👒 🏽 👨‍👨‍👧‍👦 Arduino के वातावरण में ESP8266 पर पूल हीटिंग नियंत्रण के लिए IoT डिवाइस का पूर्ण विकास चक्र 🙅🏽 👎 🈳

इस प्रकाशन में, मैं खरोंच से एक IoT डिवाइस बनाने के बारे में अपने अनुभव को साझा करूंगा: एक विचार के उद्भव से और हार्डवेयर में इसके कार्यान्वयन से एक नियंत्रक के लिए फर्मवेयर के निर्माण और इंटरनेट के माध्यम से निर्मित डिवाइस के प्रबंधन के लिए एक वेब इंटरफेस के लिए।

इस उपकरण को बनाने से पहले, मैं:

लगभग सर्किटरी समझ में नहीं आया। केवल काम के सिद्धांतों के स्तर पर
रोकनेवाला / ट्रांजिस्टर ... मुझे कोई जटिल सर्किट बनाने का कोई अनुभव नहीं था।
कभी भी सर्किट बोर्ड नहीं बनाए गए।
कभी भी SMD घटक को मिलाया नहीं गया। टांका लगाने वाले लोहे का स्तर टांका लगाने वाले तारों और किसी प्रकार के रिले के स्तर पर था।
मैंने माइक्रोकंट्रोलर के लिए ऐसे जटिल कार्यक्रम कभी नहीं लिखे हैं। पूरा अनुभव "Arduino में एलईडी प्रकाश" स्तर पर था, और मैं पहली बार ESP8266 नियंत्रक से मिला।
मैंने "बड़े भाई" के लिए काफी सी + + लिखा, लेकिन वह एक दर्जन से अधिक साल पहले था और सब कुछ बहुत पहले भूल गया था।

बेशक, एक प्रोग्रामर (मुख्य रूप से Microsoft .NET) और प्रणालीगत सोच के रूप में काम करने के अनुभव ने मुझे विषय को समझने में मदद की। मुझे लगता है कि पाठक कर पाएंगे। इंटरनेट समुद्र पर उपयोगी लिंक और लेख। मेरी राय में, सबसे दिलचस्प, और विषय को समझने में मदद करने के लिए, मैं लेख के साथ लाता हूं।

समस्या का बयान

मैं मिन्स्क के पास एक निजी घर में रहता हूं, और मेरा खुद का पूल, सबसे सरल फ्रेम एक के बावजूद, "लाभ" के सेट का एक अभिन्न अंग है जो एक देश के घर में रहने वाले कई लोगों को मिलता है। हमारे अस्थिर जलवायु में, यह पता चला है कि अगर बाहर सड़क पर स्विमिंग पूल असहज है: पानी रात में ठंडा हो जाता है, और दिन के दौरान हवा का मौसम तैराकी को आरामदायक नहीं बनाता है। पिछले साल, मैंने अपने हाथों से पूल के ऊपर एक फुलर के भूगणित गुंबद का निर्माण किया, एक पहाड़ी डाली और एक बंजी लटका दी - बच्चे खुश हैं।

फ़्लिकर पर गुंबद के निर्माण की फोटो रिपोर्ट ।

इस साल मैं और भी आगे गया और गैस बॉयलर से पूल हीटर को व्यवस्थित करने का फैसला किया,
जो सर्दियों में घर को गर्म करने और गर्मियों में गर्म पानी को गर्म करने का काम करता है।

गर्मियों में, बॉयलर के "हीटिंग" सर्किट को वाल्व स्विच की मदद से गर्म किया जाता है
पूल। पूल के पानी को टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर की सहायता से गर्म किया जाता है, जिसका प्राथमिक सर्किट हीटिंग सर्किट से शीतलक (अशुद्धियों के बिना गर्म पानी) गुजरता है, और माध्यमिक - पूल से पानी, निस्पंदन प्रणाली के एक पुनरावर्तन पंप द्वारा पंप किया जाता है। चूंकि मैं एक क्लोरीनेटर के साथ पूल का उपयोग करता हूं ( फोरमहाउस में बहुत सारे दिलचस्प विषयों का वर्णन किया गया है ), पानी में थोड़ा नमक होता है और एक टाइटेनियम हीट एक्सचेंजर की आवश्यकता होती है। आप केवल बॉयलर के माध्यम से पानी को सीधे नहीं ले सकते हैं और छोड़ सकते हैं - अन्यथा आप नमक के साथ सभी पाइपों को जोड़ देंगे।

हीट एक्सचेंजर के माध्यम से गुजरते हुए, बायलर द्वारा लगभग 70-90 डिग्री सेल्सियस के तापमान के साथ गरम किया जाने वाला हीट कैरियर पूल के पानी को गर्मी देता है, इसे कुछ डिग्री तक गर्म करता है। शीतलक खुद को कुछ हद तक दसियों डिग्री तक ठंडा कर देता है, और बॉयलर में वापस आ जाता है
गर्म हो गया। बॉयलर से पूल के पानी के हीटिंग तक पानी के ठंडा होने का अनुपात कई कारकों पर निर्भर करता है: प्राथमिक और माध्यमिक सर्किट में हीट एक्सचेंजर की क्षमता और पानी के संचलन की गति।

पूल से हीट एक्सचेंजर से जुड़े पाइप साधारण पॉलीथीन पाइप हैं, जो कि
वर्तमान में निजी घरों में ठंडे पानी की आपूर्ति के लिए उपयोग किया जाता है। सस्तापन, सभ्य दबाव झेलने की क्षमता, क्षरण का अभाव - ये ऐसे पाइपों के मुख्य लाभ हैं। सभी के लिए, अपवाद के बिना, पॉलीथीन पाइप, ऑपरेटिंग तापमान 40 डिग्री सेल्सियस तक सीमित है। सिद्धांत रूप में, यह पूल के लिए पर्याप्त से अधिक है।

हालांकि, पंप के मामले में आपातकालीन स्थिति की उच्च संभावना है
पूल के पानी का पानी का रिसाव किसी कारण से बंद हो जाएगा, और बॉयलर हीट एक्सचेंजर को गर्म करना जारी रखेगा: इस मामले में, हीट एक्सचेंजर के द्वितीयक सर्किट में पानी प्राथमिक सर्किट के तापमान तक जल्दी से बढ़ जाएगा, जिसका अर्थ है कि हीट एक्सचेंजर से सटे पॉलीइथाइलीन पाइप के खंड पिघल जाएंगे, और पूल से पानी बह जाएगा। चारों ओर सब जगह।

गर्मी एक्सचेंजर को गर्म करने से बचाने के लिए संभव होना चाहिए।

जल्दी ठीक करो

इस समस्या को हल करने के लिए, हॉल प्रभाव के सिद्धांत पर काम करने वाले एक फ्लो सेंसर को पूल वॉटर रिसर्क्युलेशन सर्किट के सर्किट में शामिल किया गया था। इसके अलावा, माध्यमिक सेंसर पर स्थित तापमान सेंसर
हीट एक्सचेंजर, बचाव का दूसरा स्तर प्रदान करता है, जिससे ओवरहीटिंग पर नज़र रखी जा सकती है।

तापमान संवेदकों द्वारा केवल ओवरहीटिंग को नियंत्रित करना असंभव है: सिस्टम में एक बड़ी जड़ता है: पूल में पानी के अचानक रुकने के बाद,
बायलर को बंद करने से तापमान में कुछ समय के लिए वृद्धि जारी रहेगी बायलर अभी भी गर्म पानी को सर्किट के साथ जड़ता से चलाता है, "खुद को, मेरे प्यारे" को गर्म करने से रोकता है।

इसलिए, जितनी जल्दी हो सके प्रतिक्रिया करना महत्वपूर्ण है: अर्थात्, सर्किट में पानी के प्रवाह को रोकने के लिए
पूल।

एक फ्लो सेंसर का उपयोग किया गया था। प्लास्टिक के मामले और पानी के साथ संवेदक के संपर्क की कमी से इसे नमकीन पानी में उपयोग करने की अनुमति मिलती है।

तापमान सेंसर, यह डलास DS18B20 का उपयोग करने का निर्णय लिया गया था, वे एक बार में कई टुकड़ों को एक -तार बस से कनेक्ट करना आसान है।

यह माध्यमिक और प्राथमिक दोनों के इनपुट और आउटपुट पर सेंसर की एक जोड़ी को लटका देने का निर्णय लिया गया था
सर्किट: कुल 4 सेंसर। इस दृष्टिकोण का एक अतिरिक्त लाभ है
सिस्टम मापदंडों की निगरानी करने की क्षमता: आप देख सकते हैं कि प्राथमिक सर्किट में शीतलक कितना ठंडा है और माध्यमिक सर्किट में पूल से कितना पानी गरम किया जाता है। तो - हीटिंग की इष्टतमता की निगरानी करने और हीटिंग के समय की भविष्यवाणी करने के लिए।

हीट एक्सचेंजर और इनलेट पाइप पर सेंसर के स्थान

डिवाइस पैरामीटर

डिवाइस का पहला प्रोटोटाइप Arduino Uno के आधार पर बनाया गया था, और सफलतापूर्वक लॉन्च किया गया था।

लेकिन फिर यह स्पष्ट हो गया कि मैं और अधिक चाहूंगा। यहां तक कि सिर्फ 16 क्यूबिक मीटर पानी गर्म किया
कुछ डिग्री तेज नहीं है। और मैं सीधे काम से हीटिंग मापदंडों की निगरानी करना चाहूंगा, इसे चालू / बंद कर दूंगा। लेकिन एक ही समय में हीटिंग शेड्यूल शूट करना दिलचस्प होगा, उदाहरण के लिए, प्रति दिन।

खैर, चूंकि हम पहले से ही IoT डिवाइस प्राप्त कर रहे हैं, तो हम उसी समय पूल क्लोरीनेटर के रिमोट सक्रियण को नियंत्रित क्यों नहीं करते हैं और इसके लिए पंप करते हैं?

संदर्भ की शर्तें

तो, एक उपकरण विकसित करने का निर्णय लिया गया - एक बहुक्रियाशील पूल नियंत्रक। वह सक्षम होना चाहिए:

ताप एक्सचेंजर के माध्यम से पूल हीटिंग को नियंत्रित करने के लिए, हीटिंग पानी के लिए गैस बॉयलर को चालू / बंद करना।
द्वितीयक सर्किट में एक पूल जल प्रवाह और माध्यमिक सर्किट के अतिरिक्त तापमान की उपस्थिति की निगरानी करके हीट एक्सचेंजर की अधिक गर्मी को रोकें।
वास्तविक समय में इनलेट्स और दोनों सर्किटों के तापमान पर हीटिंग के आंकड़े प्रदर्शित करें।
फ्लैश मेमोरी में रिकॉर्ड (लॉग) तापमान मान। के लिए डेटा प्रदर्शित करें
ग्राफ के रूप में एक निश्चित अवधि।
एक रिले का उपयोग करके, पूल पंप और क्लोरीनेटर को चालू / बंद करने में सक्षम हो।
अंतर्निहित माइक्रो-वेब सर्वर के माध्यम से सभी डिवाइस पैरामीटर को दूरस्थ रूप से प्रबंधित करें।

ब्लिंक, एमक्यूटीटी को पेंच करने का प्रलोभन भी था। लेकिन पहले चरण में इन "घंटियाँ और सीटी" से
मना करने का निर्णय लिया गया। और इससे भी अधिक, मैं बाहर की ओर कहीं नियंत्रण की संभावना नहीं लेना चाहूंगा। मेरे उद्देश्यों के लिए अंतर्निहित वेब सर्वर काफी पर्याप्त है। और सुरक्षा इस तथ्य से सुनिश्चित होती है कि आप केवल वीपीएन के माध्यम से बाहरी दुनिया से घर नेटवर्क में प्रवेश कर सकते हैं।

हार्डवेयर हिस्सा

नियंत्रक के रूप में, सस्ते और लोकप्रिय ईएसपी 8266 का उपयोग करने का निर्णय लिया गया। यह मेरे उद्देश्यों के लिए एकदम सही था, एक चीज को छोड़कर: 3.3-वोल्ट नियंत्रक तर्क के साथ 5-वोल्ट सेंसर के सिग्नल स्तर का मिलान। सिद्धांत रूप में, डलास सेंसर 3 वोल्ट पर काम करते हैं, लेकिन मेरे पास नियंत्रक से सेंसर तक लगभग 7 मीटर की एक लंबी रेखा है। इसलिए, वोल्टेज बढ़ाना बेहतर है।

यह निर्धारित किया गया था कि हार्डवेयर होना आवश्यक है:

ESP8266 नियंत्रक या इसके बड़े भाई ESP32 (एक DevKit मॉड्यूल के रूप में)।
सेंसर के लिए संकेत स्तरों का संरेखण।
बिजली नियामक सर्किट का 5-वोल्ट हिस्सा है।
रिले नियंत्रण मॉड्यूल।
लॉगिंग के लिए आरटीसी घड़ी + फ्लैश मेमोरी।
सेंसर के वर्तमान मूल्यों और डिवाइस की स्थिति और रिले को प्रदर्शित करने के लिए सबसे सरल 2-लाइन एलसीडी डिस्प्ले।
वेब के माध्यम से उपयोग किए बिना डिवाइस की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए कई भौतिक बटन।

सूची से कई घटक Arduino के लिए मॉड्यूल के रूप में बेचे जाते हैं और कई मॉड्यूल 3.3v तर्क के साथ संगत होते हैं। हालाँकि, मैं ब्रेडबोर्ड पर वायर बंडलों के साथ यह सब "जाम" नहीं करना चाहता, क्योंकि मैं एक सुंदर सुंदर "डिवाइस" रखना चाहता हूं। हां, और मॉड्यूल के लिए चीनी को दिए गए पैसे के लिए, आप अपने व्यक्तिगत मुद्रित सर्किट बोर्ड को पूरी तरह से आकर्षित और ऑर्डर कर सकते हैं, और इसके आगमन की उम्मीद को अपेक्षाकृत जल्दी और विश्वसनीय स्थापना द्वारा मुआवजा दिया जाएगा।

एक बार फिर, मैं ध्यान देता हूं कि यह सर्किटरी में और ऐसी चीजों के हार्डवेयर को डिजाइन करने का मेरा पहला अनुभव है। मुझे बहुत अध्ययन करना पड़ा। आखिरकार, मेरी विशेषता में, मैं माइक्रोकंट्रोलर से थोड़ा दूर हूं। लेकिन सब कुछ करने के लिए "मेरे घुटनों पर" पूर्णतावाद की भावना को अनुमति नहीं देता है जो मुझ में रहता है।

सर्किट आरेख

बाजार पर बड़ी संख्या में कार्यक्रम हैं जो आपको एक सर्किट और एक मुद्रित सर्किट बोर्ड बनाने की अनुमति देते हैं। इस क्षेत्र में अनुभव के बिना, मैंने तुरंत ईज़ीडा को पसंद किया - एक मुफ्त ऑनलाइन संपादक जो आपको सर्किट आरेख को खूबसूरती से चित्रित करने की अनुमति देता है, जांचें कि कुछ भी नहीं भुला दिया गया है और सभी घटकों के कनेक्शन हैं, एक मुद्रित सर्किट बोर्ड ड्रा करें, और फिर तुरंत इसके उत्पादन का आदेश दें।

पहली कठिनाई का सामना करना पड़ा: देवकीत ESP8266 या ESP32 नियंत्रक के लिए बहुत सारे विकल्प हैं, उनमें से कुछ पिन और उनके उद्देश्य के स्थान में भिन्न हैं, और कुछ चौड़ाई में भी। सर्किट को आकर्षित करने का निर्णय लिया गया था ताकि किसी भी चौड़ाई के देवकीट को और टर्मिनलों के किसी भी स्थान के साथ, और इसके किनारों पर - जम्पर के छिद्रों की जोड़ी की 2 पंक्तियों, और बाद में विशेष रूप से खरीदे गए नियंत्रक के संबंध में आवश्यक टर्मिनलों को जोड़ने के लिए वायरिंग करना संभव हो सके।

नियंत्रक और युग्मित जंपर्स की 2 पंक्तियों के नीचे रखें: आरेख में JH1 और JH2:

इनपुट 5v के पिनों का स्थान और निर्मित स्टेबलाइजर, साथ ही GND की बिजली आपूर्ति के 3.3v का उत्पादन, मुझे अलग-अलग DevKit के लिए समान लगता था, लेकिन फिर भी मैंने इसे सुरक्षित खेलने का फैसला किया और डायग्राम में इन्हें JP1, JP2, JP3 भी बनाया।

मैंने कूदने वालों को सर्किट के घटकों से उन कार्यों के साथ जोड़कर हस्ताक्षर करने का फैसला किया जो वे संभवतः प्रदर्शन करेंगे।

और यहां देवकिट ESP8266 के साथ ऐसा दिखता है, जिसे मैंने अंततः खरीदा और स्थापित किया

यहाँ D1 (GPIO5) और D2 (GPIO4) I2C बस के लिए जिम्मेदार हैं, D5 (GPIO14) 1-वायर के लिए, D6 (GPIO12) - प्रवाह सेंसर से दाल प्राप्त करने के लिए।

सर्किट आरेख:

(छवि क्लिक करने योग्य)

3.3v के लिए एक अंतर्निहित बिजली नियामक के ESP8266 बोर्ड पर मौजूदगी के बावजूद, हमें अभी भी सेंसर और एलसीडी को पावर देने के लिए 5 वोल्ट और रिले को पावर करने के लिए 12 वोल्ट की आवश्यकता है। बोर्ड पावर 12 वोल्ट बनाने का निर्णय लिया गया, और आउटपुट पर वांछित 5 वोल्ट देते हुए, इनपुट रेगुलेटर AMS1117-5.0 इनपुट पर रखा गया।

1-वायर बस पर सिग्नल के स्तर का मिलान करने के लिए, मैंने दोनों तरफ वोल्टेज "पुल-अप" के साथ एक BSS138 सी क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग किया।

स्तर मिलान के बारे में बहुत अच्छा लेख 5V और 3.3V उपकरणों के तार्किक स्तर का मिलान करते हुए लिखा गया है ।

प्रवाह संवेदक के संकेत स्तरों से मेल खाने के लिए, मैंने प्रतिरोधों के पार एक वोल्टेज विभक्त का उपयोग किया। फ्लो सेंसर बस एक ओपन कलेक्टर डिवाइस है। कुछ सेंसर में पहले से ही एक अंतर्निहित पुल-अप रोकनेवाला हो सकता है, इस पर विचार किया जाना चाहिए:

आरेख में नीला प्रवाह सेंसर विधानसभा का एक योजनाबद्ध पदनाम है। कनेक्टर के दाईं ओर मेरे द्वारा चयनित वोल्टेज डिवाइडर हैं जो आउटपुट में 3.3 वोल्ट का अधिकतम स्तर रखते हैं।

I2C बस में, मैंने एक DS3231SN वास्तविक समय की घड़ी और AT24C256C फ्लैश मेमोरी को स्टोर करने के लिए फ्लैश किया। ईएसपी 8266 में निर्मित फ्लैश मेमोरी उपयुक्त नहीं है, क्योंकि इसमें रीराइटिंग साइकल की छोटी संख्या है (डेटशीट के अनुसार एटी 24 सीएक्सएक्सएक्सएक्स के लिए 10 हजार बनाम 1 मिलियन)।

रिले नियंत्रण PCF8574AT और ULN2803A चिप्स के एक समूह पर आयोजित किया जाता है।

पहली चिप एक I2C माइक्रोकंट्रोलर पोर्ट विस्तारक है। सक्रिय आउटपुट या इनपुट PCF8574AT की स्थिति I2C बस पर एक पते का चयन करके चुना गया है।
चिप में कुछ दिलचस्प विशेषताएं हैं, जो I2C पोर्ट के विस्तारक PCF8574 में वर्णित है।

चिप सीधे लोड (रिले) को नियंत्रित नहीं कर सकती है। इसके लिए, एक ट्रांजिस्टर मैट्रिक्स ULN2803A का उपयोग किया जाता है। एक विशेषता है: मैट्रिक्स आसानी से अपने आउटपुट को एक लोड के साथ जमीन पर खींच सकता है, जिसका अर्थ है कि यदि आपूर्ति वोल्टेज को रिले के दूसरे पोल पर लागू किया जाता है, तो रिले रिले के माध्यम से प्रवाह होगा और रिले संपर्क बंद हो जाएगा। दुर्भाग्य से, इस समावेशन के साथ, हमें एक साइड इफेक्ट मिलता है: नियंत्रक से संकेत मूल्य उलटा है, और सर्किट चालू होने पर सभी रिले "क्लिक" करते हैं। मुझे अभी तक यह पता नहीं चला है कि इस सुविधा को कैसे हटाया जाए।

चिप के बारे में अधिक जानकारी यहाँ वर्णित है ।

PCF8574AT पोर्ट एक्सपोर्टर को इनपुट के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है: हार्डवेयर बटन को कुछ इनपुट पर लटका दिया जा सकता है, I2C बस पर उनके मूल्यों को पढ़ते हुए। आरेख में, बटन की स्थिति को पढ़ने के लिए पिंस 4-7 का उपयोग किया जा सकता है। मुख्य बात यह नहीं है कि प्रोग्रामेटिक रूप से अंतर्निहित पैरों को पोषण के लिए कसने के लिए भूल जाएं।

उसी समय, मैंने वायरिंग को ट्रांजिस्टर मैट्रिक्स पर छोड़ दिया, अगर आप अचानक अतिरिक्त रिले कनेक्ट करना चाहते हैं। संभावित कनेक्शन के लिए, मैंने सभी लीड्स को कनेक्टर्स के लिए लाया (अधिक सटीक रूप से, उनके नीचे छेद करने के लिए जहां तारों को टांका लगाया जा सकता है या मानक 2.54 मिमी डीआईपी कनेक्टर को मिलाया जा सकता है)।

INT पोर्ट एक्सपोर्टर के पिन का उपयोग बटन के प्रेस को तुरंत प्रतिक्रिया देने के लिए किया जा सकता है। इसे कंट्रोलर पर एक मुफ्त पोर्ट से जोड़ा जा सकता है और इस पिन की स्थिति को बदलने के लिए इंटरप्ट ट्रिगर सेट किया जा सकता है।

PCF8574AT विस्तारक के माध्यम से दो-लाइन एलसीडी डिस्प्ले को भी नियंत्रित किया जाता है। मुख्य बिंदु: डिस्प्ले 5 वोल्ट द्वारा संचालित होता है, जबकि डिस्प्ले स्वयं 3-वोल्ट लॉजिक द्वारा नियंत्रित होता है। वैसे, I2C के लिए मानक Arduino एडेप्टर डबल वोल्टेज के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं। मुझे इंटरनेट पर कहीं इस तरह के कनेक्शन का विचार मिला, दुर्भाग्य से, मैंने लिंक खो दिया, इसलिए मैं स्रोत का हवाला नहीं देता।

सर्किट बोर्ड

बोर्ड को डिजाइन करते समय, यह पता चला कि पैरों के साथ सामान्य भागों में बहुत अधिक जगह है, और डीआईपी डिजाइन में कई चिप्स को ढूंढना आसान नहीं है। इंटरनेट पर पढ़ने के बाद कि एसएमडी स्थापना इतनी जटिल नहीं है, और उचित कौशल के साथ, यह कम समय लेने वाली है, मैंने एसएमडी भागों के लिए बोर्ड डिजाइन करने का फैसला किया। और मुझसे गलती नहीं हुई। यह एक कॉम्पैक्ट, सुंदर मदरबोर्ड निकला, जहां मैंने आसानी से अपनी ज़रूरत की हर चीज़ रखी। एक अच्छा टांका लगाने वाले लोहे, फ्लक्स और सोल्डर के साथ एसएमडी पार्ट्स, वास्तव में माउंट करने के लिए बहुत आसान हो गए हैं।

बोर्ड पर, मैंने प्रोटोटाइप के लिए छेद के कुछ चौकोर मार्जिन जोड़े, अगर मैं अचानक कुछ और मिलाप करना चाहता हूं।

मैंने 97x97 मिमी मापने वाला एक मुद्रित सर्किट बोर्ड बनाया। यह एक मानक काटने वाले इलेक्ट्रिक बॉक्स में आसानी से फिट हो जाता है। इसके अलावा, 100x100 से कम आकार वाले बोर्ड निर्माण के लिए सस्ते हैं। विकसित लेआउट की लागत 5 यूएसडी के अनुसार 5 बोर्डों के न्यूनतम बैच का उत्पादन, बेलारूस में उनकी डिलीवरी के लिए एक और 9 अमरीकी डालर की लागत।

बोर्ड का डिज़ाइन ईज़ीडा वेबसाइट पर है और सभी के लिए उपलब्ध है।

मैं ध्यान देता हूं कि नीचे दिए गए नियंत्रक की तस्वीर में बोर्ड का पहला नमूना दिखाई देता है, जिस पर मैंने बहुत सी अनावश्यक और अनावश्यक चीजों को "घुमाया" है (अन्य परियोजनाओं में 5 बोर्डों के इस न्यूनतम बैच का उपयोग करने की आशा में)। यहाँ और ईज़ीडा पर मैंने इन सभी अनावश्यक चीजों का एक "साफ" संस्करण पोस्ट किया।

बोर्ड के दोनों किनारों की तस्वीरें

सामने की ओर:

पीछे की ओर:

सॉफ्टवेयर हिस्सा है

माइक्रोकंट्रोलर को प्रोग्राम करने के लिए, Arduino Uno पर एक प्रोटोटाइप के रूप में बैकलॉग दिया गया, इसमें ESP8266 Arduino Core के साथ Arduino वातावरण का उपयोग करने का निर्णय लिया गया। हां, आप ईएसपी 8266 पर लुआ का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन वे कहते हैं कि हैंग हैं। मैंने, दिए गए क्रिटिकल फंक्शन को देखते हुए बिलकुल नहीं चाहा होगा।
Arduino का वातावरण अपने आप में मुझे थोड़ा पुराना लगता है, लेकिन, सौभाग्य से, Visual Micro से Visual Studio का विस्तार है । पर्यावरण आपको IntelliSence कोड संकेत का उपयोग करने की अनुमति देता है, जल्दी से फ़ंक्शन घोषणाओं के लिए कूदता है, रिफ्लेक्टर कोड: सामान्य तौर पर, वह सब कुछ जो "वयस्क" कंप्यूटरों के लिए पर्यावरण खुद को होने देता है। विज़ुअल माइक्रो का भुगतान किया गया संस्करण आपको आसानी से कोड को डिबग करने की अनुमति देता है, लेकिन मैं मुफ्त विकल्प के साथ संतुष्ट था।

परियोजना की संरचना

परियोजना में निम्नलिखित फाइलें शामिल हैं:

विजुअल स्टूडियो में प्रोजेक्ट स्ट्रक्चर

फ़ाइल	नियुक्ति
WaterpoolManager.ino	बुनियादी चर और स्थिरांक की घोषणा। प्रारंभ। मुख्य लूप।
HeaterMainLogic.ino	बॉयलर रिले (तापमान के अनुसार) और सहायक रिले को नियंत्रित करने का मूल तर्क।
Sensors.ino	सेंसर डेटा पढ़ें
Settings.ino	डिवाइस सेटिंग्स, उन्हें कंट्रोलर फ्लैश मेमोरी में सहेज रहा है
LCD.ino	सूचना उत्पादन एलसीडी पर
ClockTimer.ino	RTC क्लॉक रीडिंग, या क्लॉक सिमुलेशन
Relays.ino	रिले पर / बंद नियंत्रण
ButtonLogic.ino	हार्डवेयर बटन की स्थिति पर प्रतिक्रिया का तर्क
ReadButtonStates.ino	हार्डवेयर बटन पढ़ें
EEPROM_Logging.ino	EEPROM में सेंसर डेटा लॉगिंग
WebServer.ino	डिवाइस प्रबंधन और स्थिति प्रदर्शन के लिए अंतर्निहित वेब सर्वर
वेबपेजों	वेब सर्वर पेज इस फ़ोल्डर में संग्रहीत हैं।
index.h	डिवाइस स्थिति प्रदर्शित करने के लिए मुख्य पृष्ठ। अजाक्स कॉल के साथ वर्तमान स्थिति पढ़ना। हर 5 सेकंड में ताज़ा करें।
loggraph.h	एक ग्राफ में सेंसर डेटा और रिले राज्यों की एक लॉग प्रदर्शित करता है। JqPlot लाइब्रेरी का उपयोग किया जाता है - सभी निर्माण क्लाइंट की तरफ होता है। नियंत्रक से अनुरोध केवल एक द्विआधारी फ़ाइल पर जाता है - ईप्रोम से डेटा की प्रतियां।
logtable.h	भी, लेकिन एक तालिका के रूप में
settings.h	डिवाइस सेटिंग्स का प्रबंधन: तापमान, जल प्रवाह, डेटा लॉगिंग की आवृत्ति के लिए सीमा निर्धारित करना
time.h	वर्तमान समय सेटिंग
	पुस्तकालयों
EepromLogger.cpp	फ्लैश लॉग लाइब्रेरी
EepromLogger.h
crc8.cpp	8- CRC
crc8.h
TimeSpan.cpp
TimeSpan.h

OneWire tempSensAddr. . ( 4 ):

while (ds.search(tempSensAddr[lastSensorIndex]) && lastSensorIndex < 4) { Serial.print("ROM ="); for (byte i = 0; i < 8; i++) { Serial.print(' '); Serial.print(tempSensAddr[lastSensorIndex][i], HEX); } if (OneWire::crc8(tempSensAddr[lastSensorIndex], 7) != tempSensAddr[lastSensorIndex][7]) { Serial.print(" CRC is not valid!"); } else lastSensorIndex++; Serial.println(); } ds.reset_search(); lastSensorIndex--; Serial.print("\r\nTemperature sensor count: "); Serial.print(lastSensorIndex + 1, DEC);  ,       ().       Serial   LCD  : // Read sensor values and print temperatures ds.reset(); ds.write(0xCC, TEMP_SENSOR_POWER_MODE); // Request all sensors at the one time ds.write(0x44, TEMP_SENSOR_POWER_MODE); // Acquire temperatures delay(1000); // Delay is required by temp. sensors char tempString[10]; for (byte addr = 0; addr <= lastSensorIndex; addr++) { ds.reset(); ds.select(tempSensAddr[addr]); ds.write(0xBE, TEMP_SENSOR_POWER_MODE); // Read Scratchpad tempData[addr] = ds.read() | (ds.read() << 8); // Read first 2 bytes which carry temperature data int tempInCelsius = (tempData[addr] + 8) >> 4; // In celsius, with math rounding Serial.print(tempInCelsius, DEC); // Print temperature Serial.println(" C"); }

डेटाशीट के अनुसार, सेंसर को तापमान मान मांगने और सेंसर से प्रतिक्रिया प्राप्त करने के बीच कम से कम 750 एमएस विलंब की आवश्यकता होती है। इसलिए, कोड ने एक छोटे से मार्जिन के साथ देरी शुरू की।

हालांकि, यह देरी, जब पूरे डिवाइस को बस एक जवाब का इंतजार है, शुरुआत में स्वीकार्य है, लेकिन सेंसर के नियमित मतदान के साथ हर बार इंतजार करना बिल्कुल अनुचित है। इसलिए, निम्नलिखित ट्रिकी कोड लिखा गया था, जिसे टाइमर द्वारा हर 50 एमएस कहा जाता है:

 #define TEMP_MEASURE_PERIOD 20 // Time of measuring, * TEMP_TIMER_PERIODICITY ms #define TEMP_TIMER_PERIODICITY 50 // Periodicity of timer calling, ms timer.attach_ms(TEMP_TIMER_PERIODICITY, tempReadTimer); int tempMeasureCycleCount = 0; void tempReadTimer() // Called many times in second, perform only one small operation per call { tempMeasureCycleCount++; if (tempMeasureCycleCount >= TEMP_MEASURE_PERIOD) { tempMeasureCycleCount = 0; // Start cycle again } if (tempMeasureCycleCount == 0) { ds.reset(); ds.write(0xCC, TEMP_SENSOR_POWER_MODE); // Request all sensors at the one time ds.write(0x44, TEMP_SENSOR_POWER_MODE); // Acquire temperatures } // Between phases above and below should be > 750 ms int addr = TEMP_MEASURE_PERIOD - tempMeasureCycleCount - 1; if (addr >= 0 && addr <= lastSensorIndex) { ds.reset(); ds.select(tempSensAddr[addr]); ds.write(0xBE, TEMP_SENSOR_POWER_MODE); // Read Scratchpad tempData[addr] = ds.read() | (ds.read() << 8); // Read first 2 bytes which carry temperature data } }

प्रत्येक tempMeasureCycleCount चक्र की शुरुआत में, सेंसर से उनके मूल्यों को पढ़ने का अनुरोध किया जाता है। लगभग 50 ऐसे चक्र गुजरते हैं (और कुल मिलाकर यह 50 * 20 = 1000 एमएस = 1 सेकंड है), प्रत्येक सेंसर का मूल्य पढ़ा जाता है, एक समय में एक। सभी काम टुकड़ों में टूट जाते हैं ताकि टाइमर अवरोध में चलने वाला कोड नियंत्रक से अधिक समय न ले।

फ्लो सेंसर के मूल्य की गणना निम्नानुसार की जाती है। पिन पर रुकावट जिस पर सेंसर लटका होता है, हम फ्लो सेंसर से आए टिक के काउंटर का मान बढ़ाते हैं:

 pinMode(FLOW_SENSOR_PIN, INPUT); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(FLOW_SENSOR_PIN), flow, RISING); // Setup Interrupt volatile int flow_frequency; // Flow sensor pulses int flowMeasureCycleCount = 0; void flow() // Flow sensor interrupt function { flow_frequency++; }

उसी टाइमर में जहां तापमान सेंसर प्रदूषित होते हैं, एक सेकंड में एक बार हम इस टिक मूल्य को लेते हैं और इसे FLOW_SENSOR_CONST निरंतर का उपयोग करके लीटर में अनुवाद करते हैं, जिसका मूल्य सेंसर की विशेषताओं में पाया जा सकता है:

 flowMeasureCycleCount++; if (flowMeasureCycleCount >= 1000 / TEMP_TIMER_PERIODICITY) { flowMeasureCycleCount = 0; litersInMinute = (flow_frequency / FLOW_SENSOR_CONST); // Pulse frequency (Hz) = FLOW_SENSOR_CONST*Q, Q is flow rate in L/min. flow_frequency = 0; // Reset Counter }

सेंसर और डिवाइस की स्थिति से डेटा लॉगिंग

लॉगिंग तंत्र को विकसित करने में, तथ्य यह है कि डिवाइस को अचानक बंद किया जा सकता है, अर्थात। लगभग किसी भी क्षण में। जब आप रिकॉर्डिंग बंद कर देते हैं, तो हमें बहुत ही अंतिम क्षण तक रिकॉर्ड की गई सभी चीजों को पुनर्स्थापित करने में सक्षम होना चाहिए। उसी समय, हम लगातार फ्लैश मेमोरी के एक ही क्षेत्र (उदाहरण के लिए, एक निश्चित स्थान पर एक निश्चित शीर्षक, उस पते को याद करते हुए, जहाँ रिकॉर्डिंग आखिरी बार चली थी) को फिर से लिख सकते हैं, ताकि इस स्थान पर फ्लैश ड्राइव के त्वरित "मिटा" से बचा जा सके।

कुछ "संचयन" के बाद निम्नलिखित रिकॉर्डिंग मॉडल का आविष्कार किया गया था और इसे लागू किया गया था:

प्रत्येक रिकॉर्ड एक रिकॉर्ड है जिसमें पानी के प्रवाह के मौजूदा मूल्य, सेंसर तापमान, साथ ही बाइट में एन्कोड किए गए डिवाइस की स्थिति (व्यक्तिगत बिट्स संकेत करते हैं कि रिले चालू है या नहीं, क्या हीटिंग सक्षम है या नहीं) के बारे में जानकारी युक्त:

 struct LogEvent { unsigned char litersInMinute = 0; unsigned char tempCelsius[4]{ 0, 0, 0, 0 }; unsigned char deviceStatus = 0; }

प्रत्येक रिकॉर्डिंग के बाद, एक सीआरसी चेकसम बाइट होता है, जो यह बताता है कि रिकॉर्डिंग सही ढंग से और सामान्य रूप से लिखी गई थी या नहीं, कम से कम इस मेमोरी लोकेशन में कुछ लिखा गया था या नहीं।

चूंकि प्रत्येक रिकॉर्ड के लिए वर्तमान समय ( टाइमस्टैम्प ) पर डेटा रिकॉर्ड करना बहुत महंगा होगा, इसलिए डेटा को बड़े ब्लॉकों में आयोजित किया जाता है, जिसमें प्रत्येक में एन रिकॉर्ड होता है। प्रत्येक ब्लॉक के लिए टाइमस्टैम्प केवल एक बार दर्ज किया जाता है, बाकी के लिए - इसकी गणना लॉगिंग की आवृत्ति के बारे में जानकारी के आधार पर की जाती है।

 unsigned int logRecordsInBlock = 60 * 60 / loggingPeriodSeconds; // 1 block for hour unsigned int block_size = sizeof(Block_Header) + logRecordsInBlock * (record_size + crcSize); unsigned int block_count = total_storage_size / block_size;

उदाहरण के लिए, हर 30 सेकंड में एक बार लॉगिंग आवृत्ति के साथ, हमारे पास एक ब्लॉक में 120 प्रविष्टियां होंगी, और ब्लॉक का आकार लगभग 840 बाइट्स होगा। कुल मिलाकर, हम आकार में 32 किलोबाइट के फ्लैश ड्राइव की स्मृति में 39 ब्लॉक फिट कर सकते हैं। इस तरह के एक संगठन के साथ, यह पता चलता है कि प्रत्येक ब्लॉक स्मृति में एक कड़ाई से परिभाषित पते पर शुरू होता है, और "सभी ब्लॉकों से गुजरना" एक समस्या नहीं है।

तदनुसार, डिवाइस के अंतिम बंद के दौरान रिकॉर्ड में अचानक ब्रेक के साथ, हमारे पास एक अपूर्ण ब्लॉक होगा (यानी जिसमें कुछ रिकॉर्ड गायब हैं)। जब डिवाइस चालू होता है, तो एल्गोरिथ्म अंतिम वैध ब्लॉक हेडर (टाइमस्टैम्प + सीआरसी) की खोज करता है। और रिकॉर्डिंग जारी रखता है, अगले ब्लॉक से शुरू होता है। रिकॉर्डिंग को चक्रीय रूप से किया जाता है: नवीनतम ब्लॉक सबसे पुराने ब्लॉक के डेटा को ओवरराइट करता है।

पढ़ते समय, सभी ब्लॉकों को क्रमिक रूप से पढ़ा जाता है। अमान्य ब्लॉक (जो टाइमस्टैम्प के लिए सीआरसी पास नहीं करते हैं) को पूरी तरह से अनदेखा कर दिया जाता है। प्रत्येक ब्लॉक में रिकॉर्ड तब तक पढ़े जाते हैं जब तक कि पहले अमान्य रिकॉर्ड (यानी उस समय की रिकॉर्डिंग पूरी तरह से कट न जाए, जब ब्लॉक पूरी तरह से रिकॉर्ड नहीं किया गया)। बाकी को नजरअंदाज कर दिया जाता है।
प्रत्येक रिकॉर्ड के लिए, वर्तमान समय की गणना ब्लॉक के टाइमस्टैम्प और ब्लॉक में रिकॉर्ड की क्रम संख्या के आधार पर की जाती है।

एलसीडी

डिवाइस एक प्रदर्शन QC1602A का उपयोग करता है, जो 16 वर्णों की 2 पंक्तियों को प्रदर्शित करने में सक्षम है। पहली पंक्ति सेंसर के वर्तमान मूल्यों के बारे में वर्तमान जानकारी प्रदर्शित करती है: प्रवाह और तापमान। यदि निर्दिष्ट सीमा पार हो गई है, तो मूल्य के पास एक विस्मयादिबोधक चिह्न दिखाई देता है। दूसरी पंक्ति हीटिंग रिले और पंप की स्थिति को दिखाती है, साथ ही हीटिंग के चालू या बंद होने के बाद का समय समाप्त हो जाता है। हर 5 सेकंड में, दूसरी पंक्ति में प्रदर्शन वर्तमान सीमाओं को संक्षेप में दिखाता है। विभिन्न मोड में प्रदर्शन की तस्वीरें प्रकाशन के अंत में दिखाई जाती हैं।

ग्राफिक्स

जब अंतर्निहित वेब सर्वर के माध्यम से अनुरोध किया जाता है, तो लॉगिंग डेटा को बाइनरी फॉर्म में जावास्क्रिप्ट का उपयोग करके पढ़ा जाता है:

 var xhttp = new XMLHttpRequest(); xhttp.open("GET", "logs.bin", true); xhttp.responseType = "arraybuffer"; xhttp.onprogress = updateProgress; xhttp.onload = function (oEvent) { var arrayBuffer = xhttp.response; if (arrayBuffer) { var byteArray = new Uint8Array(arrayBuffer); … }}; xhttp.send(null);

उन्हें कुछ लोकप्रिय गैर-द्विआधारी प्रारूप में पढ़ना, जैसे कि अजाक्स, नियंत्रक के लिए एक दुर्गम लक्जरी होगा, मुख्य रूप से बड़ी राशि के कारण जो अंतर्निहित http सर्वर को वापस लौटना होगा।

इसी कारण से, jqPlot JavaScript लाइब्रेरी का उपयोग रेखांकन बनाने के लिए किया जाता है, और JS लाइब्रेरी की फाइलें स्वयं लोकप्रिय CDN से लोड की जाती हैं।

डिवाइस के शेड्यूल का एक उदाहरण:

यह स्पष्ट रूप से देखा गया है कि लगभग 9:35 पर डिवाइस को हीटिंग के लिए चालू किया गया था, बॉयलर ने धीरे-धीरे हीटिंग सर्किट (सेंसर T3, T4) को गर्म करना शुरू कर दिया, जिसके बाद पूल सर्किट का तापमान बढ़ना शुरू हो गया (सेंसर T1, T2)। लगभग 10:20 पर, बॉयलर ने घर में गर्म पानी गर्म करने के लिए स्विच किया, हीटिंग सर्किट का तापमान गिरा। फिर एक और 10 मिनट के बाद, बॉयलर पूल के पानी को गर्म करने के लिए वापस आ गया। 10:50 बजे एक दुर्घटना घटी: पूल में पानी प्रवाहित करने का पंप अचानक बंद हो गया। पानी का प्रवाह तेजी से शून्य तक गिर गया, हीटिंग रिले बंद हो गया (लाल चार्ट पर 2 लाइन पर बिंदीदार रेखा), जिससे ओवरहीटिंग को रोका जा सके। लेकिन डिवाइस अभी भी हीटिंग की स्थिति में रहा (लाल चार्ट पर 2 लाइन)। यानी यदि पंप को फिर से चालू किया गया था और तापमान सामान्य था, तो डिवाइस हीटिंग पर वापस आ जाएगा। मैं ध्यान देता हूं कि पंप के एक आपातकालीन शटडाउन के बाद, हीट एक्सचेंजर के ओवरहीटिंग के कारण पूल वॉटर सर्किट (टी 1, टी 2) में तापमान तेजी से बढ़ने लगा। और यदि बॉयलर के तेज बंद के लिए नहीं, तो परेशानी होगी।

एंबेडेड वेब सर्वर

बाहरी दुनिया के साथ संवाद करने के लिए, मानक वर्ग ESP8266WebServer का उपयोग किया जाता है । जब उपकरण शुरू होता है, तो इसे #define AP_PASS में निर्दिष्ट डिफ़ॉल्ट पासवर्ड के साथ एक पहुंच बिंदु के रूप में प्रारंभ किया जाता है। एक उपलब्ध वी-फाई नेटवर्क का चयन करने और पासवर्ड दर्ज करने के लिए एक वेब पेज स्वचालित रूप से खुलता है। पासवर्ड दर्ज करने के बाद, डिवाइस रिबूट करता है और निर्दिष्ट एक्सेस प्वाइंट से कनेक्ट होता है।

तैयार डिवाइस

तैयार डिवाइस को तारों के लिए एक मानक कटिंग बॉक्स में रखा गया था। एलसीडी के लिए एक छेद काट दिया गया था, और कनेक्टर्स के लिए छेद।

विभिन्न मोड में डिवाइस के मुखौटे की तस्वीरें

स्विच करने के बाद बीते समय के प्रदर्शन के साथ:

प्रदर्शित सीमाओं के साथ:

निष्कर्ष

अंत में, मैं यह कहना चाहता हूं कि, इस तरह के एक उपकरण को विकसित करने के लिए, मुझे सर्किटरी, पीसीबी डिजाइन, एसएमडी घटकों के लिए इंस्टॉलेशन कौशल, माइक्रोकंट्रोलर की वास्तुकला और प्रोग्रामिंग में बहुत अच्छा अनुभव मिला, मुझे लगभग भूल गए सी ++ और मेमोरी और अन्य सीमित नियंत्रक संसाधनों की सावधानीपूर्वक हैंडलिंग याद है। ब्राउज़र में एचटीएमएल 5, जावास्क्रिप्ट और स्क्रिप्ट के डिबगिंग कौशल का ज्ञान भी कुछ हद तक उपयोगी था।

ये कौशल और डिवाइस के विकास के दौरान प्राप्त आनंद मुख्य लाभ प्राप्त होते हैं। और डिवाइस के स्रोत कोड, सर्किट आरेख, मुद्रित सर्किट बोर्ड - कृपया उपयोग करें, संशोधित करें। सभी प्रोजेक्ट सोर्स कोड GitHab पर हैं। ईज़ीईडीए पर एक सार्वजनिक परियोजना में हार्डवेयर। मैंने नेटवर्क ड्राइव पर प्रोजेक्ट में उपयोग किए गए चिप्स पर डेटा एकत्र किया।

Arduino के वातावरण में ESP8266 पर पूल हीटिंग नियंत्रण के लिए IoT डिवाइस का पूर्ण विकास चक्र