Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации

в 8:05, , рубрики: Без рубрики
Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 1

Привет!

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. Вместе 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:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 2

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.

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 3

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.

Если интересно, то вот осциллограмма работы zero cross датчика

Осциллограмма работы zero cross датчика

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 4

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:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 5

Рендер 3D модели:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 6

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:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 7

После засветки фоторезиста, необходимо выполнить проявку в растворе гидроксида натрия (10%) или карбоната натрия, кому как нравится.

Платы после процесса проявки:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 8

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:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 9

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:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 10

Страницы конфигурации передачи данных и автоматического режима:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 11

Конфигурация Wi-Fi подключения:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 12

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:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 13

График относительной влажности в ванной комнате:

Делаем вентилятор умным или как улучшить микроклимат в ванной комнате с помощью домашней автоматизации - 14

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:


Читайте также:

Автор: Valeriy

Источник

* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js