Aquecedor de água ESP32 IoT: 12 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

O gêiser Cayenne IoT (tanque de água quente nos EUA) é um dispositivo de economia de energia que o ajudará a monitorar e controlar a água quente de sua casa, mesmo quando você estiver fora de casa. Ele permitirá que você ligue e desligue seu gêiser, programe-o para ligar / desligar em determinados momentos, medir a temperatura do gêiser, definir temperaturas máximas de economia, etc. Ele é feito para gêiseres elétricos de alta pressão com um único elemento. Ele pode ser facilmente modificado para outras configurações de gêiser, como baixa pressão, elemento duplo, etc. Meu gêiser também é instalado verticalmente.

Por segurança, mantive meu termostato mecânico em seu tubo. Eu meço a temperatura da água com dois sensores de temperatura DS18B20, um conectado à parte inferior do meu gêiser, abaixo do elemento, o outro conectado à saída de água quente. Você nunca deve remover seu termostato mecânico por razões de segurança. Substituir o termostato mecânico por um sensor eletrônico pode ser perigoso, pois o sensor ou o microcontrolador (hardware ou software podem funcionar mal) e levar a explosões de vapor que podem matar pessoas.

Este projeto envolve a conexão de um Relé de Estado Sólido sério com seu elemento géiser. Você pode precisar de um eletricista qualificado para fazer isso (por lei). Não trabalhe em seu AC (rede) se você não tiver certeza sobre isso.

Seu ESP32 publicará dados em um serviço chamado Cayenne IoT Cloud via MQTT. Você poderá usar o painel do Cayenne para monitorar e controlar seu gêiser e programar os tempos de aquecimento.

Suprimentos:

• ESP32 Wemos lolin ou qualquer outro ESP32. O ESP8266 também funcionará, mas a funcionalidade do pino de toque não funcionará. Um Arduino com WiFi também deve servir
• Relé de estado sólido (SSR), classificado como 30 A ou mais
• Dissipador de calor para o SSR
• 3 (2 podem fazer) sensores de temperatura semicondutores Dalas, DS18B20.
• Invólucro
• Alguns cabos jumper
• Cabos elétricos adequados para a corrente do seu gêiser
• Blocos de terminais
• Fonte de alimentação USB para o ESP32
• Bateria de lítio para alimentar o ESP32 se a rede estiver desligada.

Etapa 1: habilidades necessárias

Programação ESP32 no Arduino IDE, instalação de bibliotecas

Eletrônica básica

Conhecimento da rede elétrica (normalmente AC 110 - 240 volts)

Algum conhecimento de cayenne.mydevices.com

Etapa 2: Perfil térmico de gêiseres e posicionamento do sensor

A água quente tem uma densidade mais baixa do que a água fria. Portanto, a água no topo do tanque será mais quente do que a água no fundo do tanque, pois a água quente aumentará. A saída do gêiser também está normalmente na parte superior e a entrada na parte inferior, o que contribui ainda mais para o perfil de calor.

No meu projeto, usei três sensores de temperatura. Um na parte inferior, um na parte superior e um sensor de temperatura ambiente. Com base em alguns experimentos, decidi usar o sensor de temperatura inferior como meu indicador de que o tanque está quente. O problema com o sensor superior é que ele sobe alguns graus no momento em que uma guia quente é aberta por alguns segundos e pode haver apenas um pouco de água quente restante na parte superior do tanque. Você pode decidir usar alguma média entre os dois sensores.

Etapa 3: Construa Seu Hardware

Conecte o SSR ao PIN 15 e GND

Conecte todos os 3 sensores DS18B20: amarelo ao PIN 16, preto ao GND, vermelho a 3,3 volts. Use um resistor de pull up de 4,7 KOhms entre o PIN 16 e 3,3 volts. (Lembre-se, DS18B20 são dispositivos de um fio e vários dispositivos de um fio são permitidos em um barramento ou pino).

Conecte o fio de toque de reinicialização a TO e o fio de reinicialização a T2

Ainda não conecte sua construção à rede elétrica (AC). Ainda não conecte os sensores ao seu Geyser. Você primeiro precisa descobrir qual sensor deve ir para qual posição.

Etapa 4: Registre-se como um usuário Cayenne

Este não é um tutorial de cayenne.mydevices.com. Cayenne é a versão de preço zero do mydevices.com

Se você não estiver familiarizado com pimenta de Caiena, mais informações estão disponíveis em

Primeiro você precisa se registrar em cayenne.mydevices.com e receber um login e uma senha.

Mais informações sobre pimenta de Caiena estão disponíveis em

Também é importante ler

developers.mydevices.com/cayenne/docs/cayenne-mqtt-api/#cayenne-mqtt-api-using-arduino-mqtt para adicionar a biblioteca caiena ao ID do Arduino

Etapa 5: instalar as bibliotecas necessárias no IDE do Arduino

WiFiManager

ArduinoJson versão 6.9.0

CayenneMQTT

OneWire

DallasTemperature

ArduinoOTA

Etapa 6: carregar o ESP32 Sketch

O ESP32 Sketch contém muitos códigos. Inclui código para

1. https://github.com/tzapu/WiFiManager. O gerenciador de WiFi é usado para permitir que seu ESP32 saiba quais são as credenciais de login de seus pontos de acesso WiFi. Ele também é usado para capturar os detalhes do CayenneMQTT, limites de temperatura para o gêiser e para conectar os 3 sensores de temperatura à sua localização (superior, inferior ou ambiente)
2. Código para a API de pimenta de Caiena
3. OTA (atualizações pelo ar). Você poderá atualizar o firmware via WiFi. Você precisa estar em seu WiFi local, usando o mesmo computador que usou para carregar seu esboço original.

4. Leitura de temperatura DS18B20.

O ArduinoIDE Sketch está disponível em:

Etapa 7: adicione seu ESP32 ao Cayenne

Agora você pode adicionar um novo dispositivo.

Faça login em cayenne.mydevices.com. À sua esquerda, você verá um menu suspenso Adicionar novo …… Selecione o dispositivo / widget. Uma página será aberta onde você precisa selecionar trazer seu próprio item. Uma nova página será aberta com seus detalhes MQTT. Anote seu MQTT USERNAME, MQTT PASSWORD, CLIENT ID. Você precisará disso para se comunicar com o Cayenne MQTT Broker (Servidor). Seu MQTT USERNAME e MQTT PASSWORD serão sempre os mesmos, mas o CLIENT ID será diferente para cada novo dispositivo, como outro ESP32, Arduino ou Raspberry PI.

Você também pode dar um nome ao seu dispositivo neste formulário.

Etapa 8: execute seu esboço

Reinicie o ESP32

Agora você deve ver um novo ponto de acesso WiFi chamado "Slim_Geyser_DEV". (O ESP 32 estará no modo de ponto de acesso / Ad-hoc ou modo de ponto de acesso) usando a pesquisa / verificação de WiFi do seu computador.

Faça login neste novo ponto de acesso. A senha / chave de segurança é a senha.

Seu navegador deve ir para a página inicial "192.168.4.1", caso contrário, vá para a página inicial.

Vá para Configurar WiFi

A página de configuração deve abrir agora. Ele deve ter verificado automaticamente o seu ponto de acesso à Internet, selecione-o, digite a senha, os detalhes do Cayenne MQTT. Deixe o resto igual. Todos os valores de temperatura são métricos (Deg Celsius).

Pressione salvar. O ESP32 irá agora tentar se conectar ao seu wi-fi e ao servidor Cayenne.

Desconecte-se de "Slim_Geyser_DEV" e conecte seu computador ao ponto de acesso doméstico.

Etapa 9: Crie seu painel Cayenne

Agora você deve fazer login em cayenne.mydevices.com usando suas credenciais de cayenne.

Seu dispositivo deve estar listado na barra de menu à esquerda (o meu é Geyser_DEV).

Agora você pode adicionar todos os seus sensores e o relé (ou canais) ao seu painel clicando nos sinais de adição.

No ícone do canal 0, clique em configurações e mude o nome para "Geyser Bottom TEMP". Escolha um ícone adequado (sonda de temperatura) e selecione o número de decimais como 1. Faça o mesmo para o canal 1, 2, 5, 6

Para o Canal 4 e 8, altere o número de decimais para 0 e nomeie-os "** Status do Geyser (1 = LIGADO, O = DESLIGADO) **"

e "* Modo de aquecimento automático (0 = Manual, 1 = Automático) *" respectivamente.

Os canais 3 e 7 devem ser botões

Vá para Adicionar Novo item de menu na barra de menu esquerda, vá para Dispositivo / Widget> Widgets Personalizados> Botão

Nomeie o botão "Ligar / desligar o Geyser", selecione o nome do dispositivo (Geyser_DEV), DATA = Atuador digital, Canal 3, Unidade = E / S digital, Ícone = chave seletora. Clique em adicionar widget.

Faça o mesmo para o Canal 7

O canal 9 deve ser convertido em um controle deslizante

Vá para Adicionar novo item de menu na barra de menu esquerda, vá para Dispositivo / Widget> Widgets personalizados> Slider e selecione os valores apropriados como na imagem.

Agora você pode mover seus widgets.

Etapa 10: Descobrir as posições dos sensores

Uma vez que os três sensores Temp são conectados ao mesmo pino (One Wire Bus), você deve descobrir qual sensor deve ir para onde.

Verifique o painel do Cayenne e observe as três temperaturas. Eles devem ser mais ou menos iguais. Aqueça um com água morna ou com a mão. Observe o sensor que aquece no painel. Identifique seu sensor adequadamente. Faça isso para os outros 2 sensores.

Etapa 11: Brincando (testando) seu painel

Brinque com os controles no painel. Alterne o botão liga / desliga e veja se o LED SSR está acendendo. Ligue também o modo de aquecimento automático, aqueça o sensor inferior e veja se o SSR desliga quando a temperatura desejada for atingida.

Agora você pode conectar os 2 sensores ao gêiser e o sensor de temperatura ambiente a uma posição adequada. Você também pode conectar o SSR à rede elétrica.

Etapa 12: Agendar seu Geyser

Agora você pode agendar eventos on / off com seu Geyser

No Painel, selecione Adicionar Novo> Evento