Automatische drahtlose Klimaanlagensteuerung oder Rotationseinheit der Klimaanlage beim STM32 + TI CC2530

Hallo Freunde!
Heute möchte ich Ihnen eine interessante Entwicklung einer elektronischen Klimaanlage vorstellen.

Das moderne Internet, Cloud Computing oder die einfache Verarbeitung großer Datenmengen ist ohne einen Server nicht vorstellbar. Ungefähr bis zu 50% der von den Servern verbrauchten Energie geht in Wärme, die auf die eine oder andere Weise aus den Serverräumen oder Rechenzentren entfernt werden muss.

Für diese Zwecke werden in der Regel Klimaanlagen verwendet, deren Menge und Leistung in Abhängigkeit vom Raumvolumen, der Wärmeableitung der Server und anderen Parametern berechnet werden. Wirklich große Rechenzentren verwenden teure Split-Klimaanlagen mit eingebauten Steuerungssystemen. Heute werden wir jedoch ein Steuerungssystem für die heute üblichen kleinen Serversysteme in Betracht ziehen, die nur von wenigen, normalerweise einfachen Haushaltsklimageräten gekühlt werden - laut Statistik ist dies häufiger 2. weniger als 3 Klimaanlagen.

Mit Blick auf die Zukunft möchte ich sofort das Arbeitsschema des entwickelten Systems zeigen, die interessiert sind - ich bitte um Katze.





Das betrachtete Steuerungssystem oder die Rotationseinheit von Klimaanlagen ist keine Neuheit in der Welt der Klimatechnologie, verfügt jedoch über eine Reihe fortschrittlicher Funktionen (hauptsächlich Kommunikation), die es stark von allem unterscheiden, was der Markt zu bieten hat.

Die logische Frage ist: Warum ist das alles notwendig? Die Verwendung eines separaten Steuerungssystems für Klimaanlagen im Serverraum bietet:

- Aufrechterhaltung eines bestimmten Temperaturniveaus im Raum durch automatische Steuerung der
installierten Klimaanlagen;
- abwechselnde Rotation - Durch regelmäßiges Umschalten der Klimaanlagen (von mehreren Stunden bis zu einem Tag) wird deren gleichmäßiger Verschleiß sichergestellt, was die Zuverlässigkeit des Kühlsystems erhöht.
- Wenn die kritische Temperatur überschritten wird, schalten sich die Standby-Klimaanlagen automatisch ein und arbeiten, bis die Temperatur im Serverraum auf ein vorbestimmtes Niveau abfällt.
- Durch Steuern der Temperaturdifferenz zwischen den Ein- und Ausgängen der Klimaanlagen kann das System ihre Fehlfunktion automatisch erkennen und signalisieren, indem Notfallkontakte geschlossen, Daten an den Webserver übertragen, SMS- oder E-Mail-Nachrichten an die verantwortliche Person gesendet werden.
- Die Möglichkeit, den Status fernzusteuern und Klimaanlagen über einen Webserver zu steuern.

Der Kern des beschriebenen Systems ist eine zentrale Steuerung, die auf dem Mikrocontroller + System STM32F107 + auf einem CC2530-Chip basiert(Texas Instruments), enthält den 8051-Computerkern und einen Funk-Transceiver-Standard IEEE 802.15.4 (2,4 GHz).


Foto des ersten Prototyps


Schematische Darstellung des Controllers

Der Controller verfügt über einen kleinen Schwarzweiß-LCD-Bildschirm mit 128 * 64 Pixel, eine Encoder-Taste („Twist“), einen 220-V-Stromeingang, eine externe Antenne, einen Ethernet-Anschluss, einen Alarmausgang und einen IR-Empfänger für Aufzeichnen von Steuerbefehlen für Klimaanlagen von den ursprünglichen Bedienfeldern.

Die direkte Steuerung der Klimaanlagen erfolgt über Funkmodule (RF), die für jede Klimaanlage installiert sind. Der Informationsaustausch zwischen jedem HF-Modul und der zentralen Steuereinheit erfolgt über einen 2,4-GHz-Funkkanal unter Verwendung eines eigenen Protokolls, dessen MAC-Pegel mit dem MAC-Pegel des ZigBee-Protokolls identisch ist. Die Module steuern die Klimaanlagen über den Infrarotkanal mithilfe von Infrarotdioden, dh die Klimaanlagen „denken“ jedes Mal, wenn sie von einer Person über ihr eigenes Bedienfeld gesteuert werden. Bei der Installation des Systems werden 3 Befehle für jede Klimaanlage aufgezeichnet: Einschalten zur Kühlung, Einschalten zur Belüftung und Ausschalten.


Die ersten Prototypen von HF-Modulen, weiße Drähte - Stromversorgung.


Schematische Darstellung des HF-Moduls

Im Hauptmenü der zentralen Steuerung wird die durchschnittliche Raumtemperatur (der Durchschnittswert für die Temperatursensoren der Module am Eingang aller Klimaanlagen), eine Liste der angeschlossenen Module mit Statussymbolen, die eingestellte Temperatur sowie die mit dem Remote-Webserver synchronisierte Zeit angezeigt: Über



das Menü können Sie das neue Modul an binden an die Steuerung:



Sie können verschiedene Infrarotbefehle über das native Bedienfeld aufzeichnen:



Sie können die für die Aufrechterhaltung des Raums erforderliche Temperatur und die Rotationszeit der Klimaanlagen einstellen:



sowie Erstellen Sie eine große Anzahl zusätzlicher Parameter.

Während des Betriebs des Systems hält die Steuerung bei ausreichender Leistung der im kontrollierten Raum installierten Klimaanlagen die durchschnittliche Temperatur im Raum nicht höher als die in den Einstellungen + 3 Grad eingestellte Temperatur.
Wenn die durchschnittliche Raumtemperatur über die eingestellte Temperatur steigt, schaltet der Regler die Klimaanlagen nacheinander zur Kühlung ein, wobei die Klimaanlagen als erste mit weniger Betriebszeit eingeschaltet werden.
Die Klimaanlage arbeitet als kühlend, wenn nach dem Senden des Kühlbefehls an die Klimaanlage durch das Infrarot-LED-HF-Modul die in den Systemeinstellungen angegebene Temperaturdifferenz zwischen der in die Klimaanlage eintretenden und aus der Klimaanlage austretenden Temperatur festgestellt wird.
Wenn nach Eingabe des IR-Befehls an die Klimaanlage die oben genannte Temperaturdifferenz nicht innerhalb von 5 Minuten festgestellt wird, zeigt dieses Modul einen Kompressorfehler an.
Wenn die Temperaturdifferenz den eingestellten Wert jedoch nicht innerhalb von 5 Minuten nach dem ersten Versuch, ihn einzuschalten, erreicht, versucht der Controller, ihn zum erneuten Abkühlen zweimal im Abstand von 5 Minuten einzuschalten. Wenn die Temperaturdifferenz nach 5 Minuten nach dem Senden des letzten Einschaltbefehls zum Kühlen immer noch unter dem Schwellenwert liegt, wird die Klimaanlage ausgeschaltet, um einen Bruch zu verhindern, und die Arbeit damit wird gestoppt, bis der Kompressorfehler behoben ist.
Die Anzahl der Klimaanlagen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet werden, hängt vom Überschuss der Durchschnittstemperatur gegenüber der eingestellten Temperatur ab. Wenn die eingestellte Temperatur um 3 Grad oder mehr überschritten wird, werden alle Klimaanlagen zur Kühlung eingeschaltet.

Der automatische Temperaturerhaltungsalgorithmus enthält eine Rotationsfunktion, mit der ein Gleichgewicht zwischen der von den im Raum befindlichen Geräten erzeugten Wärme und der von der Klimaanlage aufgenommenen Wärme hergestellt wird. In diesem Fall befindet sich eine bestimmte Anzahl von Klimaanlagen lange Zeit in einem Kühlzustand.
Wenn gleichzeitig diese Anzahl von Klimaanlagen in einem Kühlzustand geringer ist als die Anzahl aller störungsfreien Klimaanlagen, wird nach einer festgelegten Rotationszeit der Kühlzustand von der Klimaanlage mit einer größeren Rotationszeit (von der Anzahl der aktuell eingeschalteten Klimaanlagen) auf die Klimaanlage mit einer niedrigeren Gesamtbetriebszeit (von der Anzahl der ausgeschalteten Klimaanlagen) übertragen Klimaanlagen im Moment).
Wenn die Anzahl der zur Kühlung eingeschalteten Klimaanlagen die Anzahl aller verfügbaren Klimaanlagen erreicht hat, arbeiten sie unabhängig von den Betriebsstunden für die Kühlung weiter.
Rotationsbetriebsstunden gelten ab dem Zeitpunkt des letzten Einschaltens als Kühlbetrieb der Klimaanlage.

Wenn ein mit dem Internet verbundenes Ethernet-Kabel mit dem Controller verbunden ist, tauscht der Controller einmal pro Minute Daten mit dem Remote-Webserver aus. Der Benutzer kann sowohl den allgemeinen Zustand des Systems (durchschnittliche Raumtemperatur, Dauerbetrieb der Steuerung) als auch den Status jeder installierten Klimaanlage fernüberwachen.
Bei Bedarf hat der Benutzer die Möglichkeit, eine der verfügbaren Klimaanlagen zum Kühlen, Lüften oder Ausschalten manuell einzuschalten.

Unten finden Sie Screenshots des Testwebservers, mit denen Sie den Status des überwachten Servers überwachen und die darin installierten Klimaanlagen verwalten können:


Bildschirm für den allgemeinen Status des Serverraums


Betriebsverlauf einer separaten Klimaanlage

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Source: https://habr.com/ru/post/de382503/