Sistema de controle automático de ar-condicionado sem fio ou unidade de rotação do ar-condicionado no STM32 + TI CC2530

Oi amigos!
Hoje, quero falar sobre um desenvolvimento interessante de um sistema de controle eletrônico de ar condicionado.

A Internet moderna, a computação em nuvem ou o simples processamento de grandes quantidades de dados não podem ser imaginados sem um servidor. Aproximadamente 50% da energia consumida pelos servidores entra em aquecimento, que deve ser removida das salas de servidores ou data centers de uma maneira ou de outra.

Como regra, os aparelhos de ar condicionado são utilizados para esses fins, cuja quantidade e potência são calculadas de acordo com o volume das instalações, a dissipação de calor dos servidores e outros parâmetros. Os data centers realmente grandes usam sistemas caros de ar condicionado split com sistemas de controle integrados; no entanto, hoje consideraremos um sistema de controle para os sistemas de servidores pequenos bastante comuns de hoje, que são resfriados por apenas alguns condicionadores de ar domésticos geralmente simples - de acordo com as estatísticas, isso é mais frequente 2. menos de 3 aparelhos de ar condicionado.

Olhando para o futuro, quero mostrar imediatamente o esquema de trabalho do sistema desenvolvido, que está interessado - peço gato.





O sistema de controle em consideração ou a unidade de rotação dos condicionadores de ar não é uma novidade no mundo da tecnologia climática, no entanto, possui um conjunto de funções avançadas (principalmente comunicação) que o distinguem nitidamente de tudo o que o mercado tem a oferecer.

A questão lógica é - por que tudo isso é necessário? O uso de um sistema de controle separado para aparelhos de ar condicionado na sala do servidor fornece:

- manutenção de um determinado nível de temperatura na sala, controlando automaticamente os
aparelhos de ar condicionado instalados;
- rotação alternada - alternar os aparelhos de ar condicionado em intervalos regulares (de várias horas a um dia) garante seu desgaste uniforme, o que aumenta a confiabilidade do sistema de refrigeração;
- quando a temperatura crítica é excedida, os aparelhos de ar condicionado em espera ligam e funcionam automaticamente até que a temperatura na sala do servidor caia para um nível predeterminado;
- controlando a diferença de temperatura entre as entradas e saídas dos aparelhos de ar condicionado, o sistema pode reconhecer automaticamente seu mau funcionamento e sinalizá-lo fechando contatos de emergência, transmitindo dados ao servidor da web, enviando sms ou mensagens de e-mail para a pessoa responsável, e assim por diante;
- A capacidade de monitorar remotamente o status e controlar os condicionadores de ar por meio de um servidor da web.

O núcleo do sistema descrito é um controlador central baseado no sistema de microcontrolador STM32F107 + em um chip CC2530(Texas Instruments), contendo o núcleo de computação 8051 e um padrão de transceptor de rádio IEEE 802.15.4 (2,4 GHz).


Fotografia do primeiro protótipo


Vista esquemática do controlador

O controlador possui uma pequena tela LCD em preto e branco de 128 * 64 pixels, um botão codificador (“twist”), uma entrada de energia de 220 V, uma antena externa, um conector Ethernet, uma saída de alarme e um receptor de infravermelho para gravar comandos de controle para aparelhos de ar condicionado a partir dos painéis de controle originais.

O controle direto dos aparelhos de ar condicionado é realizado por módulos sem fio (RF), instalados um para cada aparelho de ar condicionado. A troca de informações entre cada módulo de RF e a unidade de controle central é realizada através de um canal sem fio de 2,4 GHz usando seu próprio protocolo, cujo nível MAC é idêntico ao nível MAC do protocolo Zigbee. Os módulos controlam os condicionadores de ar através do canal infravermelho usando diodos infravermelhos, ou seja, eles pensam cada vez que são controlados por uma pessoa através de seu próprio painel de controle. Ao instalar o sistema, são gravados 3 comandos para cada ar condicionado: ligar para refrigeração, ligar para ventilação e desligar.


Os primeiros protótipos de módulos de RF, fios brancos - potência.Vista


esquemática do módulo de RF

No menu principal do controlador central, a temperatura média da sala é exibida (o valor médio dos sensores de temperatura dos módulos na entrada de todos os aparelhos de ar condicionado), uma lista de módulos conectados com ícones de status, a temperatura definida e o tempo sincronizado com o servidor da Web remoto:



No menu, é possível vincular o novo módulo a para o controlador:



pode gravar vários comandos de infravermelhos a partir do painel de controlo nativo:



pode definir a temperatura necessária para a manutenção do ambiente e o tempo de rotação dos aparelhos de ar condicionado:



como bem como crie um grande número de parâmetros adicionais.

Durante a operação do sistema, no caso de energia suficiente dos condicionadores de ar instalados na sala controlada, o controlador mantém a temperatura média na sala não superior à temperatura definida ao definir os parâmetros + 3 graus.
Se a temperatura média da sala subir acima da temperatura definida, o controlador liga seqüencialmente os condicionadores de ar para resfriamento, o primeiro a ligar os condicionadores de ar com menos tempo de operação.
Considera-se que o ar condicionado está funcionando para resfriamento se, após o envio do comando de resfriamento ao ar condicionado pelo LED IR do módulo RF, a diferença de temperatura especificada nas configurações do sistema entre o ar que entra e sai do ar condicionado é estabelecida.
Se, após dar o comando IR ao ar condicionado, a diferença de temperatura acima não for estabelecida dentro de 5 minutos, este módulo exibirá um erro no compressor.
No entanto, se a diferença de temperatura não atingir o aparelho dentro de 5 minutos após a primeira tentativa de ligá-lo, o controlador tentará ligá-lo para resfriar mais 2 vezes com um intervalo de 5 minutos. Se a diferença de temperatura após 5 minutos após o envio do último comando de ativação para refrigeração ainda permanecer abaixo do limite, o ar condicionado será desligado para evitar quebras e pare de funcionar até que o erro do compressor seja eliminado.
O número de aparelhos de ar condicionado ligados a qualquer momento depende do excesso de temperatura média acima da temperatura definida. Se a temperatura definida for excedida em 3 graus ou mais, todos os aparelhos de ar condicionado serão ligados para resfriamento.

O algoritmo de manutenção automática de temperatura inclui uma função de rotação, que é usada para estabelecer um equilíbrio entre o calor gerado pelo equipamento localizado na sala e o calor absorvido pelo sistema de ar condicionado - nesse caso, um certo número de condicionadores de ar ficará em estado de resfriamento por um longo tempo.
Se ao mesmo tempo esse número de aparelhos de ar condicionado em um estado de resfriamento for menor que o número de todos os aparelhos de ar condicionado sem problemas, depois de um tempo de rotação especificado, o estado de resfriamento será transferido do ar condicionado com um tempo de rotação maior (do número de aparelhos de ar condicionado atualmente ativados) para o ar condicionado com um tempo de operação total mais baixo (a partir do número de aparelhos desligados) aparelhos de ar condicionado no momento).
Se o número de aparelhos de ar condicionado ativados para refrigeração atingir o número de todos os aparelhos de ar condicionado disponíveis, eles continuarão a trabalhar para refrigeração, independentemente do tempo de operação rotacional.
O horário de funcionamento rotacional é considerado a operação de refrigeração do ar condicionado desde o momento em que foi ligado pela última vez.

Se um cabo Ethernet conectado à Internet estiver conectado ao controlador, o controlador trocará dados com o servidor da Web remoto uma vez por minuto. O usuário tem a capacidade de monitorar remotamente as condições gerais do sistema (temperatura ambiente média, operação contínua do controlador) e o status de cada ar condicionado instalado.
Se necessário, o usuário tem a oportunidade de ligar manualmente qualquer um dos aparelhos de ar condicionado disponíveis para refrigeração, ventilação ou desligá-lo.

Abaixo estão as capturas de tela do servidor da web de teste, com as quais você pode monitorar o status do servidor monitorado e gerenciar os condicionadores de ar instalados neles:


Tela para o status geral da sala do servidor


Histórico de operações de um condicionador de ar separado

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Source: https://habr.com/ru/post/pt382503/