Автоматика систем отопления частного дома, управление. Отопление с системой «Умный дом

Тема этой статьи — GSM-модуль для управления отоплением. Мы постараемся выяснить, что он умеет, какими дополнительными приспособлениями комплектуется и какими характеристиками обладает.

Первое знакомство

Что представляет собой интересная нам система управления отоплением?

Фактически, это маломощный и экономичный узкоспециализированный компьютер, позволяющий управлять включением и параметрами отопительной системы дистанционно. Он же опрашивает внешние датчики и сигнализирует SMS-сообщением о любых неполадках и отклонениях в работе управляемой им системы.

Попробуем описать предлагаемые им возможности более наглядно.

Представьте себе, что вы собираетесь приехать на дачу в 30-градусный мороз. В общем случае вам придется зайти в промерзший , а потом подождать несколько часов прогрева всех помещений до приемлемой температуры.

Здесь же вы просто заранее отправите сообщение на SIM-карту, которой оснащен GSM-модуль для отопления — и к вашему приезду дома уже будет тепло.

Этим возможности модуля не исчерпываются:

Если прекратилась подача газа или электроэнергии — вы получаете уведомление на мобильник.
Если выдал сообщение об ошибке — вам приходит СМС.
При утечке теплоносителя или газа опять-таки блок управления отоплением уведомляет вас об этом.
Чтобы в ваше отсутствие в доме поддерживался экономичный режим отопления — вы отдаете команду сообщением или звонком (многие модули оборудуются системой навигации нажатиями кнопок на телефоне с голосовыми комментариями).
Наконец, в любой момент по звонку или сообщению вам может быть выслано СМС с информацией о температуре теплоносителя и воздуха в помещении, состоянии котла и некоторых других параметрах.

Оговорка: разумеется, обязательным условием является покрытие зоны размещения узла сотовой сетью любого оператора. Кроме того, многие узлы управления системой отопления могут получать команды через интернет.

Описание

Чтобы получить больше детальной информации о том, как работает дистанционное управление отоплением — давайте просто изучим описание одного из модулей. Образцом нам послужит комплекс «КСИТАЛ GSM-4T» отечественного производства.

На фото — модуль GSM-управления в базовой комплектации.

Сервис

Начнем с главного — удобства использования. Что может предложить нам производитель системы?

На официальном сайте компании Кситал выложены:

Инструкция пользователя, включающая детальное описание функций прибора, алгоритмов его подключения и настройки.
Схема узла управления с указанием порядка подключения термодатчиков, датчиков разлива теплоносителя и прочих периферийных устройств.
Коды сообщений для запросов ключевой информации.
Программное обеспечение для смартфонов, позволяющее полностью контролировать работу отопления через удобный графический интерфейс. Установить и настроить программу своими руками сможет любой начинающий пользователь мобильной операционной системы. Нужно отметить, правда, что производителем представлены версии программы только под IOS и Android.

Характеристики

Разумеется, для подключения узла GSM нужен котел с цифровым управлением. Очевидно, что центральное отопление и его рамка управления отоплением (так иногда называют за специфическую форму элеваторный узел) управляться электронным устройством не может: увы, слабые токи неспособны вращать штурвалы задвижек.

Какими характеристиками обладает предлагаемая нам система?

Общее количество выносных термодатчиков может достигать 5 штук . Используется проводное подключение, причем провод для него поставляется отдельно. Впрочем, при стоимости в 5 рублей за погонный метр его покупка необременительна.

Максимальное расстояние от датчика до центральной станции составляет 100 метров.

Диапазон рабочих температур — от -55 до +125С. Очевидно, он перекрывает любые разумные значения температуры и в доме, и в системе отопления.

Нюанс: обычные SIM -карты предназначены для работы при положительных температурах. Если большую часть времени дом стоит без отопления, производитель рекомендует приобрести специальную низкотемпературную SIM -карту.

Поддерживаются все функции GSM-сигнализации: возможно подключение пожарных датчиков и оповещение о взломе, включение сирены и прослушивание помещений. На узел, основная функция которого — управление отоплением по телефону, можно даже повесить открытие ворот.
Пиковое потребление всей системы не превышает 10 ватт.

GSM управление отоплением может осуществляться с 10 зарегистрированных в системе номеров. На все номера может быть выполнена рассылка уведомлений.

Комплект поставки

В него входят:

Собственно контроллер с встроенным сотовым модулем и блоком питания.
Выносная антенна, усиливающая сигнал и обеспечивающая связь даже в местах с неуверенным приемом.
Аккумулятор, позволяющий модулю работать при отключении сетевого питания. Понятно, что в этом случае модуль сможет лишь сделать рассылку: для работы газового котла с электронным розжигом потребуется источник бесперебойного питания.
Считыватель электронных ключей и мастер-ключ, отменяющий все блокировки.
Два выносных термодатчика.

Кроме того, отдельно можно заказать:

Термодатчики. Как уже сказано, одновременно можно опрашивать до пяти штук.
Извещатели и датчики пожарной сигнализации, разлива воды, открытия дверей и окон.
Исполнительные устройства (к примеру, то же реле, подающее питание на открывающий ворота электромотор).
Выносной микрофон для передачи звука по сотовой сети.

Стоимость и отзывы

Цена, описанного нами, Кситал GSM-4T в базовой комплектации — 7200 рублей. Стоимость других модулей, предлагаемых через интернет, колеблется от 3500 до 25000 рублей в зависимости от комплектации, функциональности и самоуверенности продавца.

Какие отзывы заслужило управление отоплением в загородном доме через GSM с помощью этого устройства?

В целом изучение форумов подтверждает: по соотношению стоимости и функциональности устройство вполне достойное. Управление котлом и прочими обогревательными устройствами через внешнее реле, охранная сигнализация опробована и срабатывает вполне адекватно.

Заключение

Информацию о других вариантах реализации дистанционного управления для отопительной системы вы найдете в приложенном к статье видео. Теплых зим!

Дистанционное управление отоплением загородного дома через интернет

Статья описывает преимущества и способы дистанционного управления отопительной системой частого дома и дачи по сети Интернет и сети мобильной связи GSM.

Установка такого дистанционного управления позволяет не только в десятки раз экономить затраты на отопление, но и полностью контролировать его, включая пуск, выключение и регулировку температуры в отапливаемых комнатах. Относительно невысокая цена на GSM модули управления отоплением, позволяет их устанавливать даже в недорогих частных домовладениях.

Основы дистанционного управления отоплением квартир, домов и дач.

Для того, чтоб понять основы дистанционного управления отоплением загородного дома, давайте обратимся к примерам из нашей повседневной жизни.

Сейчас уже никого не удивишь пультом обычного дистанционного управления (ДУ) от телевизора или кондиционера. Это и есть основа дистанционного управления устройствами, то есть передачи сигналов управления на расстояние.

Например, Вы нажимаете кнопку на пульте ДУ для того чтоб повысить температуру воздуха в помещении.В это время электронная схема в пульте кодирует нажатие кнопки и подаёт сигнал на встроенный излучатель. Излучатель распространяет сигнал в окружающую среду на определённое расстояние. Отопительный котёл оборудованный системой автоматики имеет специальный блок, который постоянно сканирует пространство и при помощи приёмника следит за поступающими сигналами с пульта ДУ.

Получив сигнал из пульта ДУ, приёмник встроенный в блок управления отоплением декодирует его и выполняет действие которое от него требуется, то есть увеличивает подачу топлива на горелку отопительного котла. На этих принципах работают практически все системы дистанционного управления в том числе и отоплением. Итак, любая система дистанционного управления отоплением дома, квартиры или дачи состоит из следующих блоков.

Блок излучателя или пульт: кнопочная или сенсорная панель управления -> кодер -> излучатель (радио или инфракрасный).

Блок приёмника: приёмник (радио или инфракрасный) -> декодер -> контроллер переключателей или коммутатор.

Преимущества дистанционного управления отоплением жилья.

Первый вопрос, который приходит на ум - для чего нужно дистанционное управление отоплением жилья?Казалось бы, ответ тривиален и прост - это повышение комфорта. И некоторые домовладельцы считая это роскошью, отказываются от установки таких систем. Но на самом деле именно система дистанционного управления отоплением жилья, обеспечивает безопасность проживания в доме. Если б Вы знали сколько жизней она спасла и уберегла домов от пожаров.

Если внимательно проанализировать функционал предоставляемый дистанционным управлением отоплением жилья, то можно выявить следующие преимущества:

Полный контроль за работой отопления.
Защита от критических ситуаций (повышения давления в системе отопления, взрывов и пожаров).Климат-контроль.
Автоматическое поддержание температуры в помещениях с заданной точностью по времени, как по часам, так и по времени суток и по дням недели.
Очень большая экономия расхода топлива за счёт оптимизации температурных режимов в разных помещениях.
Наличие дополнительных сервисных функций таких как контроль за отключением электроэнергии, водоснабжения, уровнем топлива для котла, охрана территории и так далее.

Современные блоки дистанционного управления настолько совершенны, что предлагают просто огромный перечень дополнительных функций для обеспечения максимального комфорта и безопасности проживания в доме.

Управление отопительным котлом по сети GSM и сети Интернет.

В последнее время в нашу жизнь прочно вошли устройства удалённой связи, такие как смартфоны, планшеты и компьютеры, подключённые в общую мобильную сеть GSM или CDMA, а также в сеть Интернет. Нормальная жизнь без этих устройств на современном этапе просто невозможна.

Производители котельного оборудования быстро узрели безграничные возможности этих технологий и начали выпускать специальное оборудование для управления отопительными котлами по сети GSM и сети Интернет.

Ручные пульты перекочевали в программные реализации для смартфонов и компьютеров. Но самое важное то, что технологии GSM и Интернет позволили создать двунаправленные системы дистанционного управления отопительным котлом.

Мало того, что Вы теперь можете приказывать котлу, что ему делать, но Вы можете также узнать от котла, что он хочет, что ему нужно и в порядке ли всё у него, находясь за сотни километров от дома! Фантастика, не правда ли? А теперь давайте рассмотрим, что нам понадобится для осуществления управления отопительным котлом по сети GSM или сети Интернет и начнём рассмотрение от самых дешёвых устройств к самым дорогим.

Самые недорогие устройства дистанционного управления отопительным котлом построены на чистой технологии GSM. Они состоят из GSM модуля для управления отоплением подключённого к контроллеру отопительного котла. Такой модуль имеет один или несколько слотов для подключения SIM карт формата GSM и выполняет роль мобильного телефона, с которым можно обмениваться SMS сообщениями и программировать управление отоплением посредством этих СМС.

Более дорогие устройства дистанционного управления отопительным котлом построены на технологии GSM и технологии WI-FI. Модули управления отоплением таких устройств содержат не только передатчики GSM но и передатчики WI-FI, и могут подключаться напрямую к сети интернет.

Самые же дорогие устройства дистанционного управления отопительным котлом могут подключаться к сетям GSM, WI-FI и LAN по высокоскоростному кабелю и даже оптическому.

GSM модули для управления отоплением.

Как мы писали выше, основой GSM модуля для управления отоплением является возможность автоматически подключаться к мобильной сети GSM и самостоятельно принимать или передавать SMS сообщения на указанный номер мобильного телефона. Например если в системе отопления возникла какая-либо внештатная ситуация, то GSM модуль управления отоплением сформирует отчёт и отправит к Вам на мобильный телефон.

GSM модули для управления отоплением очень надёжны и безупречны, но есть несколько требований для их нормальной работы:

бесперебойное снабжение электроэнергией
стабильность связи с сотовым оператором мобильных сетей

Если первое требование выполнимо легко с помощью установки систем бесперебойного электроснабжения на основе батарей или генераторов, то второе не всегда выполнимо.Именно отсутствие надёжной и стабильной связи с сотовым оператором в регионе домовладения, делает невозможным использование GSM модуля для управления отоплением.

Поэтому, очень важно перед покупкой или заказом GSM модулей для управления отоплением убедиться в надёжности сотовой связи, а уже затем выбирать марку и вид наиболее подходящего для Вашей системы отопления GSM модуля.

Контроль за работой системы отопления по сети GSM с помощью смартфона.

Для того, чтоб Вы могли управлять отоплением своего дома квартиры или дачи с помощью смартфона, Вы должны установить в него специальное приложение от производителя GSM модуля.

После этой простой процедуры Вам станет доступен весь функционал и все опции предоставляемые самим GSM модулем. Всё выглядит очень просто и доступно. Перед Вами на экране смартфона появляется обычное меню с перечнем действий которые Вы можете совершать.

Но что скрывается за всей этой простотой? Как мы знаем, работой отопительного котла управляет контроллер. Он в автоматическом режиме получает сигналы с датчиков давления, температуры и других датчиков, анализирует ситуацию и в зависимости от неё изменяет режим работы котла. Поэтому от его функционала зависят возможности управления.

Если контроллер дешёвый, тои возможности его дистанционного управления посредством смартфона будут слабые. Если контроллер управления отопительным котлом продвинутый, то и возможностей по управлению он предоставит больше. Это надо понимать, так как даже самый суперсовременный GSM модуль управления отоплением, не сможет Вам предоставить доступ к функциям которых просто нет в контроллере управления котлом.

Конечно производители GSM модулей управления отоплением пытаются скрыть этот недостаток навешиванием всевозможных независимых портов для подключения разных датчиков температуры и ещё много всякой, порой ненужной всячины. Но это не меняет ситуацию. Поэтому, никогда не экономьте на контроллере автоматического управления котлом. Это самый ответственный узел и от него будет зависеть всё, и комфорт и надёжность и безопасность.

Установка и настройка GSM управления котлом.

GSM модули для управления отоплением это отдельные независимые устройства и покупаются отдельно. Несмотря на заявления производителей о простоте подключения, таковыми на самом деле не бывают. Поэтому подключать и настраивать GSM модули для управления отоплением должны специалисты, после чего они обязаны научить Вас пользоваться этим устройством.

Как вообще происходит подключение GSM модуля управления котлом? Модуль как правило устанавливают возле отопительного котла. Для того чтоб подключить возможность управления через сотовую сеть GSM нужно выполнить следующие действия:

Вставить в слоты GSM модуля для управления отоплением одну или несколько SIM карт.
Соединить специальным кабелем с контроллером отопительного котла.
Подключить к интерфейсу все дополнительные датчики, температуры, давления и так далее.
Подключить к сети переменного тока напряжением 220 вольт посредством блока питания.
Включить GSM модуль для управления отоплением.
Установить на смартфон программное обеспечение с сайта производителя GSM модуля для управления отоплением.
Запустить программу на смартфоне и настроить её для контроля и управления отопления в Вашем доме.

Услуги Компании «Термомиг» по установке, настройке, ремонту и замене дистанционного управления отоплением загородного дома.

Самостоятельно подключить и настроить GSM модуль дистанционного управления отоплением своего загородного дома, у Вас вряд ли получится если Вы не являетесь инженером или специалистом в этой области. Кроме того, попытки самостоятельно установить и настроить систему дистанционного управления отоплением могут привести к поломке как самого GSM модуля для управления отоплением, так и вызвать аварийную ситуацию в работе котла со всеми вытекающими последствиями.

Что нужно сделать и как правильно поступить. Покупайте GSM модули для управления отоплением только там, где есть специалисты по их установке и настройке.Перед покупкой проконсультируйтесь со специалистами той организации, которая будет производить установку и настройку.

Самый надёжный способ это обратиться к нам.
Во-первых, в нашей Организации большой выбор GSM модулей для управления отоплением разных моделей и ценовых категорий.

Во-вторых, наши инженеры оценят возможности Вашей системы отопления, и подберут наиболее подходящий GSM модуль. Этим Вы сэкономите свои деньги.

В-третьих, наши специалисты установят, подключат и настроят дистанционное управление отоплением Вашего загородного дома или дачи под ключ.

В-четвёртых наши специалисты полностью обучат Вас, как пользоваться системой GSM ДУ и управлять котлом на расстоянии.

В-пятых, Вам будет выдана гарантия, которая избавит Вас от хлопот в случае выхода из строя системы дистанционного управления.
И наконец в-шестых, это дополнительные консультации и тех поддержка на первых порах эксплуатации.

Интернет вещей (IoT, Internet of Things) является многообещающим направлением, как уверяют аналитики. Одним из главных трендов IoT является автоматизация жилья или, как любят выражаться маркетологи, создание «умного дома».

Оставим в покое словесные упражнения и рассмотрим конкретный проект.

Постановка задачи

Я живу в собственном доме недалеко от Москвы. Помимо очевидных плюсов подобного варианта проживания, имеются свои нюансы. Если в многоквартирном доме большинство коммунальных задач берет на себя управляющая компания, то в собственном доме их приходится решать самостоятельно.

Одной из таких задач для меня стала необходимость дистанционного мониторинга и управления системой отопления. Справедливо утверждение, что в средней полосе России отопление зимой это не вопрос комфорта, но выживания. Согласно многократно подтвержденному эмпирическому закону, все неприятности случаются в самое неподходящее время. Более чем за десятилетие опыта жизни в собственном доме я тоже убедился в справедливости этого закона.

Но если, например, отказ насоса водоснабжения в 30-ти градусный мороз еще как-то можно пережить, то выход из строя отопительного котла превращается в катастрофу. В такой мороз нормально утепленный дом выстужается менее чем за сутки.

Мне приходится часто отлучаться из дома на длительное время, в том числе и зимой. Поэтому возможность дистанционного мониторинга состояния системы отопления и ее управления стала для меня актуальной задачей.

В моем доме система отопления имеет два котла, солярный (увы, газа нет и не предвидится) и электрический. Данный выбор обусловлен не только вопросами резервирования, но и оптимизации расходов на отопление. По ночам, за исключением суровых морозов, работает электрокотел, так как в доме установлен двухтарифный электросчетчик. Мощности этого котла вполне хватает для комфортной ночной температуры (18-19 градусов). Днем же в работу вступает солярный котел, поднимающий температуру до 22-23 градусов. В таком режиме система отопления работает уже несколько лет и позволяет сделать вывод об экономичности данного варианта.

Понятное дело, что ежедневные ручные переключения режимов работы системы отопления не самое разумный выбор, поэтому принято решение автоматизировать этот процесс и, заодно, предусмотреть возможность дистанционного управления.

Техническое задание

Следуя привычке разработчика, первым делом я систематизировал требования к создаваемой системе управления и накидал для себя нечто похожее на техническое задание.

Вот краткий перечень основных требований к проектируемому решению:

контролировать температуру в доме и на улице
обеспечивать три режима выбора отопительных котлов (подробнее чуть ниже)
обеспечивать дистанционный мониторинг состояния системы и ее управление

Первоначально в списке было еще несколько пунктов, но потом они оказались исключенными в силу разных причин. Например, я планировал оснастить систему экраном с индикацией текущих параметров и возможностью управления через тачскрин. Но это мне показалось не нужным дублированием дистанционного управления через Интернет. Конечно, можно придумать вполне жизненные ситуации, когда локальная индикация и управление необходимы. Не спорю, но не стоит забывать, что эта возможность потребовала бы дополнительного усложнения и удорожания системы.

В алгоритм управления системой отопления заложен сценарий апокалипсиса, связанный с полным отключением электроснабжения. Понятное дело, в этом случае не приходится рассуждать о дистанционном управлении. Но находящиеся в доме могут несколькими простыми манипуляциями перейти в аварийный режим отопления. Достаточно переключить один внешний четырехполюсный тумблер и запустить резервный бензиновый электрогенератор. Это обеспечит работу солярного котла в автономном режиме. На практике такое случалось уже пару раз, когда ледяные дожди приводили к массовому обрыву проводов ЛЭП.

Современные котлы отопления, как правило, имеют выносные блоки управления, подключаемые обычным двужильным проводом. Чтобы не влезать в заводские схемы управления, было решено коммутировать собственно эти провода. Разрыв провода, осуществляемый обычным электромеханическим реле, приводит к остановке работы котла.

Метод обеспечения безопасности IoT

Начитавшись страшилок про последствия взлома умных домов, я решил подстраховаться и минимизировать возможность внешнего взлома. Кто-то скажет, дескать, кому нужно взламывать именно твой умный дом. Соглашусь, вероятность минимальна, но наблюдая регулярные попытки хакинга своих вебсерверов, я решил действовать по принципу: лучше переспать, чем недоесть. Шутка.

Для этого я отказался от распространенной парадигмы, когда центральный сервер является инициатором управления распределенными умными датчиками (устройствами). Было решено использовать классическую схему клиент-сервер, где клиентом выступает умный датчик.
Выбор такой архитектуры не всегда возможен в IoT, но в данном случае вполне допустим, так как системы отопления обладают достаточно большой инерционность. Даже наличие возможности мгновенного и произвольного изменения установок в системе, например, значения температуры в помещении, не приводит к мгновенному достижению заданных параметров.

Передача инициативы в обмене данными на сторону умного датчика позволяет практически полностью исключить его взлом посторонними лицами. Ведь датчик воспринимает только ответ от сервера на свой запрос. Теоретически можно перехватить такой запрос и подменить ответ, но эта угроза минимизируется, например, протоколом https. Если нет желания поднимать в датчике этот протокол, то есть вариант с вычислением контрольных сумм с учетом параметров, априори неизвестных злоумышленнику. Но данный криптографический вопрос выходит за рамки рассматриваемой темы.

Если на запрос не был получен ответ сервера, умный датчик, выждав определенный тайм-аут, продолжает работать в ранее установленном режиме.

В качестве сервера было решено создать небольшой веб-сайт с базой MySQL, который развертывался на домене третьего уровня одного из моих сайтов. Сайт был написан с использованием адаптивной верстки, что позволяет комфортно работать со смартфона.
Для обмена информацией с сервером был выбран пятиминутный период.

Отчасти этот выбор обусловлен одним нюансом работы электрокотла. Для исключения закипания воды в колбе нагревателя от остаточного тепла ТЭНов, используется так называемый выбег котла. Другими словами, после выключения ТЭНов циркулярный насос продолжает работать некоторое время. В моем котле по умолчанию стоит выбег в течение 4 минут, хотя его можно увеличить и на более продолжительное время. Поэтому пятиминутный интервал обмена вполне укладывался в логику работы отопительной системы. Да и более частый обмен данными не давал никакой пользы, лишь приводил к увеличению числа записей в базе сервера.

Алгоритм работы

Работа умного датчика, получившего название метеомодуль, не содержит ничего необычного. В цикле опрашиваются датчики температуры и влажности. Это продолжается примерно 4,5 минуты. Затем происходит формирование GET-запроса к серверу и обрабатывается полученный ответ. В итоге период (главный цикл) получается длительностью примерно 5 минут. Здесь не требуется идеальная точность, на практике период оказался меньше на несколько секунд, что приводит к постепенному сдвигу. При идеальном пятиминутном периоде в сутки передавалось бы 288 отсчетов, реально их оказывается 289-290. Это совсем не сказывается на работе системы.

Основной скетч программы с подробными комментариями приведен в листинге. В силу обширного объема кода я не стал публиковать реализации используемых подпрограмм. В листинге оставлены диагностические сообщения для вывода в терминал.

Основной скетч программы

/* * Sketch Meteo Control Mega2560 * ver. 13.0 * упрощенный алгоритм автоматики день - солярка, ночь - электрика. Начальный порог 21 градус, шаг - 0,5 градуса * обмен с сервером по http 1.0 */ // libs #include #include "DHT.h" // wired connections // подключение таймера через шину I2C, адрес на шине 104 #define DS3231_I2C_ADDRESS 104 // define #define HYSTERESIS 0.5 // гистерезис порога температуры, градусы #define LONG_CYCLE 9 // продолжительность цикла измерений, 9 - около 5 мин с учетом времени обмена с сервером #define SHORT_CYCLE 13 // продолжительность малого цикла измерений, 13 сек. с учетом времени сбора данных с датчиков малый цикл получается около 30 сек #define DAY_BEGIN 6 // начало дневного тарифного периода #define DAY_END 22 // конец дневного тарифного периода #define MIN_INTERVAL 3000 // интервал чтения датчиков температуры 3 сек #define PIN_DHT_IN 23 // вход датчика температуры и влажности внутри AM2301 #define PIN_DHT_OUT 22 // вход датчика температуры и влажности снаружи AM2301 #define DHTTYPE DHT21 DHT dhtin(PIN_DHT_IN, DHTTYPE); DHT dhtout(PIN_DHT_OUT, DHTTYPE); #define RELAY_E 25 // выход управления реле электрокотла #define RELAY_D 24 // выход управления реле солярного котла #define LED_R 27 // LED RGB #define LED_G 29 // LED RGB #define LED_B 31 // LED RGB #define LED 13 // внутренний светодиод #define LEAP_YEAR(_year) ((_year%4)==0) // для вычисления високосного года // vars uint32_t workTime; // время работы котла с момента включения реле float hIn; // влажность внутри float tIn; // температура внутри float hOut; // влажность снаружи float tOut; // температура снаружи float tModule; // температура внутри метеомодуля float tInSet; // установленное значение температуры внутри float tOutSet; // установленное значение температуры снаружи. В текущей версии не используется. Параметр оставлен для развития byte seconds, minutes, hours, day, date, month, year; byte del; // счетчик большого цикла, считает декрементом малые циклы char weekDay; byte tMSB, tLSB; float temp3231; static byte monthDays = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31}; uint32_t unixSeconds; // метка времени UNIX uint16_t timeWorkElectro; // время работы (сек) электрокотла между сеансами обмена с сервером uint16_t timeWorkDiesel; // время работы (сек) солярного котла между сеансами обмена с сервером uint32_t unixSecondsStartCycle; // метка времени UNIX начала цикла между сеансами обмена с сервером int modeWork; // режим работы метеомодуля, 0 - auto, 1 - ручное-выключено, 2 - ручное-электро, 3 - ручное-солярка, 4 - полуавтомат-электро, 5 - полуавтомат-солярка byte typeBoiler; // тип рабочего котла, 0 - котлы не работают, 1 - электро, 2 - солярный char statusBoiler; // статус работающего котла для сервера char unit = "1"; // id модуля char mode; // метка режима работы метеомодуля для сервера String message; // строка для отправки на сервер char ans; // символ из буфера String answerServer; // исходная строка ответа сервера String tInSer; // строка от сервера = порог температуры внутри String tOutSer; // строка от сервера = порог температуры снаружи String timeSer; // строка от сервера = установка времени char datetime; // массив для установки времени модуля void setup() { Serial.begin(115200); // выставляем скорость COM порта для терминала Serial.println("Start setup()"); Serial.println("Meteo Module. Ver.13.0 Unit Number: " + String(unit)); pinMode(LED, OUTPUT); //LED flash pinMode(LED_R, OUTPUT); //LED_R pinMode(LED_G, OUTPUT); //LED_G pinMode(LED_B, OUTPUT); //LED_B // инициализация внешнего таймера Wire.begin(); //set control register to output square wave on pin 3 at 1Hz Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); // 104 is DS3231 device address Wire.write(0x0E); Wire.write(B00000000); Wire.write(B10001000); Wire.endTransmission(); // устанавливаем порог температуры по умолчанию tInSet = 21; tOutSet = -15; // включаем наружний термометр pinMode(PIN_DHT_OUT, INPUT_PULLUP); dhtout.begin(); // включаем внутренний термометр pinMode(PIN_DHT_IN, INPUT_PULLUP); dhtin.begin(); // задаем пины управления котлами на выход pinMode(RELAY_E, OUTPUT); pinMode(RELAY_D, OUTPUT); modeWork = 0; // автоматический режим // котлы в состоянии выключено relayElectroSwitchOff(); relayDieselSwitchOff(); timeWorkElectro = 0; // сбрасываем время работы котлов timeWorkDiesel = 0; unixSecondsStartCycle = 0; // сбрасываем начальное время работы котлов typeBoiler = 0; Serial.println("All Boilers Off"); digitalWrite(LED_G, HIGH); // включаем зеленый цвет RGB-светодиода. Исходное состояние, котлы выключены //инициализация serial 1 is to esp8266 Serial1.begin(115200); //скорость передачи в модуль ESP8266 Serial1.setTimeout(1000); while (!Serial1); String startcommand = "AT+CWMODE=1"; // модуль ESP8266 в режиме клиента Serial1.println(startcommand); Serial.println(startcommand); delay(2000); del = 0; // сброс счетчика большого цикла } void loop() { Serial.print("Start loop(). "); // диагностический вывод текущего времени get3231Date(); // получаем текущее время unixSeconds = timeUnix(seconds, minutes, hours, date, month, year); // UNIX-метка в секундах Serial.print("Current datetime: "); Serial.print(weekDay); Serial.print(", "); if (date < 10) Serial.print("0"); Serial.print(date, DEC); Serial.print("."); if (month < 10) Serial.print("0"); Serial.print(month, DEC); Serial.print("."); Serial.print(year, DEC); Serial.print(" - "); if (hours < 10) Serial.print("0"); Serial.print(hours, DEC); Serial.print(":"); if (minutes < 10) Serial.print("0"); Serial.print(minutes, DEC); Serial.print(":"); if (seconds < 10) Serial.print("0"); Serial.println(seconds, DEC); // сбор данных с датчиков Serial.println("Getting temperature and himidity"); getSensors(); // подготовка сообщения для отправки на сервер collectServerData(); // БЛОК ОБМЕНА С СЕРВЕРОМ И ИНИЦИАЛИЗАЦИИ // отправка данных на сервер и прием управляющей строки Serial.println("Send data to server"); connectServer(); // анализ управляющей строки и установка новых режимов controlServer(); // БЛОК УПРАВЛЕНИЯ КОТЛАМИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСТАНОВЛЕННОГО РЕЖИМА switch(modeWork){ case 0: // автоматический режим Serial.println("Current Mode: Auto"); autoMode(); break; case 1: // ручной режим Serial.println("Manual Mode"); manualMode1(); break; case 2: // ручной режим Serial.println("Manual Mode"); manualMode2(); break; case 3: // ручной режим Serial.println("Manual Mode"); manualMode3(); break; case 4: // полуавтоматический режим Serial.println("Semi Auto Mode Electro"); semiAutoMode4(); break; case 5: // полуавтоматический режим Serial.println("Semi Auto Mode Diesel"); semiAutoMode5(); break; } del = LONG_CYCLE; // устанавливаем счетчик большого цикла while (del > 0) { Serial.print("Start short cycle #"); Serial.println(del); // отображение номера малого цикла mDelay(SHORT_CYCLE); // сбор данных с датчиков Serial.println("Getting temperature and himidity"); getSensors(); del--; // декремент счетчика в большом цикле } }

Как я упоминал выше, в метеомодуле предусмотрено три режима работы:

автоматический
полуавтоматический
ручной

В автоматическом режиме метеомодуль по встроенным часам реального времени выбирает какой котел включить в то или иное время. В часы льготного тарифа на электроэнергию запускается электрокотел.

В первоначальном варианте системы предусматривалась возможность работы электрокотла так же в дневной период, чтобы сэкономить солярку. В этом варианте метеомодуль отслеживал продолжительность работы электрокотла днем. Если в течение часа не удавалось достичь заданной температуры в доме, то электрокотел отключался и после паузы на выбег, в работу включался солярный котел.

По опыту первой зимы такой вариант был убран. Причина заключалась в недостаточной мощности электрокотла, который не мог в относительно сильные морозы (ниже -10 градусов) обеспечить достижение заданной комфортной температуры. Поэтому было решено днем в автоматическом режиме однозначно запускать солярный котел.

Полуавтоматический режим подразумевает жесткий выбор того или иного котла с поддержанием автоматической регулировки его работы по датчикам температуры метеомодуля. Этот режим оказался полезным в нескольких случаях. Во-первых, при выходе одного котла из строя принудительно задается работа другого котла вне зависимости от времени суток. Во-вторых, в слабые морозы и оттепели можно круглосуточно включать в работу электрокотел, или, наоборот, в очень сильные морозы запускать только солярный котел.

Ручной режим я практически не использую. Он подразумевает не только выбор конкретного котла для работы, но и передачу управления им штатному выносному блоку. Другими словами, котел будет управляться заданными температурными параметрами на этом блоке. Метеомодуль в таком режиме продолжает работать только как станция мониторинга температуры и влажности.

В своем запросе к серверу метеомодуль передает пакет данных, который включает информацию о текущем состоянии котлов (какой котел выбран, работает или нет), текущее локальное время метеомодуля, продолжительность работы котлов в предшествующий пятиминутный период, текущую температуру и влажность внутри и снаружи дома. Так же в запрос включен идентификатор метеомодуля. В моем случае это излишне, но привычка проектировать под масштабирование дала о себе знать.

После отправки запроса метеомодуль ожидает ответ сервера в течение 20 секунд. Полученный ответ парсится с помощью регулярных выражений. В ответе сервера присутствует четыре параметра:

пороговое значение температуры внутри дома
пороговое значение температуры снаружи дома
заданный режим работы
время первоначальной установки для часов реального времени модуля

В текущей версии пороговое значение наружной температуры не используется. Эта возможность была предусмотрена для реализации выбора шаблонов отопления, в зависимости от температуры «за бортом». Возможно, эту функцию когда-нибудь реализую.

Последний параметр требуется довольно редко. Я его задавал лишь дважды. При первоначальном запуске модуля и после замены батарейки в модуле часов реального времени. Если временные установки не требуют изменения, то этот параметр равен нулю.

После разбора ответа от сервера, обнуляются текущие счетчики времени работы котлов. Ведь предыдущее значение уже было отправлено на сервер. При сбросе учитывается время паузы на ожидание ответа от сервера.

Надо заметить, что передаваемое время работы котла имеет оценочное значение. По этому параметру нельзя судит, скажем, о потребленной электроэнергии. Это связано с особенностями работы котлов отопления. Например, при достижении температуры в котле 80 градусов происходит его выключение, но продолжает работать циркулярный насос. При снижении температуры теплоносителя до 60 градусов, котел снова включается в работу. Метеомодуль лишь измеряет суммарное время, которое потребовалось котлу для достижения температурного порога внутри дома.

После достижения заданной температуры котел отключается, а метеомодуль продолжает с периодичностью 30 секунд считывать температурные показатели. При снижении температуры более чем на 0,5 градуса, котел отопления вновь включается в работу. Такая величина гистерезиса была подобрана опытным путем, с учетом инерционности работы системы отопления.

Для визуальной индикации работоспособности метеомодуля в подпрограмму задержки между циклами измерения температуры, добавлено мигание встроенным светодиодом.

Хочу отметить, что выбор режима работы котла происходит в конце пятиминутного периода. При первоначальном включении модуля или при его перезагрузке по умолчанию устанавливается автоматический режим.

Реализация

Для воплощения идеи я использовал то, что оказалось под рукой. Было решено построить метеомодуль с применением модулей Arduino. В качестве процессорной платы была взята Mega 2560, оставшаяся от предыдущих экспериментов. Эта плата заведомо избыточна для данной задачи, но она была в наличии. К тому же к ней был шилд макетирования, на котором разместились почти все остальные модули. Это часы реального времени DS3231 и WiFi-модуль ESP8266(01). Был куплен блок коммутации с двумя реле для раздельного управления электрическим и солярным котлами.

В качестве источника питания использован имевшийся компьютерный блок питания. Как известно, в таком блоке достаточно широкий выбор вторичного питающего напряжения. Там есть +5В и, что особенно важно при работе с WiFi-модулем ESP8266, +3,3В. К тому же эти блоки очень надежны, принимая во внимание непрерывный характер работы метеомодуля.

На рисунке представлена схема коммутации плат. Принципиальная схема не рисовалась в виду ее очевидности. На рисунке есть RGB-светодиод для визуальной индикации режимов работы метеомодуля. Зеленый цвет показывает, что котлы выключены, красный означает работу солярного котла, голубой – электрического. У меня под рукой не оказалось резисторов на 220 Ом, поэтому RGB-светодиод был подключен напрямую к выходам платы, без токоограничивающих резисторов. Каюсь, был не прав, но шел на риск осознанно. Ток потребления каждого вывода светодиода составляет всего 20 мА, выход платы позволяет подключать до 40 мА. За три года эксплуатации пока проблем не было.

В качестве датчиков температуры были использованы DHT21 (AM2301). Первоначально для измерения температуры внутри дома использовал датчик DHT11, но у него очень плохая точность измерения и, по невыясненной причине, библиотека DTH.h некорректно работала при использовании в схеме двух разных типов датчиков. Но так как замена DHT11 в силу его чрезмерной погрешности была очевидна, то я не стал разбираться с проблемой библиотеки.

Цифры в квадратиках означают номера проводов, подключающие внешние устройства к основной плате.

Вся схема была собрана в навесном металлическом щитке, используемом для монтажа электропроводки. Выбор такого корпуса так же был связан с тем, что имелось под рукой.

Но тут меня ожидал вполне предсказуемый сюрприз. При полностью закрытой дверце корпус щитка экранировал WiFi сигнал. Пришлось дверцу оставлять приоткрытой, так как не было желания искать другой подходящий корпус и все заново перемонтировать. Вот и живу уже три года с приоткрытой дверцей.

Сервер управления

Вебсервер, используемый для мониторинга и управления написан на чистом PHP и имеет адаптивную верстку. Первоначально была задумка написать приложение для Андроид, но от этой идеи отказался, так как все равно сервер был бы необходим.

После авторизации становятся доступны несколько страниц с информацией. Это текущее состояние системы по последнему полученному запросу от метеомодуля, таблица значений в текущем часе и графическое представление сводной информации за произвольный период времени. Так же есть страница с выбором настроек для управления метеомодулем.

На момент написания статьи метеомодуль был уже отключен, ведь отопительный сезон завершился. Поэтому все параметры на главной странице сайта актуальны на момент выключения. Внимательный читатель заметит, что это было 2 мая.

В качестве примера графиков приведены значения на 25 января 2018 года. Гистограммы показывают время работы котлов.

Страница установки параметров

Как я уже упоминал, это решение для мониторинга и управления системой отопления частного дома уже отработало три отопительных сезона. За это время было всего два зависания, вызванных долговременным пропаданием канала к Интернет. Причем зависал не весь метеомодуль, а только WiFi-модуль ESP8266.

В целом, функционал системы меня полностью устраивает, но учитывая явную избыточность примененной платформы, подумываю о его расширении.

Создание отопления в собственном доме подразумевает в качестве его обязательного элемента использование автоматики. Не будете же вы постоянно сидеть в котельной и контролировать в ручном режиме работу котла и прочие рабочие параметры самой системы. Да и комфортные условия в доме лучше обеспечить не открытыми форточками, хотя проветривание в комнатах никто и не отменял, а установлением желаемой температуры. Вот эти задачи и выполняет автоматика систем отопления.

Составляющие системы управления отоплением

Что надо автоматизировать?

Рассматривая, как осуществляется обогрев дома, необходимо отметить, что работа автоматики системы отопления должна охватывать как минимум такие ее компоненты:

работу нагревательного котла;
обеспечение для проживания комфортных условий;
экономию топлива и эксплуатацию оборудования в щадящем режиме.

Как правило, выбирая котел отопления, мы уже частично определяем какой будет автоматизация отопления. Дело в том, что производители качественного подобного оборудования предусматривают в конструкции блок управления отоплением.

В его задачу входит создание безопасного режима работы котла, для чего используются дополнительные датчики. Как правило, подобный контроллер системы отопления следит за безопасностью и обеспечивает:

защиту от перегрева теплоносителя;
защиту от повышения и понижения давления в системе;
контроль наполнения котла водой;
контроль давления газа в магистрали (при газовом отоплении);
контроль давления отводящих газов.

Часть этих функций может быть установлена по желанию заказчика (опционально), но автоматическое управление отоплением, во всяком случае, работой котла, при таком подходе будет полным.

Управление работой современного котла осуществляется с помощь специальной панели

Об автоматическом управлении отопительной системой

Когда рассматривается автоматизация систем отопления, следует иметь в виду, что управление обогревом может осуществлять по температуре:

теплоносителя;
воздуха в доме;
наружного воздуха, погодозависимое.

Системы регулирования, построенные на контроле температуры теплоносителя, работают независимо от текущих условий. Следствием этого будет высокая инерционность всего процесса, низкая эффективность и неэкономичность. Лучшие результаты показывает автоматическая система отопления, работающая на поддержание установленной температуры в доме.

Элементы системы погодозависимого управления отоплением

Наиболее прогрессивным и эффективным считается погодозависимое регулирование, поскольку оперативно позволяет реагировать на изменение окружающих условий. Однако и обычные средства, осуществляющие контроль и управление системой отопления, способны обеспечить достаточно эффективную ее работу.

Как это осуществляется

Здесь надо отметить, что автоматика для отопления частного дома может быть построена с использованием самых разных приборов, работающих как автономно, так и под управлением централизованных систем.

Управление с помощью котла отопления

При таком подходе все управление отоплением сводится к установке температуры теплоносителя на котле. В этом случае начинает работать встроенная в него автоматика, для отопления, работающего подобным образом, контроля на котле вполне достаточно. Он будет поддерживать необходимую температуру теплоносителя независимо от ее значения в помещениях.

Подробнее в статье — автоматика для котла отопления.

Термостатический вентиль

Пожалуй, это самый простой автоматический регулятор температуры отопления. Он ставится на каждый радиатор, и на нем (на его головке) можно установить нужное ее значение. В тех случаях, когда становится слишком жарко, срабатывает регулятор и перекрывает поступление теплоносителя в батарею. При падении температуры ниже заданного значения, вентиль открывается, и вода начинает поступать в радиатор, обогревая помещение.

Термостатический вентиль

Такая автоматизация отопления частного дома работает без привязки к температуре теплоносителя, фактически являясь универсальной и независящей от типа используемого котла (газовый, твердотопливный, жидкостной и т. д.).

В этом случае в помещении устанавливается специальный регулятор температуры – по сути дела, контроллер отопления.Он изменяет нагрев теплоносителя (включая или выключая горелки, регулируя подачу воды и т.д.), обеспечивая нужный режим.

Комнатный регулятор температуры

Фактически в этом случае управление получается полностью электронное, отопление дома работает по командам из специального центра и может реализовать любой заданный режим работы. Если оснастить подобную структуру контроля и регулирования блоками дистанционной связи, модулем GSM, то будет сформирован автоматизированный узел управления системой отопления с возможностью удаленного доступа.

Комбинированный вариант управления

Стоит отметить, что совместная работа регулятора и термостатического вентиля создает для работы системы оптимальные условия. Контроллер управления отоплением обеспечит экономное расходование топлива и контроль температуры воздуха, а вентиль позволит в каждом помещении поддерживать нужный режим.

Для создания оптимальных параметров работы системы отопления она нуждается в средствах автоматики, которые не только поддерживают комфортные условия, но и обеспечивают существенную экономию затрат на обогрев дома.