Monitoreo remoto y control climático en una casa de campo.
Que tenemos- Casa adosada de dos plantas diseñada para uso durante todo el año.
- Fuente de alimentación centralizada (como siempre en casas de campo, muy inestable)
- Suministro central de agua fría
- Suministro centralizado de gas
- Caldera de calentamiento de gas Protherm Gepard
Que queremos conseguir- Posibilidad de monitoreo remoto del microclima en la casa (para que el alma esté tranquila en caso de una larga ausencia)
- La capacidad de controlar de forma remota este microclima (reduzca la temperatura de calentamiento para ahorrar gas, aumente la temperatura antes de regresar a casa)
- Capacidad para tomar de forma remota lecturas de medidores de recursos a pagar (medidor de gas, agua y electricidad)
- El costo del equipo instalado debe ser económico.
- El costo de operar el sistema debe ser mínimo
Comencé a considerar las opciones del último párrafo ("costos operativos mínimos"). Por y por eso hay que pagar por la limpieza del territorio, agua, gas y electricidad. En consecuencia, para fines de monitoreo y control remoto, hay dos soluciones principales:- Gestión y seguimiento implementado con la ayuda de mensajes SMS
Aspectos positivos
Después de estudiar las soluciones encontradas en Internet, me di cuenta de que ninguna de ellas me conviene (incluso desde el punto de vista de los costos operativos. Sin mencionar el costo del equipo en sí). Por lo tanto, haremos todo desde cero. De acuerdo, en realidad no desde cero: tengo un servidor gratuito que está disponible en Internet en modo 24x7. Bueno, eso es todo.Implementación: transferencia de datos y comandos de control
Después de analizar las propuestas de los "Tres Grandes" (tanto para individuos como para M2M), decidí Internet móvil de Megafon con la opción "tableta de Internet" . En él, a diferencia de MTS, no hay restricciones en el uso de "solo en tabletas", y 20 MB de tráfico gratuito diario incluido para telemetría es más que suficiente. Como uso el dispositivo para mis propias necesidades como individuo, no se violan las condiciones y restricciones explícitas del operador.Entonces, en la tienda en línea se compró un módem USB al operador, el plan de tarifas se modificó en consecuencia y se conectó la opción requerida.Implementación: Controlador de gestión
Debe ser miniatura, estable, que no requiera refrigeración externa, permitir la instalación del sistema operativo Linux (para aprovechar al máximo las soluciones preparadas y no reinventar la rueda para cada ocasión), tener una serie de entradas / salidas programables y al menos un puerto USB, modo host compatible (para conectar un módem USB).La opción más barata era usar Banana PI , aunque puedes tomar su prototipo funcional Raspberry Pi . Solo Banana en ese momento estaba disponible por menos dinero.Esto es lo que sucedió al final (sin un circuito de interfaz de caldera de gas)
Implementación: sensores
Quería tener información sobre el microclima en toda la casa (2 pisos), respectivamente, se compraron 5 termómetros digitales DS18B20 . Su ubicación: pared en el primer piso (temperatura del aire en el primer piso), batería en el primer piso (temperatura del refrigerante en el primer piso), pared en el segundo piso y batería en el segundo piso (aire y refrigerante en el segundo piso), un sensor se saca más lejos de las ventanas y puertas (para recibir información sobre la temperatura real en la calle). Todos los sensores están colgados en un bus de dos hilos (en mi caso también blindado). La longitud de mi cable resultó ser de poco más de 20 metros, mientras que todos los sensores funcionan de manera estable y sin fallas.Para tener en cuenta el flujo de gas (tengo suerte, tengo un medidor de gas con un imán incorporado), se utilizó un sensor de pasillo (para más detalles, consulteartículo relevante ).Para ampliar la funcionalidad a la estación meteorológica incorporada , también se compró un sensor de presión atmosférica .Para el desarrollo futuro (implementación de algoritmos de calentamiento utilizando el concepto de "punto de rocío"), se compró un sensor de humedad relativa, pero aún no se utiliza.Implementación: control de calderas (teoría)
¡Oh, este caldero! Bueno, sí, comencé observando el microclima, y como resultado, también quería manejarlo. Mi caldera admite dos tipos de control: "encendido / apagado" (si está "encendido" - calentaremos el agua a la temperatura establecida en la consola de la caldera. Si está "apagado" - no calentaremos nada) y digital a través del bus eBus . Este último es un desarrollo (alemán) para la gestión de equipos climáticos domésticos, pero la implementación específica depende mucho del fabricante del equipo. Para mi caldera, encontré solo un controlador de termostato original a la venta , pero funciona exclusivamente en modo independiente, que, de hecho, no es más útil que controlar la caldera a través de su consola.Después de un estudio de la información disponible en Internet, fue posible desenterrar algunos fragmentos del protocolo de control obtenido por los entusiastas a través de la ingeniería inversa. No actué tan duramente como el autor de este artículo , pero aún así, como resultado, logré no solo hablar de corazón a corazón con la caldera, sino también obligarlo a llevar a cabo mis comandos como si el regulador de temperatura original los emitiera. Sin embargo, de todos modos, ¡muchas gracias a los pioneros , mirando a quién me di cuenta de que en esta vida no hay nada imposible!Implementación: control de caldera (práctica)
Entonces, controlaremos la caldera a través de eBus. Los adaptadores prefabricados para el autobús cuestan una cantidad increíble de dinero (sí, además, solo están disponibles "bajo pedido". ¡Y se acercaba el invierno, el sistema debía iniciarse!), Así que tuve que recordar mi juventud (y mi pasión por la radio) y desarrollar mi propio esquema de emparejamiento. Con un aislamiento galvánico (porque la memoria de una computadora quemada debido a una fuente de alimentación defectuosa aún estaba fresca, y realmente no sonreí ante la caldera de gas en mis manos antes del invierno). El circuito está montado hasta ahora en una placa de pruebas, pero ya ha demostrado su rendimiento estable.Bloque de interfaz en placa de pruebas
Implementación: software
Desarrollo original (tanto la parte del servidor como el "firmware del controlador"). Para el sistema de visualización de datos (por ahora) se usa un sistema de monitoreo gratuito Zabbix , pero aún está planeado hacer una aplicación especializada. En general, el software admite la organización modular del hardware: se reparará lo que esté instalado en el controlador. Necesita una estación meteorológica (instalado el módulo apropiado): obtenga información sobre la presión atmosférica. Debe controlar una caldera de gas (instaló un módulo con un relé o una interfaz eBus); puede controlarlo (de lo contrario, solo observe la situación en la casa). Tiene su propio canal de Internet, entonces no necesita un módem USB, solo conecte el dispositivo a su enrutador con un cable de Ethernet.Resultados
En las vacaciones de Año Nuevo, mi esposa y yo nos fuimos lo suficientemente lejos de nuestra casa, pero tuvimos la oportunidad de controlar su estado en cualquier momento. Y, si es necesario, cambie los parámetros del microclima (varias veces esto tuvo que usarse con un cambio significativo en la temperatura del aire externo, por debajo de -15 ° C). En cualquier caso, el sistema de calefacción no se congeló (a pesar de las repetidas interrupciones en el suministro de energía de la aldea), las flores que crecían en la casa no se congelaron, y no quemamos tanto gas para calentar. Por cierto, los valores del medidor de gas desde el punto de vista del programa y reales durante dos meses de operación coincidieron por completo, por lo tanto, los pagos de gas se pueden completar sin siquiera visitar su hogar.Vista general del dispositivo de trabajo.
(a continuación se muestra un estabilizador de voltaje para una caldera de gas, puede ignorarlo)Cómo se ve en una computadora
Monitoreo sin conectar a una caldera de gas
A pesar de una conexión autónoma, es posible verificar que la caldera funciona de acuerdo con un gráfico de diente de sierra de la temperatura del refrigerante en las baterías de calefacción. Un poco, pero agradable!Sensor de flujo de gas (ver publicación anterior )
Hasta ahora, todo se muestra sobre una base devengada, pero este gráfico se cambiará a un gráfico de velocidad de flujo de gas versus tiempo.Estación meteorológica: temperatura exterior
Bueno, es interesante para mí saber qué ponerme al salir de casa.Estación meteorológica: ¡la presión atmosférica
Ek lo adula y se derrumba! Observaremos por ahora, pero será posible sujetarlo de alguna manera para predecir el clima.Monitoreo con control de caldera de gas
Para el control en este momento, es posible establecer la temperatura objetivo deseada del refrigerante (su salida y retorno). En el gráfico, los objetivos se indican con líneas discontinuas. Según ellos, la caldera determina de forma independiente el algoritmo de operación (el intervalo entre el encendido del quemador y la bomba), centrándose en los datos de sus propios sensores de temperatura.Fiabilidad y seguridad.
El sistema operativo en el controlador de control funciona en modo de solo lectura, por lo que el dispositivo no teme a cortes de energía inesperados. De manera similar, la caldera de gas se controla de tal manera que en caso de una violación de los circuitos de control (el controlador se desactiva, el cable de interfaz se apaga o el cable se rompe), la caldera cambia automáticamente al modo de operación estándar con control desde su consola. Los algoritmos de intercambio de datos están optimizados para "canales de comunicación muy deficientes" (para que el dispositivo funcione, al menos "ocasionalmente" la conexión a través de EDGE es suficiente, como me aseguré personalmente al instalar el controlador en el asentamiento de Biserovo en la región de Moscú, simplemente no hay cobertura Megafon allí).Actualmente, el dispositivo recopila información de sensores con una frecuencia de una vez por minuto, y el intercambio con el servidor se realiza cada 15 minutos. En este modo, la resolución máxima de monitoreo será de 1 minuto, y la demora máxima posible para recibir información es de 15 minutos. Al mismo tiempo, el suministro de tráfico diario gratuito es de 15Mb de 20MB provisto de acuerdo con la opción de tarifa.El segundo tipo de control (a través de SMS) se puede usar cuando sea necesario para obtener información o cambiar el modo de operación "aquí y ahora" (es decir, si no queremos esperar 15 minutos antes de la próxima sesión con el servidor).Planes futuros
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Y finalmente, un poco de investigación de mercado. El desarrollo anterior se realizó exclusivamente "para mí", pero teniendo en cuenta el interés de nuestros amigos y vecinos, se considera la opción de crear una versión industrial de dicho controlador.- En la actualidad, el dispositivo no tiene sus propios indicadores y teclado para el control. La administración y el monitoreo son posibles a través de Internet (modo principal) y por SMS (modo adicional). ¿Debo hacer algún sistema de indicación (pantalla) y control autónomo (botones), teniendo en cuenta el hecho de que esto aumentará el costo del hardware?
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Source: https://habr.com/ru/post/es389183/
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