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)