Термостат на базе Arduino: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

На этот раз мы собираемся построить термостат на базе Arduino, датчика температуры и реле. Вы можете найти его на github.

Шаг 1. Конфигурация

Вся конфигурация хранится в Config.h. Вы можете изменить PIN-коды, управляющие реле, считывание температуры, пороговые значения или время.

Шаг 2: Настройка реле

Предположим, мы хотели бы иметь 3 реле:

• ID: 0, PIN: 1, Уставка температуры: 20
• ID: 1, PIN: 10, Уставка температуры: 30
• ID: 2, PIN: 11, Уставка температуры: 40

Сначала вы должны убедиться, что выбранный вами PIN-код еще не введен. Все выводы можно найти в Config.h, они определяются переменными, начинающимися с DIG_PIN.

Вам необходимо отредактировать Config.h и настроить PIN-коды, пороги и количество реле. Очевидно, что некоторые свойства уже существуют, поэтому вам нужно просто отредактировать их.

const static uint8_t DIG_PIN_RELAY_0 = 1; const static uint8_t DIG_PIN_RELAY_1 = 10; const static uint8_t DIG_PIN_RELAY_2 = 11;

const static uint8_t RELAYS_AMOUNT = 3;

const static int16_t RELAY_TEMP_SET_POINT_0 = 20;

const static int16_t RELAY_TEMP_SET_POINT_1 = 30; const static int16_t RELAY_TEMP_SET_POINT_2 = 40;

Теперь нам нужно настроить реле и контроллер, это происходит в RelayDriver.cpp.

initRelayHysteresisController (0, DIG_PIN_RELAY_0, RELAY_TEMP_SET_POINT_0); initRelayHysteresisController (1, DIG_PIN_RELAY_1, RELAY_TEMP_SET_POINT_1); initRelayHysteresisController (2, DIG_PIN_RELAY_2, RELAY_TEMP_SET_POINT_2);

ххх

Шаг 3: Контроллер гистерезиса

Это тот, который выбран в примере выше, у него есть несколько дополнительных конфигураций:

const static uint32_t RELAY_DELAY_AFTER_SWITCH_MS = 300000; // 5 минут статический статический uint32_t RHC_RELAY_MIN_SWITCH_MS = 3600000;

RELAY_DELAY_AFTER_SWITCH_MS дает время ожидания для переключения следующего реле. Представьте, что конфигурация из нашего примера начнет работать при температуре 40 градусов. Это приведет к включению всех трех реле одновременно. В конечном итоге это может привести к высокому энергопотреблению - например, в зависимости от того, что вы контролируете, электродвигатель потребляет больше энергии при запуске. В нашем случае переключающие реле имеют следующий поток: первое реле срабатывает, ждёт 5 минут, второе горит, ждёт 5 минут, третье горит.

RHC_RELAY_MIN_SWITCH_MS определяет гистерезис, это минимальная частота для конкретного реле, чтобы изменить его состояние. После включения он будет оставаться включенным хотя бы в течение этого периода времени, игнорируя изменения температуры. Это очень полезно, если вы управляете электродвигателями, поскольку каждый переключатель отрицательно влияет на время работы.

Шаг 4: ПИД-регулятор

Это сложная тема. Реализовать такой контроллер - простая задача, другое дело - найти правильные настройки амплитуды.

Чтобы использовать ПИД-регулятор, вы должны изменить initRelayHysteresisController (…..) на initRelayPiDController (….), И вам нужно найти для него правильные настройки. Как обычно, вы найдете их в Config.h

Я реализовал простой симулятор на Java, чтобы можно было визуализировать результаты. Его можно найти в папке: pidsimulator. Ниже вы можете увидеть симуляции для двух контроллеров PID, P. PID не совсем стабильный, потому что я не применял какой-либо сложный алгоритм для поиска правильных значений.

На обоих графиках заданная температура установлена на 30 (синий цвет). Текущая температура указывает на строку чтения. Реле имеет два состояния ВКЛ и ВЫКЛ. При включении температура падает на 1,5, при отключении повышается на 0,5.

Шаг 5: шина сообщений

Разные программные модули должны взаимодействовать друг с другом, надеюсь, не в обоих направлениях;)

Например:

• модуль статистики должен знать, когда конкретное реле включается и выключается,
• нажатие кнопки должно изменить отображаемое содержимое, а также приостановить работу служб, которые потребляют много циклов ЦП, например, считывание температуры с датчика,
• через некоторое время необходимо восстановить показания температуры,
• и так далее….

Каждый модуль подключен к шине сообщений и может регистрироваться для определенных событий и может создавать любые события (первая диаграмма).

На второй диаграмме мы видим поток событий при нажатии кнопки.

У некоторых компонентов есть задачи, которые необходимо периодически выполнять. Мы могли бы вызывать их соответствующие методы из основного цикла, поскольку у нас есть шина сообщений, необходимо распространять только правильное событие (третья диаграмма)

Шаг 6: Библиотеки

• https://github.com/maciejmiklas/Thermostat
• https://github.com/milesburton/Arduino-Temperature…
• https://github.com/maciejmiklas/ArdLog.git