Sistema Avançado de Controle de Aquecimento Multizona para Casas Inteligentes

Componentes e Materiais

Sobre o Projeto

Construí este dispositivo porque minha cozinha ficava muito quente ou muito fria com um único termostato na sala. Controladores multizona comerciais (como EvoHome) são muito caros. Este programa captura a inteligência desses sistemas caros, rodando em um simples Arduino Uno. Resolveu totalmente meu problema.

Destaques/Recursos

• Configure apenas pinos e número de zonas.
• Arduino Uno controla até 5 zonas de piso radiante.
• Com Arduino Mega, número de zonas é praticamente ilimitado.

O Programa Controla

• Bomba do piso radiante.
• Agrega todas as zonas como um único termostato para a caldeira central.
• Válvulas para abrir/fechar zonas.
• Watchdog timer para operação sólida.

Aquecimento Individual por Zona

• Por zona: termostato para detectar demanda de aquecimento.
• Por zona: relé para controlar uma ou mais válvulas dos grupos de piso radiante da zona.
• Ambiente com múltiplos grupos de piso radiante = uma zona (ligue válvulas em paralelo ao relé da zona).
• Mais conveniente e economiza energia: ambientes não superaquecem.

Controle da Bomba do Piso Radiante

• Liga bomba apenas quando necessário para aquecimento. Economiza 100-200 €/ano em eletricidade (bomba 80W ligada 24/7 = 2kWh/dia = 0,50 €/dia).
• Ativa bomba ao menos uma vez a cada 36h por 8min se não houve demanda (verão).
• Evita ligar bomba sem abrir válvulas antes (elas levam 3-5 min).

Controle Opcional do Restante da Casa

• Cômodos sem piso radiante geralmente têm válvulas termostáticas nos radiadores; apenas os frios aquecem.
• Adicione termostato nos cômodos desejados. Ligue-os em paralelo à entrada No_Zone.

Notas Finais

• Nem todas as zonas precisam ser controladas; apenas as que ficam muito quentes ou frias (outras usam botões manuais no coletor).
• Decidi explicitamente não conectar à internet:
  • Aumentaria risco de mau funcionamento (precisa ser robusto).
  • Termostatos inteligentes já controlam a casa remotamente; este controlador não agrega valor para adaptação remota.

Código

ProjectCV.ino

/* Controlador de Aquecimento Piso Radiante Multi-Zonas v1.0
 * Copyright: GPL-3.0 por Eric Kreuwels, 2017
 * Créditos: Peter Kreuwels por definir casos de uso
 * AVISO: FAST_MODE é para teste/depuração (loop 50x mais rápido).
 * Cuidado com FAST_MODE em bomba real: válvulas precisam 3+ min para abrir.
 * Em operação normal, loop roda ~10x/seg (10 contagens/seg; 600 ≈ 1 min)
 */
#define VALVE_TIME 3000L        // 5 min para abrir/fechar válvula (segurança)
#ifdef FAST_MODE
#define PUMP_MAINTENANCE_TIME 108000L  // Teste: manutenção bomba a cada 4 min
#else
#define PUMP_MAINTENANCE_TIME 1300000L // Normal: manutenção a cada 36h
#endif
#define PUMP_ACTIVATION_TIME 5000L     // Bomba ligada ~8 min (10s teste)
#define COOLDOWN_TIME 18000L           // Pós-aquecimento: circula água 30 min (40s teste)

#include <avr/wdt.h> // Watchdog
#include "./Devices.h"

struct Zone {
  String name;
  Valve valve;
  Thermostat thermostat;
};

//////////////////////////////////////////////////////
// BLOCO DE CONFIGURAÇÃO
// Configure/reordene pinos como preferir (minha fiação no Uno):
#define HEATER_PIN 4       // Relé → entrada termostato da caldeira
#define FU_PUMP_PIN 5      // Relé → Bomba Piso Radiante
#define LIVING_VALVE 7     // Zona 1: Relé → Válvula(s)
#define KITCHEN_VALVE 6    // Zona 2
#define DINING_VALVE 3     // Zona 3
#define LIVING_THERMO 8    // Zona 1: Entrada → Termostato sala
#define KITCHEN_THERMO 9   // Zona 2
#define DINING_THERMO 11   // Zona 3
#define NO_ZONE_THERMO 10  // Opcional: termostatos sem piso radiante
#define HEATING_LED 12     // Aceso: aquecendo; Pisca: cooldown; Apagado: ocioso
#define INDICATION_LED 13  // Pisca indicando placa viva; pode remover para liberar IO

#define NR_ZONES 3
Zone Zones[NR_ZONES] = {
  {"Sala", Valve(LIVING_VALVE, "Valvula Sala"), Thermostat(LIVING_THERMO, "Termostato Sala")},
  {"Cozinha", Valve(KITCHEN_VALVE, "Valvula Cozinha"), Thermostat(KITCHEN_THERMO, "Termostato Cozinha")},
  {"Jantar", Valve(DINING_VALVE, "Valvula Jantar"), Thermostat(DINING_THERMO, "Termostato Jantar")}
};
// FIM CONFIGURAÇÃO
//////////////////////////////////////////////////////

LED iLED(INDICATION_LED, "LED Indicador");
LED hLED(HEATING_LED, "LED Aquecimento");
Manipulator CV(HEATER_PIN, "Caldeira");
Pump FUPump(FU_PUMP_PIN, "Bomba Piso Radiante");
Thermostat ZonelessThermo(NO_ZONE_THERMO, "Termostato Sem Zona");

void printConfiguration() {
  Serial.println("------ Configuração da Placa: ---------");
  iLED.Print(); hLED.Print(); CV.Print(); FUPump.Print(); ZonelessThermo.Print();
  for(int i=0; i 0) cooldownCount--; return checkCoolDownNeeded(); }
  bool checkCoolDownNeeded() { return (cooldownCount > 0); }
  void Print() {
    switch(_State) { case idle: Serial.print("ocioso"); break; case on: Serial.print("ligado"); break; case cooldown: Serial.print("cooldown"); break; }
  }
};

State CVState;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  printTimeStamp(); Serial.print(": ");
#ifdef FAST_MODE
  Serial.println("Controlador Zonas CV iniciado em Modo Teste!\n - Tempo roda ~50x mais rápido\n - Ciclo manutenção bomba a cada 3h em vez de 36h");
#else
  Serial.println("Controlador Zonas CV iniciado. Timestamps (dd:hh:mm:ss)");
#endif
  Serial.println(" - Formato timestamps (dd:hh:mm:ss)");
  printConfiguration();
  wdt_enable(WDTO_1S); // Watchdog: reset se não "acatar o cão" em 1s
}

void loop() {
#ifdef FAST_MODE
  delay(2); // 50x mais rápido para debug
#else
  delay(100); // Normal: ~10 loops/seg
#endif
  iLED.Alternate(); // Mostra placa viva
  FUPump.Update();
  for (int i=0; i

// Classes auxiliares para dispositivos IO
extern void printTimeStamp();

class IODevice {
protected:
  bool _IsOn;
  int _Pin;
  String _Name;
public:
  IODevice(int pin, String name) { _IsOn = false; _Pin = pin; _Name = name; }
  virtual bool IsOn() = 0;
  bool IsOff() { return !IsOn(); }
  void DebugPrint() { printTimeStamp(); Serial.print(": "); Print(); }
  void Print() { Serial.print(_Name); Serial.print(" no pino("); Serial.print(_Pin); if (_IsOn) Serial.println(") = Ligado"); else Serial.println(") = Desligado"); }
};

class Thermostat : public IODevice {
private: int _Counter;
public:
  Thermostat(int pin, String name) : IODevice(pin, name) { _Counter = 0; pinMode(_Pin, INPUT_PULLUP); }
  virtual bool IsOn() {
    if (digitalRead(_Pin) == HIGH && _IsOn) { if (_Counter++ > 5) { _IsOn = false; DebugPrint(); _Counter = 0; } }
    else if (digitalRead(_Pin) == LOW && !_IsOn) { if (_Counter++ > 5) { _IsOn = true; DebugPrint(); _Counter = 0; } }
    else _Counter = 0;
    return _IsOn;
  }
};

class Manipulator : public IODevice {
public:
  Manipulator(int pin, String name) : IODevice(pin, name) { pinMode(_Pin, OUTPUT); digitalWrite(_Pin, HIGH); }
  void On() { if (!_IsOn) { _IsOn = true; digitalWrite(_Pin, LOW); onSwitch(); } }
  void Off() { if (_IsOn) { _IsOn = false; digitalWrite(_Pin, HIGH); onSwitch(); } }
  virtual void onSwitch() { DebugPrint(); }
  virtual bool IsOn() { return _IsOn; }
};

class Valve : public Manipulator {
private: long transitionCount;
public:
  Valve(int pin, String name) : Manipulator(pin, name) { transitionCount = 0; }
  bool ValveIsOpen() { return (IsOn() && (transitionCount >= VALVE_TIME)); }
  void Update() { if (IsOn()) { if (transitionCount < VALVE_TIME) transitionCount++; } else { if (transitionCount > 0) transitionCount--; } }
};

class Pump : public Manipulator {
private: long counter; bool doMaintenance;
public:
  Pump(int pin, String name) : Manipulator(pin, name) { counter = 0; doMaintenance = false; }
  bool doMaintenanceRun() { return doMaintenance; }
  virtual void onSwitch() { Manipulator::onSwitch(); counter = 0; }
  void Update() {
    if (IsOn()) {
      if (counter < PUMP_ACTIVATION_TIME) counter++;
      else if (doMaintenance) { printTimeStamp(); Serial.println(": Manutenção bomba concluída"); doMaintenance = false; }
    } else {
      if (counter < PUMP_MAINTENANCE_TIME) counter++;
      else if (!doMaintenance) { printTimeStamp(); Serial.println(": Manutenção bomba necessária"); doMaintenance = true; }
    }
  }
};

class LED : public Manipulator {
private: long counter;
public:
  LED(int pin, String name) : Manipulator(pin, name) { counter = 0; }
  virtual void onSwitch() {} // Suprime debug para LEDs
  void Alternate() {
#ifdef FAST_MODE
    if (counter++ > 250)
#else
    if (counter++ > 5)
#endif
    { counter = 0; if (IsOn()) Off(); else On(); }
  }
};