HVAC per la cantina: 6 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 09:59

Questo è un dispositivo per monitorare la temperatura e l'umidità in una cella frigorifera a due stanze. Controlla anche due ventilatori in ogni stanza che fanno circolare l'aria dall'esterno in ogni stanza e comunica con un interruttore intelligente in ogni stanza collegato a un nebulizzatore ad ultrasuoni. L'obiettivo è controllare la temperatura e l'umidità nella stanza, idealmente per mantenere la temperatura sotto i 5C e l'umidità intorno al 90%

Il dispositivo utilizza un microcontrollore ESP8266 per leggere i sensori di temperatura e umidità, per azionare le ventole e per presentare le informazioni sulla rete locale in una pagina web.

Questo istruibile non entrerà nei dettagli esatti perché:

1. Ho dimenticato di fare le foto mentre l'ho costruito, e ora è installato a casa del cliente!
2. La tua situazione sarà diversa. Questo è inteso come un progetto di riferimento, da non duplicare esattamente.

Forniture:

Le parti che ho usato sono:

• Microcontrollore NodeMCU 1.0 ESP8266. Qualsiasi ESP8266 funzionerà, purché disponga di un numero sufficiente di pin di ingresso e uscita digitali gratuiti per il tuo progetto. Non è banale capire quanti pin SONO liberi, alcuni sono esposti, ma utilizzati durante l'avvio o la trasmissione seriale.
• scheda di prototipazione
• fili, connettori
• presa di intestazione femmina per contenere ESP8266 e creare connettori per sensori
• Sensori di temperatura e umidità DHT22
• Sensore di temperatura DS18B20 per uso esterno
• cablaggio CAT5 decostruito per il cablaggio del sensore
• Resistori da 690 ohm per limitare la corrente di gate FET
• Resistenze da 10K per il pullup della linea dati DHT22
• Resistenza da 2,2 K per richiamare la linea dati DS18B20
• Driver di alimentazione IRLU024NPBF HEXFET
• Ventole San Ace 80 48VDC
• Alimentatore MeanWell 48VDC 75 watt per alimentare le ventole
• caricatore del telefono 5v cannibalizzato per alimentare ESP8266 e sensori
• vari diodi attraverso la ventola per prevenire il ritorno di EMF (forse P6KE6 TVS?)

Se desideri ulteriori collegamenti a uno di questi, commenta e li aggiungerò.

Fase 1: Costruzione - Microcontrollore e cablaggio del sensore

Il circuito è costruito su scheda di prototipazione, seguendo tecniche simili a queste.

1. Disporre i componenti sulla scheda di prototipazione per consentire un facile cablaggio nel passaggio successivo. Non ho lasciato abbastanza spazio intorno ai driver MOSFET e il cablaggio è diventato un po' stretto.
2. Saldare le intestazioni femminili in posizione, collegandole al NodeMCU come una maschera per fissare alcuni pin. Quindi rimuovere il NodeMCU e completare tutti i pin. Ho usato solo le prese sui pin che vengono utilizzate per l'alimentazione e l'input/output. Ciò ha contribuito a garantire che il dispositivo fosse collegato ogni volta con il giusto orientamento.
3. Saldare un connettore maschio all'alimentatore 5VDC.
4. Saldare un connettore femmina corrispondente alla scheda vicino al Vin ESP8266 e ai pin di terra, quindi saldare il filo di collegamento sottile tra il connettore 5VDC e la massa ai pin dello zoccolo corrispondenti. Considerare di posizionare questo connettore in modo che sia d'intralcio alla porta USB del NodeMCU. NON si desidera alimentare il NodeMCU da questo alimentatore e USB contemporaneamente. Se metti il connettore in una posizione scomoda, sarà più difficile per te farlo accidentalmente.
5. Saldare le intestazioni maschio a 3 pin vicino ai pin ESP8266 D1, D2 e D3. Lascia molto spazio per le resistenze di pullup e tutti i cavi di collegamento.
6. Costruire connettori corrispondenti dalle intestazioni femminili per i collegamenti del sensore. Ho usato lunghezze di 4 pin, con un pin rimosso per rendere i sensori codificati in modo che potessero essere collegati in modo errato. Ho messo l'alimentazione a 3,3 V e la massa sui pin 1 e 4 di ciascun connettore e i dati sul pin 2. Sarebbe meglio mettere 3,3 V e massa uno accanto all'altro e i dati sul pin 4, quindi se un sensore fosse collegato al contrario, nessun danno sarebbe fatto.
7. Saldare i resistori di pullup tra 3,3 V e le linee dati per ciascun sensore. Il DHT22 utilizza un pullup da 10K e il DS18B20 (a 3,3V) ama un pullup da 2,2K.
8. Saldare il filo di collegamento tra i pin di terra di ciascun connettore e un pin di terra della presa NodeMCU.
9. Saldare il cavo di collegamento tra i pin da 3,3 V di ciascun connettore e i pin da 3,3 del NodeMCU.
10. Saldare il cavo di collegamento dal pin dati di un connettore DHT22 al pin D1 della presa NodeMCU
11. Saldare il filo di collegamento dal pin dati dell'altro connettore DHT22 al pin D2 della presa
12. Saldare il filo di collegamento dal pin dati del connettore DS18B20 al pin D3.
13. Misurare dalle posizioni di installazione del sensore pianificate a dove sarà il dispositivo.
14. Realizzare cablaggi di lunghezza adeguata. Lo faccio smontando una lunghezza di cavo ethernet CAT 5, inserendo 3 dei fili nel mandrino di un trapano e attorcigliandoli insieme. Ciò conferisce al nuovo cavo del sensore una certa resistenza meccanica contro l'attorcigliamento e la rottura del filo.
15. Saldare il sensore su un'estremità del filo e un'intestazione femmina sull'altra. Fare attenzione con l'assegnazione dei pin. Metti anche un fermacavo su ciascuna estremità, ad esempio silicone per calafataggio, resina epossidica o colla a caldo. Il silicone è probabilmente il migliore: la colla a caldo può effettivamente assorbire l'umidità e la resina epossidica potrebbe entrare nel connettore.

Fase 2: Costruzione - Driver della ventola

Questo design utilizza ventole da 48 volt per due motivi:

• erano disponibili e sembravano di qualità superiore / più efficienti rispetto alle più comuni ventole da 12 V nel nostro mucchio di spazzatura
• usano meno corrente rispetto alle ventole a bassa tensione, quindi i fili possono essere più sottili

Le ventole a bassa tensione potrebbero essere una scelta migliore nel tuo progetto.

Questa sezione entra nei dettagli sulla costruzione del circuito di pilotaggio utilizzando un'uscita digitale a 3 volt dal NodeMCU per alimentare una ventola da 48 volt. Oltre al software, questa sezione è la parte più unica del dispositivo. All'inizio potresti trarre vantaggio dalla costruzione del circuito su una breadboard.

1. Passando all'altro lato della presa NodeMCU, determinare una posizione per il connettore di alimentazione da 48 V in ingresso. Dovrebbe essere adiacente al punto in cui verrà montato l'alimentatore e una guida di terra sulla scheda di prototipazione. Non saldare ancora in posizione.
2. Esamina lo schema sopra per capire come collegherai tutti questi componenti.
3. Posizionare le quattro resistenze da 690 ohm vicino ai pin D5, D6, D7 e D8. Non saldarli ancora.
4. Posiziona i quattro transistor nella scheda di prototipazione.
5. Posizionare i quattro diodi di bloccaggio nella scheda di prototipazione. Per ogni diodo allineare l'anodo con il drain del transistor e il catodo in modo che un filo da esso abbia un percorso libero verso la linea di alimentazione da 48 V.
6. Quattro connettori per le ventole, il connettore positivo (+) al binario 48V e il negativo (-) alla sorgente del FET e all'anodo del diodo
7. Ora regola tutte quelle posizioni fino a quando tutto è ben posizionato e c'è spazio per far passare tutti i cavi di collegamento.
8. Saldare in posizione il primo dei quattro circuiti driver. Va bene se gli altri cadono mentre giri la scacchiera. I prossimi passi sono focalizzati su uno dei circuiti di guida. Una volta che è funzionante, puoi passare agli altri.

9. Utilizzando il cavo di collegamento o i cavi dei componenti, saldare un circuito del driver della ventola:

   1. un'estremità del resistore di limitazione della corrente di gate ai pin D5 del Node MCU
   2. l'altra estremità del resistore al gate del FET
   3. lo scarico del FET a terra
   4. la sorgente del FET all'anodo del diodo e il negativo del connettore della ventola

10. Usando un multimetro controlla i collegamenti. Verificare che tutte le connessioni abbiano resistenza nulla, ma soprattutto verificare che non ci siano cortocircuiti:

    1. NON resistenza zero tra i 3 pin del FET
    2. NON resistenza zero attraverso il connettore della ventola da negativo a positivo e resistenza zero da positivo a negativo che mostra che il diodo sta funzionando.
    3. Circuito aperto da ciascun pin FET a 48V
11. Ricontrolla il circuito in qualche altro modo.
12. Collegare l'alimentatore 5V alla scheda di prototipazione.
13. Collega il negativo del tuo multimetro a terra.
14. Collegare l'alimentatore 5V. Verificare che ci siano 5 volt sul pin Vin
15. Collegare l'alimentatore da 48V e una ventola. Queste ventole hanno una coppia di avviamento, quindi tienile premute con un morsetto. Potrebbe iniziare quando si alimenta il circuito.
16. Inserire temporaneamente un'estremità di un pezzo di cavo di collegamento nella presa per il pin D5. Mettere a terra il pin inserendo l'altra estremità del filo nel pin di terra. Se la ventola era in funzione, dovrebbe fermarsi, poiché hai spento il FET.
17. Spostare il filo da terra a VIN. La ventola dovrebbe avviarsi.
18. Festeggia il tuo successo, rimuovi l'alimentazione e completa e testa i restanti circuiti del driver della ventola. Sono pilotati rispettivamente dai pin D6, D7 e D8.

Passaggio 3: programma NodeMCU e configurazione iniziale

1. Scarica i file Sketch allegati in un nuovo progetto Arduino, compila e carica nel NodeMCU.

   il secondo file pagehtml.h contiene javascript sotto forma di un'enorme stringa che risiede nella memoria di ESP8266 ed è server con la pagina web

2. NON alimentare il NodeMCU dalla scheda. Scollegare l'alimentazione 5V dalla scheda di prototipazione.
3. Scollegare 48V dalla scheda principale.
4. Collega il NodeMCU alla presa, collega il cavo USB e flasha il NodeMCU
5. Apri il monitor seriale Arduino a 115200 baud.
6. Utilizzando uno smartphone, un laptop o un tablet, connettiti alla rete RootCellarMon che dovrebbe apparire poiché il NodeMCU funge da punto di accesso Wi-Fi. La password è "opensesame". Sto usando l'elegante libreria IOTWebConf per consentire la configurazione dell'SSID e della password della tua rete.
7. Quindi, utilizzando un browser Web sul dispositivo, accedere a http:192.168.4.1. Dovresti vedere una pagina come mostrato sopra ma con errori dai sensori. Fare clic sul collegamento Configurazione in basso.

8. Attraversa la schermata di configurazione per impostare i parametri di rete SSID e password, quindi fai clic su APPLICA. Riconnettiti alla tua normale rete Wi-Fi. Dovresti vedere qualcosa del genere sul monitor seriale di Arduino:

   La password non è stata impostata nella configurazione

   Stato modificato da: 0 a 1 Configurazione AP: RootCellarMon Con password predefinita: Indirizzo IP AP: 192.168.4.1 Stato modificato da: 0 a 1 Connessione all'AP. Scollegato dall'AP. Richiesta per reindirizzato a 192.168.4.1 Pagina non esistente richiesta argomenti '/favicon.ico' (GET):0 Pagina di configurazione richiesta. Rendering 'iwcThingName' con valore: RootCellarMon Rendering 'iwcApPassword' con valore: Rendering 'iwcWifiSsid' con valore: il tuo SSID Rendering 'iwcWifiPassword' con valore: Rendering 'iwcApTimeout' con valore: 30 Rendering 'tasmota1' con valore: Rendering 'tasmota2 con valore: Separatore di rendering Separatore di rendering Modulo di convalida. Aggiornamento configurazione Il valore di arg 'iwcThingName' è:RootCellarMon iwcThingName='RootCellarMon' Il valore di arg 'iwcApPassword' è:opensesame iwcApPassword è stato impostato Il valore di arg 'iwcWifiSsid' è:il tuo SSID iwcWizRo'sword 'Valore:la tua password wi-fi iwcWifiPassword è stata impostata Il valore di arg 'iwcApTimeout' è: 30 iwcApTimeout='30' Il valore di arg 'tasmota1' è: tasmota1='' Il valore di arg 'tasmota2' è: tasmota2='' Saving config ' iwcThingName'= 'RootCellarMon' Salvataggio della configurazione 'iwcApPassword'= Salvataggio della configurazione 'iwcWifiSsid'= 'il tuo SSID' Salvataggio della configurazione 'iwcWifiPassword'= Salvataggio della configurazione 'iwcApTimeout'= '30' Salvataggio della configurazione 'tasmota2 Saving '= ' = '' La configurazione è stata aggiornata. Stato cambiato da: 1 a 3 Connessione a [il tuo SSID] (la password è nascosta) Stato cambiato da: 1 a 3 Indirizzo IP connesso WiFi: 192.168.0.155 Cambio stato da: 3 a 4 Accettazione connessione Stato cambiato da: 3 a 4

9. Prendi nota dell'indirizzo IP assegnato al tuo dispositivo. Sopra, è 192.168.0.155.
10. Ricollega il tuo laptop/tablet/telefono alla tua rete normale, se non l'ha già fatto.
11. Naviga fino al nuovo indirizzo del dispositivo, 192.168.1.155 nel mio caso. Dovresti vedere di nuovo la pagina principale.

Passaggio 4: collegare tutto insieme

1. Scollegare il cavo USB.
2. Collegare l'alimentazione a 5 volt. E aggiorna la pagina web. Dovresti vedere il battito cardiaco aumentare regolarmente.
3. Il LED sull'ESP8266 dovrebbe lampeggiare ogni 5 secondi mentre legge i sensori.
4. Collega i sensori e dovresti iniziare a ricevere le letture. Inizialmente avevo un DHT22 all'esterno, ma l'ho trovato inaffidabile, quindi sono passato al DS18B20 più semplice e meglio protetto.
5. In caso di problemi con le letture, è possibile scollegare l'alimentazione a 5 V, alimentare il NodeMCU con USB e caricare schizzi di esempio per ciascun sensore per risolvere il problema. È quasi sempre un cavo difettoso.
6. Collegare l'alimentazione a 48 V e le ventole. Fare clic sui pulsanti di controllo della ventola.
7. Costruisci due smart switch basati su Tasmota. Ho usato gli switch Sonoff Basic. Ci sono tutorial su come flasharli con Tasmota altrove, inclusa la pagina di arendst.
8. Consulta l'elenco dei client del tuo router e identifica gli indirizzi IP assegnati a ogni smart switch. Imposta questi indirizzi come riservati, in modo che gli switch ottengano sempre lo stesso indirizzo.
9. Prova a controllare direttamente gli interruttori intelligenti, ad esempio

192.168.0.149/cm?cmnd=Power%20ONhttps://192.168.0.149/cm?cmnd=Power%20OFF

• Fare clic su Configura nella parte inferiore della pagina principale e impostare gli indirizzi per gli interruttori intelligenti come mostrato nella schermata precedente. Solo l'indirizzo IP, il resto dell'URL è integrato nel software in esecuzione su ESP8266. Potrebbe essere necessario user:password di "admin": "opensesame", o qualunque cosa tu abbia cambiato la password, per accedere alla pagina di configurazione.

Passaggio 5: installazione

Ho montato le parti del dispositivo su un piccolo pezzo di compensato, con il coperchio di un contenitore di plastica per alimenti tra il compensato e il coperchio. Questa disposizione è stata avvitata al muro della cantina delle radici. Poiché il coperchio è leggermente staccato dalla parete, il corpo del contenitore per alimenti può essere facilmente agganciato per fornire una custodia protettiva. Tutto il cablaggio viene instradato attraverso il coperchio fisso al circuito.

I sensori e il cablaggio della ventola sono stati fissati alle pareti in modo lasco, poiché sono previsti lavori futuri nella cantina delle radici - possibilmente pareti intonacate e scaffalature aggiuntive.

Passaggio 6: riepilogo

Questo è un esperimento, quindi non sappiamo quali parti del sistema si riveleranno alla fine.

Alcune prime note su come rendere più facile il successo:

• I tifosi forse non sono necessari. La convezione naturale può essere sufficiente. Le bocchette di aspirazione e scarico sono posizionate rispettivamente vicino al pavimento e al soffitto, in modo che l'aria calda venga espulsa e venga introdotta l'aria fredda.
• Assicurati che il Wi-Fi sia OK nella cantina delle radici prima di iniziare il progetto. Nel nostro caso, dovevamo installare un extender wifi nella stanza sopra la cantina delle radici.
• Se il Wi-Fi non è buono, potrebbe essere necessario un design a radiofrequenza cablato o diverso.
• Dipingi la scheda su cui sono montati i componenti, oppure usa plastica o qualcosa di meno sensibile all'umidità.
• Quattro ventole in funzione consumano circa 60 watt, l'alimentatore è probabilmente efficiente almeno all'80%. Quindi il riscaldamento all'interno del case è al massimo del 20% * 60 o 12 watt. Il surriscaldamento non dovrebbe essere un problema, soprattutto in una cantina di radici fredde. Se la tua custodia è più ermetica, potresti voler praticare dei fori di ventilazione.
• Ci sono progetti che aggiungono sensori ambientali alle prese intelligenti basate su Tasmota. Uno di questi potrebbe essere una buona alternativa per questa applicazione.