HVAC para bodega: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este es un dispositivo para controlar la temperatura y la humedad en una bodega fría de dos habitaciones. También controla dos ventiladores en cada habitación que hacen circular el aire desde el exterior hacia cada habitación, y se comunica con un interruptor inteligente en cada habitación conectado a un señor ultrasónico. El objetivo es controlar la temperatura y la humedad de la habitación, idealmente para mantener la temperatura por debajo de 5C y la humedad en torno al 90%

El dispositivo utiliza un microcontrolador ESP8266 para leer los sensores de temperatura y humedad, impulsar los ventiladores y presentar la información a través de la red local en una página web.

Este instructivo no entrará en detalles exactos porque:

1. Olvidé tomar fotos mientras lo construía, ¡y ahora está instalado en la casa del cliente!
2. Tu situación será diferente. Esto está pensado como un diseño de referencia, no para ser duplicado exactamente.

Suministros:

Las partes que utilicé son:

• Microcontrolador NodeMCU 1.0 ESP8266. Cualquier ESP8266 funcionará, siempre que tenga suficientes pines de entrada y salida digitales libres para su diseño. No es trivial averiguar cuántos pines ESTÁN libres, algunos están expuestos, pero se utilizan durante el arranque o la transmisión en serie.
• tablero de creación de prototipos
• cables, conectores
• Enchufe de cabezal hembra para sujetar ESP8266 y hacer conectores de sensor
• Sensores de temperatura y humedad DHT22
• Sensor de temperatura DS18B20 para uso exterior
• cableado CAT5 deconstruido para cableado de sensores
• Resistencias de 690 ohmios para limitar la corriente de la puerta FET
• Resistencias de 10K para activar la línea de datos DHT22
• Resistencia de 2.2K para levantar la línea de datos DS18B20
• Controladores de potencia IRLU024NPBF HEXFET
• Ventiladores San Ace 80 48VDC
• Fuente de alimentación MeanWell 48VDC 75 vatios para alimentar ventiladores
• Cargador de teléfono canibalizado de 5v para alimentar ESP8266 y sensores
• diodos diversos a través del ventilador para evitar EMF (¿tal vez P6KE6 TVS?)

Si desea enlaces adicionales a cualquiera de estos, comente y los agregaré.

Paso 1: Construcción: cableado del sensor y del microcontrolador

El circuito está construido sobre una placa de prototipos, siguiendo técnicas similares a estas.

1. Coloque los componentes en la placa de creación de prototipos para permitir un cableado sencillo en el siguiente paso. No dejé suficiente espacio alrededor de los controladores MOSFET y el cableado se tensó un poco.
2. Suelde los conectores hembra en su lugar, conectándolos al NodeMCU como una plantilla para fijar algunos pines. Luego retire el NodeMCU y termine todos los pines. Solo usé enchufes en los pines que se usan para alimentación y entrada / salida. Esto ayudó a garantizar que el dispositivo se conectara con la orientación correcta cada vez.
3. Suelde un conector macho a la fuente de alimentación de 5 VCC.
4. Suelde un conector hembra correspondiente a la placa cerca del ESP8266 Vin y las clavijas de tierra, y luego suelde el cable de conexión delgado entre el conector de 5 VCC y la tierra a las clavijas del enchufe correspondientes. Considere colocar este conector de manera que estorbe al puerto USB de NodeMCU. NO desea alimentar el NodeMCU desde esta fuente de alimentación y USB al mismo tiempo. Si coloca el conector en una ubicación inconveniente, será más difícil para usted hacerlo accidentalmente.
5. Suelde conectores macho de 3 pines cerca de los pines ESP8266 D1, D2 y D3. Deje suficiente espacio para las resistencias pullup y todos los cables de conexión.
6. Construya conectores a juego a partir de conectores hembra para las conexiones del sensor. Usé 4 longitudes de clavija, con una clavija eliminada para hacer que los sensores estuvieran codificados para que pudieran conectarse incorrectamente. Puse el suministro de 3.3V y la tierra en los pines 1 y 4 de cada conector, y los datos en el pin 2. Sería mejor poner 3.3V y tierra uno al lado del otro y los datos en el pin 4, por lo que si un sensor estuviera conectado al revés, no se haría ningún daño.
7. Suelde las resistencias pullup entre 3.3V y líneas de datos para cada sensor. El DHT22 usa un pullup de 10K, y al DS18B20 (a 3.3V) le gusta un pullup de 2.2K.
8. Suelde el cable de conexión entre las clavijas de tierra de cada conector y una clavija de tierra del zócalo NodeMCU.
9. Suelde el cable de conexión entre las clavijas de 3.3V de cada conector y las clavijas de 3.3 del NodeMCU.
10. Suelde el cable de conexión desde el pin de datos de un conector DHT22 al pin D1 del zócalo NodeMCU
11. Suelde el cable de conexión desde el pin de datos del otro conector DHT22 al pin D2 del zócalo
12. Suelde el cable de conexión desde el pin de datos del conector DS18B20 al pin D3.
13. Mida desde las ubicaciones de instalación del sensor planificadas hasta donde estará el dispositivo.
14. Construya mazos de cables de la longitud adecuada. Hago esto desarmando un tramo de cable ethernet CAT 5, colocando 3 de los cables en el mandril de un taladro y retorciéndolos. Esto le da al nuevo cable del sensor cierta resistencia mecánica para que no se doble ni se rompa.
15. Suelde el sensor en un extremo del cable y un cabezal hembra en el otro. Tenga cuidado con la asignación de pines. También coloque algo de alivio de tensión en cada extremo, por ejemplo, masilla de silicona, epoxi o pegamento caliente. El calafateo de silicona es probablemente lo mejor: el pegamento caliente puede absorber la humedad y el epoxi podría entrar en el conector.

Paso 2: Construcción - Controladores de ventilador

Este diseño utiliza ventiladores de 48 voltios por dos razones:

• estaban disponibles y parecían ser de mayor calidad / más eficientes que los ventiladores de 12 V más habituales en nuestra pila de chatarra
• usan menos corriente que los ventiladores de voltaje más bajo, por lo que los cables pueden ser más delgados

Los ventiladores de bajo voltaje pueden ser una mejor opción en su diseño.

Esta sección detalla bastante la construcción del circuito de conducción utilizando una salida digital de 3 voltios del NodeMCU para alimentar un ventilador de 48 voltios. Aparte del software, esta sección es la parte más singular del dispositivo. Al principio, podría beneficiarse de construir el circuito en una placa de pruebas.

1. Pasando al otro lado del zócalo NodeMCU, determine una ubicación para el conector de alimentación de entrada de 48V. Debe estar adyacente al lugar donde se montará la fuente de alimentación y un riel de tierra en la placa de creación de prototipos. No suelde en su lugar todavía.
2. Examine el esquema anterior para comprender cómo conectará todos estos componentes.
3. Coloque las cuatro resistencias de 690 ohmios cerca de los pines D5, D6, D7 y D8. No los suelde todavía.
4. Coloque los cuatro transistores en la placa de creación de prototipos.
5. Coloque los cuatro diodos de sujeción en la placa de creación de prototipos. Para cada diodo, alinee el ánodo con el drenaje del transistor y el cátodo para que un cable tenga un camino libre hacia el riel de alimentación de 48V.
6. Cuatro conectores para los ventiladores, el conector positivo (+) al riel de 48V y el negativo (-) a la fuente del FET y el ánodo del diodo
7. Ahora ajuste todas esas ubicaciones hasta que todo esté bien colocado y haya espacio para pasar todos los cables de conexión.
8. Suelde el primero de los cuatro circuitos impulsores en su lugar. Está bien si los demás se caen mientras le das la vuelta al tablero. Los siguientes pasos se centran en uno de los circuitos de conducción. Una vez que sea funcional, puede pasar a los demás.

9. Usando un cable de conexión o los cables de los componentes, suelde un circuito de controlador de ventilador:

   1. un extremo de la resistencia limitadora de corriente de la puerta a los pines D5 de la MCU de nodo
   2. el otro extremo de la resistencia a la puerta del FET
   3. el drenaje del FET a tierra
   4. la fuente del FET al ánodo del diodo y el negativo del conector del ventilador

10. Con un multímetro, compruebe las conexiones. Verifique que todas las conexiones tengan resistencia cero, pero especialmente verifique que no haya cortocircuitos:

    1. NO resistencia cero entre los 3 pines del FET
    2. NO resistencia cero en el conector del ventilador de negativo a positivo, y resistencia cero de positivo a negativo, lo que muestra que el diodo está funcionando.
    3. Circuito abierto de cada pin FET a 48V
11. Verifique el circuito de otra manera.
12. Conecte la fuente de alimentación de 5 V a la placa de creación de prototipos.
13. Conecta el negativo de tu multímetro a tierra.
14. Enchufe la fuente de alimentación de 5V. Verifique que haya 5 voltios en el pin Vin
15. Conecte la fuente de alimentación de 48 V y un ventilador. Estos ventiladores tienen un par de arranque, así que manténgalo presionado con una abrazadera. Puede comenzar cuando encienda el circuito.
16. Inserte temporalmente un extremo de un trozo de cable de conexión en el zócalo para el pin D5. Conecte a tierra el pin insertando el otro extremo del cable en el pin de tierra. Si el ventilador estaba funcionando, debería detenerse, ya que apagó el FET.
17. Mueva el cable de tierra a VIN. El ventilador debería arrancar.
18. Celebre su éxito, desconecte la energía y complete y pruebe los circuitos restantes del controlador del ventilador. Son accionados por los pines D6, D7 y D8 respectivamente.

Paso 3: Programar NodeMCU y configuración inicial

1. Descargue los archivos de Sketch adjuntos en un nuevo proyecto de Arduino, compílelos y cárguelos en NodeMCU.

   el segundo archivo pagehtml.h contiene javascript en forma de una cadena enorme que reside en la memoria ESP8266 y es el servidor con la página web

2. NO encienda el NodeMCU desde la placa. Desconecte el suministro de 5 V de la placa de creación de prototipos.
3. Desconecte 48V de la placa principal.
4. Enchufe el NodeMCU en el enchufe, conecte su cable USB y flashee el NodeMCU
5. Abra el monitor serial Arduino a 115200 baudios.
6. Con un teléfono inteligente, computadora portátil o tableta, conéctese a la red RootCellarMon, que debería aparecer ya que NodeMCU actúa como un punto de acceso wi-fi. La contraseña es "opename". Estoy usando la ingeniosa biblioteca IOTWebConf para permitir la configuración del SSID y la contraseña de su red.
7. Luego, usando un navegador web en su dispositivo, navegue hasta http: 192.168.4.1. Debería ver una página como se muestra arriba pero con errores de los sensores. Haga clic en el enlace Configuración en la parte inferior.

8. Trabaje a través de la pantalla de configuración para establecer los parámetros de red SSID y contraseña, luego haga clic en APLICAR. Vuelva a conectarse a su red Wi-Fi normal. Debería ver algo como esto en el monitor serial de Arduino:

   La contraseña no se estableció en la configuración

   Cambio de estado de: 0 a 1 Configuración de AP: RootCellarMon Con contraseña predeterminada: Dirección IP de AP: 192.168.4.1 Estado cambiado de: 0 a 1 Conexión a AP. Desconectado de AP. Solicitud de redireccionamiento a 192.168.4.1 Argumentos solicitados de página no existente '/favicon.ico' (GET): 0 Página de configuración solicitada. Representación de 'iwcThingName' con valor: RootCellarMon Representación de 'iwcApPassword' con valor: Representación de 'iwcWifiSsid' con valor: su SSID Representación de 'iwcWifiPassword' con valor: Representación de 'tasmota1' con valor: 30 Representación de 'tasmota1' con valor: con valor: Separador de renderizado Separador de renderizado Formulario de validación. Actualizando la configuración El valor de arg 'iwcThingName' es: RootCellarMon iwcThingName = 'RootCellarMon' El valor de arg 'iwcApPassword' es: opensesame iwcApPassword fue establecido El valor de arg 'iwcWifiSsid' es: su SSID iwcWifiSkiSassid 'es: su SSID iwcWifiSkiSassid =' n: se configuró su contraseña de wi-fi iwcWifiPassword El valor de arg 'iwcApTimeout' es: 30 iwcApTimeout = '30 'El valor de arg' tasmota1 'es: tasmota1 =' 'El valor de arg' tasmota2 'es: tasmota2 =' 'Guardando configuración' iwcThingName '=' RootCellarMon 'Saving config' iwcApPassword '= Guardando config' iwcWifiSsid '=' su SSID 'Saving config' iwcWifiPassword '= Guardando config' iwcApTimeout '=' 30 'Guardando config' tasmota1 '=' 'Guardando' config = '' Se actualizó la configuración. El estado cambia de: 1 a 3 Conectando a [su SSID] (la contraseña está oculta) El estado cambia de: 1 a 3 Dirección IP conectada a WiFi: 192.168.0.155 El estado cambia de: 3 a 4 Aceptando la conexión El estado cambia de: 3 a 4

9. Anote la dirección IP asignada a su dispositivo. Arriba, es 192.168.0.155.
10. Vuelva a conectar su computadora portátil / tableta / teléfono a su red normal si aún no lo ha hecho.
11. Busque la nueva dirección del dispositivo, 192.168.1.155 en mi caso. Debería ver la página principal nuevamente.

Paso 4: conectándolo todo junto

1. Desconecte el cable USB.
2. Conecte la alimentación de 5 voltios. Y actualice la página web. Debería ver que los latidos del corazón aumentan con regularidad.
3. El LED del ESP8266 debería parpadear cada 5 segundos mientras lee los sensores.
4. Conecte los sensores y debería comenzar a obtener lecturas. Originalmente tenía un DHT22 en el exterior, pero no lo encontraba confiable, así que cambié al DS18B20, más simple y mejor protegido.
5. Si tiene problemas con las lecturas, puede desconectar la alimentación de 5 V, alimentar el NodeMCU con USB y cargar bocetos de ejemplo para cada sensor para solucionar el problema. Casi siempre es un cable defectuoso.
6. Conecte la alimentación de 48 V y los ventiladores. Haga clic en los botones de control del ventilador.
7. Construya dos conmutadores inteligentes basados en Tasmota. Usé interruptores Sonoff Basic. Hay tutoriales sobre cómo actualizarlos con Tasmota en otros lugares, incluida la propia página de arendst.
8. Consulte la lista de clientes de su enrutador e identifique las direcciones IP asignadas a cada conmutador inteligente. Configure estas direcciones como reservadas, de modo que los conmutadores siempre obtengan la misma dirección.
9. Intente controlar los interruptores inteligentes directamente, por ejemplo

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

• Haga clic en Configurar en la parte inferior de la página principal y configure las direcciones para los interruptores inteligentes como se muestra en la captura de pantalla anterior. Solo la dirección IP, el resto de la URL está integrada en el software que se ejecuta en el ESP8266. Es posible que necesite usuario: contraseña de "admin": "opensesame", o lo que sea que haya cambiado la contraseña, para acceder a la página de configuración.

Paso 5: instalación

Monté las partes del dispositivo en una pequeña pieza de madera contrachapada, con la tapa de un recipiente de plástico para alimentos entre la madera contrachapada y la tapa. Este arreglo se atornilló a la pared del sótano. Debido a que la tapa está un poco fuera de la pared, el cuerpo del recipiente de alimentos se puede encajar fácilmente para proporcionar una caja protectora. Todo el cableado se enruta a través de la tapa fija a la placa de circuito.

Los sensores y el cableado del ventilador se sujetaron a las paredes sin apretar, ya que se planean trabajos futuros en el sótano, posiblemente paredes enlucidas y estanterías adicionales.

Paso 6: Resumen

Este es un experimento, por lo que no sabemos qué partes del sistema se probarán al final.

Algunas primeras notas sobre cómo facilitar el éxito:

• Los ventiladores tal vez sean innecesarios. La convección natural puede ser suficiente. Las rejillas de ventilación de entrada y salida se colocan cerca del piso y el techo respectivamente, de modo que el aire caliente salga y el aire frío ingrese.
• Asegúrese de que la conexión wi-fi esté bien en el sótano antes de comenzar el proyecto. En nuestro caso, necesitábamos instalar un extensor wifi en la habitación sobre el sótano.
• Si el wi-fi no es bueno, es posible que se requiera un diseño de radiofrecuencia con cable o diferente.
• Pinte la placa en la que están montados los componentes o use plástico o algo menos afectado por la humedad.
• Cuatro ventiladores en funcionamiento consumen alrededor de 60 vatios, es probable que la fuente de alimentación tenga al menos un 80% de eficiencia. Por lo tanto, el calentamiento dentro de la carcasa es como máximo del 20% * 60 o 12 vatios. El sobrecalentamiento no debería ser un problema, especialmente en un sótano frío. Si su estuche es más hermético, es posible que desee perforar algunos orificios de ventilación.
• Hay proyectos que agregan sensores ambientales a los enchufes inteligentes basados en Tasmota. Uno de ellos podría ser una buena alternativa para esta aplicación.