Привет, Хабр!
Наверное, многие из вас понимают, что одним из ключевых моментов при эксплуатации ванной комнаты является поддержание оптимального микроклимата, поскольку избыточная влажность создает идеальную среду для развития плесени и грибка на любых пористых поверхностях, будь-то штукатурка или межшовное пространство кафеля. Для нормализации уровня влажности, в первую очередь необходимо обеспечить нормальную вентиляцию, как правило, данная задача решается установкой вытяжного вентилятора. В месте с тем, для обеспечения эффективности, немаловажно автоматизировать процесс работы вытяжной вентиляции. В данной статье я хочу поделиться своим опытом реализации «домашней» автоматизации для решения этого вопроса. Впереди DIY и много картинок, присоединяйтесь!
❯ Подопытный
В качестве подопытного был выбран вентилятор AURAMAX OPTIMA 5 от компании ERA Group.
Технические характеристики данного вентилятора:
| Цвет: | Белый | Производительность: | 183 m3/h |
| Класс защиты: | IP24 | Уровень шума: | 36 dB(A) |
| Высота: | 175 мм | Потребляемая мощность: | 14 Вт |
| Ширина: | 175 мм | Напряжение: | 220 В |
| Общая глубина: | 84 мм | Размещение: | Настенное |
| Диаметр установочный: | 125 мм | Рабочий механизм: | Осевой |
| Диаметр внешний: | 125 мм | Принцип вентиляции: | Вытяжной |
Ниже на изображении показан внешний вид вентилятора:
Как можно видеть, корпус вентилятора имеет место с прорезями на лицевой стороне, которое идеально подходит для установки датчика температуры и влажности. Однако внутреннее пространство достаточно ограничено для размещения управляющей электроники, что нужно будет учесть при проектировании принципиальной схемы и печатных плат. Ну и в лучших традициях DIY — разработку управляющей электроники мы будем делать самостоятельно.
❯ Разработка электроники
Ядром нашей системы управления будет ESP8266 — бюджетный микроконтроллер от компании Espressif Systems с интерфейсом Wi-Fi, который позволяет выполнить интеграцию в системы умного дома или обеспечить автономное функционирование. И так как мы ограничены в пространстве для размещения электроники внутри корпуса вентилятора, то я решил применить в качестве источника питания бестрансформаторное решение на базе высоковольтного импульсного стабилизатора напряжения LNK306GN, а для коммутации силовой цепи вентилятора будем использовать симистор. Ниже представлена принципиальная схема нашей системы управления.
В данной схеме в качестве датчика температуры и влажности используется DHT22, а для звукового оповещения о включении или выключении вентилятора используется пьезоэлектрический бузер со встроенным генератором. Также на схеме вы можете заметить Zero Cross датчик, который реализован на оптроне U2. Данный датчик предполагалось использовать в реализации системы импульсно-фазового управления для регулировки скорости вращения вентилятора, но как показала практика, ESP8266 не «вывез» «хотелок» разработчика. Данную систему целесообразнее реализовывать на отдельном маломощном микроконтроллере типа Attiny 2313 и тому подобное. В настоящее время данный датчик задействован в функции аппаратного прерывания для включения/выключения вентилятора в момент перехода через нуль.
Как я писал ранее, источник питания реализован на ШИМ контроллере LNK306GN, где выходное напряжение в 3.3 В задается обратной связью, которая формируется с помощью резисторов R1 и R5. Увеличиваем номинал R5, соответственно, увеличивается выходное напряжение источника питания. Для силового управления вентилятором используется «классическая» схема на базе оптрона с симисторным выходом (U3) и силового симистора (Q1). Ниже представлены скриншоты разводки и рендера печатных плат.
Разводка:
Рендер 3D модели:
❯ Изготовление печатных плат
Настало время изготовления печатных плат. Прототипы, как правило, я изготавливаю в «домашних» условиях с помощью моего компактного лазерного станка, методом, о котором я писал ранее.
Ниже на фото показан процесс активации фоторезиста с помощью 445нм лазера:
После засветки фоторезиста, необходимо выполнить проявку в растворе гидроксида натрия (10%) или карбоната натрия, кому как нравится.
Платы после процесса проявки:
Далее, после травления плат, выполняем монтаж радиокомпонентов в соответствии с принципиальной схемой и после этого производим тестовое включение и отладку. Для улучшения диэлектрических характеристик модуля питания, так как плата работает с высоким напряжением и во избежании пробоя, была нанесена паяльная маска. Чтобы предотвратить преждевременную аннигиляцию платы источника питания, рекомендую выполнять тесты с последовательно подключенной нагрузкой (в моём случае это лампа накаливания 60 Вт) в цепь питания 220 В. Также не стоит пренебрегать элементарными правилами электробезопасности при выполнении данных работ, так как модуль питания не имеет гальванической развязки с сетью.
❯ Установка печатных плат в корпус вентилятора
После выполнения всех тестов, производим монтаж печатных плат нашей системы управления в корпус вентилятора, не забыв разместить датчик над специальными прорезями. Ниже показан вариант размещения
Размещение печатных плат на корпусе вентилятора:
❯ Прошивка и интерфейс
Устройство работает на базе моей прошивки, которую уже можно назвать стандартом для моих умных устройств. Разработка велась в среде Arduino IDE. Исходный код прошивки будет доступен в конце статьи.
Конфигурация устройства классическая — через web интерфейс. При первоначальном подключении, устройство создает точку доступа CYBEREX-SmartFAN с беспарольным доступом. После подключения к точке доступа, у пользователя автоматически откроется страница авторизации, где необходимо будет ввести пароль по умолчанию "admin". После входа необходимо выполнить все необходимые настройки устройства. Интерфейс простой и интуитивно понятный. Ниже представлены скриншоты интерфейса.
Страница входа и основная:
Страницы конфигурации передачи данных и автоматического режима:
Конфигурация Wi-Fi подключения:
Как я писал ранее, устройство может работать как в составе системы «Умный дом», так и в автономном режиме. Для интеграции в системы умного дома используется протокол MQTT, где обмен данными выполняется в формате JSON. Ниже представлен пример вывода (топик «ваше имя корня»/jsondata):
{
"c": "Off",
"temp": "29.00",
"hum": "49.70",
"a": "1",
"h_on": "65.00",
"h_off": "52.00",
"fan_level": "0.00"
}Для управления вентилятором используется топик «ваше имя корня»/control, где переданное значение:
0 - включает или отключает вентилятор в зависимости от текущего состояния;
возвращаемый статус: On или Off
1 - включает автоматический режим работы;
2 - выключает автоматический режим работы;
возвращаемый статус: 0 или 1
Ниже показан пример «карточки объектов» данного вентилятора в системе умного дома Home Assistant:
График относительной влажности в ванной комнате:
Хочется добавить, что в данном устройстве реализован механизм MQTT Auto Discovery позволяющий в автоматическом режиме добавить его датчики и переключатели в Home Assistant. Ниже представлен пример кода карточки объектов, позволяющий реализовать отображение датчиков и элементов управления на панели Home Assistant:
type: entities
entities:
- entity: switch.f_onoff
name: Управление вентилятором
- entity: sensor.smart_fan_temp
name: Температура
- entity: sensor.smart_fan_hum
name: Влажность
- entity: switch.smart_fan_auto_switch
name: Автоматический режим
- entity: sensor.smart_fan_hum_on
name: Порог включения
- entity: sensor.smart_fan_hum_off
name: Порог выключения
title: Вентилятор в ванной❯ Итоги & Выводы
Давайте подведем итоги. Как можно видеть, мы реализовали очень полезную и необходимую систему, которая позволяет с минимальным бюджетом автоматизировать вытяжные вентиляторы для достижения качественных показателей микроклимата в ванной комнате. Как я уже говорил ранее, данная система может работать как автономно, так и в составе умного дома, что позволяет упростить процесс автоматизации без применения IoT инфраструктуры. И если сравнивать финансовые затраты на реализацию моего DIY проекта, описанного в данной статье, с готовыми решениями, например с обычным вентилятором со встроенным датчиком влажности, то DIY явно побеждает не только с финансовой точки зрения, но и по функциональности. Ниже приведены примерные затраты на реализацию данного решения:
- Микроконтроллер ESP8266 — 1 шт: 94 руб или $ 1,07
- Контроллер питания LNK306GN-TL — 1 шт: 95 руб или $ 1,09
- Датчик температуры и влажности DHT22(AM2320) — 1 шт: 98 руб или $ 1,12
- Оптрон с симисторным выходом MOC3052 — 1 шт: 141 руб или $ 1,61
- Силовой симистор BT136-600(TO-252) — 1 шт: 9 руб или $ 0,10
- Вентилятор AURAMAX OPTIMA 5 — 1 шт: 890 руб или $ 10,17
- Другие компоненты и материалы: ~ 200 руб или $ 2,29
- ИТОГО : ~ 1327 руб или $ 15,17
Если сравнивать с готовым решением, то цена на обычный вентилятор с автоматическим управлением от встроенного датчика, где нет и намека на интеграцию с системами умного дома, начинается от 2939 руб или $ 33,59. Вывод об экономической эффективности нашего DIY проекта напрашивается сам собой.
Если Вам понравилась статья, поддержите её стрелочкой вверх. А если есть что добавить, то добро пожаловать в комментарии. Всем творчества, добра и спасибо за внимание.
Ссылки к статье:
- Лазерный DIY или как с помощью дешевого гравера делать качественные платы;
- GitHub проекта;
- Проект печатных плат (KiCAD);
- Исходный код микро ПО (Прошивка).
Читайте также:
- ➤ Моя б̶е̶з̶умная колонка
- ➤ Пишем программы на C# для одноплатников: что, как и где на примере Orange Pi One
- ➤ Учимся летать: симуляция эволюции на Rust
- ➤ Нужно больше ламповых табло!!! Запускаем дисплей от пейджера NJE-105
- ➤ systemD с 0 до 1: библия сисадмина
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩
Комментарии (26)
randomsimplenumber
06.07.2024 08:16+2Баловство ;) Таймера достаточно. Датчик движения+таймер. Не забьется пылью через пару лет. Объем комнаты известен, производительность вентилятора тоже. Симисторы есть в dip корпусе вместе с оптроном. Оптроны точно есть с zero cross датчиком. Импульсно-фазовое управление асинхронным двигателем - оно точно бывает?
nextbystander
06.07.2024 08:16+2Импульсно-фазовое управление асинхронным двигателем - оно точно бывает?
Как ни странно - бывает. Сам сильно сомневался, когда мне установщики системы вентиляции поставили диммер на вытяжной вентилятор. Оказалось - вполне нормально работает, не с нуля оборотов, конечно, но диапазон примерно 30..100% перекрывает.
По теории это так и называется: "вентиляторная нагрузка", когда двигателю на малых оборотах гораздо легче круться, чем на больших. В этом случае асинхронный двигатель может работать с очень большим скольжением поля.
mlnw
06.07.2024 08:16Датчик движения еще лучше этой штуки тем, что если кто-то, кхм-кхм, сходил в туалет, то он тем фактом влажность существенно не поднял, но всё равно активировал вытяжку.
serafims
06.07.2024 08:16Столкнулся со следующей проблемой, когда датчик стоит около вентилятора: после принятия душа влажность высокая везде в комнате, начинает работать вентилятор, создаёт своеобразный "туннельный' поток сухого воздуха из других комнат, осушает датчик и вентилятор выключается. В итоге по углам и на потолке вне потока воздуха влажность, плесень. А вентилятор начинает включаться хаотично и опять же не надолго, когда после остановки влажность из углов добирается снова до датчика.
Практика показала, что из-за перекрытия отверстия вентилятором (1 этаж 9 этажного дома, на минуточку!) поток воздуха от естественной тяги упал настолько, что уже не хватало проветрить без включения от слова совсем и без больших всплесков влажности на датчик, и плесень все равно пошла. Как только убрал вентилятор и автоматику, сразу все стало хорошо, то есть достаточно неплохо рассчитали проектировщики когда-то эти вент каналы на естественную циркуляцию.
Учтите, что эффективность вытяжки зависит от притока воздуха, через щели в советских окнах, через КИВ, или бризер.
serafims
06.07.2024 08:16+1В общем, советую выкручивать настройки так, чтобы гарантированно по углам осушалось помещение, либо датчик выносить от вытяжки (хотя без развязки от сети это такое себе).
cyber_roach
06.07.2024 08:16Тоже заметил, что автоматика при любых танцах с бубном в настройках, часто работает не корректно.
В новой квартире решил эту проблему просто - добавил к автоматической работе - ручной режим, где если включить и выключить переключатель (рядом со светом) - оно будет работать +15 минут (ну или включить и работает пока не выключить + 15 мин). Тем самым, если замечаю, что недостаточно просушило - кликаю и всё ок.
Либо, если сильно напердеть, данный режим позволяет избавить от запахов при выходе из санузла.
Чистый автомат, как по мне, жутко не удобная штука.
А еще в описанной выше схеме отсутствует обратный воздушный клапан , что чревато (особенно в старых домах) вдувом влажного воздуха от соседа с вентилятором.
CyberexTech Автор
06.07.2024 08:16+1Да, по поводу обратного клапана согласен, но у меня хорошая вентиляция с широким каналом, поэтому нет необходимости в клапане.
dravor
06.07.2024 08:16+1Всё сложно и требуется на этапе ремонта притащить питание, либо отказаться от возможности включить вентилятор когда потребуется выключателем на стене.
Я положил за зеркало акаровский датчик температуры и влажности, выключатель на стене умный, в HASS написал нужный скрипт. Всё работает с микровложениями и осталось дружелюьным к человеку.
В статье про контроль влажнсти через вытяжной вентилятор не подчеркнуто саоме главное: влажность нужно считать относительно соседнего помещения, то есть ставить в другой провертриваемой комнате еще один датчик. Иначе потенциально имеем ситуацию, когда влажность на улице выше порога срабатывания и вентилятор крутиться вечно в попытках опустить влажность ниже физически достижимой.
CyberexTech Автор
06.07.2024 08:16+1В статье про контроль влажнсти через вытяжной вентилятор не подчеркнуто саоме главное: влажность нужно считать относительно соседнего помещения
Да, верно. Есть мониторинг влажности вне ванной комнаты, можно реализовать сценарий корректировки уставки отключения вентилятора в зависимости от данных внешнего датчика влажности.
isNikita
06.07.2024 08:16+1Вентилятор 90 кубов выслушиват ванну часа полтора. А самый маленький компрессорный осушитель за полчаса, при этом даже не успевает потеть зеркало. Нет проблем с конденсатом, сразу в канализацию. Автоматизация из коробки. Следующий ремонт уже интегрирую осушитель, в стену. И ну эти вентиляторы.
xSVPx
06.07.2024 08:16+2А есть удобные для ванной осушители ? Смотрел с полгода назад, все какие-то "настольно-напольные", а в ванную всёж вероятно вешать надо.
SpiderEkb
06.07.2024 08:16+4Когда строил дом, сразу подразумевал вентиляцию. Ориентировался на "полукратный воздухообмен" - полное замещение всего объема воздуха за два часа.
Сразу решил делать схему с принудительной вентиляцией - канальный вентилятор с вытяжкой через санузлы (их два), приток - через КИВ в спальнях и окна в остальных помещениях (гостиная, кабинет).
В качестве вентилятора выбран двухскоростной канальник TD-350/125 Silent от S&P. Там две обмотки обеспечивающие две скорости вращения крыльчатки. Производительность на первой 260м3/ч, на второй - 330м3/ч.
К нему два простейших контроллера влажности с Али - XH-W3005 и двухклавишный выключатель для ручного управления. Одна клавиша - вкл/выкл, вторая - первая/вторая скорости.
А дальше... Три релюшки (по две группы каждая) соединенные в нехитрую схему
Реле смонтированы в колодках на дин-рейке
Логика такая - в штатном режиме вентилятор постоянно крутится на первой скорости, обеспечивая минимальный воздухообмен (вытягивая воздух через санузлы - запахи, влажность, все сразу вытягивается и не идет в дом).
При превышении установленного порога влажности (в любом из санузлов) или по ручной клавише вентилятор переключается на вторую скорость и быстро вытягивает излишки пока влажность не упадет (или клавишей не переключат обратно).
Даже если вентилятор выключен (клавишей), от сигнала с контроллера влажности он все равно включится на вторую скорость (и потом выключится).
Сами контроллеры гальванически развязаны с вентилятором и могут висеть на разных фазах.
Все это работает вот уже три года. Никаких претензий нет - оно просто работает.
В спальнях и кабинете стоят КИВы Norvind Pro
Но это в основном на зиму. Летом просто окна открыты.
И да, никакой необходимости включать это в систему "умного дома" я не вижу. Никакого управления или мониторинга, как показала практика, оно не требует.
И, если что, я достаточно долго занимался разработкой "Системы мониторинга инженерного оборудования зданий", так что что и как делать неплохо себе представляю и могу все это реализовать. Но придерживаюсь принципа "бритвы Оккама" - не создавать сущностей сверх необходимого.
ZhenyaRUS39
06.07.2024 08:16+1Подскажите, как вы такие удобные web-интерфейсы пишете? Хочу научиться для своих проектов делать, может какой-то есть несложный путь?
CyberexTech Автор
06.07.2024 08:16Вы мне льстите, говоря об удобности интерфейсов ). Пишу руками. Честно говоря, я не любитель web интерфейсов, но мой товарищ настоял чтобы я реализовал веб интерфейс в одном устройстве. У веб интерфейсов есть минус - они занимают много памяти устройства. Путь один, итеративный подход : писать, запускать, тестировать, исправлять, улучшать, оптимизировать.
0x1A4
06.07.2024 08:16У веб интерфейсов есть минус - они занимают много памяти устройства.
Можно по максимуму использовать svg - этот язык разметки компактнее, чем html. У меня есть веб интерфейс на esp8266, который полностью на svg написан и только сверху завернут в html для адаптивности на разных устройствах.
MountainGoat
06.07.2024 08:16Сегодня несложный путь - это GPT попросить. Он отлично штампует интерфейсы по эскизу и описанию.
rostislav-zp
06.07.2024 08:16Я такой путь пробовал,когда данные с датчиков снимал через arduino. Все красиво и толково
mano2020
06.07.2024 08:16Минимальную автоматизацию вентилятора в ванной я хотел сделать ещё лет десять назад. Но высокая влажность и отсутствие гальванической развязки в этих устройствах меня от этого останавливает те же 10 лет. Поэтому недорогой вентилятор на подшипниках (путем замены выходящих из строя на бронзовых втулках вентиляторов нашел решение) просто шпилит 24/7 в своё удовольствие, я его не слышу. Обратный клапан не даёт холодному зимнему ветру заходить обратно, запахов и плесени в ванной нет, попутно вытягивает запахи из примыкающей кухни, приток идет от отверстий на улицу, обязательных в местах установки газового оборудования (частный дом). Потребление у него меньше 20 вт, по сравнению насосом отопительной системы зимой или кондиционера летом вообще ни о чём.
Регулировка оборотов асинхронного мотора такое себе удовольствие, мне не зашло для находящихся без присмотра электродвигателей, читал, смотрел схемы, даже покупал готовые решения, но когда разбираешь и смотришь как оно сделано - волосы начинают шевелиться даже на ладонях.
У вас плата управления вентилятором сделана без выреза под оптроном и физически размер платы небольшой - поэтому 220 может легко прибежать по мокрой плате на сигнальную сторону. Плюс спорное расположение симистора относительно сигнальных выводов оптрона и использование на горячей стороне smd, у которых, если не ошибаюсь, допустимое напряжение 50 вольт. Конденсатор на горячей стороне, как понимаю, тоже без буквы Х.
Можно попробовать исключить из уравнения влажность, если плату залить лаком или компаундом, но лучше сделать как положено. Да, геометрический размер будет больше, но, КМК, лучше не экспериментировать с горючими материалами в потоке воздуха.
IvanKurtti
06.07.2024 08:16+1Проект, как всегда проработан, всё понятно, есть простор для реализации своих хотелок (у меня в ванной вообще нет прямой вытяжки, вытяжка в туалет, а там своя, вот и сама напрашивается умная синхронизация вытяжек). Немного доработав алгоритм под несколько (сторонних датчиков по MQTT) + (доп вентилятор по полу т.к. основная влага в внизу особенно под ванной) , можно компенсировать упрощения. Хотя я всё же склоняюсь к 12В вентиляторам большого диаметра, и питание и тихие можно найти и управление проще, из минусов в стандартные вентиляции крепления колхозить (на 3D принтере), но это другая история.
WondeRu
06.07.2024 08:16+1Предыдущие хозяева вытащили питание вентилятора на обычную вилку и подключали к розетке, которая была механическом таймере, который включался утром и вечером. Выкинул таймер, поставил Philips Hue розетку и купил noname zigbee датчик температуры-влажности. Соединил через Home Assistant. Смущает только шум старого вентилятора, поменяю
eps
06.07.2024 08:16+1Хотел такое сделать, лениво: программу на ESPHome, железо взять готовое (вроде Sonoff Basic / Mini) и добавить DHT22 (всего один GPIO).
Почему не сделал?
Потому что вентилятор со встроенным гиростатом стоит совсем немного дороже, на 90% решает проблему вытяжки, и ничего не надо делать вообще.
N4N
06.07.2024 08:16Через месяц на Али: умный вентилятор, ванная комната, сухая стена, смерть грибка, счастливый душ
Measurer01
06.07.2024 08:16Подскажите, разве можно встраивать вентилятор в систему вытяжки, которая работает по принципу тяги (разницы давлений в стояке)?
Если сосед по этажу поставит более мощный вентилятор, и он начнёт вытягивать в стояк намного сильнее, чем ваш вентилятор... Все ваши расчёты идут псу под хвост. Разве нет?
У меня дом конца 80-х годов постройки. Нет никаких вентиляторов. Вентиляционный стояк находится в туалете. В ванную ведёт вентиляционное окно из туалета.
При нормально закрытых дверях со щелью под дверью, и в туалете, и в ванной идёт тяга. Плесени и влажности нет.
В квартире окна не пластиковые, а приведённые в порядок деревяшки с постройки дома.
Неужели в новостройках всё хуже, чем в домах, построенных ещё в СССР?
Quqas
06.07.2024 08:16действительно хуже чем даже можно себе представить.
банально если на улице выше +15 вентиляции нет от слова совсем.
отсюда и вся "умнота" вентиляторов по-боку... чтобы они там не дули - самому воздуху некуда деваться.
при этом как подвод к шахте сделан х.з. если в совковых панелях дыра прям шахту сразу - в монолите с кухни и санузла отдельные шахточки впритык к главной - но как они туда заходят никаким фонарём не понять - суть малейшее нагнетание в санузле=обратная тяга на кухне и наоборот. поэтому всегда включены в обоих местах сразу два вентиля. просто в санузле чуть мощнее, а "сквозь" постоянный кухонный ещё можно и мощную вытяжку над плитой включить. тогда в санузле обороты падают до минимума но всё ещё тяга "не обратная"
что при этом наблюдается на других этажах =х.з.
по уму надо сверлить стену и сразу на улицу доп.вентиляцию "на выпуск" благо планировка позволяет из санузла "пробуриться на воздух"
Tirarex
Я пошел по другому пути. 220в вертушки меня удручали, от них всегда противный шум, поэтому вместо обычной вертушки я поставил Noctua NF-P14s. Она выдает 133,7 m³/h что меньше сетевой, но статическое давление высокое, а главное она очень тихая. Дальше взял esp32 что была под руками, прикрутил туда dht22 для сбора данных и 4pin колодку для управления PWM Вентилятором и слежением за его оборотами. Планировал заменить ноктуа который 3пин на 4пин дабы управлять им по надобности. Но оказалось что просто всегда работающий бесшумный вентилятор в целом не требует управления и держит влажность в адекватных рамках. Поэтому на замену вертушки и автоматизации успешно забил. Но компьютерные вертушки все еще считаю лучшим решением за счет их тишины, и возможности вынести бп за пределы мокрой комнаты. Ноктуа брать необязательно но они на удивление стойкие, ибо за 3+ года с ней ничего не случилось, хотя влажность 90%+ бывает часто, и несколько раз на них попадала вода с душа, и не капли а хорошее залитие.
1dNDN
А куда БП и 220 часть вынесли?