Легкая автоматизация на основе ESP8266

 Удаленное управление отоплением в загородном доме

Была поставлена задача отопления в деревянном, частном доме площадью 60 кв.м. Отопление должно управляться через Интернет, чтобы можно было перед приездом прогреть дом и конечно же контролировать его состояние. Простой расчёт мощности говорит о том, что потребуется всего 6 кВт - шесть обогревателей по 1кВт. Кроме этого, отопление является основным и постоянным при проживании в доме. Поэтому вариант использования умной или GSM розетки и просто подключенного к ней обогревателя не рассматривался, как ненадежный и пожароопасный. Обогрев должен поддерживать точную температуру, постараться свести колебания к минимуму, также он должен быть бесшумным, чтобы не было звуков постоянно клацающих реле. Не должно быть никакой привязки к элементам питания датчиков на батарейках, которые могут разрядиться при низких температурах и/или в неподходящий момент. Дополнительно, нужно следить за влажностью в комнатах и организовать тихое и недорогое проветривание помещения. Итого: нужно постоянное, системное и надёжное решение за приемлимые деньги. 

Первой задачей будет обогрев согласно заданной температуре. То есть, у нас есть некий датчик-термометр, согласно которому мы включаем и выключаем обогреватель. Плюс, когда становится слишком жарко, то можем включить вентилятор, вытяжку или кондиционер. Это может быть электрическое отопление в деревенном дачном доме.

Второй задачей будет обеспечение нужной влажности в помещении, согласно датчику-гигрометру. Для этого потребуется тоже несколько устройств, например вентилятор и увлажнитель. Вентилятор, а лучше все же вытяжка будет выполнять сразу несколько задач: проветривать помещение, чтобы обеспечить приток свежего воздуха, плюс будет устранять избыточную влажность и температуру. А вот в случае низкой влажности, которая обычно образуется из-за обогревателей, нужно будет включить увлажнитель воздуха.

 

Третьей задачей будет обеспечение безопасности, для этого мы будем использовать предохранитель, который сможет обесточить обогреватель или полностью все наши электроприборы, если вдруг что-то пошло не так, как было запланировано. 

Также надо будет предусмотреть термостабилизацию самого контроллера, который будет управлять другими устройствами и для этого нам понадобиться небольшой вентилятор.

Конечно, расширив проект, мы несколько усложнили его, отойдя от простого термостата.  Однако на практике, это вовсе не означает, что мы обязаны использовать все устройства. В самом простом случае, мы можем воспользоваться только обогревателем и датчиком температуры.

  

В основе проекта лежит контроллер типа Arduino, но более компактный и функциональный, основаный на базе чипа ESP8266. Рекомендуемый вариант исполнения - WeMos D1 mini. Этот чип имеет встроенный радиомодуль для подключения к сети WiFi и соответственно выхода в сеть Интернет. Также, аналогично Arduino, это контроллер имеет цифровые выходы GPIO для работы с датчиками и устройствами. 

  

На плате Вы видите четыре реле. Одно будет управлять обогревателем, второе вентилятором или вытяжкой (хотя в принципе к нему можно подключить и кондиционер), третье реле будет включать увлажнитель, генерирующий пар. И последнее реле будет дополнительно размыкать цепь питания обогревателя - оно является предохранителем. Например, если произошла как-либо неполадка и реле включающее обогреватель оказалось постоянно замкнутым, то чтобы избежать перегрева или даже пожара, наш предохранитель дополнительно обесточит всю цепь. 

Как мы уже говорили, проект легко упростить: совсем необязательно использовать все датчики и блоки реле. Вы вправе упростить схему, оставив только сам контроллер ESP8266, датчик температуры воздуха или температуры обогревателя, а также одно реле для управления обогревателем. 

 

Эта плата не является обязательной, и в принципе, если Вы чуть более опытный электротехник, то Вы можете собрать своё устройство используя макетную плату, где вместо дорожек используются перемычки. Так получается достаточно быстро и легко, особенно если Вы не планируете использовать все те компоненты, которые есть в типовом проекте. Но если Вы новичок, то мы рекомендуем изготовить эту плату или возможно даже купить полностью готовую, уже собранную. В этом случае, Вам не нужно будет ничего паять, а останется только подключить устройства и настроить их режимы работы.

 

Кроме изготовления печатной платы, Вам понадобится еще заказать и радиодетали, это можно сделать в любом радиотехническом магазине, или во всем известном Ali-express. Мы постарались использовать популярную и недорогую элементную базу. Общий список номенклатуры деталей Вы найдете в этом же разделе.

Осталось упомянуть, что если Вы обладаете 3D-принтером, то в разделе Дополнительные материалы, Вы найдете ряд полезных моделей, например корпус контроллера или корпус датчика температуры и влажности. Если же у Вас нет 3D-принтера, то наверняка Вы сможете заказать их распечатку по объявлениям в сети Интернет.

  

Пробежимся кратко касательно основных устройств. Рассмотреть все варианты будет проблематично, поэтому мы дадим субъективные рекомендации, исходя их нашего опыта. 

Прежде всего, сам обогреватель. Самый простой вариант использовать готовый масляный, воздушный(конвекторный), инфракрасный или керамический обогреватель. Плюсы и недостатки каждого Вы сами найдете в сети. Общий принцип работы их таков: электрический обогреватель ставится на максимум, а дальше управляется контроллером. Но можно и даже лучше собрать обогреватель для отопления на даче самостоятельно, по принципу центрального отопления. 

 

Берется биметаллический радиатор, ТЭН, который вкручивается в радиатор и заливается пропиленгликоль. Такой обогреватель не боится замерзания и конечно хорошо обогревает за счет теплового потока воздуха и инфракрасного излучения. Единственное, что необходимо правильно выбрать это ТЭН, желательно чтобы он также имел предохранитель по температуре (обычно около 80 градусов) и не соприкасался со  стенками радиатора, тогда не будет звука закипающего чайника. Специально для закрытия контактов такого обогревателя мы разработали колпачок, который можно распечатать из обычного PLA-пластика, загрузив модель с нашего сайта. 

 

Теперь о вытяжке. Если речь идет о таком помещении, как ванная, то, скорее всего там уже предусмотрена вытяжка. Следовательно, Вам необходимо немного доработать схему, чтобы вытяжка включалась как от выключателя, так и от контроллера. Например, схема может выглядеть так. 

 

Тоже касается и других помещений, в которых не предусмотрена централизованная вентиляция. Если там стоит индивидуальная вытяжка или рекуператор, то их можно будет подключить к контроллеру. Однако, если сложилось так, что Ваша комната проветривается только через открытие окон, то это желательно исправить. Мы можем предложить самый простой и тихий вариант: использовать компьютерный вентилятор на 12V. Для этого в стене делается отверстие, снаружи ставится клапан, а внутри, через адаптер подключается вентилятор. Переходник адаптера также уже разработан и легко может быть воспроизведен благодаря 3D-принтеру. 

 

При выборе вентилятора, надо брать простой: двух или трех контактный и обратить внимание на шумность (зависит от типа подшипника) и количество оборотов, которые определяют объем прокачиваемого воздуха и ту же шумность. 

Есть ещё интересный момент: достаточно часто контроллер размещается ближе к обогревателю и нередко получается так, что вентилятор находится  совсем в другом углу комнаты. Получается, что для него нужно будет прокладывать отдельный управляющий или питающий кабель. Однако, этого можно избежать! Как мы уже говорили на примере нескольких обогревателей, правильнее и проще будет добавить вспомогательный контроллер, который будет работать в зеркальном режиме вместе с основным. 

 

Приведём пример реализации контроллера на монтажной плате. Как видите, здесь есть сам чип контроллера, блок питания 12В, преобразователь напряжения на 5В, и твердотельное реле на базе MOSFET-транзистора. Все это готовые и недорогие модули, которые просто надо соединить вместе, в общем, ничего сложного.

Осталось упомянуть про увлажнитель воздуха. В большинстве случаев, здесь можно обратиться к уже готовым вариантам. Эти устройства представляют собой ёмкость с водой и ультразвуковой генератор холодного пара. Необходим дешевый вариант с механическим управлением, который будет работать сразу после включения в сеть.


Проект "Климат-конроль"  С чего начать проект?


Видео-инструкция отопления в частном доме


Обсуждения, отзывы, вопросы