Автор текста: CyberexTech
Привет Пикачу!
Наверное, многие из вас знают, что одним из ключевых моментов при эксплуатации ванной комнаты является поддержание оптимального микроклимата, так как избыточная влажность создает риск появления плесени на любой пористой поверхности, будь то штукатурка или швы плитки, и создает идеальную среда для роста плесени. Чтобы поддерживать влажность в норме, нужно в первую очередь обеспечить нормальную вентиляцию, вообще говоря, эту проблему можно решить, установив вытяжной вентилятор; При этом для обеспечения эффективности очень важна автоматизация процесса вытяжной вентиляции. В этой статье я хотел бы поделиться своим опытом внедрения «домашней» автоматизации для решения этой проблемы. Впереди вас ждут поделки и масса картинок, так что присоединяйтесь к нам!
❯ Подопытный
В качестве объекта испытаний был выбран вентилятор AURAMAX OPTIMA 5 от компании «ЭРА.
Технические характеристики этого вентилятора:
На рисунке ниже показан внешний вид вентилятора:
Как видите, на передней части кожуха вентилятора имеется прорезь, которая идеально подходит для установки датчика температуры и влажности. Однако внутреннее пространство для размещения управляющей электроники весьма ограничено, и это необходимо учитывать при проектировании принципиальной схемы и печатной платы. Ну и в лучших традициях DIY, управляющую электронику разработаем сами.
❯ Разработка электроники
Ядром нашей системы управления станет ESP8266, экономичный микроконтроллер от Espressif Systems с интерфейсом Wi-Fi, который можно интегрировать в системы умного дома или работать автономно. Поскольку пространство для электроники внутри корпуса вентилятора у нас ограничено, я решил использовать для блока питания бестрансформаторное решение на базе высоковольтного импульсного стабилизатора LNK306GN, а для переключения цепи питания вентилятора мы будем использовать симистор. Ниже представлена принципиальная схема нашей системы управления.
В этой схеме DHT22 используется в качестве датчика температуры и влажности и использует пьезоэлектрический зуммер со встроенным генератором для звукового оповещения при включении или выключении вентилятора. Дополнительно на картинке виден датчик перехода через ноль, который реализован с помощью оптопары U2. В этом датчике должна была быть реализована импульсно-фазовая система регулирования скорости вращения вентиляторов, однако практика показала, что ESP8266 не соответствует пожеланиям разработчиков. Удобнее реализовать систему на отдельном маломощном микроконтроллере (типа Attiny 2313 и т.п.). В настоящее время этот датчик используется в функции аппаратного прерывания для включения/выключения вентилятора при пересечении нуля.
Если вам интересно, вот диаграмма сигнала датчика перехода через нуль^
Осциллограмма работы датчика перехода через нуль
Как я писал ранее, питание реализовано на ШИМ-контроллере LNK306GN, где выходное напряжение 3,3В задается обратной связью, которая формируется резисторами R1 и R5. Увеличиваем номинал R5 соответственно для увеличения выходного напряжения блока питания. Для управления мощностью вентилятора использована «классическая» схема на основе оптопары с симисторным выходом (U3) и силовым симистором (Q1). Ниже приведен скриншот разводки и рендеринга печатной платы.
проводка:
Рендеринг 3D-модели:
❯ Изготовление печатных плат
Пришло время сделать печатную плату. Обычно я создаю прототип дома, используя компактный лазерный станок, используя метод, о котором я писал ранее.
на изображении ниже показан процесс активации фоторезиста с помощью лазера 445 нм:
После экспонирования фоторезиста его необходимо проявить в растворе гидроксида натрия (10%) или карбоната натрия по мере необходимости.
Стоимость после разработки:
Далее, после травления платы, установили радиодетали согласно принципиальной схеме, а затем провели тестовые включения и отладку. Так как плата работает под высоким напряжением, то для улучшения диэлектрических свойств силового модуля и исключения пробоя используется паяльная маска. Чтобы предотвратить преждевременный выход из строя платы питания, рекомендую провести тестирование с нагрузкой (в моем случае лампой накаливания мощностью 60 Вт) последовательно с силовой цепью 220 В. Также не игнорируйте элементарные правила электробезопасности при выполнении этих испытаний.
Обратите внимание: Как узнать свой номер телефона у разных операторов с помощью ussd-команды?.
Работает потому, что модуль питания не имеет гальванической связи с сетью.❯ Установка печатных плат в корпус вентилятора
После завершения всех тестов устанавливаем печатную плату системы управления в корпус вентилятора, при этом не забываем разместить датчик над специальным пазом. Варианты размещения следующие
Размещение платы на корпусе вентилятора:
❯ Прошивка и интерфейс
Устройство работает на моей прошивке, которая вполне стандартна для моих смарт-устройств. Разработка ведется в Arduino IDE. Исходный код прошивки будет предоставлен в конце статьи.
Настройка устройства классическая – через веб-интерфейс. После первоначального подключения устройство создает точку доступа CYBEREX-SmartFAN для беспарольного доступа. После подключения к точке доступа пользователю автоматически откроется страница авторизации и ему необходимо будет ввести пароль по умолчанию «admin». После входа в систему необходимо выполнить все необходимые настройки устройства. Интерфейс простой и интуитивно понятный. Ниже приведен скриншот интерфейса.
Вход и домашняя страница:
Страница настройки передачи данных и автоматического режима:
Конфигурация подключения Wi-Fi:
Как я писал ранее, устройство может работать как в составе системы умного дома, так и в автономном режиме. Для интеграции в системы умного дома используется протокол MQTT, где обмен данными происходит в формате JSON. Вот пример вывода (тема «ваше корневое имя»/jsondata):
{
"с": "закрыть",
«Температура»: «29.00",
«Хм»: «49,70",
«Один 1",
"h_on": "65.00",
"h_off": "52.00",
«Уровень вентилятора»: «0,00"
}
Чтобы управлять вентилятором, используйте тему «yourrootname»/control, где передается значение:
0 – включает или выключает вентилятор в зависимости от текущего состояния;
Статус возврата: включен или выключен
1 – Включить автоматический режим работы;
2-Выключите автоматический режим работы;
Статус возврата: 0 или 1
Ниже приведен пример «карточки объекта» для этого вентилятора в системе умного дома Home Assistant:
Таблица относительной влажности в ванной комнате:
Хотелось бы добавить, что в устройстве реализован механизм автообнаружения MQTT, который позволяет автоматически добавлять датчики и переключатели в Home Assistant. Ниже приведен пример кода карты объекта, который позволяет отображать датчики и элементы управления на панели Home Assistant:
Тип: Сущность
сущность:
- Сущность: switch.f_onoff
Название: Управление вентилятором
- Сущность: Sensor.smart_fan_temp
Название: Температура
- Сущность: Sensor.smart_fan_hum
Название: Влажность
- Сущность: switch.smart_fan_auto_switch
Название: Автоматический режим
- Сущность: Sensor.smart_fan_hum_on
Название: На пороге
- Сущность: Sensor.smart_fan_hum_off
Название: порог отключения
Название: вентилятор для ванной комнаты
❯ Итоги & Выводы
Подведем итоги. Как видите, мы реализовали очень полезную и нужную систему, которая позволяет с минимальным бюджетом автоматизировать вытяжной вентилятор и таким образом добиться качественных показателей микроклимата в вашей ванной комнате. Как я уже говорил ранее, система может работать как автономно, так и в составе умного дома, что упрощает процесс автоматизации без необходимости использования IoT-инфраструктуры. Если сравнить финансовые затраты на реализацию описанного в этой статье проекта своими руками с готовыми решениями типа традиционного вентилятора со встроенным датчиком влажности, то DIY явно выигрывает не только с финансовой точки зрения, но и с функциональной точка зрения. Вот примерная стоимость внедрения данного решения:
-
Микроконтроллер ESP8266 — 1 штука: 94 рубля или $1,07 USD
-
Контроллер питания LNK306GN-TL — 1 шт.: 95 рублей или $1,09 USD
-
Датчик температуры и влажности DHT22 (AM2320) — 1 шт: 98 рублей или 1,12 доллара США
-
Оптопара MOC3052 с симисторным выходом — 1 шт: 141 рубль или 1,61 USD
-
Силовой триак BT136-600(ТО-252) - 1 шт.: 9 рублей или 0,10 доллара США
-
Вентилятор AURAMAX OPTIMA 5 — 1 шт: 890 рублей или $10,17 USD
-
Дополнительные комплектующие и материалы: ~200 рублей или 2,29 доллара США
-
Итого: примерно 1327 рублей или 15,17 долларов США
Если сравнивать с готовыми решениями, то цена обычного вентилятора с автоматическим управлением со встроенными датчиками (без признаков интеграции с системами умного дома) начинается от 2939 рублей или $33,59. Вывод об экономической выгоде нашего DIY-проекта говорит сам за себя.
Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поддержите ее стрелкой вверх. Если вам есть что еще добавить, пожалуйста, оставьте комментарий. Всем творчества, добра и спасибо за внимание.
Ссылка на статью:
-
Лазерный DIY или как сделать качественные платы с помощью дешевого гравировального станка;
-
Проект GitHub;
-
Проектирование печатных плат (KiCAD);
-
Исходный код Microsoftware (прошивка).
Написано специально для читателей Timeweb Cloud и Pikabu. Больше интересных статей и новостей смотрите в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Если вы хотите стать писателем (или уже знамениты) и хотите поделиться чем-то интересным в нашем блоге, напишите об этом здесь.
Облачный сервис Timeweb Cloud — рекомендуемая ссылка, которая может помочь поддержать проект автора.
[Мой] Гаджет Умный дом Сеть времени Arduino Электронные технологии DIY Самодельная сборка Long Post 9Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации.