👪 👈 🏓 Piso radiante “quase inteligente” no Arduino 🔑 💆🏼 😄

Minha noite de sempre é uma reunião de computador. Nas noites frias, muitas vezes havia um desejo de tornar meu local de descanso mais confortável. Mais precisamente, de vez em quando fazia frio nas pernas. As idéias eram diferentes, até a compra de chinelos aquecidos por USB. No entanto, todos eles pareciam ridículos para mim e foram embora. E então, um dia, assistindo ao canal do YouTube de um dos amantes do Arduino, me deparei com um vídeo que falava sobre filmes infravermelhos. Ao ver este filme, percebi imediatamente: "É disso que preciso!"

Este projeto pode ser descrito brevemente da seguinte forma: Coloquei um pedaço de filme infravermelho sob uma camada adicional de parquet, adicionando a ele um sistema de controle automático usando Arduino, vários sensores e VB.NET. Agora, em ordem, o que e como aconteceu.

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Estou envolvido em projetos desse tipo há vários anos, faço isso por mim mesmo. Eu faço isso: o processo em si é muito mais interessante para mim do que a solução final. É por isso que a descrição do processo e dos experimentos é fornecida abaixo com detalhes tão detalhados. O uso de elementos às vezes não é totalmente justificado do ponto de vista financeiro - eu entendo isso. De tempos em tempos, mudo alguma coisa (na abordagem, nos elementos), mas definitivamente não vou mudar para soluções prontas, pois isso será simplesmente desinteressante.

Por que é "quase inteligente"? Eu não chamaria a medição de temperatura e o controle do temporizador de "inteligentes". Como caminho a seguir, existe uma idéia para melhorar o algoritmo de controle adicionando funções de aprendizado. Então esse projeto pode ser chamado de outra forma.

Por que esta publicação:

interessante obter críticas / idéias construtivas
apresentar a comunidade ao filme infravermelho

Então vamos!

Compra

Tendo decidido que eu deveria me preparar antes da ação, fui aos mecanismos de pesquisa para encontrar mais informações e feedback. Os comentários foram conflitantes. Alguém chamou o filme de elemento de aquecimento ideal e disse que ele aquece com sucesso casas inteiras, alguém queixou-se de que era completamente inútil e insistiu que tudo era um "divórcio". Decidi experimentar, porque amo coisas novas.

Os conjuntos de entrega são diferentes:

Largura do filme (50, 80, 100cm)
Comprimento (a partir de 2 metros) (em algum lugar havia informações de que, com uma largura de 50 cm, é máximo permitido usar até 6 metros de filme em uma seção para uma conexão (não há fonte de dados))
Termostato incluído
( ) ( — , )

Comentário dos vendedores de filmes em minha cidade: a garantia do filme pode ser de até 10 anos, mas a garantia do termostato e, principalmente, do sensor de temperatura não excede 2 anos. O sensor de temperatura é um ponto fraco e é recomendável instalá-lo de forma a garantir a possibilidade de substituição durante a operação. Geralmente, um tubo de pequeno diâmetro é montado no chão e o sensor é simplesmente inserido no tubo mais tarde durante a instalação.

Para o experimento, eu precisava apenas de um pequeno pedaço do filme “mágico”, então o principal critério para a compra foi o preço e a configuração mínima (sem termostato e suportes).

Depois de verificar os preços, resolvi uma oferta no AliExpress. O vendedor ofereceu 2 metros de filme com uma largura de 50 centímetros por 8 €, sem termostato e suportes, mas para a entrega pedi a mesma quantia. Essa acabou sendo a opção mais aceitável. Fiz um pedido e comecei a esperar pelo pacote. Após cerca de três semanas, um pedaço de filme já estava em minha casa.

Primeiro teste

Depois que consegui o filme, me propus a primeira tarefa: verificar se funcionava. Para construir o primeiro protótipo, usei três placas laminadas que sobraram de um reparo recente.

O processo de montagem é elementar:

Cortei o filme no comprimento desejado (cerca de 100 cm foi o suficiente para mim. Teoricamente, pode ser cortado em quase qualquer lugar)
( , . ( ) – . , )
220-250

Ativado, consumo medido. A energia consumida pelo meu pedaço de filme era de 105 watts. Se alguém decide usar um filme semelhante, pode calcular o consumo em 200-210 watts por metro quadrado. Não observei nenhuma “corrente inicial”, o consumo é estável, enquanto há energia e não diminui com o tempo. Obviamente, não esqueça que o uso de um termostato introduzirá seu coeficiente nos cálculos finais de consumo.

Eu caí no chão e esperei pelo efeito. Durante o teste, muda periodicamente para um piso normal, para não perder as alterações se a temperatura subir suavemente. Depois de alguns minutos, senti um calor agradável vindo do chão. Cerca de 15 minutos depois, o chão já estava frito, de modo que era desconfortável estar nele. O experimento pode ser considerado bem-sucedido, pois era claramente visível que o filme pode fornecer o nível necessário de transferência de calor para atender às minhas necessidades.

A implementação da parte "inteligente"

Enquanto esperava o pacote, eu tinha uma imagem bastante clara de como meu piso quente funcionaria. Como este não é o meu primeiro projeto, decidi fazer o máximo uso dos desenvolvimentos existentes. De fato, decidi aplicar o mesmo algoritmo e esquemas para controlar a temperatura do piso e para o controle automático da luz.

Compare as regras básicas dos algoritmos:
Light

Acendemos a luz se o nível de iluminação for menor que o definido
Ligamos o relé por um certo período de tempo
Só ligamos o relé se houver informações do sensor de movimento

Aquecimento de piso

Ligamos o aquecimento se o nível de temperatura for menor que o definido
Ligamos o relé por um certo período de tempo
Só ligamos o relé se houver informações do sensor de movimento

Um tipo de diagrama de blocos de toda a solução. Peço que você não julgue estritamente o esquema - desenhei-o especificamente para publicação, para que o método de conexão seja claro e não se incomode com a seleção dos ícones corretos.

Relé de potência do piso

Para gerenciamento de energia, um pacote de duas placas é usado.

A primeira placa adiciona ao Arduino Nano:

Pontos de montagem no meu rack de automação (4 cruzamentos de cada lado)
Conector RJ-45 para portas de entrada / saída (não se fala em rede - eu apenas uso esses conectores para comutação)
Entrada para 12V (se usado na placa plug-in)
Duas resistências de 10 kΩ para conectar sensores analógicos

O segundo quadro:

Pontos de montagem no meu rack de automação (4 cruzamentos de cada lado)
Contém um gatilho JK para lembrar o último comando
Ponte de força L298D para transferir aumento de corrente para a bobina do relé
Relé de 5V ou 12V, dependendo da versão
Vários LEDs para exibir o status

Responderei a perguntas que poderiam surgir depois de me familiarizar com os conselhos.

Por que duas placas? A implementação é copiada do controle de luz existente, onde é mais conveniente para mim. Se eu fizesse do zero - provavelmente o quadro seria um.
Por que acionar? De fato, parece-me que esta solução é redundante. Apenas em uma das versões anteriores do sistema, o controlador de controle não estava conectado à ponte L298D permanentemente, mas estava conectado por um multiplexador. Portanto, havia uma necessidade de lembrar o estado estabelecido.
Por que L298D, se você pode usar isolamento óptico? Mais uma vez, um legado e um pacote de comprados por 3 € L298D.

Sensores de temperatura e movimento

Não comecei a fazer uma placa separada para sensores de movimento e temperatura. Um sensor de movimento veio com contatos convenientes e montá-lo em uma placa adicional seria ilógico. A conexão de um sensor de temperatura também não é uma tarefa difícil - apenas uma resistência adicional é necessária. Como resultado, podemos dizer "em uma reviravolta", juntei uma parte com sensores.

O sensor de temperatura é empurrado dentro da trança de cabo CAT5, pois tinha contatos muito finos e parecia muito frágil ao toque.

Habitação

Supunha-se que todos os elementos de controle estivessem embaixo da mesa no chão. Seguiu-se que não seria fora do lugar fazer algo semelhante ao caso, para que o sistema não pudesse ser facilmente danificado ao bater acidentalmente em um pé. Para o caso, foi utilizada uma caixa projetada para armazenar itens pequenos.

Montagem da carcaça

Furos para sensores laterais

Versão final.

É assim que se parece com a instalação. A zona aproximada de operação do sensor de movimento é circulada. Pintado de acordo com os sentimentos - quando funciona e quando não.

Captura de tela da janela do programa de controle no computador
(como mencionado, a lógica de controle foi copiada do sistema de controle de luz, portanto, no formulário, você pode ver as inscrições "Light" em vez de "Temperature")

Conclusão

Tanto durante o teste quanto durante a operação desta solução na forma montada, alguns problemas e nuances foram descobertos. A maioria deles está relacionada às características físicas e elétricas do circuito aplicado e sua descrição está além do escopo desta publicação. Talvez mais tarde descreverei as nuances com mais detalhes em um post separado. O filme infravermelho provou ser um material interessante, e eu o recomendo bastante. É possível usá-lo como a única fonte de aquecimento na sala e qual será o consumo de eletricidade neste caso - eu não sei.

Em geral, vários meses se passaram desde o lançamento do projeto. Meu piso quente “quase inteligente” funciona perfeitamente e cumpre 100% seu objetivo, embora às vezes seja necessário ajustar a temperatura desejada.

Isso é tudo por hoje! Obrigado a todos pela atenção!

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