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Fernüberwachung und Klimatisierung in einem Landhaus

Was haben wir:
  • Zweistöckiges Stadthaus für ganzjährige Nutzung
  • Zentralisierte Stromversorgung (wie immer in Landhäusern, sehr instabil)
  • Zentrale Kaltwasserversorgung
  • Zentralisierte Gasversorgung
  • Gasheizkessel Protherm Gepard


Was wollen wir bekommen?
  • Möglichkeit der Fernüberwachung des Mikroklimas im Haus (so dass die Seele bei langer Abwesenheit ruhig war)
  • Die Möglichkeit, dieses Mikroklima fernzusteuern (die Heiztemperatur verringern, um Gas zu sparen, die Temperatur erhöhen, bevor Sie nach Hause zurückkehren)
  • Möglichkeit zur Fernmessung von zu zahlenden Ressourcenzählern (Gas-, Wasser- und Stromzähler)
  • Die Kosten für installierte Geräte sollten wirtschaftlich sein
  • Die Kosten für den Betrieb des Systems sollten minimal sein


Ich begann Optionen aus dem letzten Absatz („Mindestbetriebskosten“) zu prüfen. Für und so müssen Sie für die Reinigung des Territoriums, Wasser, Gas und Strom bezahlen. Dementsprechend gibt es für die Zwecke der Fernüberwachung und -steuerung zwei Hauptlösungen:

  1. Verwaltung und Überwachung mit Hilfe von SMS-Nachrichten implementiert
    Positive Aspekte
    • ( SMS / )
    • ( , )

    • ( SMS)
    • ( , )


    • ( )
    • ,
    • ( , , IP- )

    • « » ( public IP ) ,

Nachdem ich die im Internet gefundenen Lösungen studiert hatte, stellte ich fest, dass keine von ihnen zu mir passt (auch unter dem Gesichtspunkt der Betriebskosten. Ganz zu schweigen von den Kosten der Ausrüstung selbst). Deshalb werden wir alles von Grund auf neu machen. Okay, nicht wirklich von Grund auf neu: Ich habe einen kostenlosen Server, der im 24x7-Modus im Internet verfügbar ist. Nun, das ist es.

Implementierung: Datenübertragung und Steuerbefehle


Nachdem ich die Vorschläge der "Big Three" (sowohl für Einzelpersonen als auch für M2M) analysiert hatte, entschied ich mich für Megafons mobiles Internet mit der Option „Internet Tablet“ . Im Gegensatz zu MTS gibt es darin keine Einschränkungen für die Verwendung von "nur auf Tablets", und 20 MB täglicher freier Datenverkehr für die Telemetrie sind mehr als ausreichend. Da ich das Gerät für meine eigenen Bedürfnisse als Einzelperson benutze, werden keine explizit beschriebenen Bedingungen und Einschränkungen des Betreibers verletzt.
So wurde im Online-Shop ein USB-Modem vom Betreiber gekauft, der Tarifplan entsprechend geändert und die gewünschte Option angeschlossen.

Implementierung: Controller verwalten


Es muss miniaturisiert, stabil sein, keine externe Kühlung erfordern, die Installation von Linux ermöglichen (um das Beste aus vorgefertigten Lösungen zu machen und das Rad nicht bei jeder Gelegenheit neu zu erfinden), eine Reihe programmierbarer Ein- / Ausgänge und mindestens einen USB-Anschluss haben. Unterstützung des Host-Modus (zum Anschließen eines USB-Modems).
Die billigste Option war die Verwendung von Banana PI , obwohl Sie den funktionalen Prototyp Raspberry Pi verwenden können . Nur Banane war in diesem Moment für weniger Geld erhältlich.
Folgendes ist am Ende passiert (ohne Gaskessel-Schnittstellenkreis)
GPRS-

Implementierung: Sensoren


Ich wollte Informationen über das Mikroklima im ganzen Haus haben (2 Stockwerke), jeweils 5 digitale DS18B20- Thermometer wurden gekauft . Ihr Standort: Wand im 1. Stock (Lufttemperatur im 1. Stock), Batterie im 1. Stock (Kühlmitteltemperatur im 1. Stock), Wand im 2. Stock und Batterie im 2. Stock (Luft) und Kühlmittel im 2. Stock), ein Sensor wird weiter von Fenstern und Türen entfernt (um Informationen über die tatsächliche Temperatur auf der Straße zu erhalten). Alle Sensoren sind an einem Zweidrahtbus (in meinem Fall auch abgeschirmt) aufgehängt. Meine Kabellänge betrug etwas mehr als 20 Meter, während alle Sensoren stabil und fehlerfrei arbeiten.
Um den Gasfluss zu berücksichtigen (ich habe Glück - ich habe einen Gaszähler mit eingebautem Magneten), wurde ein Hallsensor verwendet (Einzelheiten sieherelevanter Artikel ).
Um die Funktionalität der eingebauten Wetterstation zu erweitern, wurde auch ein Atmosphärendrucksensor gekauft .
Für die zukünftige Entwicklung (Implementierung von Heizalgorithmen unter Verwendung des Konzepts "Taupunkt") wurde ein Sensor für relative Luftfeuchtigkeit gekauft, der jedoch noch nicht verwendet wird.

Implementierung: Kesselsteuerung (Theorie)


Oh dieser Kessel! Ja, ich habe zunächst das Mikroklima beobachtet und wollte es daher auch verwalten. Mein Kessel unterstützt zwei Arten der Steuerung: "Ein / Aus" (wenn "eingeschaltet" - wir erwärmen Wasser auf die auf der Konsole des Kessels eingestellte Temperatur. Wenn "ausgeschaltet" - wir heizen nichts) und digital über den eBus- Bus . Letzteres ist eine (deutsche) Entwicklung zur Verwaltung von Haushaltsklimageräten, deren spezifische Implementierung jedoch stark vom Hersteller des Geräts abhängt. Für meinen Kessel habe ich nur einen originalen Thermostatregler im Verkauf gefunden , aber er arbeitet ausschließlich im Standalone-Modus, was in der Tat nicht nützlicher ist, als den Kessel über seine Konsole zu steuern.
Nach einigen Untersuchungen der im Internet verfügbaren Informationen war es möglich, einige Fragmente des Kontrollprotokolls zu graben, die Enthusiasten durch Reverse Engineering erhalten hatten. Ich habe nicht so hart gehandelt wie der Autor dieses Artikels , aber dennoch konnte ich nicht nur von Herz zu Herz mit dem Kessel sprechen, sondern ihn auch dazu bringen, meine Befehle so auszuführen, als ob der ursprüngliche Temperaturregler sie ausgegeben hätte. Trotzdem vielen Dank an die Pioniere , die mir ansahen, dass es in diesem Leben nichts Unmögliches gibt!

Implementierung: Kesselsteuerung (Praxis)


Also werden wir den Kessel über eBus steuern. Vorgefertigte Adapter für den Bus kosten wahnsinniges Geld (ja, außerdem sind sie nur "auf Bestellung" erhältlich. Und der Winter rückte näher, das System muss gestartet werden!). Also musste ich mich an meine Jugend (und meine Leidenschaft für Radio) erinnern und mein eigenes Paarungsschema entwickeln. Mit einer galvanischen Trennung (denn der Speicher eines Computers, der aufgrund einer fehlerhaften Stromversorgung durchgebrannt war, war noch frisch und ich lächelte vor dem Winter nicht wirklich über den Gaskessel in meinen Händen). Die Schaltung ist bisher auf einem Steckbrett montiert, hat aber bereits ihre stabile Leistung bewiesen.
Schnittstellenblock auf Steckbrett
eBus

Implementierung: Software


Ursprüngliche Entwicklung (sowohl der Serverteil als auch die „Controller-Firmware“). Für das Datenvisualisierungssystem wird ( vorerst ) ein kostenloses Überwachungssystem Zabbix verwendet , es ist jedoch weiterhin geplant, eine spezielle Anwendung zu erstellen. Im Allgemeinen unterstützt die Software die modulare Organisation der Hardware: Was in der Steuerung installiert ist, wird gewartet. Sie benötigen eine Wetterstation (installiert das entsprechende Modul) - informieren Sie sich über den Luftdruck. Sie müssen einen Gaskessel steuern (ein Modul mit einem Relais oder einer eBus-Schnittstelle installiert) - Sie können ihn steuern (ansonsten beobachten Sie einfach die Situation im Haus). Sie haben einen eigenen Internetkanal - dann benötigen Sie kein USB-Modem. Schließen Sie das Gerät einfach mit einem Ethernet-Kabel an Ihren Router an.

Ergebnisse


In den Neujahrsferien sind meine Frau und ich weit genug von unserem Haus entfernt, aber wir hatten jederzeit die Möglichkeit, seinen Zustand zu überwachen. Und ändern Sie gegebenenfalls die Mikroklima-Parameter (dies musste mehrmals mit einer signifikanten Änderung der Außenlufttemperatur unter -15 ° C verwendet werden). Auf jeden Fall gefror das Heizsystem nicht (trotz wiederholter Stromausfälle im Dorf), die im Haus wachsenden Blumen gefroren nicht und wir verbrannten nicht so viel Gas zum Heizen. Übrigens stimmten die Werte des Gaszählers aus Sicht des Programms und der tatsächlichen Betriebsdauer für zwei Monate vollständig überein, sodass die Gaszahlungen abgeschlossen werden können, ohne dass Sie Ihr Zuhause besuchen müssen.
Gesamtansicht des Arbeitsgeräts

(unten ist ein Spannungsstabilisator für einen Gaskessel, Sie können ihn ignorieren)

Wie es auf einem Computer aussieht


Überwachung ohne Anschluss an einen Gaskessel

Trotz eines autonomen Anschlusses kann anhand eines Sägezahndiagramms der Kühlmitteltemperatur in den Heizbatterien überprüft werden, ob der Kessel arbeitet. Eine Kleinigkeit, aber schön!

Gasdurchflusssensor (siehe vorherige Veröffentlichung )
( )
Bisher wird alles periodengerecht angezeigt, aber dieses Diagramm wird in ein Diagramm der Gasdurchflussrate über der Zeit geändert.

Wetterstation: Außentemperatur

Nun, es ist nur interessant für mich zu wissen, was ich anziehen soll, wenn ich das Haus verlasse.

Wetterstation: atmosphärischer Druck

Ek schmeichelt ihm und bricht zusammen! Wir werden es vorerst beobachten, aber es wird möglich sein, es irgendwie zu befestigen, um das Wetter vorherzusagen.

Überwachung mit Gaskesselsteuerung

Zur Steuerung ist es momentan möglich, die gewünschte Zieltemperatur des Kühlmittels (dessen Aus- und Rücklauf) einzustellen. In der Grafik werden Ziele durch gestrichelte Linien angezeigt. Demnach bestimmt der Kessel unabhängig den Betriebsalgorithmus (das Intervall zwischen dem Einschalten des Brenners und der Pumpe) und konzentriert sich dabei auf die Daten seiner eigenen Temperatursensoren.

Zuverlässigkeit und Sicherheit


Das Betriebssystem in der Steuerungssteuerung arbeitet im schreibgeschützten Modus, sodass das Gerät keine Angst vor unerwarteten Stromausfällen hat. In ähnlicher Weise wird der Gaskessel so gesteuert, dass im Falle einer Verletzung der Steuerkreise (die Steuerung wird abgeschaltet, das Schnittstellenkabel ausgeschaltet oder das Kabel ist gebrochen) der Kessel automatisch von seiner Konsole aus in die Standardbetriebsart umschaltet. Die Datenaustauschalgorithmen sind für „sehr schlechte Kommunikationskanäle“ optimiert (damit das Gerät funktioniert, reicht zumindest „gelegentlich“ eine Verbindung über EDGE aus, da ich persönlich bei der Installation des Controllers in der Siedlung Biserovo in der Region Moskau darauf geachtet habe - es gibt dort einfach keine Megafon-Abdeckung).
Derzeit sammelt das Gerät Informationen von Sensoren mit einer Häufigkeit von einmal pro Minute, und der Austausch mit dem Server erfolgt alle 15 Minuten. In diesem Modus beträgt die maximale Auflösung der Überwachung 1 Minute und die maximal mögliche Verzögerung beim Empfang von Informationen 15 Minuten. Gleichzeitig beträgt das Angebot an kostenlosem Tagesverkehr 15 MB von 20 MB, die gemäß der Tarifoption bereitgestellt werden.
Die zweite Art der Steuerung (per SMS) kann verwendet werden, wenn Informationen abgerufen oder die Betriebsart „hier und jetzt“ geändert werden muss (dh wenn wir nicht 15 Minuten vor der nächsten Sitzung mit dem Server warten möchten).

Zukunftspläne


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Und zum Schluss noch ein bisschen Marktforschung. Die obige Entwicklung wurde ausschließlich "für mich" durchgeführt, aber unter Berücksichtigung des Interesses unserer Freunde und Nachbarn wird die Option in Betracht gezogen, eine industrielle Version eines solchen Controllers zu erstellen.
  • Derzeit verfügt das Gerät nicht über eigene Anzeigen und eine Tastatur zur Steuerung. Verwaltung und Überwachung sind über das Internet (Hauptmodus) und per SMS (Zusatzmodus) möglich. Muss ich ein Anzeigesystem (Anzeige) und eine autonome Steuerung (Tasten) vornehmen, wobei zu berücksichtigen ist, dass dies die Kosten für die Hardware erhöht?
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Source: https://habr.com/ru/post/de389183/

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