Sistema de control automático de aire acondicionado inalámbrico o unidad de rotación del aire acondicionado en el STM32 + TI CC2530

¡Hola amigos!
Hoy quiero contarles sobre un desarrollo interesante de un sistema electrónico de control de aire acondicionado.

La Internet moderna, la computación en la nube o simplemente el procesamiento de grandes cantidades de datos no se pueden imaginar sin un servidor. Aproximadamente hasta el 50% de la energía consumida por los servidores entra en calor, que debe eliminarse de las salas de servidores o centros de datos de una forma u otra.

Como regla general, los aires acondicionados se usan para estos fines, cuya cantidad y potencia se calculan según el volumen de las instalaciones, la disipación de calor de los servidores y otros parámetros. Los centros de datos realmente grandes usan costosos sistemas de aire acondicionado dividido con sistemas de control incorporados, sin embargo, hoy consideraremos un sistema de control para los sistemas de servidores pequeños bastante comunes de hoy en día, que se enfrían solo con unos pocos, generalmente simples aires acondicionados domésticos, según las estadísticas, esto es más a menudo 2. Menos de 3 aires acondicionados.

Mirando hacia el futuro, quiero mostrar de inmediato el esquema de trabajo del sistema desarrollado, a quienes les interesa: pido un gato.





El sistema de control en consideración o la unidad de rotación de los aires acondicionados no es una novedad en el mundo de la tecnología climática, pero tiene un conjunto de funciones avanzadas (principalmente comunicación) que lo distinguen claramente de todo lo que el mercado tiene para ofrecer.

La pregunta lógica es: ¿por qué es todo esto necesario? El uso de un sistema de control separado para aires acondicionados en la sala de servidores proporciona:

- mantener un nivel de temperatura dado en la sala al controlar automáticamente los
aires acondicionados instalados;
- rotación alterna: cambiar los acondicionadores de aire a intervalos regulares (de varias horas a un día) asegura su desgaste uniforme, lo que aumenta la confiabilidad del sistema de enfriamiento;
- cuando se excede la temperatura crítica, los acondicionadores de aire de reserva se encienden automáticamente y funcionan hasta que la temperatura en la sala del servidor desciende a un nivel predeterminado;
- al controlar la diferencia de temperatura entre las entradas y salidas de los acondicionadores de aire, el sistema puede reconocer automáticamente su mal funcionamiento y señalarlo cerrando contactos de emergencia, transmitiendo datos al servidor web, enviando sms o mensajes de correo electrónico a la persona responsable, y así sucesivamente;
- La capacidad de monitorear remotamente el estado y controlar los aires acondicionados a través de un servidor web.

El núcleo del sistema descrito es un controlador central basado en el sistema microcontrolador STM32F107 + en un chip CC2530(Texas Instruments), que contiene el núcleo informático 8051 y un transceptor de radio estándar IEEE 802.15.4 (2.4 GHz).


Fotografía del primer prototipo


Vista esquemática del controlador

El controlador tiene una pequeña pantalla LCD en blanco y negro de 128 * 64 píxeles, un botón codificador ("giratorio"), una entrada de alimentación de 220 V, una antena externa, un conector Ethernet, una salida de alarma y un receptor IR para grabación de comandos de control para aires acondicionados desde los paneles de control originales.

El control directo de los aires acondicionados se realiza mediante módulos inalámbricos (RF), instalados uno para cada aire acondicionado. El intercambio de información entre cada módulo de RF y la unidad de control central se realiza a través de un canal inalámbrico de 2,4 GHz utilizando su propio protocolo, cuyo nivel MAC es idéntico al nivel MAC del protocolo Zigbee. Los módulos controlan los aires acondicionados a través del canal infrarrojo usando diodos infrarrojos, es decir, los aires acondicionados "piensan" cada vez que son controlados por una persona a través de su propio panel de control. Al instalar el sistema, se registran 3 comandos para cada aire acondicionado: encendido para enfriamiento, encendido para ventilación y apagado.


Los primeros prototipos de módulos RF, cables blancos - potencia


Vista esquemática del módulo RF

En el menú principal del controlador central, se muestra la temperatura ambiente promedio (el valor promedio de los sensores de temperatura de los módulos en la entrada de todos los acondicionadores de aire), una lista de módulos adjuntos con íconos de estado, la temperatura establecida y la hora sincronizada con el servidor web remoto:



desde el menú, puede vincular el nuevo módulo a al controlador:



puede grabar varios comandos infrarrojos desde el panel de control nativo:



puede configurar la temperatura requerida para mantener la habitación y el tiempo de rotación de los acondicionadores de aire:



así como construir una gran cantidad de parámetros adicionales.

Durante el funcionamiento del sistema, en caso de que los aires acondicionados instalados en la sala controlada tengan suficiente potencia, el controlador mantiene la temperatura promedio en la sala no más alta que la temperatura establecida al configurar los parámetros + 3 grados.
Si la temperatura ambiente promedio sube por encima de la temperatura establecida, el controlador enciende secuencialmente los acondicionadores de aire para enfriar, el primero en encender los acondicionadores de aire con menos tiempo de operación.
Se considera que el aire acondicionado funciona para enfriar si, después de enviar el comando de enfriamiento al aire acondicionado por el LED IR del módulo de RF, se establece la diferencia de temperatura especificada en la configuración del sistema entre el aire que entra y sale del aire acondicionado.
Si, después de dar el comando IR al acondicionador de aire, la diferencia de temperatura anterior no se establecerá en 5 minutos, entonces este módulo mostrará un error del compresor.
Sin embargo, si la diferencia de temperatura no alcanza el conjunto dentro de los 5 minutos posteriores al primer intento de encenderlo, el controlador intentará encenderlo para enfriar 2 veces más con un intervalo de 5 minutos. Si la diferencia de temperatura después de 5 minutos después de enviar el último comando de encendido para enfriamiento aún permanece por debajo del umbral, entonces el aire acondicionado se apaga para evitar roturas y deja de funcionar hasta que se borre el error del compresor.
El número de aires acondicionados encendidos en un momento dado depende del exceso de la temperatura promedio sobre el conjunto. Si se excede la temperatura establecida en 3 grados o más, todos los acondicionadores de aire se encienden para enfriar.

El algoritmo de mantenimiento automático de la temperatura contiene una función de rotación, que se utiliza para establecer un equilibrio entre el calor generado por el equipo ubicado en la habitación y el calor tomado por el sistema de aire acondicionado; en este caso, un cierto número de aires acondicionados estarán en estado de enfriamiento durante mucho tiempo.
Si, al mismo tiempo, este número de acondicionadores de aire en estado de enfriamiento es menor que el número de todos los acondicionadores de aire sin problemas, entonces, después de un tiempo de rotación especificado, el estado de enfriamiento se transferirá desde el acondicionador de aire con un mayor tiempo de rotación (desde el número de acondicionadores de aire actualmente encendidos) al acondicionador de aire con un tiempo de funcionamiento total más bajo (desde el número de apagados Aires acondicionados en este momento).
Si el número de aires acondicionados encendidos para enfriamiento ha alcanzado el número de todos los aires acondicionados disponibles, entonces continúan trabajando para enfriar independientemente del tiempo de operación de rotación.
Las horas de funcionamiento rotacionales se consideran la operación de enfriamiento del aire acondicionado desde el momento en que se encendió por última vez.

Si un cable Ethernet conectado a Internet está conectado al controlador, el controlador intercambia datos con el servidor web remoto una vez por minuto. El usuario tiene la capacidad de monitorear remotamente tanto la condición general del sistema (temperatura ambiente promedio, la operación continua del controlador) como el estado de cada aire acondicionado instalado.
Si es necesario, el usuario tiene la oportunidad de encender manualmente cualquiera de los acondicionadores de aire disponibles para enfriamiento, ventilación o apagarlo.

A continuación se muestran capturas de pantalla del servidor web de prueba, con el que puede monitorear el estado del servidor monitoreado y administrar los acondicionadores de aire instalados en ellos:


Pantalla para el estado general de la sala del servidor


Historial de operación de un aire acondicionado separado

Gracias a todos por su atención, estoy esperando sus comentarios!
Preguntas, deseos, comentarios, escriba a frimen3 en gmail.com.

Source: https://habr.com/ru/post/es382503/