HVAC für Wurzelkeller - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Dies ist ein Gerät zur Überwachung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit in einem kalten Keller mit zwei Räumen. Es steuert auch zwei Ventilatoren in jedem Raum, die Luft von außen in jeden Raum zirkulieren, und kommuniziert mit einem intelligenten Schalter in jedem Raum, der mit einem Ultraschallvernebler verbunden ist. Ziel ist es, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Raum zu kontrollieren, idealerweise die Temperatur unter 5°C und die Luftfeuchtigkeit bei etwa 90% zu halten

Das Gerät verwendet einen ESP8266-Mikrocontroller, um die Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren auszulesen, die Lüfter anzutreiben und die Informationen über das lokale Netzwerk auf einer Webseite darzustellen.

Dieses anweisbare wird nicht ins genaue Detail gehen, weil:

1. Ich habe vergessen, Bilder zu machen, als ich es gebaut habe, und es ist jetzt beim Kunden zu Hause installiert!
2. Ihre Situation wird anders sein. Dies ist als Referenzdesign gedacht und darf nicht genau dupliziert werden.

Lieferungen:

Die von mir verwendeten Teile sind:

• NodeMCU 1.0 ESP8266 Mikrocontroller. Jeder ESP8266 funktioniert, solange er genügend freie digitale Ein- und Ausgangspins für Ihr Design hat. Es ist nicht trivial herauszufinden, wie viele Pins frei SIND, einige werden freigelegt, aber während des Bootens oder der seriellen Übertragung verwendet.
• Prototyping-Board
• Kabel, Anschlüsse
• Buchsenbuchse zum Halten des ESP8266 und zum Herstellen von Sensoranschlüssen
• DHT22 Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren
• DS18B20 Temperatursensor für den Außeneinsatz
• dekonstruierte CAT5-Verkabelung für die Sensorverkabelung
• 690-Ohm-Widerstände zur Begrenzung des FET-Gate-Stroms
• 10K-Widerstände zum Pullup der DHT22-Datenleitung
• 2.2K Widerstand zum Hochziehen der DS18B20 Datenleitung
• IRLU024NPBF HEXFET-Leistungstreiber
• San Ace 80 48VDC Lüfter
• MeanWell 48VDC 75 Watt Netzteil zur Stromversorgung von Lüftern
• kannibalisiertes 5-V-Telefonladegerät zur Stromversorgung von ESP8266 und Sensoren
• verschiedene Dioden über dem Lüfter, um Gegen-EMK zu verhindern (vielleicht P6KE6 TVS?)

Wenn Sie zusätzliche Links zu diesen wünschen, kommentieren Sie sie und ich werde sie hinzufügen.

Schritt 1: Aufbau - Mikrocontroller und Sensorverkabelung

Die Schaltung wird auf einer Prototyping-Platine nach ähnlichen Techniken aufgebaut.

1. Layouten Sie die Komponenten auf der Prototyping-Platine, um eine einfache Verdrahtung im nächsten Schritt zu ermöglichen. Ich habe nicht genug Platz um die MOSFET-Treiber gelassen und die Verkabelung wurde etwas eng.
2. Löten Sie die Buchsenleisten ein, indem Sie sie als Schablone auf die NodeMCU stecken, um ein paar Pins zu befestigen. Entfernen Sie dann die NodeMCU und beenden Sie alle Pins. Ich habe nur Buchsen an den Pins verwendet, die für Strom und Eingang / Ausgang verwendet werden. Dadurch wurde sichergestellt, dass das Gerät jedes Mal mit der richtigen Ausrichtung eingesteckt wurde.
3. Löten Sie einen Stecker an das 5VDC Netzteil.
4. Löten Sie eine passende Buchse in der Nähe der ESP8266 Vin- und Massestifte an die Platine und löten Sie dann den dünnen Anschlussdraht zwischen dem Stecker 5VDC und der Masse an die passenden Buchsenstifte. Erwägen Sie, diesen Anschluss so zu platzieren, dass er dem USB-Port der NodeMCU im Weg ist. Sie möchten die NodeMCU NICHT gleichzeitig über dieses Netzteil und USB mit Strom versorgen. Wenn Sie den Stecker an einer ungünstigen Stelle platzieren, ist es für Sie schwieriger, dies versehentlich zu tun.
5. Löten Sie 3-polige Stiftleisten in der Nähe der ESP8266 D1-, D2- und D3-Pins. Lassen Sie viel Platz für die Pullup-Widerstände und alle Anschlusskabel.
6. Konstruieren Sie passende Steckverbinder aus Buchsenleisten für die Sensoranschlüsse. Ich habe 4 Stiftlängen verwendet, wobei ein Stift entfernt wurde, um die Sensoren so zu verschlüsseln, dass sie falsch angeschlossen werden können. Ich lege die 3,3V-Versorgung und Masse auf Pin 1 und 4 jedes Steckers und Daten auf Pin 2. Es wäre besser, 3,3V und Masse nebeneinander und Daten auf Pin 4 zu legen. es würde kein Schaden entstehen.
7. Löten Sie die Pullup-Widerstände zwischen 3,3 V und Datenleitungen für jeden Sensor. Der DHT22 verwendet einen 10K-Pullup, und der DS18B20 (bei 3,3V) mag einen 2,2K-Pullup.
8. Löten Sie den Anschlussdraht zwischen den Erdungsstiften jedes Steckers und einem Erdungsstift der NodeMCU-Buchse.
9. Lötanschlusskabel zwischen den 3,3-V-Pins jedes Steckers und dem 3,3-Pin der NodeMCU.
10. Lötanschlusskabel vom Datenpin eines DHT22-Steckers an Pin D1 der NodeMCU-Buchse
11. Anschlusskabel vom Datenpin des anderen DHT22-Steckers an Pin D2 der Buchse anlöten
12. Löten Sie den Anschlussdraht vom Datenpin des DS18B20-Steckers an Pin D3.
13. Messen Sie von den geplanten Sensorinstallationsstandorten bis zum Standort des Geräts.
14. Kabelbäume geeigneter Länge konstruieren. Ich tue dies, indem ich ein Stück CAT 5-Ethernet-Kabel auseinandernehme, 3 der Drähte in das Bohrfutter eines Bohrers stecke und sie zusammendrehe. Dies verleiht dem neuen Sensorkabel eine gewisse mechanische Festigkeit gegen ein Knicken und einen Drahtbruch.
15. Löten Sie den Sensor an einem Ende des Drahtes und eine Buchsenleiste am anderen. Seien Sie vorsichtig mit der Pinbelegung. Bringen Sie auch an jedem Ende eine Zugentlastung an, zum Beispiel Silikonabdichtung, Epoxid oder Heißkleber. Silikonabdichtung ist wahrscheinlich am besten - Heißkleber kann tatsächlich Feuchtigkeit aufsaugen und Epoxid kann in den Stecker gelangen.

Schritt 2: Aufbau - Lüftertreiber

Dieses Design verwendet 48-Volt-Lüfter aus zwei Gründen:

• sie waren verfügbar und schienen qualitativ hochwertiger / effizienter zu sein als die üblicheren 12-V-Lüfter in unserem Schrotthaufen
• Sie verbrauchen weniger Strom als Lüfter mit niedrigerer Spannung, sodass die Drähte dünner sein können

Lüfter mit niedrigerer Spannung können in Ihrem Design die bessere Wahl sein.

In diesem Abschnitt wird ausführlich auf den Aufbau der Treiberschaltung unter Verwendung eines 3-Volt-Digitalausgangs von der NodeMCU zur Stromversorgung eines 48-Volt-Lüfters eingegangen. Abgesehen von der Software ist dieser Abschnitt der einzigartigste Teil des Geräts. Sie könnten zunächst davon profitieren, die Schaltung auf einem Steckbrett aufzubauen.

1. Gehen Sie zur anderen Seite des NodeMCU-Anschlusses und bestimmen Sie eine Position für den eingehenden 48-V-Stromanschluss. Es sollte sich neben dem Montageort des Netzteils und einer Erdungsschiene auf der Prototyping-Platine befinden. Löten Sie noch nicht.
2. Sehen Sie sich das obige Schema an, um zu verstehen, wie Sie alle diese Komponenten anschließen.
3. Platzieren Sie die vier 690-Ohm-Widerstände in der Nähe der Pins D5, D6, D7 und D8. Löten Sie sie noch nicht.
4. Platzieren Sie die vier Transistoren in der Prototyping-Platine.
5. Platzieren Sie die vier Klemmdioden in der Prototyping-Platine. Richten Sie für jede Diode die Anode mit dem Drain des Transistors und der Kathode aus, damit ein Draht von ihr einen freien Weg zur 48-V-Stromschiene hat.
6. Vier Anschlüsse für die Lüfter, der positive (+) Anschluss an die 48V-Schiene und der negative (-) an die Source des FET und die Diodenanode
7. Passen Sie nun alle diese Positionen an, bis alles gut platziert ist und Platz für alle Anschlusskabel vorhanden ist.
8. Löten Sie die erste von vier Treiberschaltungen ein. Es ist in Ordnung, wenn die anderen herausfallen, wenn Sie das Brett umdrehen. Die nächsten Schritte konzentrieren sich auf einen der Fahrkreise. Sobald es funktionsfähig ist, können Sie zu den anderen übergehen.

9. Löten Sie mit Anschlussdraht oder den Anschlüssen der Komponenten eine Lüftertreiberschaltung:

   1. ein Ende des Gate-Strombegrenzungswiderstands an den Pins D5 der Node-MCU
   2. das andere Ende des Widerstands zum Gate des FET
   3. der Drain des FET auf Masse
   4. die Source des FET an die Anode der Diode und das Minus des Lüfteranschlusses

10. Überprüfen Sie die Anschlüsse mit einem Multimeter. Prüfen Sie, ob alle Anschlüsse widerstandsfrei sind, insbesondere aber, dass keine Kurzschlüsse vorliegen:

    1. NICHT null Widerstand zwischen den 3 Pins des FET
    2. KEIN Nullwiderstand am Lüfteranschluss von negativ nach positiv und null Widerstand von positiv nach negativ, was anzeigt, dass die Diode funktioniert.
    3. Offener Stromkreis von jedem FET-Pin zu 48V
11. Überprüfen Sie die Schaltung auf andere Weise.
12. Schließen Sie das 5-V-Netzteil an das Prototyping-Board an.
13. Verbinden Sie den Minuspol Ihres Multimeters mit Masse.
14. Schließen Sie das 5V-Netzteil an. Stellen Sie sicher, dass am Vin-Pin 5 Volt anliegen
15. Schließen Sie das 48V Netzteil und einen Lüfter an. Diese Lüfter haben ein gewisses Anlaufdrehmoment, halten Sie es also mit einer Klemme fest. Es kann beginnen, wenn Sie den Stromkreis mit Strom versorgen.
16. Stecken Sie vorübergehend ein Ende eines Anschlusskabels in die Buchse für Pin D5. Erden Sie den Stift, indem Sie das andere Ende des Drahtes in den Erdungsstift stecken. Wenn der Lüfter lief, sollte er stoppen, da Sie den FET ausgeschaltet haben.
17. Bewegen Sie den Draht von Masse zu VIN. Der Lüfter sollte starten.
18. Feiern Sie Ihren Erfolg, trennen Sie die Stromversorgung und vervollständigen und testen Sie die verbleibenden Lüftertreiberschaltungen. Sie werden von den Stiften D6, D7 bzw. D8 angesteuert.

Schritt 3: NodeMCU und Erstkonfiguration programmieren

1. Laden Sie die angehängten Sketch-Dateien in ein neues Arduino-Projekt herunter, kompilieren und laden Sie sie in die NodeMCU.

   Die zweite Datei pagehtml.h enthält Javascript in Form eines riesigen Strings, der sich im ESP8266-Speicher befindet und der Server mit der Webseite ist

2. Versorgen Sie die NodeMCU NICHT über die Platine mit Strom. Trennen Sie die 5V-Versorgung von der Prototyping-Platine.
3. Trennen Sie 48V von der Hauptplatine.
4. Stecken Sie die NodeMCU in die Steckdose, schließen Sie Ihr USB-Kabel an und flashen Sie die NodeMCU
5. Öffnen Sie den seriellen Arduino-Monitor mit 115200 Baud.
6. Stellen Sie mit einem Smartphone, Laptop oder Tablet eine Verbindung zum RootCellarMon-Netzwerk her, das angezeigt werden sollte, da die NodeMCU als WLAN-Zugangspunkt fungiert. Passwort ist "opensesame". Ich verwende die raffinierte IOTWebConf-Bibliothek, um die Konfiguration der SSID und des Kennworts Ihres Netzwerks zu ermöglichen.
7. Navigieren Sie dann mit einem Webbrowser auf Ihrem Gerät zu http:192.168.4.1. Sie sollten eine Seite wie oben gezeigt sehen, jedoch mit Fehlern von den Sensoren. Klicken Sie unten auf den Link Konfiguration.

8. Arbeiten Sie den Konfigurationsbildschirm durch, um Ihre Netzwerkparameter SSID und Ihr Passwort festzulegen, und klicken Sie dann auf ANWENDEN. Verbinden Sie sich wieder mit Ihrem normalen Wi-Fi-Netzwerk. Sie sollten so etwas auf dem seriellen Arduino-Monitor sehen:

   Passwort wurde in der Konfiguration nicht festgelegt

   Statusänderung von: 0 auf 1 AP einrichten: RootCellarMon Mit Standardpasswort: AP IP-Adresse: 192.168.4.1 Statusänderung von: 0 auf 1 Verbindung zum AP. Vom AP getrennt. Anforderung zur Weiterleitung an 192.168.4.1 Angeforderte nicht vorhandene Seite '/favicon.ico' arguments(GET):0 Konfigurationsseite angefordert. 'iwcThingName' mit Wert rendern: RootCellarMon 'iwcApPassword' mit Wert rendern: 'iwcWifiSsid' mit Wert rendern: Ihre SSID 'iwcWifiPassword' mit Wert rendern: 'iwcApTimeout' mit Wert rendern: 30 'tasmota'1' mit Wert rendern: mit Wert: Rendering-Trennzeichen Rendering-Trennzeichen Validierungsformular. Aktualisieren der Konfiguration Wert von arg 'iwcThingName' is:RootCellarMon iwcThingName='RootCellarMon' Wert von arg 'iwcApPassword' is:opensesame iwcApPassword was set Wert von arg 'iwcWifiSsid' is:your Value SSID'iwc'WifiPassSID'iwc'WifiPassSID iwc':Ihr WLAN-Passwort iwcWifiPassword wurde gesetzt Wert von arg 'iwcApTimeout' ist:30 iwcApTimeout='30' Wert von arg 'tasmota1' ist: tasmota1='' Wert von arg 'tasmota2' ist: tasmota2='' Konfiguration wird gespeichert iwcThingName'= 'RootCellarMon' Konfiguration speichern 'iwcApPassword'= Konfiguration speichern 'iwcWifiSsid'= 'Ihre SSID' Konfiguration speichern 'iwcWifiPassword'= Konfiguration speichern 'iwcApTimeout'= '30' Konfiguration speichern'='configtatas'mo = '' Konfiguration wurde aktualisiert. Statusänderung von: 1 auf 3 Verbindung mit [Ihrer SSID] (Passwort ist versteckt) Statusänderung von: 1 auf 3 WiFi verbunden IP-Adresse: 192.168.0.155 Statusänderung von: 3 auf 4 Akzeptieren der Verbindung Statusänderung von: 3 auf 4

9. Notieren Sie sich die Ihrem Gerät zugewiesene IP-Adresse. Oben ist es 192.168.0.155.
10. Verbinden Sie Ihren Laptop/Tablet/Telefon erneut mit Ihrem normalen Netzwerk, falls dies noch nicht geschehen ist.
11. Navigieren Sie zur neuen Adresse des Geräts, in meinem Fall 192.168.1.155. Sie sollten die Hauptseite wieder sehen.

Schritt 4: Alles miteinander verbinden

1. Trennen Sie das USB-Kabel.
2. Schließen Sie 5 Volt an. Und aktualisieren Sie die Webseite. Sie sollten sehen, dass der Heartbeat regelmäßig inkrementiert wird.
3. Die LED am ESP8266 sollte alle 5 Sekunden blinken, während die Sensoren gelesen werden.
4. Schließen Sie die Sensoren an, und Sie sollten beginnen, Messwerte zu erhalten. Ursprünglich hatte ich ein DHT22 draußen, fand es aber unzuverlässig, also bin ich auf das einfachere und besser geschützte DS18B20 umgestiegen.
5. Wenn Sie Probleme mit den Messwerten haben, können Sie die 5-V-Stromversorgung trennen, die NodeMCU über USB mit Strom versorgen und Beispielskizzen für jeden Sensor laden, um das Problem zu beheben. Es ist fast immer ein schlechter Draht.
6. Schließen Sie die 48-V-Stromversorgung und die Lüfter an. Klicken Sie auf die Schaltflächen zur Lüftersteuerung.
7. Bauen Sie zwei Tasmota-basierte Smart Switches. Ich habe Sonoff Basic-Schalter verwendet. Es gibt Tutorials, wie man sie mit Tasmota an anderer Stelle flasht, einschließlich der eigenen Seite von Arendst.
8. Sehen Sie in der Client-Liste Ihres Routers nach und identifizieren Sie die jedem Smart Switch zugewiesenen IP-Adressen. Stellen Sie diese Adressen als reserviert ein, damit die Schalter immer die gleiche Adresse erhalten.
9. Versuchen Sie zum Beispiel, die Smart Switches direkt zu steuern

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

• Klicken Sie unten auf der Hauptseite auf Konfigurieren und stellen Sie die Adressen für die Smart Switches ein, wie im Screenshot oben gezeigt. Nur die IP-Adresse, der Rest der URL ist in der Software integriert, die auf dem ESP8266 ausgeführt wird. Möglicherweise benötigen Sie user:password von "admin":"opensesame", oder wie auch immer Sie das Passwort geändert haben, um auf die Konfigurationsseite zuzugreifen.

Schritt 5: Installation

Ich habe die Teile des Geräts auf einem kleinen Stück Sperrholz montiert, mit dem Deckel eines Plastikbehälters zwischen dem Sperrholz und dem Deckel. Diese Anordnung wurde an die Wand des Wurzelkellers geschraubt. Da der Deckel ein wenig von der Wand absteht, kann der Körper des Lebensmittelbehälters leicht aufgeschnappt werden, um eine Schutzhülle bereitzustellen. Die gesamte Verkabelung wird durch den festen Deckel zur Platine geführt.

Die Fühler- und Lüfterverkabelung wurden lose an den Wänden befestigt, da im Wurzelkeller zukünftige Arbeiten geplant sind - evtl. verputzte Wände und zusätzliche Regale.

Schritt 6: Zusammenfassung

Dies ist ein Experiment, daher wissen wir nicht, welche Teile des Systems sich am Ende erweisen werden.

Einige erste Hinweise, wie Sie den Erfolg leichter machen können:

• Die Fans vielleicht unnötig. Natürliche Konvektion kann ausreichend sein. Die Zu- und Abluftöffnungen sind in Boden- bzw. Deckennähe angeordnet, so dass warme Luft abgeführt und kalte Luft zugeführt wird.
• Stellen Sie sicher, dass das WLAN im Wurzelkeller in Ordnung ist, bevor Sie mit dem Projekt beginnen. In unserem Fall mussten wir im Raum über dem Wurzelkeller einen WLAN-Extender installieren.
• Wenn das WLAN nicht gut ist, ist möglicherweise ein kabelgebundenes oder anderes Funkfrequenzdesign erforderlich.
• Malen Sie die Platine, auf der die Komponenten montiert sind, oder verwenden Sie Kunststoff oder etwas, das weniger von Feuchtigkeit beeinflusst wird.
• Vier Lüfter verbrauchen rund 60 Watt, das Netzteil dürfte mindestens 80 % effizient sein. Die Erwärmung im Inneren des Gehäuses beträgt also höchstens 20% * 60 oder 12 Watt. Überhitzung sollte kein Problem sein, besonders in einem kalten Wurzelkeller. Wenn Ihr Gehäuse luftdichter ist, möchten Sie möglicherweise einige Belüftungslöcher bohren.
• Es gibt Projekte, die Smart Plugs auf Tasmota-Basis um Umgebungssensoren erweitern. Eine davon könnte eine gute Alternative für diese Anwendung sein.