Registre e represente graficamente os eventos do termostato 24V (Optocoupler + Raspberry Pi) usando framboesa
Existem muitos Instructables que mostram como fazer um termostato. Mas e se você já tiver um termostato e quiser registrar ou monitorar quando ele liga e desliga? Este Instructable mostra como usar um optoacoplador para obter tensões DC de nível lógico de um termostato doméstico programável comum que se conecta a um sistema de aquecimento e resfriamento AC de 24 volts. Ele também inclui um sensor de temperatura e um código adequado para execução em um Raspberry Pi para registrar e representar graficamente o status, os eventos e as temperaturas do termostato.
AVISO:Trabalhar com eletricidade pode ser perigoso. Antes de continuar, certifique-se de ter conhecimento e habilidades adequadas para concluir este projeto com segurança. Embora eu tenha feito o meu melhor para torná-lo seguro, não sou responsável se este projeto fritar seu termostato, Raspberry Pi, sistema HVAC, seu gato / cachorro ou incendiar sua casa.
Etapa 1:reúna as peças e ferramentas necessárias
Você precisará das seguintes peças:
- Um optoacoplador HCPL3700
- 2 resistores de 3,3 kOhm com classificação de 1/2 watt ou superior (a classificação em watts é importante)
- Um capacitor de 10uF, mínimo de 10 V (eletrolítico é adequado)
- Um capacitor de cerâmica de 0,1 uF
- Um resistor de 8 kOhm (ou, mais provavelmente, um resistor de 4,7 kOhm e 3,3 kOhm em série)
- Um Raspberry Pi
- Um comprimento de dois condutores, fio isolado, de preferência com algum tipo de desconexão rápida
- Probabilidades e vantagens eletrônicas básicas, como:
- Uma placa de ensaio
- Jumper fios
Se você também deseja construir o sensor de temperatura opcional, também precisará de:
- Um sensor de temperatura ADT7410
- Um quadro de discussão SOIC
- Outro capacitor de cerâmica de 0,1 uF
- 4 resistores de 10 kOhm
Se você deseja projetar e fabricar sua própria placa de circuito, também precisará de:
- Um bloco de parafuso de dois terminais
- Opcionalmente, pinos de cabeçalho fêmeas para aceitar a placa de fuga SOIC
- Pinos de cabeçalho masculinos para conectar a um Pi ou pinos de cabeçalho femininos para conectar a um Arduino
- Opcionalmente, versões SMD dos resistores listados acima para reduzir o tamanho geral
Ferramentas necessárias:
- Um multímetro
Outros requerimentos:
- Um sistema de aquecimento / resfriamento 24 VAC
Requisitos de software:
- Python
- Perl (necessário para HiPi, que é necessário para hipi-i2c)
- Conta Plotly (opcional, para dados gráficos)
- Eagle (versão gratuita, opcional, para projetar PCB)
Etapa 2:descobrir como fazer a interface com seu termostato
Muitos sistemas de aquecimento / refrigeração domésticos funcionam a 24 volts CA. (Aqueles que não estão fora do escopo deste Instrutível). Os termostatos programáveis geralmente funcionam com baterias ou usam algum tipo de mecanismo de "roubo de energia" para se alimentar. A comutação real geralmente é feita por um relé dentro do termostato.
Queremos monitorar se o sistema de aquecimento / resfriamento está funcionando. Para fazer isso, queremos sentir se o relé está permitindo o fluxo de energia ou não. A primeira etapa é descobrir quais fios monitorar. Como as convenções de fiação do termostato variam, isso requer alguma experimentação.
Pegue seu multímetro, configure-o para medir a tensão CA e descubra qual par de fios lê 24 volts CA quando o sistema de aquecimento / resfriamento está ativo. Certifique-se de que este mesmo par leia 0 volts AC quando o sistema está inativo. Observe que você pode ter vários pares que funcionarão, dependendo se você tem um ventilador que funciona automaticamente ou outras variáveis.
Meu termostato usa cinco fios, conectados a seis contatos (um dos fios é conectado a dois contatos). Isso significa que existem 10 combinações possíveis de dois fios para testar e devemos testar essas combinações quando o sistema está ligado e desligado. Provavelmente, é útil escrever os pares de fios que você está testando em uma folha de papel e, em seguida, observe a tensão (ou a falta dela) à medida que avança.
Você pode ver no meu caso, a tensão real é superior aos 24 volts nominais. Quando o aquecimento está ligado, meu multímetro lê quase 29 volts no par de fios que selecionei.
Etapa 3:dê a você mesmo acesso ao par de fios
Desligue a energia do sistema de aquecimento / resfriamento e use o multímetro para verificar se a energia está desligada. Remova o termostato de sua base, expondo a fiação. Adicione dois fios adicionais conectando-se aos terminais do par de fios que você escolheu na etapa anterior.
Para deixar as coisas organizadas, é bom usar fiação que termina em algum tipo de desconexão rápida na outra extremidade, de modo que o termostato possa ser desconectado do projeto com rapidez e segurança quando desejado.
Etapa 4:conecte um circuito para medir a tensão
Esta é talvez a parte mais complicada do processo. Obviamente, não podemos conectar diretamente 24 volts AC a um Raspberry Pi - algo precisa retificar e diminuir essa tensão e fazê-lo com segurança.
Podemos usar um optoacoplador para fazer isso. Um optoacoplador isola eletricamente dois circuitos separados. Em nosso caso, queremos isolar o sistema de aquecimento / resfriamento CA de 24 volts de nosso Raspberry Pi.
Eu escolhi usar o optoacoplador HCPL3700 porque inclui um retificador e pode lidar com uma ampla gama de tensões. Especificamente, ele aceita CA ou CC como entrada, em qualquer lugar de 5 V a 240 V, e pode funcionar com uma alimentação que varia de 2 V a 18 V. Os requisitos atuais são pequenos o suficiente para executar o dispositivo diretamente do suprimento de 3,3 V do Raspberry Pi.
O esquema incluído mostra como eu conectei o HCPL3700 (você pode ignorar a metade inferior do esquema, que é o sensor de temperatura, por enquanto). IMPORTANTE:os dois resistores de 3300 Ohm conectados aos pinos de entrada CA devem ter capacidade nominal de pelo menos 1/2 watt. Esses dois resistores definem os limites de disparo do optoacoplador, ou seja, a tensão de entrada na qual ele será ligado. Para obter detalhes sobre como selecionar esses valores de resistor, consulte esta nota de aplicação.
O retificador no HCPL3700 retifica a entrada CA, mas não suaviza a onda senoidal retificada. Assim, sem qualquer filtragem de entrada adicional, a saída lógica oscilará rapidamente, provavelmente na frequência de sua tensão de linha (60 Hz nos EUA). Para evitar isso, colocamos um capacitor nos pinos CC do retificador. A nota de aplicação contém os detalhes de como calcular o valor deste capacitor; um capacitor de 10 uF, mínimo de 10 V é suficiente.
Como muitos ICs, o HCPL3700 sugere a colocação de um capacitor de 0,1 uF em seus pinos de tensão de alimentação. Finalmente, o chip emprega uma saída de coletor aberto, o que significa que ele apenas reduz sua saída; para ver as saídas lógicas altas, precisamos de um resistor pull-up. Calcular o valor apropriado para este resistor é um pouco desafiador, pois depende das características do chip e dos pinos de entrada do Pi, mas descobri que o resistor pull-up padrão de 10k Ohm não poderia potencialmente produzir uma tensão alta o suficiente para ser lido como uma lógica alta pelo Pi. Portanto, optei por um resistor de 8k Ohm (na verdade, 3,3k Ohm e 4,7k Ohm em série). Este cálculo é baseado em cenários de pior caso; na prática, um resistor de 10k pode funcionar bem.
Para mais detalhes:Registro e gráfico de eventos do termostato de 24 V (optoacoplador + Raspberry Pi)
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