не закрывали. Ёпрст! Я продрался через бурю только через 2,5часа…Выгреб на кухне снежные заносы, кинулся к компу. Комп работет, программа работает, но датчики не опрашиваются. На графиках видно резкое падение температуры и провал – отсутствие данных. После раскрытия двери 1w сеть проработала минут 5-8 и перестала опрашиваться. На первом этаже, кроме термодатчиков я разместил силовой ключ без нагрузки – простейший индикатор работы системы. Предполагаю, что на плате ключа либо выпал конденсат, либо попал снег и драйвер 1w признал сеть неработоспособной. После перезагрузки программы опрос датчиков возобновился. Конечно, в нормальной обстановке условий для конденсата не ожидается, да и модули я планирую лаком покрыть, но о супервизоре я задумался.

Дырки в логе, полученные в ходе Полевых Испытаний-2, несколько беспокоили меня. Я дописал в проге пару строк для облегчения диагностики, собрал на лоджии конфигурацию из модуля ЖКИ и пяти темп.датчиков и… и тут из USB-адаптера вывалился RJ12 разъем… Оказалось, что Полевые Испытания-2 проводились с полувставленным разъемом !! Всё ясно!

Двое суток тестирования не выявили ни одной «дырочки», ни одного глюка. Электроника – наука о контактах!

12 апреля, День Космонавтики, хотелось отметить чем-то особенно интересным и полезным. К этому дню почти все было готово для Полевых испытаний-2. По большому счету, не хватало разветвителя для кладовки – места, где будет установлен мозг системы. Провести испытания ну очень хотелось, поэтому я собрал невообразимую кашу из переходников, розеток и проводков и поехал на объект (Дом).

Вокруг объекта оказалось здОрово – в небе радуются  жаворонки, на крыше скворцы флиртуют, за забором сосед осваивает бетономешалку...

Запустив мозг (старенький ноут), полез на чердак. Там установил хаб чердака. Из хаба я выдрал пару RJ11 гнезд и повесил на временных соплях гнездо RJ45. Первоначально я планировал всю разводку сделать телефонным проводом, но затем решил прислушаться к рекомендациям спецов и хотя бы самые ответственные линии провести витой парой. Первыми были подключены температурные датчики (ТД) улицы и чердака. Работает… идём дальше. А дальше пошли косяки. Дело в том, что часть разводки сделана белым телефонным кабелем, у которого крайние жилы – бледно-желтая и золотистая. И я часть RJ11 вилок обжал наоборот. Пришлось пережимать вилки и бесконечно бегать по маршруту чердак-кладовка для контроля на компе. Хотя, сейчас я понимаю, что можно было просто отнести комп на чердак и там отлаживать чердачную часть. Итак, чердачный хаб работает, под контролем температуры улицы, чердака и четырех комнат второго этажа.

С первым этажом проблем не было. Коллекторный разветвитель с подключенными к нему модулем ЖКИ, силовым ключом и четырьмя ТД заработал сразу. ТД, кинутый в подвал тоже проблем не вызвал.

У меня не хватило времени на проводку в мастерскую, поэтому для её имитации, я взял древний бу моток витой пары,  метров под 50 и подключил к хабу в кладовке. Оказалось, что эта ветка «гасит» всю остальную сеть. Т.е. если я оставляю эту ветку одну, то она работает. Если я подключаю все вышеописанное вместе, то сеть вообще перестает работать. Меня это совершенно не расстроило, т.к. реальная ветка будет на порядок короче, да и качество кабеля под большим вопросом.

Схема Полевых Испытаний-2. Серым показаны элементы, не участвовавшие в Испытаниях.

Вечер, время сваливать домой. Оставляю сеть работающей в неохраняемом объекте. Стрёмно, но очень хочется прогнать систему на сутки.

13 апреля.

Приехал на объект после обеда. Всё на месте, Слава Богу!  Вроде бы всё работает… нет, не всё! Модуль коллектора 2го этажа перестал мигать светодиодами и резисторы, имитирующие нагрузку холодные. Расследование показало сработку предохранителя – его номинал я выбрал, исходя из планируемой нагрузки, но имитатор нагрузки я поставил с меньшим сопротивлением. Вот предохранитель поработал несколько часов на пределе, да и перегорел.

Следующие глюки вылезли при анализе лога. Моя прога считывала показания всех одиннадцати ТД каждые 10 сек, и каждые 2 минуты сохраняла средние значения каждого ТД в лог (mdb файл). Так вот в логе за сутки я нашел три «дыры» : 14, 42 и 56 минут. Разделяют соседние «дыры» 10-15 минут. Их природу пока объяснить не могу. Кроме того, в четырех временнЫх точках в логе отсутствуют показания некоторых датчиков. Погода стояла ровная, гроз и других помехообильных явлений не было. Разве что роса выпала…Хотя, вполне вероятно, что это глюки моей весьма и весьма сырой проги.

Выводы. Не смотря на «дыры», считаю испытания удачными. Оно работает! На экране ноута оперативная инфа по температурам в каждом помещении, на двух модулях ЖКИ отображается заданная инфа, силовой ключ и ключи коллекторного модуля послушно управляют имитаторами нагрузки. Выходит, что для 1w сети лучевая топология не проблема. По крайней, мере в масштабах моего дома. И это не смотря на обилие врЕменных решений «на проводочках». Слава Богу!

Основной источник тепла в доме – настенный одноконтурный газовый. Котельной у меня не предусмотрено, котел с обвязкой будет висеть на кухне. Рядом с котлом будет расположено несколько 1w модулей для управления котлом и ТП :

-         -  Силовой ключ 230 вольт – вкл/выкл насоса ТП;

-         -  ЦАП 0…10 вольт – управление сервоприводом смесителя для ТП;

-         -  Низковольтный ключ – вкл/выкл котла;

-         -  ЦАП (эмулятор терморезистора) – задание температуры подачи котла;

-         -  Ключи для термоэлектрических клапанов на контурах ТП + кухонный датчик протечки;

-         -  Горсть температурных датчиков;

-         -  Независимый от 1w аварийный термостат, отключающий насос ТП.

Эти модули я решил разместить в распаячной коробке 150х110х70мм (Рувинил, Артикул 67053).
Модули будут располагаться между двумя текстолитовыми пластинами. На эти пластины я наклеил текстолитовые полоски и получил ряд пазов, куда и буду вставлять модули.

 Одна из пластин является одновременно и 1w разветвителем – я приклеил эпоксидной смолой два RJ11 тройника + RJ45 гнездо от компьютерной розетки. Текстолит был фольгированный и я резаком сделал четыре дорожки, на которых и запараллелил провода от розеток. На всякий случай, повесил между данными и землёй, и между данными и питанием по 1-амперному диоду Шоттки. Эту пластину я вставил в паз на дне коробки. Чтобы пластина входила в паз с натягом, сделал наплыв эпоксидной смолой. Другая пластина плотно встала в распор возле стенки коробки.
  
В крышке коробки можно будет сделать прямоугольное прозрачное окошко чтобы видеть индикацию модулей. 
  

Развел плату и сделал пару экземплярчиков модулей ЖКИ.

Нераспаянными остались детальки для ШИМ-регулировки яркостью подсветки, защитный диод на питании 5 вольт и большинство кнопок (надо на радиорынок тащиться). Впрочем, этого достаточно для Полевых испытаний-2.

Я использовал разъемы RJ11 от двойных телефонных розеток – просто приклеил к плате эпоксидной смолой. По идее, мне достаточно было бы одного такого разъема, но на всякий случай поставил два.

На плате есть места для установки двух температурных датчиков. Первый будет между кнопками (пока именно он и установлен), второй – над кнопками. Первую лицевую панель я сделаю с отверстием для второго датчика и посмотрю на статистику измерений температур. Если окажется, что достаточно зазора между панелью и кнопками для доступа комнатного воздуха к первому датчику, то следующие лицевые панели будут без отверстия для второго датчика. Таким образом, на плате модуля должен остаться только один датчик.

Под кнопками расположился разъем для программирования АВРки. Таким образом, менять прошивку можно будет всего лишь сняв лицевую панель.

К моему удивлению, ошибок на плате не оказалось и модули заработали сразу. Хвала Богу!

И всё-таки это пока полуфабрикаты. До готового продукта не хватает конструктива и прошивки для ATiny13. Над конструктивом - инсталляционной рамкой и лицевой панелью я работаю, а вот прога для АВРки немножко подождет.  

Перехожу к модулям коллектора первого этажа. Предполагаемый состав и конструктив коробки с модулями коллектора первого этажа я опишу позже. А пока речь пойдет о модуле «Ключ 230V».

НАЗНАЧЕНИЕ

1.       Включение/выключение насоса теплого пола 230v 100w

2.       Контроль наличия напряжения на нагрузке.

СХЕМОТЕХНИКА

Схема на DS2413 практически полностью слизана отсюда. Я лишь добавил светодиод наличия напряжения на нагрузке да заменил оптрон АОТ166А на TLP621. Надо сказать, что TLP621 - это единственный оптрон о четырех ногах, который мне удалось найти на радиорынке.

ПЛАТА

На такой простецкой плате допустил 3 ошибки!! Я краснею. Исправил МГТФ-ом. Симистор я специально установил «железкой» кверху, чтобы он меньше грел плату.

ЗАПУСК

Модуль запустился сразу (Слава Богу!). Нагрузкой служила лампочка на 100 Вт. Симистор ощутимо грелся и меня это смутило. В дальнейшем плата будет обтянута термоусадкой и установлена в коробочку с другими модулями и мне очень не хочется, чтобы в этой коробочке была Африка. Из моего пальца термометр никакой, поэтому я замотал модуль изолентой (имитация термоусадки), предварительно приложив термодатчик к симистору. Второй термодатчик я поместил в коробку. Третий датчик измерял температуру воздуха в помещении.

Вот графики температур датчиков.

За время испытания подопытная конфигурация вошла в стабильный температурный режим. Не могу сказать, что результаты сильно радуют. Температура не более 60 С на симисторе и 30 С в коробочке это, конечно, весьма терпимо, но в дальнейшем хотелось бы поменять симистор на полевики или готовое твердотельное реле. Кстати, мне не удалось нагуглить практической схемы ключа для переменного тока на полевых транзисторах с оптронной развязкой.
График построен на основе записей моей проги. На графике отчетливо видны "зубцы", которые меня сильно озадачили. Их значения  для каждого датчика одинаково - 1,1 градус.
Я запустил тест с OneWireViewer. Никаких зубцов нет...



Получается, моя прога неправильно вычисляет температуру !? И это при том, что использованы Далласовские драйвера TMEX, а процедура считывания и вычисления температуры скопированы из SDK. Шарада...

ПЛАТА

Это первая плата, разведенная мною на компьютере. Примечательно, что рисунок этой платы был распечатан за один раз со второй платой - модуля силового ключа (это второй модуль, о нем напишу позднее). Так вот, тонер на рисунке 2й платы лег прекрасно, а на рисунке 1й платы получился «с просветами». Это привело к тому, что некоторые дорожки получились покрыты подтравленной «рябью». Переделывать мне было в лом, поэтому я загладил эти проблемы слоем сплава Розе :)  Кроме того, проявились ляпы проектирования платы : дорожка земли была прервана отверстием и один вывод оптрона был заведен не на ту цепь. Исправил проводами МГТФ (мои любимые). В итоге получилось это:

Как я развожу платы? Увы, в Протеусе (Proteus) моего терпения (ума?) хватило только на корявое освоение рисования схем. Sprint-Layout 5.0 мне дался гораздо легче. В нем и стал разводить. Вручную. Лужу сплавом Розе. Сверлю шуруповертом.