HVAC para Root Cellar: 6 etapas

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

Este é um dispositivo para monitorar a temperatura e a umidade em uma adega fria de duas divisões. Ele também controla dois ventiladores em cada cômodo que circulam o ar de fora para dentro de cada cômodo e se comunica com um switch inteligente em cada cômodo conectado a um vaporizador de ultrassom. O objetivo é controlar a temperatura e a umidade do ambiente, idealmente manter a temperatura abaixo de 5C e a umidade em torno de 90%

O dispositivo usa um microcontrolador ESP8266 para ler os sensores de temperatura e umidade, para acionar os ventiladores e para apresentar as informações pela rede local em uma página da web.

Este instrutível não entrará em detalhes exatos porque:

1. Esqueci de tirar fotos enquanto o construí e agora está instalado na casa do cliente!
2. Sua situação será diferente. Este é um design de referência, não deve ser exatamente duplicado.

Suprimentos:

As peças que usei são:

• Microcontrolador NodeMCU 1.0 ESP8266. Qualquer ESP8266 funcionará, desde que tenha pinos de entrada e saída digitais livres suficientes para o seu projeto. Não é trivial descobrir quantos pinos ESTÃO livres, alguns estão expostos, mas são usados durante a inicialização ou transmissão serial.
• placa de prototipagem
• fios, conectores
• soquete de cabeçalho fêmea para segurar ESP8266 e fazer conectores de sensor
• Sensores de temperatura e umidade DHT22
• Sensor de temperatura DS18B20 para uso externo
• cabeamento CAT5 desconstruído para fiação do sensor
• Resistores de 690 ohms para limitar a corrente da porta FET
• 10K resistores para pullup DHT22 linha de dados
• Resistor 2.2K para puxar a linha de dados DS18B20
• IRLU024NPBF HEXFET drivers
• Ventiladores San Ace 80 48VDC
• Fonte de alimentação MeanWell 48VDC 75 watts para alimentar os ventiladores
• carregador de telefone 5v canibalizado para alimentar ESP8266 e sensores
• diversos diodos através do ventilador para evitar o retorno do EMF (talvez P6KE6 TVS?)

Se você quiser links adicionais para qualquer um desses, comente e eu os adicionarei.

Etapa 1: Construção - Microcontrolador e fiação do sensor

O circuito é construído em placa de prototipagem, seguindo técnicas semelhantes a essas.

1. Faça o layout dos componentes na placa de prototipagem para permitir uma fiação fácil na próxima etapa. Não deixei espaço suficiente ao redor dos drivers do MOSFET e a fiação ficou um pouco apertada.
2. Solde os cabeçotes fêmeas no lugar, conectando-os ao NodeMCU como um gabarito para pregar alguns pinos. Em seguida, remova o NodeMCU e termine todos os pinos. Eu só usei soquetes nos pinos que são usados para alimentação e entrada / saída. Isso ajudou a garantir que o dispositivo fosse conectado com a orientação correta todas as vezes.
3. Solde um conector macho na fonte de alimentação de 5 VCC.
4. Solde um conector fêmea correspondente na placa perto do ESP8266 Vin e pinos de aterramento e, em seguida, solde o fio de conexão fino entre o conector 5VDC e o aterramento nos pinos do soquete correspondentes. Considere colocar este conector de forma que fique no caminho da porta USB do NodeMCU. Você NÃO deseja alimentar o NodeMCU a partir desta fonte de alimentação e USB ao mesmo tempo. Se você colocar o conector em um local inconveniente, será mais difícil para você fazer isso acidentalmente.
5. Solde os cabeçotes machos de 3 pinos próximos aos pinos ESP8266 D1, D2 e D3. Deixe bastante espaço para os resistores pullup e todos os fios de conexão.
6. Construa conectores correspondentes a partir de conectores fêmeas para as conexões do sensor. Usei 4 comprimentos de pino, com um pino removido para fazer os sensores codificados para que pudessem ser conectados incorretamente. Coloquei a alimentação de 3,3 V e o aterramento nos pinos 1 e 4 de cada conector, e os dados no pino 2. Seria melhor colocar 3,3 V e o aterramento lado a lado e os dados no pino 4, então, se um sensor foi conectado ao contrário, nenhum dano seria feito.
7. Solde os resistores pullup entre 3,3 V e linhas de dados para cada sensor. O DHT22 usa um pullup de 10K e o DS18B20 (em 3,3 V) gosta de um pullup de 2,2K.
8. Solde o fio de conexão entre os pinos de aterramento de cada conector e um pino de aterramento do soquete NodeMCU.
9. Solde o fio de conexão entre os pinos de 3,3 V de cada conector e os pinos de 3,3 do NodeMCU.
10. Solde o fio de conexão do pino de dados de um conector DHT22 ao pino D1 do soquete NodeMCU
11. Solde o fio de conexão do pino de dados do outro conector DHT22 ao pino D2 do soquete
12. Solde o fio de conexão do pino de dados do conector DS18B20 ao pino D3.
13. Meça desde os locais planejados de instalação do sensor até onde o dispositivo estará.
14. Construa chicotes elétricos de comprimento adequado. Eu faço isso desmontando um pedaço de cabo ethernet CAT 5, colocando 3 dos fios no mandril de uma furadeira e torcendo-os juntos. Isso dá ao novo cabo do sensor alguma resistência mecânica contra torção e quebra do fio.
15. Solde o sensor em uma extremidade do fio e um conector fêmea na outra. Tenha cuidado com a atribuição dos pinos. Também coloque um alívio de tensão em cada extremidade, por exemplo, calafetagem de silicone, epóxi ou cola quente. A calafetagem de silicone é provavelmente a melhor - a cola quente pode absorver a umidade e o epóxi pode entrar no conector.

Etapa 2: Construção - Drivers de Ventilador

Este projeto usa ventiladores de 48 volts por dois motivos:

• eles estavam disponíveis e pareciam ser de melhor qualidade / mais eficientes do que os ventiladores de 12 V mais comuns em nossa pilha de sucata
• eles usam menos corrente do que ventiladores de baixa voltagem, então os fios podem ser mais finos

Ventiladores de baixa tensão podem ser uma escolha melhor em seu projeto.

Esta seção apresenta alguns detalhes sobre a construção do circuito de direção usando uma saída digital de 3 volts do NodeMCU para alimentar um ventilador de 48 volts. Além do software, esta seção é a parte mais exclusiva do dispositivo. Você pode se beneficiar construindo o circuito em uma placa de ensaio no início.

1. Movendo-se para o outro lado do soquete NodeMCU, determine um local para o conector de alimentação 48V de entrada. Deve ser adjacente ao local onde a fonte de alimentação será montada e um trilho de aterramento na placa de prototipagem. Não solde no lugar ainda.
2. Examine o esquema acima para entender como você conectará todos esses componentes.
3. Coloque os quatro resistores de 690 ohms próximos aos pinos D5, D6, D7 e D8. Não os solde ainda.
4. Coloque os quatro transistores na placa de prototipagem.
5. Coloque os quatro diodos de fixação na placa de prototipagem. Para cada diodo, alinhe o ânodo com o dreno do transistor e o cátodo para que um fio dele tenha um caminho livre para o barramento de alimentação de 48V.
6. Quatro conectores para os ventiladores, o conector positivo (+) para o trilho 48V e o negativo (-) para a fonte do FET e o ânodo do diodo
7. Agora ajuste todos esses locais até que tudo esteja bem colocado e haja espaço para passar todos os fios de conexão.
8. Solde o primeiro dos quatro circuitos do driver no lugar. Tudo bem se os outros caírem quando você virar o tabuleiro. As próximas etapas se concentram em um dos circuitos de acionamento. Assim que estiver funcional, você pode passar para os outros.

9. Usando o fio de conexão ou os condutores dos componentes, solde um circuito acionador de ventilador:

   1. uma extremidade do resistor de limitação de corrente da porta para os pinos D5 do Nó MCU
   2. a outra extremidade do resistor para a porta do FET
   3. o dreno do FET para aterrar
   4. a fonte do FET para o ânodo do diodo e o negativo do conector do ventilador

10. Usando um multímetro, verifique as conexões. Verifique se todas as conexões têm resistência zero, mas verifique especialmente se não há curto-circuitos:

    1. NÃO resistência zero entre os 3 pinos do FET
    2. NÃO resistência zero através do conector do ventilador de negativo a positivo, e resistência zero de positivo a negativo, mostrando que o diodo está funcionando.
    3. Circuito aberto de cada pino FET para 48V
11. Verifique o circuito de alguma outra maneira.
12. Conecte a fonte de alimentação de 5 V à placa de prototipagem.
13. Conecte o negativo do seu multímetro ao aterramento.
14. Conecte a fonte de alimentação de 5V. Verifique se há 5 volts no pino Vin
15. Conecte a fonte de alimentação de 48 V e um ventilador. Essas ventoinhas têm algum torque de inicialização, então segure-as com uma braçadeira. Ele pode começar quando você ligar o circuito.
16. Insira temporariamente uma extremidade de um pedaço de fio de conexão no soquete para o pino D5. Aterre o pino inserindo a outra extremidade do fio no pino de aterramento. Se o ventilador estava funcionando, ele deve parar, pois você desligou o FET.
17. Mova o fio do aterramento para o VIN. O ventilador deve começar.
18. Comemore seu sucesso, remova a energia e conclua e teste os circuitos restantes do driver do ventilador. Eles são acionados pelos pinos D6, D7 e D8 respectivamente.

Etapa 3: Programa NodeMCU e configuração inicial

1. Baixe os arquivos Sketch anexados em um novo projeto Arduino, compile e carregue no NodeMCU.

   o segundo arquivo pagehtml.h contém javascript na forma de uma string enorme que reside na memória do ESP8266 e é o servidor da página da web

2. NÃO alimente o NodeMCU da placa. Desconecte a alimentação de 5 V da placa de prototipagem.
3. Desconecte 48 V da placa principal.
4. Conecte o NodeMCU no soquete, conecte o cabo USB e atualize o NodeMCU
5. Abra o monitor serial Arduino em 115200 baud.
6. Usando um smartphone, laptop ou tablet, conecte-se à rede RootCellarMon, que deve aparecer como o NodeMCU atua como um ponto de acesso wi-fi. A senha é "opensesame". Estou usando a biblioteca IOTWebConf bacana para permitir a configuração do SSID e da senha da sua rede.
7. Em seguida, usando um navegador da web em seu dispositivo, navegue para http: 192.168.4.1. Você deve ver uma página conforme mostrado acima, mas com erros dos sensores. Clique no link Configuração na parte inferior.

8. Trabalhe na tela de configuração para definir os parâmetros de rede SSID e senha e clique em APLICAR. Reconecte-se à sua rede wi-fi normal. Você deve ver algo assim no monitor serial do Arduino:

   A senha não foi definida na configuração

   Alteração do estado de: 0 para 1 Configurando AP: RootCellarMon Com senha padrão: Endereço IP do AP: 192.168.4.1 Estado alterado de: 0 para 1 Conexão ao AP. Desconectado do AP. Pedido de redirecionado para 192.168.4.1 Página não existente solicitada Argumentos '/favicon.ico' (GET): 0 Página de configuração solicitada. Renderizando 'iwcThingName' com valor: RootCellarMon Rendering 'iwcApPassword' com valor: Rendering 'iwcWifiSsid' com valor: seu SSID Rendering 'iwcWifiPassword' com valor: Rendering 'iwcApTimeout' com valor: 30 Rendering 'tasmota1' com valor: 30 Rendering 'tasmota1' com valor: com valor: Separador de renderização Separador de renderização Formulário de validação. Atualizando a configuração O valor de arg 'iwcThingName' é: RootCellarMon iwcThingName = 'RootCellarMon' O valor de arg 'iwcApPassword' é: opensesame iwcApPassword foi definido O valor de arg 'iwcWifiSsid' é: seu SSID iwificWifiSsid = 'ncizWifiPassword' is: sua senha wi-fi iwcWifiPassword foi definida O valor de arg 'iwcApTimeout' é: 30 iwcApTimeout = '30 'Valor de arg' tasmota1 'é: tasmota1 =' 'Valor de arg' tasmota2 'é: tasmota2 =' 'Salvando configuração' iwcThingName '=' RootCellarMon 'Salvando configuração' iwcApPassword '= Salvando configuração' iwcWifiSsid '=' seu SSID 'Salvando configuração' iwcWifiPassword '= Salvando configuração' iwcApTimeout '=' 30 'Salvando configuração' tasmota1 '=' 30 'Salvando configuração' tasmota1 ' = '' A configuração foi atualizada. Estado mudando de: 1 para 3 Conectando a [seu SSID] (a senha está oculta) Estado alterado de: 1 para 3 Endereço IP conectado WiFi: 192.168.0.155 Estado mudando de: 3 para 4 Aceitando conexão Estado alterado de: 3 para 4

9. Anote o endereço IP atribuído ao seu dispositivo. Acima, é 192.168.0.155.
10. Reconecte seu laptop / tablet / telefone à rede normal, caso ainda não o tenha feito.
11. Navegue até o novo endereço do dispositivo, 192.168.1.155 no meu caso. Você deve ver a página principal novamente.

Etapa 4: conectando tudo junto

1. Desconecte o cabo USB.
2. Conecte uma alimentação de 5 volts. E atualize a página da web. Você deve ver a pulsação aumentando regularmente.
3. O LED no ESP8266 deve piscar a cada 5 segundos enquanto lê os sensores.
4. Conecte os sensores e você deve começar a obter as leituras. Originalmente eu tinha um DHT22 externo, mas não o achei confiável, então mudei para o DS18B20 mais simples e melhor protegido.
5. Se você tiver problemas com as leituras, pode desconectar a alimentação de 5 V, alimentar o NodeMCU com USB e carregar esboços de exemplo para cada sensor para solucionar o problema. Quase sempre é um fio ruim.
6. Conecte a alimentação 48V e os ventiladores. Clique nos botões de controle do ventilador.
7. Construa dois switches inteligentes baseados em Tasmota. Usei interruptores Sonoff Basic. Existem tutoriais sobre como atualizá-los com o Tasmota em outros lugares, incluindo a própria página de arendst.
8. Consulte a lista de clientes do seu roteador e identifique os endereços IP atribuídos a cada switch inteligente. Defina esses endereços como reservados, para que as chaves sempre obtenham o mesmo endereço.
9. Tente controlar os interruptores inteligentes diretamente, por exemplo

192.168.0.149/cm?cmnd=Power%20ONhttps://192.168.0.149/cm?cmnd=Power%20OFF

• Clique em Configurar na parte inferior da página principal e defina os endereços dos interruptores inteligentes conforme mostrado na captura de tela acima. Apenas o endereço IP, o resto do URL é integrado ao software executado no ESP8266. Você pode precisar de usuário: senha de "admin": "opensesame", ou qualquer outra que você alterou a senha, para acessar a página de configuração.

Etapa 5: Instalação

Montei as partes do dispositivo em um pequeno pedaço de madeira compensada, com a tampa de um recipiente de plástico para alimentos entre a madeira compensada e a tampa. Este arranjo foi aparafusado à parede da adega de raízes. Como a tampa fica um pouco fora da parede, o corpo do recipiente para alimentos pode ser facilmente encaixado para fornecer uma caixa protetora. Todo o cabeamento é encaminhado através da tampa fixa para a placa de circuito.

Os sensores e a fiação do ventilador foram fixados às paredes de forma solta, pois o trabalho futuro está planejado para o depósito de raízes - possivelmente paredes rebocadas e estantes adicionais.

Etapa 6: Resumo

Este é um experimento, então não sabemos quais partes do sistema serão testadas no final.

Algumas primeiras notas sobre como tornar o sucesso mais fácil:

• Os fãs podem ser desnecessários. A convecção natural pode ser suficiente. As aberturas de admissão e exaustão são colocadas perto do piso e do teto, respectivamente, de modo que o ar quente seja exaurido e o ar frio seja introduzido.
• Certifique-se de que o wi-fi está OK na adega antes de iniciar o projeto. No nosso caso, precisávamos instalar um extensor de wi-fi na sala acima da adega.
• Se o wi-fi não for bom, um projeto de radiofrequência com fio ou diferente pode ser necessário.
• Pinte a placa em que os componentes estão montados, ou use plástico ou algo menos afetado pela umidade.
• Quatro ventiladores em funcionamento consomem cerca de 60 watts, a fonte de alimentação é provavelmente 80% eficiente, pelo menos. Portanto, o aquecimento dentro do gabinete é de no máximo 20% * 60 ou 12 watts. O superaquecimento não deve ser um problema, especialmente em uma adega fria. Se a sua caixa for mais hermética, você pode fazer alguns orifícios de ventilação.
• Existem projetos que adicionam sensores ambientais a plugues inteligentes baseados em Tasmota. Um deles pode ser uma boa alternativa para este aplicativo.