Представляю электронную разработку — самодельный терморегулятор для электрического отопления. Температура для системы отопления, устанавливается автоматически исходя из изменения уличной температуры. Терморегулятору не нужно в ручную, вносить и менять показания для поддержания температуры в отопительной системе.
В теплосети, есть подобные приборы. Для них четко прописаны соотношение средне суточной температур и диаметра стояка отопления. На основании этих данных, задается температура для системы отопления. Данную таблицу теплосети взял за основу. Конечно, некоторые факторы мне неизвестны, здание может оказаться к примеру, не утепленным. Теплопотери такого здания будут большими, нагрева может оказаться недостаточным для нормального отопления помещений. В терморегуляторе есть возможность вносить корректировки для табличных данных. (дополнительно можно прочитать материале по этой ссылке).
Я планировал показать видео в работе терморегулятора, с эклектическим котлом (25Кв), подключенным в систему отопления. Но как оказалось, здание, для которого все это делалось, долгое время было не жилое, при проверке, отопительная система практически вся пришла в негодность. Когда все восстановят, не известно, возможно это будет и не в этом году. Так как в реальных условиях я не могу настраивать терморегулятор и наблюдать динамику изменяя температурных процессов, как в отоплении, так и на улице, то я пошел другим путем. Для этих целей соорудил макет отопительной системы.
Роль электрокотла, выполняет стеклянная пол литровая банка, роль нагревательного элемента для воды- пятьсот ватный кипятильник. Но при таком объема воды, данной мощности было в избытке. Поэтому кипятильник подключил через диод, понизив мощность нагревателя.
Соединенные последовательно, два алюминиевых проточных радиатора, выполняют отбор тепла из отопительной системы, образуя подобие батареи. При помощи кулера создаю динамику остывания отопительной системы, так как программа в терморегуляторе отслеживает скорость нарастание и спад температуры в отопительной системе. На обратке, расположен цифровой датчик температуры T1, на основании показаний которого поддерживается заданная температура в отопительной системе.
Чтобы система отопления начала работать, нужно чтобы датчик T2 (уличный) зафиксировал понижение температуры, ниже +10С. Для имитации изменения уличной температуры, сконструировал мини холодильник на элементе пельтье.
Описывать работу всей самодельной установки нет смысла, все заснял на видео.
Некоторые моменты о сборке электронного устройства:
Электроника терморегулятора, размещается на двух печатных платах, для просмотра и распечатки понадобится программа SprintLaut, не ниже версии 6.0. Терморегулятор для отопления крепится на дин рейку, благодаря корпусу серии Z101, но нечто не мешает расположить всю электронику в другой корпус подходящий по размерам, главное чтобы вас устраивало. В корпусе Z101 не предусмотрено окно для индикатора, так что придется самостоятельно разметить и вырезать. Номиналы радиодеталей указаны на схеме, кроме клеммников. Для подключения проводов я применил клеммники серии WJ950-9.5-02P (9шт.) но их можно заменить на другие, при выборе учитывайте чтобы шаг между ножками совпадал, также высота клеммника не мешала закрываться корпусу. В терморегуляторе применяется микроконтроллер, который нужно запрограммировать, конечно, прошивку я также предоставляю в свободном доступе (возможно в процессе работы придется дорабатывать). Прошивая микроконтроллер, установите работу внутреннего тактового генератора микроконтроллера на 8Мгц.
P.S. Конечно, отопление дело серьезное и скорей всего придется доработать устройство, так что законченным устройством пока нельзя назвать. Все изменения, которым подвергнется терморегулятор я в дальнейшем внесу.
Скачать: Прошивка, печатные платы
Комментарии (57)
VBKesha
14.11.2016 10:51+2Почему то мне кажется что температура всё таки должна задаваться в зависимости от температуры внутри помещения. Если конечно разговор не идёт об отоплении многоквартирного дома или нескольких домов.
zim48
14.11.2016 10:54Данный вариант, разрабатывался для трех этажного административного здания.
kharlashkin
14.11.2016 12:41В подобных устройствах управления, как минимум должно быть 3 датчика (температура наружного воздуха и температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах). Таблицы зависимостей наружной температуры и дельта температур теплоносителя (подача/обратка) рассчитывается при проектировании, так как зависимость не линейная, а рассчитывается от теплопотерь здания. В принципе реально рассчитать и в построенном здании — необходимо только найти из каких материалов состоят и какой толщины имеют наружные стены, кровля и т.п.
На каждый радиатор для локального регулирования температуры желательно ручные регуляторы, тогда можно минимизировать проблемы перегрева / переохлаждения отдельных помещений, выставив необходимое количество теплоносителя в радиаторах по помещениям.safari2012
14.11.2016 18:54плюс температура внутри помещения не помешает.
user343
15.11.2016 18:09Это всё реализовано в готовых контроллерах Danfoss ECL comfort 110 или Siemens RMK770 (каскадное управление 6-ю бойлерами).
И раньше делали на простых компараторах LM393 без глючных «абдурин».
rico_spb
14.11.2016 12:36Жизнь показывает, что это сложно реализуемо. Во-первых, в разных помещениях объективно могут быть разные тепловые режимы (наличие обогревателей, холодильников, открываемых окон, дверей, ворот), и всем не угодишь. Внутри это проще уже рулить посредством термо-клапанов на радиаторах. А во-вторых, работы по наружной температуре позволяет начать догревать здание до того, как оно начало охлаждаться ниже заданной температуры (отопление — штука инерционная). Хотя, конечно, калибровка на внутреннюю температуру нужна, но это разовая операция.
Aleksandr_Zh
14.11.2016 12:04+2за схемотехнику два!
1. Вывод Сброса МК не подтянут к + питания. Нарушение требования производителя МК! Любая наводка и МК может уйти в перезагрузку. Хотя бы банальный резистор 4-10 кОм между ~Reset и +5в
2. На выходе стабилизатора 7805 конденсатор С3 очень велик! Нарушение требований производителя. Там надо 10-100 uF от силы!
3. у вас питание +5в на МК подаётся через резистор 10 кОм! что за новояз?! бред какой-то!
Из рекомендаций:
— порты кнопочек так же надо бы подтянуть к +питания, хотя бы 10-50 кОм. Встроенные в МК — вещь ненадёжная!
— если тяните провода к датчикам, то питайте из через дроссель 100-400 uH и параллельно ему на выходе конденсатор керамический на 0.1 uF и желателен небольшой электролит (лучше танталовый, конечно) на 1-10 uF
instalator
14.11.2016 12:24Скорее всего автор ошибся и выход после резистора 10К подвел к ноге питания а не к Reset
gbg
15.11.2016 12:05Кстати, судя по фотке монтажа, конденсатор (0,1 мкф), который должен стоять непосредственно на выводах с МК и шунтировать помехи, чтобы они не гуляли по всей плате, стоит где-то в блоке питания, что превращает его в карго-культ.
Alexeyslav
15.11.2016 14:04По большому счёту он нужен и там и там. В блоке питания он выполняет важную роль в устойчивой работе стабилизатора, а уже на плате с контроллером он нужен чтобы давить помехи, иначе они осядут на соединяющих блок питания и схему проводах — и они начнут «звенеть».
Вообще эти конденсаторы должны стоять в таких местах, которые будут сокращать физические размеры контура по которому идёт импульсный ток — если понадобится то и по 2-3 на плату.
zim48
14.11.2016 12:30-2Мой промах, не ту схему залил. На тактовые кнопки не нужно ставить резисторы, внутренними подтянул. Встроенный в мк, не разу не подводили (разрабатываю для производства) Конденсатор спасает от кратковременных провалов в сети, проверено.
instalator
14.11.2016 12:37А подтяжку лучше ставить внешнюю все таки и не большая емкость на кнопках не будет лишней.
Aleksandr_Zh
14.11.2016 12:44+2фраза «у меня работает» меня не возбуждает: горький опыт с 1999 года дал многое.
поверьте: производитель — не дурак! выполняйте его требования.
уберите трансформатор, поставьте банальную «зарядку» usb и на выходе 100 uF — никакие просадки до 95 Вольт вам будут не страшны…
Вам дело говорят про подтяжку… у одной известной конторы была партия пром оборудования, которую пришлось изьять и переделать: у МК разных партий разное сопротивление резисторов pull-up. Проверили у себя: «у меня работает» и продали пару тысяч по котельным… А потом оператор руку подносит когда рядом работает сетевой насос размером с холодильник и кнопки «сами нажимаются». А всего-то не поставили 4 резистора 1-10 кОм для кнопок и в ПО не предусмотрели проверку от наводок.
Alexeyslav
15.11.2016 11:25Оно у вас работает лишь только потому что на входе стабилизатора ёмкость больше, и выходной электролит не идеальный да и сам стабилизатор 7805 довольно дубовый попался(возьми какой-то более новый стабилизатор и будет ахтунг), с низкой точностью(низким усилением).
Шаг в сторону и стабилизатор может уйти в самовозбуд, особенно если входная ёмкость высохнет. Тогда получишь на выход напряжение такое как на входе и всё погорит к чертям.
Я почему-то уверен, подключи к выходу стабилизатора осциллограф вы там увидите хвосты от переходных процессов(особенно от динамической индикации) и большие пульсации, которые в нормальных условиях пока ещё не мешают работе цифровой схемы(контроллер может оставаться работоспособным ещё до 3В).
Электролит на выходе там не нужен, лучше переместите его на вход — так схема будет выдерживать большие перепады чем от электролита на выходе.
zim48
14.11.2016 12:58-3Не спорю резисторы копеечные и поставить не составит труда.
Дело в том что я программно вычисляю помехи, мне было интересно одно время с этим возится. Вот для себя и разработал программу которая анализирует: продолжительность нажатия, время нарастания спада фронта тактовых кнопок и т.д.
Не всегда резисторы спасают от помех, было у меня тех задание, разработать электронику для фрезерного станка. Так такие наводки возникали во время работы двигателей, что пришлось кнопки гальванически развязывать подтягивать внешними резисторами, а толку ноль. В итоге, все программно реализовал.gbg
14.11.2016 13:48+1Ну, дело полезное, но программа должна делом заниматься, а не резистор эмулировать.
Более того, если на вводный пин словить «хорошую» наводку, сотворится так называемая «тиристорная защелка», которая приведет к двум событиям:
— зависанию контроллера в неопределенном состоянии
— совершенно случайным величинам напряжения на выходных пинах
Во «взрослых» приборах управление ответственной нагрузкой делают не при помощи цепочки пин контроллера — транзистор — реле — нагрузка, а используют разные техники повышения надежности — например, комбинацию из трех пинов (троирование), где только один набор сигналов (например, 010) приводит исполнительное реле в действие. И разумеется, с «горячей» стороны проверяется, что исполнительное реле действительно дало ток на нагрузку.
ostapbender
16.11.2016 13:00Во «взрослых» приборах управление ответственной нагрузкой
Кинетесь ссылкой на почитать?
gbg
17.11.2016 12:34Увы, не кинусь. Мой вывод сделан на основе личного опыта исследования различных схем — медтехники, лифтов, авионики и прочего.
В авионике, например, типичная связка «источник питания — выключатель — лампочка» разрастается в сложную систему, в которой у выключателя несколько групп контактов, как размыкающих, так и замыкающих, которые при помощи «логических элементов» (реле или транзисторных-тиристорных ключей) обеспечивают переключение лампы и исключение (и обнаружение!) ошибок как первого (обрыв одного из проводов), так и второго (короткое замыкание) рода.
На обрывки схем и обсуждение неисправностей такой техники можно посмотреть как на форумах обслуживающего персонала, так и в отраслевых блогах — по авиа, например.
mrigi
14.11.2016 13:39Ну наверно нужен ещё датчик тока на выходе, пищалка и запасное реле, чтобы уйти в аварийный режим если триак пробъет. А то будете кипятить воду в батареях если вдруг что пойдет не так.
zim48
14.11.2016 13:45Для такого случая, установлено два дублирующих термодатчика (более подробно), от датчика давления начальство отказалось.
sneka
14.11.2016 14:12Осталось прикрутить третий датчик в эталонном помещении и процедуру самокалибровки таблицы по фактической температуре внутри. И железка станет умной.
u010602
14.11.2016 16:03Немного не по теме, но все-же.
Недавно поставил приточно-вытяжную вентиляцию. Внутри есть нагреватель мощностью 3квта. Есть блок управления, он тоже то включает, то выключает нагреватель. Причем период модуляции меньше минуты. Это дает очень не приятный эффект моргания света в режиме поддержания температуры. Проводка новая, провода толстые, напряжение около 240В, при включении проседает на 5-10В, этого достаточно для визуальных эффектов.
У вашей схемы будут те-же проблемы. Теперь я вообще не понимаю как люди живут с электрическими котлами.
Я смотрю в сторону трансформаторных регуляторов мощности, хотя-бы с шагом в 10%, а потом уже доводить ШИМом.
sim2q
16.11.2016 09:22Для абсентоварки расчитывал этот ШИМ узел как раз из этих соображений, но товарищ научился обходиться… ЛАТРом :)
ps дроссель для киловаттной конфорки что то у меня большеват в расчётах получился, правда частота была ниже 100 kHz
trapwalker
16.11.2016 11:13А зачем такая маленькая глубина ШИМ? Температура в помещении довольно инертна, почему не делать включения с бОльшим периодом? Нагреватель можно включать в момент, когда фаза переменного тока проходит через ноль. Может быть это снизит мерцания?
zim48
14.11.2016 16:38Если сеть плохая то да, в моём случае возле здания отдельная тп, так что посадок не будет.
u010602
14.11.2016 17:10У меня дом не большой, менее 20 квартир, подстанция во дворе, подстанция питает два здания всего. Подвод поменяли на медь 25 мм2 сечением. Ввод в квартиру 10 мм2 медь. До нагревателя 2.5 мм2 меди. Проседания — есть даже на отдельных ветках. 5-10В проседания это на щитке, а не на нагревателе.
Короче у меня ситуация с проводкой, если не идеальная, то ближе всего к идеалу из того, что я встречал.
Я кстати сразу полез на форумы — они все завалены подобными жалобами от владельцев электро котлов и попытками найти выход.
LineAir
15.11.2016 07:52Плавный пуск котла с помощью регулирования симистором решит эту проблему?
u010602
15.11.2016 16:12Боюсь что нет. Я так понял есть два подхода регулирования либо ШИМ с детектором 0, либо фазовая модуляция (т.е. срезание части периода). В первом случае будут моргания из-за просадок, во втором — котел будет генерировать много шума в сеть, что очень плохо для разной аппаратуры. А если применить оба метода — все станет еще хуже.
Нормальных решений на сколько я знаю, есть два.
1) Сделать полноценный инвертор с корректором косинуса фи
2) Трансформатор, я думаю переделать стабилизатор на автотрансформаторе который стоит без дела.
vershinin Не понимаю как это может что-либо решить, три фазы, три тэна, все три фазы проседают.sim2q
16.11.2016 09:28Можно поставить после выпрямителя лишь LC фильтр на частоту ШИМ (естественно, что она должна быть на порядки выше чем в сети), а на 100 Hz забить — нагрузка то чисто активная. И молотить полевиком.
u010602
16.11.2016 14:43sim2q Это вы про инвертор? Или про модуляцию сетевого напряжения напрямую? Если про инвертор, то без PFC будет еще хуже, а с PFC получаем практически онлайн ИБП по сложности.
Про ЛАТР, да это практически моя идея, просто я хочу взять ЛАТР с моторчиком, и допилить к нему прошивку.
Alexeyslav Отказаться можно, но в рамках моей квартиры, а хамить соседям я не хочу. Т.е. я в принципе ищу правильное решение, а «жить можно» конечно и так.
trapwalker Приточке нужно контролировать температуру в канале, а не в квартире, вернее и то и то. Надолго выключать ТЭН нельзя, иначе в канале упадет до 0, будет конденсат, болото, живность и обледенения. При температуре за окном +5, на макс скорости вентилятора, температура в канале падает где-то на 1 градус в секунду, когда ТЭН выключен. Хуже всего что ТЭН работает на 3-7% мощности большую часть времени, но достигается это ШИМом, т.е. мне нужен ТЭН на 300 Вт, а я коммутирую 3кВт. Даже при коммутации 1 кВт проседания уже не заметны глазом.
Насчет детектора 0 — так он есть. Без него будет вообще ад, городской телефон например будет звонить хаотично, ИБП будет регулярно переходить на батарею.sim2q
16.11.2016 18:20У нас активная нагрузка и инвертор не нужен, повторюсь, что бы наверх не смотреть — после моста ставит LC фильтр что бы ШИМ не пролез в сеть, там конденсаторы небольшие получаются и PFC соотв не нужен. А дальше у нас ключ который молотит ШИМ. Только это не фазоимпульсная модуляция(!) на 100Hz. У меня где то было ~40..80kHz в симуляции (не помню точно). И соотв скажность от периуда напряжения в сети не зависит, а зависит сколько нам мощности надо отдать в нагрузку. Из за того что синусоида во всех местах «порубленна» одинакова, форма тока из сети «правильная». Ну там ньюансы конечно из за того что у нас LC фильтр и тд, в железе так и не собрал проверить, но в Протеусе «работало» (только дроссель был большеват для заданных мною пульсаций)
Alexeyslav
16.11.2016 11:18Есть ещё третий выход — отказаться от ламп накаливания. Практически, только с ними проявляется это неудобство(есть еще асинхронные двигатели), а остальная аппаратура достаточно толерантна к изменению напряжения в сети и имеет стабилизаторы.
Либо, если так уж нужны ЛН, сделать стабилизатор напряжения чисто под лампочки.sim2q
17.11.2016 04:03согласен с вами, что лампы надо менять, но простите — жрать рывками, тоже не дело :)
impetus
14.11.2016 19:20наличие-отсутствие воды надо проверять чем-то сильно механическим — герконом на поплавке в отдельном бачке, или крутилкой с магнитиком и дачиком холла. Можно ток насоса мониторить — он без воды или с затыком воды — вразгон идёт (ток падает). Оптика будет барахлить от накипи, ржавчикны, случайной чешуйки краски, причём видимая оптика и ИК — по-разному. Тем более что в общем случае теплоноситель может быть вобще чёрен и непрозрачен как нефть, или бел и непрозрачен же как молоко, или с пузырьками чедесато бликующими. Поэтому же и ультразвук не годится.
Но вообще, как-то отапливать здание электричеством — это нехорошо, неправильно (понимаю что это не к вам вопрос, вы свою часть сделали)electronus
14.11.2016 22:02Смотря как. Если строить тепло-водо-монстра как в топике, то не очень интересно. В Северной Америке отопление в большинстве своем электрическое. В каждой комнате есть электрический калорифер и термостат. Все гениальное — просто
impetus
15.11.2016 11:59У нас отопительный сезон 7 месяцев. Из них парочка при довольно серьёзных энергозатратах. Возможно разница «с ними» такова, что держать отдельную систему на топливе будет в итоге дешевле. Тем более что всяких котлов сейчас, любых — газовых, пиролизных, мазутных — навалом.
electronus
15.11.2016 15:45Да у нас тоже не Ташкент в Канаде. В октябре начали, в мае закончим. В самый пик платим 70 долл за 2 месяца. Летом получается 15 за 2 месяца, при цене 0.05 за киловатт (я умышленно вычел fixed платежи).
Большой прорыв в экономии случился при смене биметаллического термостата на электронный с тиристором и ШИМом. Кроме того шим уменьшил гистерезис и стало комфортнее.
Здешние калориферы малоинерционные, и поднять температуру воздуха в комнате на 10 градусов за 5 минут для них — плёвое дело. Из этого делается третий вывод: для экономии электричества нужен не только ШИМ, но и таймер или датчик присутствия, чтобы занижать температуру когда никого нет дома, и приводить её к желаемой перед приходом, на чём собственно NEST и делает здесь деньги.
Конструкционно электронные термостаты тут включены последовательно с калориферами, не имеют гальваноразвязки и не имеют отдельной линии питания и содержат датчики температуры. На калориферах стоят механические термозащиты, если накрыть его одеялом, то она разрывает цепь, термостат тухнет(нет питания) и так по циклу. Таким образом обеспечивается безопасность, если термостат(не видел такого) останется всегда включенным, то получим очень теплую комнату, но без пожара
alexhott
14.11.2016 19:2825 киловатт на одну фазу не есть гуд. А так в принципе работать будет и без сбоев. Делал подобное на три фазы 12 кВт, с часами и недельным таймером. Температура на подаче и в комнате, никаких зависаний не было. Штатные термостат и аварийный датчик работали как и прежде.
zim48
14.11.2016 20:07Подключение на три фазы,
alexhott
21.11.2016 20:32Тогда получается тены всегда под фазным напряжением
а коммутируем ноль
хотя при хоршем заземлении можно и так
alexhott
21.11.2016 20:38И еще один момент, симисторы надо обязательно на теплоотвод и довольно большой
у меня при нагрузке 4 квт на симисторе выделялось примерно 20Вт тепла
и пассивный радиатор от пентиума 4 едва справлялся с одним симистором
sirri
14.11.2016 20:46+5Эм… Статья интересная, но читать ее — то еще мучение. Без обид, но из-за орфографии чтение этого поста превращается разрезаемый ножом пенопласт. И статей с таким написанием на GT хватает. Ребят, давайте за какие-нибудь символические монеты, я буду корректировать посты перед их публикацией, чтобы вам потом не стыдно было. Символические монеты мне нужны, чтобы насобирать на LinuxFormat.
Byt
15.11.2016 08:09Я заказал и установил более (точно не скажу) 15 шт. вот таких приблуд по 100 руб.…
Healer
15.11.2016 08:09Как часто и что вы отапливаете своими руками? У вас руки съёмные? К ним можно подключить терморегулятор? А где разъём?
gleb_l
В таких устройствах главное — обеспечить безотказную работу в реальных условиях эксплуатации, так сказать in vivo. Промышленное оборудование поэтому и порядково дороже, чем DIY, т.к. там все моменты должны быть учтены.
Навскидку — защита от ЭМП есть в готовом варианте? Толерантность трансформаторного БП к изменению входного напряжения какая? Включен ли вотчдог? Если ли программная диагностика обрыва датчиков, исправности самого электрокотла (скажем, по скорости роста температуры после включения, раз вы анализируете динамику), датчика воды?
На схеме в трансформаторе не видно экранирующей обмотки и входного фильтра ЭМП. Вход оптрона датчика уровня воды (про него ничего в статье не написано) — без ограничительного резистора. Входы кнопок (несмотря на наличие программных pull-ups) я бы подтянул наверх внешними резисторами — меньше шансов, что на них что-нибудь наведется). Какова длина шлейфов к DS1820?
Испытательный стенд сделан великолепно — с полной имитацией через физическую среду — так что с работой в реальном применениии из-за алгоритмической части проблем быть не должно. Они могут быть из-за помех в сети при коммутации мощной нагрузки
zim48
Насчет помех и сбоев с вами полностью согласен, данные проблемы запросто могут нарушить работу программы, применил фильтр внешний с варисторами, но он где то затерялся, заказал новый. Потягивание происходит внутренними резисторами по плюсу, также всплески убираю программно. Прибор начинает работать от 160В, естественно происходит проверка присутствия и исправности датчиков температуры. Схема датчика уровня показана в видео. Насчет длины датчиков температуры пока не знаю какая длина будет, испытывал, используя 15 метровые провода 3x0,75. Скорей всего в реальных условиях, придется чего-то корректировать.