Термореле своими руками: Как собрать терморегулятор в домашних условиях

Как собрать терморегулятор в домашних условиях

Продолжаем нашу рубрику электронные самоделки, в этой статье мы будем рассматривать устройства, поддерживающие определенный тепловой режим, или же сигнализирующие о достижении нужного значения температуры. Такие устройства имеют очень широкую сферу применения: они могут поддерживать заданную температуру в инкубаторах и аквариумах, теплых полах и даже являться частью умного дома. Для вас мы предоставили инструкцию о том, как сделать терморегулятор своими руками и с минимумом затрат.

• Немного теории
• Обзор схем

Немного теории

Простейшие измерительные датчики, в том числе и реагирующие на температуру, состоят из измерительного полуплеча из двух сопротивлений, опорного и элемента, меняющего свое сопротивление в зависимости от прилаживаемой к нему температуры. Более наглядно это представлено на картинке ниже.

Как видно из схемы, резистор R2 является измерительным элементом самодельного терморегулятора, а R1, R3 и R4 опорным плечом устройства. Это терморезистор. Он представляет собой проводниковый прибор, который изменяет своё сопротивление при изменении температуры.

Элементом терморегулятора, реагирующим на изменение состояния измерительного плеча, является интегральный усилитель в режиме компаратора. Данный режим переключает скачком выход микросхемы из состояния выключено в рабочее положение. Таким образом, на выходе компаратора мы имеем всего два значения «включено» и «выключено». Нагрузкой микросхемы является вентилятор для ПК. При достижении температуры определенного значения в плече R1 и R2 происходит смещение напряжения, вход микросхемы сравнивает значение на контакте 2 и 3 и происходит переключение компаратора. Вентилятор охлаждает необходимый предмет, его температура падает, сопротивление резистора меняется и компаратор отключает вентилятор. Таким образом поддерживается температура на заданном уровне, и производится управление работой вентилятора.

Обзор схем

Напряжение разности с измерительного плеча поступает на спаренный транзистор с большим коэффициентом усиления, а в качестве компаратора выступает электромагнитное реле. При достижении на катушке напряжения, достаточного для втягивания сердечника, происходит ее срабатывание и подключение через ее контакты исполнительных устройств. При достижении заданной температуры, сигнал на транзисторах уменьшается, синхронно падает напряжение на катушке реле, и в какой-то момент происходит расцепление контактов и отключение полезной нагрузки.

Особенностью такого типа реле является наличие гистерезиса — это разница в несколько градусов между включением и отключением самодельного терморегулятора, из-за присутствия в схеме электромеханического реле. Таким образом, температура всегда будет колебаться на несколько градусов возле нужного значения. Вариант сборки, предоставленный ниже, практически лишен гистерезиса.

Принципиальная электронная схема аналогового терморегулятора для инкубатора:

Данная схема была очень популярна для повторения в 2000 годах, но и сейчас она не потеряла актуальность и с возложенной на нее функцией справляется. При наличии доступа к старым деталям, можно собрать терморегулятор своими руками практически бесплатно.

Сердцем самоделки является интегральный усилитель К140УД7 или К140УД8. В данном случае он подключен с положительной обратной связью и является компаратором. Термочувствительным элементом R5 служит резистор типа ММТ-4 с отрицательным ТКЕ, это значит, что при нагревании его сопротивление уменьшается.

Выносной датчик подключается через экранированный провод. Для уменьшения наводок и ложного срабатывания устройства, длина провода не должна превышать 1 метр. Нагрузка управляется через тиристор VS1 и максимально допустимая мощность подключаемого нагревателя зависит от его номинала. В данном случае 150 Ватт, электронный ключ — тиристор необходимо установить на небольшой радиатор, для отвода тепла. В таблице ниже представлены номиналы радиоэлементов, для сборки терморегулятора в домашних условиях.

Устройство не имеет гальванической развязки от сети 220 Вольт, при настройке будьте внимательны, на элементах регулятора присутствует сетевое напряжение, которое опасно для жизни.

После сборки обязательно изолируйте все контакты и поместите устройство в токонепроводящий корпус. На видео ниже рассматривается, как собрать терморегулятор на транзисторах:

Самодельный термостат на транзисторах

Теперь расскажем как сделать регулятор температуры для теплого пола. Рабочая схема срисована с серийного образца. Пригодится тем, кто хочет ознакомиться и повторить, или как образец для поиска неисправности прибора.

Центром схемы является микросхема стабилизатора, подключенная необычным способом, LM431 начинает пропускать ток при напряжении выше 2,5 Вольт. Именно такой величины у данной микросхемы внутренний источник опорного напряжения. При меньшем значении тока она ни чего не пропускает. Эту ее особенность стали использовать во всевозможных схемах терморегуляторов.

Как видим, классическая схема с измерительным плечом осталась: R5, R4 – дополнительные резисторы делителя напряжения, а R9 — терморезистор. При изменении температуры происходит сдвиг напряжения на входе 1 микросхемы, и в случае, если оно достигло порога срабатывания, то напряжение идет дальше по схеме. В данной конструкции нагрузкой для микросхемы TL431 являются светодиод индикации работы HL2 и оптрон U1, для оптической развязки силовой схемы от управляющих цепей.

Как и в предыдущем варианте, устройство не имеет трансформатора, а получает питание на гасящей конденсаторной схеме C1, R1 и R2, поэтому оно так же находится под опасным для жизни напряжением, и при работе со схемой нужно быть предельно осторожным. Для стабилизации напряжения и сглаживания пульсаций сетевых всплесков, в схему установлен стабилитрон VD2 и конденсатор C3. Для визуальной индикации наличия напряжения на устройстве установлен светодиод HL1. Силовым управляющим элементом является симистор ВТ136 с небольшой обвязкой для управления через оптрон U1.

При данных номиналах диапазон регулирования находится в пределах 30-50°С. При кажущейся на первый взгляд сложности конструкция проста в настройке и легка в повторении.  Наглядная схема терморегулятора на микросхеме TL431, с внешним питанием 12 вольт для использования в системах домашней автоматики представлена ниже:

Данный терморегулятор способен управлять компьютерным вентилятором, силовым реле, световыми индикаторами, звуковыми сигнализаторами. Для управления температурой паяльника существует интересная схема с использованием все той же интегральной микросхемы TL431.

Для измерения температуры нагревательного элемента используют биметаллическую термопару, которую можно позаимствовать с выносного измерителя в мультиметре или купить в специализированном магазине радиодеталей. Для увеличения напряжения с термопары до уровня срабатывания TL431, установлен дополнительный усилитель на LM351. Управление осуществляется через оптрон MOC3021 и симистор T1.

При включении терморегулятора в сеть необходимо соблюдать полярность, минус регулятора должен быть на нулевом проводе, иначе фазное напряжение появится на корпусе паяльника, через провода термопары. В этом и является главный недостаток этой схемы, ведь не каждому хочется постоянно проверять правильность подключения вилки в розетку, а если пренебречь этим, то можно получить удар током или повредить электронные компоненты во время пайки.  Регулировка диапазона производится резистором R3. Данная схема обеспечит долгую работу паяльника, исключит его перегрев и увеличит качество пайки за счет стабильности температурного режима.

Еще одна идея сборки простого терморегулятора рассмотрена на видео:

Регулятор температуры на микросхеме TL431

Также дополнительно рекомендуем просмотреть еще одну идею сборки термостата для паяльника:

Простой регулятор для паяльника

Разобранных примеров регуляторов температуры вполне достаточно для удовлетворения нужд домашнего мастера.

Схемы не содержат дефицитных и дорогих запчастей, легко повторяются и практически не нуждаются в настройке. Данные самоделки запросто можно приспособить для регулирования температуры воды в баке водонагревателя, следить за теплом в инкубаторе или теплице, модернизировать утюг или паяльник. Помимо этого можно восстановить старенький холодильник, переделав регулятор для работы с отрицательными значениями температуры, путем замены местами сопротивлений в измерительном плече. Надеемся наша статья была интересна, вы нашли ее для себя полезной и поняли, как сделать терморегулятор своими руками в домашних условиях! Если же у вас все еще остались вопросы, смело задавайте их в комментариях.

Будет интересно прочитать:

принцип работы, схема включения и выключения

Часто для работы какого-либо устройства или целой системы необходимо поддерживать определённый температурный режим. Это актуально при работе контуров отопления или охлаждения, построении устройств типа «инкубатор».

Одним из простых приборов, позволяющих контролировать температуру, является термореле. Такое приспособление возможно приобрести в специализированных торговых точках, но можно изготовить такой регулятор температуры и своими руками.

• Назначения и характеристики
  • Параметры приспособления
  • Принцип работы
• Схемотехника регуляторов
  • Простые устройства
  • Термореле на микроконтроллере

Назначения и характеристики

В основе работы термореле лежит способность устройства управлять включением и выключением узлов схемы в зависимости от изменения температуры. Фактически — это приспособление, располагающееся между управляемыми элементами и датчиками температуры. Конструктивно прибор представляет собой электронную схему или же устройство, выполненное из специального материала.

Первый вид предполагает использование выносных или встроенных датчиков, а второй — использует свойства различных материалов изменять свои параметры при изменении характеристик электрической сети. То есть контроль происходит контактным или бесконтактным способом. Но несмотря на принципиальные различия, суть работы терморегуляторов одинаков. Регистрируя изменение температуры, устройство разрывает или подсоединяет подключённые к нему узлы аппаратуры или оборудования в автоматическом режиме.

Благодаря их применению, температура воздуха, воды, поверхностей различных приборов и радиоэлементов имеет стабильное значение.

Для каждой среды используются свои особенности размещения устройства. Его точность срабатывания зависит не только от качества исполнения самого регулятора, но и правильного размещения.

Выпускаются терморегуляторы разных видов.

Классифицировать их можно по следующим признакам:

1. По назначению. Разделяются на внутренние и наружные.
2. Способу установки. Существуют независимые терморегуляторы, как способные располагаться на любой поверхности, так и размещаемые только внутри оборудования.
3. Функциональностью. Терморегуляторы могут регистрировать только один сигнал или сразу несколько. При этом второго типа называются многоканальными. Они могут поддерживать значение температуры как на нескольких устройствах одновременно, используя независимые каналы, так и только на одном.
4. Способу настройки. Управление режимами работы и настройка приспособления может быть механической, электронной или электромеханической.
5. Гистерезису. В терморегуляторах под ним понимают значение температуры, при которой сигнал изменяется на противоположный знак, а также явление, когда происходит задержка переключения сигнала в зависимости от величины влияния. Именно он даёт возможность снизить частоту переключения, например, при повышении температуры в нагревателе. Но при этом следует понимать, что большая величина гистерезиса приводит к температурному скачку.
6. Виду термодатчиков. Подключаемые к терморегуляторам датчики могут быть контактного и бесконтактного действия. Например, использующие в работе инфракрасное излучение или свойство биметаллической пластины.

Параметры приспособления

Как и любое оборудование, регуляторы температуры характеризуются набором параметров. От них в первую очередь зависит точность срабатывания устройства. Зависят эти характеристики не только от качества применяемых при построении схемы терморегулятора элементов, но и реализации системы, позволяющей избегать влияния посторонних факторов. К основным характеристикам относят:

1. Время переключения. Зависит от схемы реализации регулятора и способа установки датчика, определяющего его инерционность.
2. Регулируемый диапазон. Устанавливает граничные значения температурного режима, в котором может происходить работа устройства.
3. Напряжение питания. Это значение рабочего напряжения, необходимого для нормальной работы устройства.
4. Активная нагрузка. Показывает, какой максимальной мощностью может управлять регулятор температуры.
5. Класс защиты. Характеризует безопасность прибора. Обозначается согласно международной классификации по электрической безопасности.
6. Система сигнализации. В регуляторе может использоваться светодиодный сигнализатор или жидкокристаллический экран. Ориентируясь на него, пользователь может сразу видеть, в каком режиме работает прибор контроля.
7. Рабочая температура. Обозначает диапазон, в рамках которого обеспечивается правильная работа терморегулятора.
8. Вид термодатчика. Являясь чувствительным элементом, он выступает в качестве индикатора температуры, отправляя данные на контроллер. Такие термодатчики на включение и выключение устройства бывают разных типов и конструкций, а также отличаются по способу передачи данных.

Кроме этого, к качественным характеристикам устройства относят: удобство использования, габариты, дополнительные возможности, общий вид.

Поэтому собирая терморегулятор своими руками, для получения законченного вида устройства желательно продумывать не только схему приспособления, но и корпус, в котором он будет располагаться.

Принцип работы

В общем виде терморегулятор можно представить в виде блок-схемы, состоящей из датчика температуры, блока обработки и регулирующего механизма. В основе работы механического теплового реле лежит способность биметаллической пластины изменять свою форму в зависимости от температуры. Для её изготовления используются два материала, жёстко скреплённые между собой с разным температурным коэффициентом расширения.

При нагреве такой пластины происходит её изгиб. Именно это свойство и используется при производстве тепловых реле. Во время деформирования пластинка замыкает или размыкает контактную группу, вследствие чего разрывается или восстанавливается электрический контакт. Такое реле может применяться в цепях как переменного, так и постоянного тока, а выбор граничной температуры в них обычно устанавливается с помощью механического регулятора.

Кроме этого, существуют твердотельные реле (электронные). В их конструкции уже нет движущихся и механических частей, а используется электронная схема, вычисляющая изменения температуры.

В качестве основных элементов таких приборов является термистор и микропроцессор. В первом происходит изменение электрических параметров при колебаниях температуры, а второй обрабатывает и в зависимости от запрограммированного алгоритма коммутирует контактные группы.

Схемотехника регуляторов

Из-за сложности настройки механического реле самостоятельное его изготовление практически невозможно, поэтому радиолюбители изготавливают твердотельные регуляторы. На сегодняшний день известно большое количество схем термореле разного класса. Так что подобрать подходящую для возможного повторения не составит сложности.

Но перед тем как приступить к самостоятельному изготовлению терморегулятора, необходимо подготовить ряд инструментов и материалов. Для этого, кроме электрической схемы и необходимых согласно ей радиоэлементов, понадобится:

1. Паяльник или в случае использования сложных микроконтроллеров паяльная станция.
2. Односторонний фольгированный стеклотекстолит. Если электрическая схема содержит большое количество радиоэлементов и относится к средней или высокой группе сложности, то изготовить её навесным монтажом не представляется возможным. Поэтому используется стеклотекстолит, на котором удобным методом, например, лазурно-утюжным или фотолитографией, наносится печатная схема будущего термореле.
3. Мультиметр. Он необходим для настройки работы устройства и проверки правильности установки радиоэлементов.
4. Мини-дрель. С помощью неё выполняют отверстия, в которые устанавливаются радиоэлементы.
5. Рабочие материалы. К ним относятся: флюс, припой, спиртовой раствор, изолента или термоусадочные трубочки.

Последовательность действий при изготовлении сводится к следующему. На первом этапе выбирается схема и изучается её описание, доступность радиоэлементов. При этом не стоит забывать, что почти для каждой радиодетали существует аналог. Затем, изготавливается печатная схема, а по ней уже плата. На плату запаиваются радиоэлементы, коммутационные гнёзда и провода. Как только всё готово, производится тестовый запуск и в случае необходимости подстройка работы.

Простые устройства

Простейшее устройство, реагирующее на изменение температуры, можно собрать из нескольких сопротивлений и интегрального усилителя. Использующиеся резисторы представляют собой два полуплеча, образующие собой измерительную и опорную часть схемы. В качестве R2 используется термистор, то есть резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от воздействующей на него температуры.

Интегральный усилитель LM393 работает в режиме компаратора, то есть сравнивает два сигнала, снимаемые с R1-R2 и R3-R4. Как только уровень сигнала на двух входах микросхемы сравняется, LM393 переключает нагрузку к питающей сети. В качестве нагрузки можно использовать вентилятор. Как только вентилятор охладит контролируемое устройство, уровень сигнала на втором и третьем входе компаратора снова начнёт различаться. Устройство снова переключит свои выходы, и питание прекратит поступать в нагрузку.

Несложную схему можно собрать и на тиристоре. В качестве её нагрузки можно использовать нагреватель, температуру которого и будет регулировать самодельный терморегулятор.

Эта схема может использоваться в инкубаторе или аквариуме.

В основе схемы также лежит способность компаратора сравнивать уровни напряжения на своих входах и в зависимости от этого открывать свои выходы. При одинаковом сигнале ток через транзистор VT1 не течёт, а значит, на управляющем выводе тиристора VS1 находится низкий уровень, и он закрыт. Появившееся напряжение на сопротивлении R8 приводит к его открытию. Запитывается схема через диод VD2 и R10. Для стабилизации питания используется стабилитрон VD1. Перечень и номиналы элементов приведены в таблице:

Обозначение	Наименование	Аналог
R1	10 кОм
R2	22 кОм
R3	100 кОм
R4 =R6	6,8 кОм
R5	1 кОм
R8	470 Ом
R9	5,1 кОм
R10	27 кОм
С1	0,33 мкФ
VT1	КТ117	2N6027
VD1	КС212Ж	BZX30C12
VD2	КД105	1N4004
VS1	КУ208Г	TAG307— 800

Термореле на микроконтроллере

Собрав такой термостат, его можно использовать совместно с отопительной системой, например, совместно с котлом. В основе конструкции используется микросхема DS1621, которая совмещает в себе термометр и термостат. Её цифровой ввод-вывод обеспечивает точность ±0,5 °C.

При использовании DS1621 в качестве термостата в её внутреннюю энергонезависимую память (EEPROM) помещаются данные о температуре, которую необходимо поддерживать. А также контрольные точки, по достижении которых температура повышается или понижается. Разница между ними образует гистерезис, при этом на третьем выводе микросхемы формируется логическая единица или ноль.

Данные в микросхему заносятся с помощью микроконтроллера, выполненного на ATTINY2313. Устройство может поддерживать температуру в диапазоне от 10 до 40 градусов. Управление термоэлементом котла осуществляется через тиристор. С помощью кнопки S1 осуществляется включение и выключение термометра. А кнопками S2 и S3 устанавливается температура. Светодиод HL1 сигнализирует о работоспособности прибора. Во время нагревания термоэлемента котла он мигает. В качестве трансформатора используется TAIWAN 110—230V 6−0−6V 150TA.

При программировании в Features необходимо выбрать: int. RC Osc. 4 MHz; Start-up time: 14 CK + 0 ms; [CKSEL=0010 SUT=00] и Brown-out detection disabled; [B0DLEVEL=111] поставить галочку на Serial program downloading (SPI) enabled; [SPIEN=0]. А также отметить фьюзы: SUT1, SPIEN, SUTO, CKSEL3, CKSEL2, CKSELO. Правильно собранное устройство работает сразу и в наладке не нуждается.

Сборка домашнего термостата с Raspberry Pi

Мы с женой переехали в новый дом в октябре 2020 года. Как только похолодало, мы осознали некоторые недостатки старой системы отопления дома (включая одну зону обогрева, которая была всегда включено ). В нашем предыдущем доме были термостаты Nest, и нынешняя установка была не такой удобной. У нас в доме несколько термостатов, и у одних были запрограммированы графики отопления, у других разные графики, у некоторых вообще не было.

Изображение:

^{Предыдущий владелец дома оставил заметки, объясняющие, как работают некоторые термостаты. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Пришло время перемен, но у дома есть некоторые ограничения:

• Он был построен в конце 1960-х годов с ремонтом в 90-х годах.
• Отопление водяное (плинтус ГВС).
• Имеет шесть термостатов для шести зон нагрева.
• К каждому термостату на нагрев идет только два провода (красный и белый).

Image by:

^{Тако (произносится ТАЙ-КО) зональные клапаны на печи. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Купить или построить?

Хотел «умный» термостат для всех зон нагрева (расписания, автоматика, дома/в гостях и т. д.). У меня было несколько вариантов, если я хотел купить что-то с полки, но все они имеют недостатки:

Вариант 1: Nest или Ecobee

• Это дорого: ни один умный термостат не может работать с несколькими зонами, поэтому мне нужно по одному на каждую зону (~ 200 долларов * 6 = 1200 долларов).
• Это сложно: мне пришлось бы заново проложить провод термостата, чтобы получить печально известный провод С, который обеспечивает постоянную подачу питания на термостат. Провода имеют длину от 20 до 100 футов каждый, проложены в стене, и могут быть прикреплены скобами к стойкам.

Вариант 2: Термостат с батарейным питанием , например термостат Sensi WiFi

• Батарейки хватает всего на месяц или два.
• Он не совместим с HomeKit в режиме работы от батареи.

Вариант 3. Готовый коммерческий термостат , но существует только один (типа): Honeywell TrueZONE 

• . Он старый и плохо поддерживается (выпущен в 2008 году).
• Это дорого — более 300 долларов только за контроллер, и вам нужен шлюз RedLINK, чтобы некачественное приложение работало.

И победителем стал… 

Вариант 4: Собери сам!

Я решил создать свой собственный мультизональный умный термостат, который я назвал ThermOS.

• Централизовано на печи (нужно одно устройство, а не шесть).
• В нем используются существующие провода встроенного в стену термостата.
• Он совместим с HomeKit, в комплекте с автоматизацией, планированием, дома/в гостях и т. д.
• Иддддд это… весело? Ага, весело… Думаю.

Оборудование ThermOS

Я знал, что хочу использовать Raspberry Pi. Поскольку они стали такими недорогими, я решил использовать Raspberry Pi 4 Model B 2 ГБ. Я уверен, что мог бы обойтись с Raspberry Pi Zero W, но это будет для будущей версии.

Вот полный список деталей, которые я использовал:

Имя	Количество	Цена
Raspberry Pi 4 Модель B 2 ГБ	1	29,99 $
Официальный блок питания Raspberry Pi 4 мощностью 15 Вт	1	6,99 $
Макетная плата Inland 400 с точками крепления	1	2,99 $
Внутренний 8-канальный релейный модуль 5 В для Arduino	1	8,99 $
Проволочная перемычка DuPont, 20 см (3 шт. в упаковке)	1	4,99 $
Датчик температуры DS18B20 (оригинальный) с сайта Mouser.com	6	6,00 $
3-контактные винтовые клеммные колодки (40 шт. в упаковке)	1	7,99 $
RPi модуль клеммной колодки GPIO для Raspberry Pi	1	17,99 $
Измерительные провода с зажимом типа «крокодил» (10 шт. в упаковке)	1	5,89 $
Провод термостата Southwire 18/2 (50 футов)	1	10,89 $
Термоусадочная пленка	1	4,99 $
Макетная плата для пайки (5 шт.)	1	11,99 $
Монтажные скобы для печатных плат (50 шт. в упаковке)	1	7,99 $
Пластиковый корпус/корпус	1	27,92 $

Я начал рисовать схему оборудования на draw. io и понял, что мне не хватает важных знаний о печи. Я открыл боковую панель и нашел понижающий трансформатор, который берет 120-вольтовую электрическую линию и делает ее 24-вольтовой для системы отопления. Если ваша система отопления похожа на мою, вы увидите множество перемычек между клапанами зоны Taco. Терминал 3 на Тако перепрыгнул через все мои зональные клапаны. Это связано с тем, что не имеет значения, сколько клапанов включено/открыто — он просто управляет циркуляционным насосом. Если открыта любая комбинация от одного до пяти клапанов, она должна быть включена; если ни один клапан не открыт, он должен быть выключен… просто!

Изображение:

^{Архитектура ThermOS с использованием одной зоны. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

По своей сути термостат — это всего лишь тип переключателя. Как только термистор (датчик температуры) внутри термостата определяет более низкую температуру, переключатель замыкается и замыкает цепь 24 В. Вместо того, чтобы иметь термостат в каждой комнате, в этом проекте все они размещены рядом с печью, так что все шестизонные клапаны могут управляться релейным модулем, использующим шесть из восьми реле. Raspberry Pi действует как мозг термостата и управляет каждым реле независимо.

Изображение:

^{Ручная настройка реле с помощью Raspberry Pi и Python. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Следующая проблема заключалась в том, как получить показания температуры в каждой комнате. Я мог бы иметь беспроводной датчик температуры в каждой комнате, работающий на Arduino или Raspberry Pi, но это может быть дорого и сложно. Вместо этого я хотел повторно использовать существующий провод термостата в стенах, но исключительно для датчиков температуры.

Температурный датчик «1-wire» DS18B20 оказался отвечающим всем требованиям:

• Он имеет точность +/- 0,5°C или 0,9°F.
• Для передачи данных используется протокол «1-wire».
• Самое главное, DS18B20 может использовать режим «паразитного питания», когда ему требуется всего два провода для питания и данных. Просто на заметку… почти все DS18B20 поддельные. Я купил несколько (надеясь, что они настоящие), но они не работали, когда я пытался использовать паразитную силу. Затем я купил настоящие на Mouser.com, и они работали как часы!

Image by:

^{Три DS18B20 подключены с использованием паразитного питания к одной и той же шине GPIO. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Начав с макетной платы и всех компонентов локально, я начал писать код для взаимодействия со всем этим. Как только я доказал свою концепцию, я добавил существующий провод встроенного в стену термостата. Я получил стабильные показания с этой настройкой, поэтому я решил сделать их немного более отточенными. С помощью моего папы, самопровозглашенного «достаточно хорошего» паяльника, мы припаяли провода к трехконтактным винтовым клеммам (чтобы избежать перегрева датчика), а затем подключили датчик к клеммам. Теперь датчики можно прикрепить с помощью проволочных гаек к существующей проводке в стене.

Image by:

^{DS18B20 крепятся к старому термостату с помощью существующих проводов. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Я все еще нахожусь в процессе «улучшения» настенных креплений для датчиков температуры, но я прошел через несколько модификаций 3D-печати и думаю, что почти готов.

Image by:

^{Я начал с крепления в стиле Nest и перешел к стилю скрытого монтажа. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Программное обеспечение ThermOS

Как обычно, написать логику было несложно. Однако принятие решения об архитектуре и структуре приложения было запутанным многодневным процессом. Я начал с оценки проектов с открытым исходным кодом, таких как PiHome, но он зависел от конкретного оборудования , а был написан на PHP. Я фанат Python и решил начать с нуля и написать свой собственный REST API.

Поскольку интеграция с HomeKit была очень важна, я решил, что со временем напишу подключаемый модуль HomeBridge для ее интеграции. Я не знал, что существует целая среда Python HomeKit под названием HAP-Python, которая реализует дополнительный протокол. Это помогло мне проверить работоспособность концепции и управлять ею через приложение Home на моем iPhone всего за 30 минут.

Изображение:

^{Первоначальная версия интеграции Apple HomeKit с помощью фреймворка HAP-Python. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

Изображение:

^{Архитектура программного обеспечения ThermOS (Joseph Truncale, CC BY-SA 4.0)}

Остальная часть «временной» логики относительно проста, но я хочу выделить часть, которую я изначально пропустил. Мой код работал несколько дней, и я работал над оборудованием, когда заметил, что мои реле включаются и выключаются каждые несколько секунд. Этот «короткий цикл» не обязательно вреден, но определенно не эффективен. Чтобы избежать этого, я добавил пороговое значение, чтобы убедиться, что тепло переключается только при температуре +/- 0,5°C.

Вот логика порога (в комментариях можно увидеть отладку резиновой уточки):

 # проверяем, что хотим тепла
если self.target_state.value == 1:
    # если тепловое реле уже включено, проверьте, не превышено ли пороговое значение
    # если выше, выключите .. если еще ниже продолжайте
    если GPIO.input(self.relay_pin):
        если self.current_temp.value - self.target_temp.value >= 0,5:
            статус = 'НАГРЕВ ВКЛ. - ТЕМП. ВЫШЕ ВЕРХНЕГО ПОРОГА, ВЫКЛЮЧЕНИЕ'
            GPIO.output(self.relay_pin, GPIO.LOW)
        еще:
            status = 'ОБОГРЕВ ВКЛЮЧЕН - ТЕМП НИЖЕ ВЕРХНЕГО ПОРОГОВОГО ПОРОГА, ПРОДОЛЖАЕТСЯ ВКЛ'
            GPIO.output(self.relay_pin, GPIO.HIGH)
    # если тепловое реле еще не включено, проверьте, не ниже ли пороговое значение
    elif не GPIO.input(self. relay_pin):
        если self.current_temp.value - self.target_temp.value <= -0,5:
            статус = «НАГРЕВ ВЫКЛЮЧЕН — ТЕМП НИЖЕ НИЖНЕГО ПОРОГА, ВКЛЮЧЕНИЕ»
            GPIO.output(self.relay_pin, GPIO.HIGH)
        еще:
          статус = 'НАГРЕВ ВЫКЛЮЧЕН - ПОДДЕРЖИВАНИЕ ВЫКЛЮЧЕНА' 

Image by:

^{Пороговое значение позволяет увеличить промежутки времени, когда отопление выключено. (Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

И я достиг своей конечной цели — иметь возможность управлять всем этим с моего телефона.

Изображение:

^{ThermOS как концентратор HomeKit (Joseph Truncale, CC BY-SA 4.0)}

Кладем ThermOS в коробку для завтрака

Мое доказательство концепции было довольно грязным.

Изображение:

^{ThermOS, управляющая одной зоной (до) (Joseph Truncale, CC BY-SA 4. 0)}

Разработав программное обеспечение и общий дизайн оборудования, я начал выяснять, как упаковать все компоненты в более прочную и отточенную форму. Одной из моих главных проблем при стационарной установке было использование макетной платы с перемычками DuPont . Я заказал несколько макетных плат для пайки и плату с винтовыми клеммами (спасибо @arduima за контакты Raspberry Pi GPIO).

Вот как выглядела паяемая макетная плата с креплениями и корпусом.

Изображение:

^{(Джозеф Трункейл, CC BY-SA 4.0)}

А вот и он, установленный в котельной.

Image by:

^{ThermOS установлен (Joseph Truncale, CC BY-SA 4.0)}

Теперь мне просто нужно упорядочить и пометить провода, а затем я могу начать менять оставшиеся термостаты на ThermOS. И я займусь своим следующим проектом: ThermOS для моего центрального кондиционера.

---

Это первоначально появилось на Medium и переиздается с разрешения.

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International License.

Замена термостата своими руками

Заменить термостат в большинстве случаев довольно просто. Термостаты работают от 24 В  низкого напряжения , поэтому вероятность поражения электрическим током отсутствует, хотя вы можете получить удар  , если не выключите питание. Замена термостата — хороший проект «Сделай сам» (DIY), если вы склонны к механике или0039 мастер на все руки  может сделать это. Для более сложных работ по отоплению и охлаждению: новая установка, заправка фреоном, замена компрессора и т. д. я рекомендую позвонить подрядчику по HVAC, , но для простых вещей, таких как замена воздушных фильтров или замена термостата, подойдет мастер на все руки. С учетом сказанного, всегда можно позвонить в компанию HVAC, если вы не хотите иметь с этим дело, просто они могут быть немного дороже.

Термостат представляет собой переключатель «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для вашего HVAC. Термостаты бывают самых разных форм и размеров и с различными функциями. Их цена варьируется от 30 долларов США за самый простой термостат, у которого есть только кнопка включения/выключения и регулятор температуры (любимый хозяин дома), до управляемых по Wi-Fi сенсорных экранов, программируемых на 7 дней в неделю термостатов, таких как Nest, которые могут стоить 250-300 долларов.

Цена установки будет зависеть от стоимости термостата, но составляет 100-150 долларов США за работу (от 30 минут до 1 часа подрядчика по ОВКВ) и 50-100 долларов США за детали. Я ожидаю, что новый термостат будет стоить в среднем 250 долларов, если вы наймете кого-нибудь, чтобы установить его для вас.

Если вы хотите установить термостат самостоятельно или под присмотром своего мастера, вот основные принципы установки. К термостатам прилагается инструкция по установке. Обычно вы можете обойтись некоторыми основными инструментами (отвертка, камера от вашего телефона), терпением и следуя инструкциям.

Шаг №1: Снимите старый термостат, чтобы открыть проводку.

Большинство термостатов защёлкиваются и смещаются, поэтому, если сильно потянуть за них, они оторвутся, но некоторые из более старых термостатов прикручены.

Шаг 2. Сфотографируйте проводку.

Для замены термостата обычно достаточно скопировать конфигурацию проводки со старого термостата на новый, и все будет работать. Если у вас есть лишний провод (или провода) или вы пытались установить термостат с той же конфигурацией проводки, что и старый термостат, и это не сработало, возможно, пришло время обратиться к специалисту по системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Шаг №3 Отключите питание

Каждый раз, когда вы работаете с электричеством, рекомендуется отключать питание, чтобы не ударить себя током. Вы можете отключить электроэнергию на домашнем электрощите. В большинстве случаев выключатели электрических панелей имеют маркировку, чтобы вы могли понять, какой из них предназначен для переменного тока. Лично мне просто нравится отключать все с помощью «Главного отключения обслуживания» или переключать все выключатели в положение «ВЫКЛ», потому что поэтому вы не рискуете ударить себя или перегореть предохранитель. Если питание включено, когда вы переустанавливаете проводку на шаге № 5, если два горячих провода соприкасаются, это может вызвать скачок напряжения, который может повредить компонент HVAC или перегореть предохранитель, и тогда вам нужно будет вызвать подрядчика HVAC, чтобы прийти на помощь .

Шаг № 4. Прикрепите новый корпус термостата к стене

Если вы держите корпус термостата там, где вы хотите, чтобы он был на стене, возьмите карандаш или отвертку и отметьте направляющие отверстия, затем снимите корпус и просверлите , что облегчает выстраивание случая. Вы также можете просто пробить стену обычной отверткой, которая имеет примерно такой же диаметр, как и анкеры для гипсокартона. Вставьте анкеры для гипсокартона в отверстие, если они застряли, можно аккуратно постучать молотком. Затем поместите корпус обратно на них и привинтите корпус к стене. Убедитесь, что пока вы возитесь с корпусом, провода термостата не упадут обратно в стену. Это настоящая боль, чтобы выловить их!

Шаг №5 Замена электропроводки

Проводка термостата имеет цветовую маркировку. Провода термостата могут иметь от 4 до 8 проводов в зависимости от типа системы. Чаще всего это 5 проводов. Важно отметить, что иногда провода имеют неправильную цветовую кодировку , поэтому вернитесь к изображению, которое вы сделали на шаге 2, и поместите провод каждого цвета в соответствующий код клеммы на основе вашего изображения.

Если вы пытаетесь выяснить, что делают провода, вероятно, пришло время обратиться к профессионалу. Красный провод должен идти к клемме R, и он приносит 24 В, которые питают термостат. Желтый провод должен быть подключен к клемме Y и предназначен для охлаждения. Белый провод входит в клемму W и должен быть подогревом. Зеленый провод входит в зеленую клемму и предназначен для управления вентилятором.