Co to takiego właściwie?
Jeśli ogrzewasz CWU z sieci, lub posiadasz podgrzewacz przepływowy, projekt może wydać Ci się gadżetem nieprzydatnym, lecz jeśli kiedykolwiek zatrzymałeś się przed termometrem na swoim CWU i zadałeś sobie jakiekolwiek pytanie, niniejszy projekt może cię zainteresować.
Właśnie tak było w moim przypadku - stałem i wpatrywałem się w termometr gdy moja instalacja PV w pochmurne dni z trudem dobijała temperaturę CWU do 40 st.C.
Nadmienię iż od około dwóch lat nie dogrzewam bufora z sieci, chociaż w minimalnym stopniu wrócę do tej opcji.
Zaopatrzyłem zbiornik w pomiar temperatury w dwóch punktach (góra - dół), lecz mimo wszystko pozostawało kilka niewiadomych, jak:
-Jaki jest rozkład temperatury wewnątrz zbiornika?
-Ile tak właściwie zostało mi *wody dostępnej?
Rozwiązanie miałem w głowie, brakowało jedynie czasu na realizację.
Majowy urlop pozwolił mi w końcu przenieść myśli na papier.
Założenia projektowe:
-NeoPixel WS2812B (60pix/m) do wizualizacji rozkładu temperatur wewnątrz bufora.
-Dlaczego 1m? -od grzałki do termometru w wielu buforach wymiar wynosi trochę ponad metr.
-DS18B20 Dallas dokona pomiaru na długości 1m (10 czujników z rozstawem ok. 10cm)
-Wyświetlacz OLED SSD1306 I2C do odczytu podstawowych danych.
-Początkowo wykorzystałem klona Arduino NANO.
-Obudowa na wzór termometru tarczowego.
Funkcjonowanie:
-Pasek LED obrazować ma zachodzące zmiany temperatur każdego z czujników pracujących w konfiguracji 12 bitowej dla najdokładniejszych pomiarów.
-Czujniki DS18B20 wlutowane na taśmę FPC z rezystorem podciągającym i pogrupowane adresami od najniższej wartości do najwyższej.
-Program odczytuje adresy czujników i sortuje je metodą bąbelkową, następnie dokonuje mapowania dla WS2812B z użyciem gradientu pomiędzy LED przypisanymi do czujników (60LED / 10 = 6pix na czujnik)
-Wyświetlacz pokazuje takie wartości jak: Temperatura maksymalna, minimalna, Poziom wody dostępnej, oraz ilość czujników zarejestrowanych.
Szybko okazało się jednak że z powodu ograniczenia pamięci jaką dysponuje ATmega328p nie mogę dodać tak ważnej dla mnie funkcji jak uwzględnienie bilansu cieplnego.
Skłoniło mnie to do otwarcia pudełka z innymi mikrokontrolerami.
Skoro nie Atmega, to co innego może mieć więcej pamięci, małe gabaryty i nowy port USB-C?
Został mi STM32 i XIAO SEEED STUDIO ESP32-C3 - Wybrałem ten drugi.
Skoro mam teraz płytkę z WiFi, przyszło mi do głowy że skoro używam ich w innych projektach, dlaczego nie zaimplementować weń repozytorium SUPLA_DEVICE?
W tym momencie co chwilę w głowie rodziły się nowe inspiracje, no bo pomyślcie sami, udostępnienie danych z czujników pozwoli na dodanie wielu scen, reakcji...
A więc od nowa:
-Podmieniono mikrokontroler na ESP32C3
-Na wyświetlaczu zobrazowałem takie wartości jak:
-Temperatura maksymalna
-Temperatura minimalna
-Poziom procentowy wody *dostępnej.
-Dodałem funkcję do obliczeń bilansu cieplnego, gdzie przyjąłem odpowiednio:
-Litry na sekcję: 15 litrów (ilość wody przypadająca na pomiar jednego czujnika)
-Temperatura wody *dostępnej =38 st.C ("*WODA DOSTĘPNA" - minimalna komfortowa do kąpieli)
-Temperatura wody sieciowej = 12 st.C (średnio taką temperaturę mam na wejściu do domu)
-Dodatkowo dodałem licznik ilości dostępnych czujników DS18B20 (na wypadek)
-Dodałem dodatkowe wyjście GPIO dla pierścienia NeoPixel 16LED (Wizualne wykazanie poziomu nasycenia zbiornika 20 - 70 st.C)
-Ciekawym pomysłem dla pierścienia jest dodanie nalepek wokół termometru dla zobrazowania na jakie szaleństwa wystarczy wody.
-Pasek LED również dostał aktualizację w postaci dodatkowego białego indykatora wykazującego poziom wody dostępnej (widoczny na pierwszej ilustracji posta)
-Kiedy pobieramy wodę z bufora, indykator wykazuje punkt przecięcia izotermy o wartości 38 st.C
-SUPLA
-Udostępniono dla SUPLI takie dane jak:
-Temperatura MAX
-Temperatura MIN
-Nasycenie zbiornika
-Poziom procentowy wody dostępnej.
-Ilość dostępnej wody w litrach.
A więc myślę że teraz już wszystko jasne.
Zatrzymam się na moment jeszcze przy repozytorium SUPLA_DEVICE, ponieważ to właśnie w tym miejscu okazało się że projekt zyskał najwięcej.
[/img]https://obrazki.elektroda.pl/6449913400_1753641138.jpg[/img]
Wyobraźcie sobie do czego teraz można wykorzystać urządzenie.
Podam kilka przykładów:
-Dodanie powiadomień o:
-Braku, lub małej ilości wody dostępnej
-Osiągnięciu zadanej temperatury, poziomu nasycenia, wartości procentowej wypełnienia buforu.
-Przekroczeniu pewnych temperatur granicznych.
-Dodanie scen, reakcji:
-Włącz grzałkę sieciową o danej porze na wypadek małej ilości wody dostępnej.
-Uruchom pompę obiegową gdy temperatura osiągnie zadaną wartość.
-Nie pozwalaj na cyrkulację wody gdy poziom nasycenia nie osiągnął zadanej wartości
-No tak, teraz wiemy czy po przemieszaniu wody temperatura nie spadnie poniżej 38 st.C.
-Połączeniu z Home Assistant poprzez Broker MQTT
-Otrzymujemy możliwość śledzenia wszelkich informacji na wykresach, jak również eksportu danych pomiarowych do np. EXCEL.
-Dane pomiarowe możemy śledzić na bieżąco zarówno na PC, jak również na smartfonie.
Dobra, to tyle zachwalań, teraz bolączki z jakimi musiałem się zmierzyć.
1. Pamięć urządzenia
-Niestety zważywszy na obszerność bibliotek SUPLA, na obecną chwilę nie byłem w stanie upchać w projekt OTA.
2. Usunąłem dotykowy przycisk tarczy do celów wybudzania z trybu ograniczenia mocy w związku z punktem kolejnym...
3. Barwy taśmy LED, tak jak czytacie, tutaj również utknąłem w związku z chęcią ograniczenia mocy emitowanego światła.
-Ale jak to? Przecież każdy piksel potrafi emitować 256 poziomów intensywności każdego z kanałów RGB wyświetlając
imponującą paletę barw w 16 777 216 odcieniach. Może i tak jest, lecz ograniczenie intensywności świecenia do poziomu
około 40% o ile pozwala cieszyć oko pięknym gradientem kolorystycznym, to poniżej tej wartości zaczynają się pojawiać
widoczne odcięcia w gradiencie. Obniżenie intensywności do poziomu 10% potrafi chwilami dać efekt powrotu do czasu
Pegasusa, czy Atari. Poniżej kilka ilustracji co mam na myśli.
-Ostatecznie pomiary poboru energii wykazały przy 40% wysterowania LED pobór w okolicach jednego wata, co skłoniło mnie
do rozważeń za i przeciw. Usunąłem opcję wybudzania i zaoszczędzenia 4kW energii w skali rocznej.
4. Dobranie odpowiedniej obudowy do czujników temperatury.
5. Odpowiednie umiejscowienie czujników temperatury.
6. Zakłucenia EMC - Każdy ze swoich projektów wykonuję stosując procedury ESD (przyzwyczajenie z Automotive), jednakże
mając na uwadze pracę urządzenia w bliskim otoczeniu innych urządzeń jak chociażby sterownik PV, kocioł CO itp. postanowiłem
sprawdzić jak sobie radzi w skrajnych warunkach. Jedynym urządzeniem jakie miało wpływ na pracę KAM-ELE-ON'a okazał się silnik
podajnika w piecu, a tak naprawdę sam jego start powodujący spadek napięcia sieciowego mającego wpływ na zasilacz 5V.
Wymiana przewodu USB i dodanie do złącza na PCB kondensatora usuwa niedogodność.
Na zakończenie wykonałem kilka projektów obudów dla elektroniki i poprawiłem system mocowań do buforów o różnych krzywiznach.
Ostatecznie pozostał temat osadzenia czujników temperatury, który zjadł mi również kilka dni.
Pomiaru temperatur czujników wykonywałem na kalibrowanym stole PTC z użyciem sond PT100 jako odnośnika.
Początkowo sądziłem że osadzenie czujnikó w aluminiowej rurce 8x1mm rozwiąże problemy obudowy, lecz nic bardziej mylnego.
Okazało się że o ile wprowadzenie od góry zbiornika okrągłej sondy pod płaszcz jest w miarę proste, to daje przekłamania temperaturowe
z racji słabego kontaktu z ścianą zbiornika, to dodatkowo zachodzi zjawisko konwekcji podczas pracy grzałki.
Najskuteczniejszym sposobem okazało się wykorzystanie jednej połowy dwumetrowej listwy LED, którą zakupiłem dla taśmy LED na front bufora.
Czujniki osadzone zostały na cienkiej warstwie silikonu wewnątrz profilu LED zaś przed zamknięciem profilu wstawiłem taśmę piankową do
wnętrza eliminującą konwekcję wewnątrz obudowy.
Ktoś powie: Przecież profil jest aluminiowy i będzie zaburzał pomiary pomiędzy czujnikami.
No to zamieszczę kilka GIF-ów - no bo mnie się podoba efekt kocowy. (TIMELAPSE)
W dużym skrócie - Dwa miesiące kombinowania, wypita skrzynka browarów, dwa wina, trochę nutki Country i Rock i oto jest produkt finalny.
W skład urządzenia wchodzą:
-FPC o długości 1m zaprojektowane dla czujników DALLAS
-DS18B20 - 10 szt. (oczywiście klony - od kilku lat stosuję z powodzeniem i jeszcze ani jeden nie padł)
-Dedykowane PCB
-WS2812B - 1m
-WS2812B - Pierścień 16 pix
-XIAO SEEED ESP32C3
-OLED SSD1306 I2C 128x32
-2x komplet złącz JST 3P 2.54 (identyczne jak w taśmach LED WS2812B)
-6x Magnesy neodymowe 5x1
-Pokrywa z przyciemnionego PLEXI
-Obudowa wydrukowana w technologii FDM
-Kabel USB-C (Wymagany dodatkowy kondensator wewnątrz obudowy w przypadku długiego przewodu)
Ale dlaczego właściwie KAM-ELE-ON?
Otóż podczas przemyśleń nad kolorystyką, przeszukując grafiki w sieci pod kątem zmian kolorów ukazał się jeden obrazek kolorowego kameleona.
Nazwa jakoś się sama nasunęła, lecz aby była unikatowa i nawiązywała do adaptacji z otoczeniem postanowiłem podzielić nazwę na części.
I tak oto powstała nazwa KAM-ELE-ON, gdzie:
-KAM - Jest po prostu początkiem słowa "Kameleon" (Angielskojęzyczna nazwa jakoś do mnie nie przemówiła "cham")
-ELE - Jakby inaczej... Najzwyczajniej w świecie określa moje zamiłowanie do elektroniki.
-ON - Po prostu uruchom.
W dużym skrócie.
Nie zamieniłbym SUPLI na nic innego
Ilustracje wykonywane telefonem nie odzwierciedlają faktycznych kolorów... Tak to już jest z LEDami
