1

Тема: Датчики и исполнительные модули

Доброго времени суток.

Давно смотрю на фридуино и никак не могу для себя спроектировать небольшой проект умного дома.
Я давно уже не радиолюбитель, к сожалению, а может быть и к счастью, но ещё некоторые знания в этой области остались. В своё время выучился на программиста...
Проблема заключается в сопряжении всевозможных датчиков с фридуино. Речь идёт о датчиках измеряющие всевозможные физические величины.

Датчик может располагаться от фридуино на значительном удалении (до 20 м.). Следовательно нужен некий девайс усиливающий сигнал от датчика и приведении его выходных параметров к диапазону 0..5 В. Простым усилением и преобразованием думаю не обойтись. Расстояние от фридуино до датчика слишком велико, будут наводиться всевозможные помехи и даже экранированием сигнального кабеля трудно решить проблему. Недавно случайно наткнулся на интересный девайс http://chipdip.ru/product0/9784.aspx. Вот ещё мануал на буржуйском девайса.  Данный девайс генерирует ШИМ сигнал и позволяет подключить к себе различные датчики. С помощью регуляторов на устройстве происходит калибровка к заданным параметрам и усиление сигнала. Сигнал с данного девайса должен потом пройти через ФНЧ для преобразования импульсов в постоянную составляющую и далее податься на аналоговый вход фридуино.

С исполнительными устройствами более-менее понятно. Есть готовые модули от чип и дипа и от мастеркита, а вот таких готовых модулей нет нашего производства. Чип и дип вроде больше не сотрудничает с Velleman'ом, поэтому готовое решение купить трудновато. Разработка, сборка и отладка не для меня. Не хватает знаний.

Хотелось бы видеть предложение подобного модуля с вашей стороны. Именно универсального законченного модуля или в виде кита. Пускай с кропотливой настройкой, но зато возможного в работе с многими датчиками...

Или может быть ещё какие есть варианты решения проблемы удалённости датчиков и потребность в сопряжении датчиков различных типов с различными характеристиками. Есть конечно контроллеры и датчики промышленного назначения немного работающие по другому и выполнение в виде готовых блоков с максимальной защищённостью по всем параметрам, но по цене выходит дороговато...

2

Re: Датчики и исполнительные модули

А в сторону беспроводной связи не смотрели? Если строить систему умного дома, то необходимо огромное кол-во датчиков, множество выключателей, таймеров. Если при планировке дома никакой дополнительной проводки не делалось, то тянуть провода от всего этого будет довольно проблематично.

вот по теме умного дома интересный проэктик на атмеге http://radiokot.ru/circuit/digital/automat/14/

3

Re: Датчики и исполнительные модули

Gewisser, если можно поконкретнее, что за датчики? По каким протоколам работают? Ориентировочное количество датчиков?
Насколько я понимаю, Вы хотели бы приобретать готовые модули и строить из них систему управления умным домом?

FIRSTQWERT, проект с беспроводными модулями интересен, но на мой взгляд дороговат :(

С уважением,
Андрей

4

Re: Датчики и исполнительные модули

http://www.pobot.ru/

Рекомендую смотреть в сторону X10
http://www.smarthome.ru/automation.html

Есть хорошая книга Гололобова “Умный дом своими руками”

на базе mega32
http://www.radiokot.ru/circuit/digital/automat/14/

интересная железка
http://www.shturman.net/

5

Re: Датчики и исполнительные модули

А в сторону беспроводной связи не смотрели? Если строить систему умного дома, то необходимо огромное кол-во датчиков, множество выключателей, таймеров. Если при планировке дома никакой дополнительной проводки не делалось, то тянуть провода от всего этого будет довольно проблематично.

Да, беспроводная связь рассматривалась. Но рассматривалась и сравнивалась с проводной со стороны влияния помех.
Тянуть в моём случае не проблематично. Планировка и устройство дома сделана так что в любой момент можно быстро кинуть дополнительные кабеля.

Gewisser, если можно поконкретнее, что за датчики? По каким протоколам работают? Ориентировочное количество датчиков?
Насколько я понимаю, Вы хотели бы приобретать готовые модули и строить из них систему управления умным домом?

Пока что датчики температуры:
2 размещённые в самой холодной и в самой тёплой комнате с диапазоном измерения температур 0..+40 градусов.
2 размещённые в 2 кольцах циркулирующей горячей воды с диапазоном 0..+120 градусов.
1 размещённый на улице с диапазоном измерения -40..+40 градусов.

Система отопления средней сложности. 3 кольца с циркуляцией горячей воды: 1 кольцо нагрева горячей воды,  другие 2 кольца связаны и поток воды переключается 3-х ходовым краном с сервоприводом на малый круг циркуляции и на большой. Большой круг - нагрев дома... Всю систему отопления думаю нет смысла рассказывать тут :). Она есть и работает, правда пока что в полуавтоматическом режиме и это порядком надоело.

Фридуино будет использоваться только в качестве связи датчики - персональный компьютер. Вся логика работы системы, красивый интерфейс, логирование, построение графиков,  управление отоплением через службы доставки быстрых сообщений под типа ICQ или сопряжение GSM модема и компа - всё посредством только ПК.

Персональный компьютер - ноутбук, стоящий в центре дома. Дом большой. Максимум расстояние от фридуины до датчика может быть 20 м.

Краем уха слыхал про датчики с HART протоколом которые могут быть удалены от специального модема на расстоянии 3000 м. Всё это оборудование для промышленного использования и я думаю не дешевое.

http://www.pobot.ru/

Рекомендую смотреть в сторону X10
http://www.smarthome.ru/automation.html

Есть хорошая книга Гололобова “Умный дом своими руками”

на базе mega32
http://www.radiokot.ru/circuit/digital/automat/14/

интересная железка
http://www.shturman.net/

Спасибо за ссылки :). на http://www.pobot.ru/ нашел проект "Цепляем цифровой датчик температуры к Ар" Вопрос встал опять в растоянии между датчиком и фридуиной.

X10 в моей сети не будет работать это уже проверено да и по цене шкурка выделки не стоит.

6

Re: Датчики и исполнительные модули

Gewisser пишет:

Пока что датчики температуры:
2 размещённые в самой холодной и в самой тёплой комнате с диапазоном измерения температур 0..+40 градусов.
2 размещённые в 2 кольцах циркулирующей горячей воды с диапазоном 0..+120 градусов.
1 размещённый на улице с диапазоном измерения -40..+40 градусов.

Система отопления средней сложности. 3 кольца с циркуляцией горячей воды: 1 кольцо нагрева горячей воды,  другие 2 кольца связаны и поток воды переключается 3-х ходовым краном с сервоприводом на малый круг циркуляции и на большой. Большой круг - нагрев дома... Всю систему отопления думаю нет смысла рассказывать тут :). Она есть и работает, правда пока что в полуавтоматическом режиме и это порядком надоело.

Фридуино будет использоваться только в качестве связи датчики - персональный компьютер. Вся логика работы системы, красивый интерфейс, логирование, построение графиков,  управление отоплением через службы доставки быстрых сообщений под типа ICQ или сопряжение GSM модема и компа - всё посредством только ПК.

Персональный компьютер - ноутбук, стоящий в центре дома. Дом большой. Максимум расстояние от фридуины до датчика может быть 20 м.

Краем уха слыхал про датчики с HART протоколом которые могут быть удалены от специального модема на расстоянии 3000 м. Всё это оборудование для промышленного использования и я думаю не дешевое.

А зачем датчики в кольцах циркулирующей воды?
Планируются ли какие-либо исполнительные устройства?
Можете написать логику работы предполагаемого устройства?
Я бы еще оснастил устройство ЖК-дисплеем и кнопками. Управление с компьютера это хорошо, но он может понадобиться и для других целей или быть по каким-либо причинам недоступен.
В качестве комнатных и уличных датчиков можно попробовать Dallas-совские DS1820, DS18B20, DS18S20. Возможно будут работать и на 20 метрах.

С уважением,
Андрей

7

Re: Датчики и исполнительные модули

А зачем датчики в кольцах циркулирующей воды?
Планируются ли какие-либо исполнительные устройства?
Можете написать логику работы предполагаемого устройства?

Стоит газовый котёл с водогрейкой и резервный электрический. Газовый котёл оснащён оборудованием как механическим, так и электромеханическим. Можно управлять розжигом и пламенем горелок. Электрический имеет 3 тэна по 3 КВт каждый. Каждый тен подключён к разной фазе.

Оба котла имеют последовательное соединения, т.е вода проходит через оба котла и нагрев может осуществляться 1 из котлов либо обоими одновременно. Оба котла соединены в кольцо, в которое врезан циркуляционный насос и 3-х ходовой кран с электроприводом. 3-х ходовой кран переключает циркуляцию воды с большого кольца (система отопления дома) на малое кольцо. Циркуляция воды в малом кольце необходима для нагрева воды через водогрейку встроенную в газовый котёл. В свою очередь нагрев воды проходит через водогрейку газового котла, дополнительный бойлер и пару батарей в ванной. Это кольцо так же имеет циркуляционный насос и автоматическую подпитку воды из водопровода.
Как только температура в доме нагревается, происходит переключение 3-х ходового крана с большого круга циркуляции воды, на малый. Т.е. Греется либо дом + вода, либо просто вода.

Сейчас стоит 1 датчик на программируемом микроконтроллере измеряющий температуру воздуха и переключающий 3-х ходовой кран. и механический датчик температуры в малом/большом кольце предотвращающий нагрев воды свыше 80 градусов если вода циркулирует в малом кольце и с выше 60 градусов, если вода циркулирует в большом кольце. Как захотел помыться и нагрет воду до нужной температуры, бежишь в котельную, отвёрткой крутишь датчик чтобы выше 80 не нагревал, добавляешь по больше газу и бежишь к контроллеру выключать на нагрев воды. (на малый круг циркуляции). через мин 30 вода будет готова. После мытья всё делаешь в обратной последовательности.

Задумка такова:

1. Измерение температуры в кольце горячей воды для нужд. (необходима для извещения о готовности воды до нужной кондиции и выключении циркуляционного насоса в этом замкнутой системе для сохранения нагретой воды. Для чего это будет сказано ниже)

2.  Механический датчик должен быть заменён на любой другой иначе этот просто задолбал при выключении искрить между контактами и наводить помехи на всё эфирное радио и телевидение. Информация о температуре в малом и большом кольце должна приходить на комп и там в зависимости от выбранного нагревательного оборудования будет переключение либо всеми тэнами электро котла при достижении температуры либо выставление подачи газа в газовом котле.

3. Система нагрева воды в зимней период будет проходить поэтапно: когда греется вода в бойлере газовым котлом, или электрическим дом начинает остывать. Чем ниже температура на улице, тем дольше нагрев воды до кондиции чтобы помыться и тем быстрее выстывает дом. Компьютер должен следить за температурой дома. В случае если температура дома во время нагрева упала ниже заданной, то нужно выключить циркуляционный насос нагрева воды петли которая проходит через водогрейку газового котла и переключить 3-х ходовой кран на большую петлю, т.е. на нагрев дома. Та температу ра что была в малом кольце примерно градусов 80 начнёт смешиваться с водой что в отопительной системе и батареи станут быстро горячими. В это время, поскольку циркуляционный насос кольца нагрева воды для мытья выключен, вода останется в бойлере с такой же температурой. В противном случае если насос не выключать и переключить на большое кольцо циркуляции воды, холодная вода что была в трубах и батарея дома смешавшись с горячей начнёт охлаждать воду для мытья.
Прогрев дома по опытным данным идёт где-то мин 5. Далее опять нужно в автоматическом режиме переключить 3-х ходовой кран на малый круг циркуляции, подождать пока в этом круге вода не нагреется да 80 градусов и включить циркуляционный насос для продолжения нагрева воды для мытья...

Датчик на улице необходим для определения мощности/интенсивности включения нагрева. Если работает электрокотёл, то выбрать сколько тэнов включить в работу, если газовый котёл то определиться в интенсивностью пламени и количества работающих горелок. Если весной хватает и одной пары горелок, то холодной зимой без 3-х пар горелок не обойдёшься.

Вот такая логика.

На счёт компа который может понадобиться, то тут специальный комп, который будет только работать на отопление, ну и там в дальнейшем на охрану территории дома. Круглосуточно работающий с автономным бесперебойным источником питания.
Должен быть красивый интерфейс и лёгкое управление. чтобы помыться нужно было нажать 1 кнопку, например, "Хочу вымыться", при этом рассчиталось приблизительное время до окончания нагрева и известило голосом при завершении процесса, либо прислала смс.
С программной точки зрения для меня это сделать как 2 пальца :) 6 лет стажа программерства. А вот с технической точки построения этого всего загвоздка. Могу только использовать готовые блоки и модули.

8

Re: Датчики и исполнительные модули

Вобщем система довольно мощная получается.
Есть несколько вариантов решения:
1. Приобрести свободно программируемый промышленный контроллер и промышленные датчики. Будет довольно надежно, но дорого.
2. Приобрести готовый модуль типа Мастеркитовского BM8036 http://www.masterkit.ru/main/set.php?code_id=200392. У него своя программа управления, по всей видимости далека от совершенства и без всяких красивостей.
3. Пробовать сделать свое устройство управления на базе Freeduino. Здесь основная сложность это конечно в написании программы. Ну и модули надо где-то изготавливать...

Что касается непосредственно Вашей системы отопления, у Вас случайно нет принципиальной схемы Вашей системы отопления (тепломеханической)?
Как включаются тэны, насосы и прочее оборудование? Через пускатели?

Хотелось бы услышать мнение администрации форума, готовы ли они оказать содействие в разработке и изготовлении дополнительных модулей? Конечно же с учетом того что они будут универсальные.

С уважением,
Андрей

9 (2009-11-17 18:53:41 отредактировано Gewisser)

Re: Датчики и исполнительные модули

Да, промышленное оборудование существует в виде разнообразных модулей и блоков в большом количестве с разными характеристиками. Всю мою задумку можно собрать в счёт, только отстёгивай...

BM8036 с фридуиной и рядом не стоит. BM8036 исключается сразу.

При этой схеме во фридуину всеравно придётся заливать часть логики работы системы отопления и включать на случай если компьютер придётся отключить по каким либо причинам. Хотя таких причин не должно быть. С программной точки зрения как я уже говорил никаких проблем нет. Пишу на чём угодно и для чего угодно. Осталось только решить проблему разноса датчиков на достаточно большом расстоянии от фридуины и проблему помехозащищённости линии.

Принципиальной схемы отопления нет.
Тэны в данный момент включаются пускателями. пускатели тумблерами. Насосы включены сейчас всегда.
Насосы, трёхходовой кран и пускатели будут в дальнейшем включаться готовыми модулями от мастеркита по типа такого. Вобщем всё что проходит по току для контактов реле.

Фридуина без дополнительных модулей останется очень интересной игрушкой в которую поиграешься один раз и оставишь в покое, а для чего-то дельного от безисходности будешь смотреть в сторону промышленного оборудования. Конечно кто хорошо знаком с радиоэлектроникой смогут выйти из положения и разработать то что я предложил в первом посте, но я всё же за то что бы купить готовые блоки или модули и не важно какой сложности в настройке, главное достижение задуманного конечного результата по умеренной цене и короткие сроки.

10

Re: Датчики и исполнительные модули

Да, промышленное оборудование существует в виде разнообразных модулей и блоков в большом количестве с разными характеристиками. Всю мою задумку можно собрать в счёт, только отстёгивай...

Согласен! Не наш метод :)

BM8036 с фридуиной и рядом не стоит. BM8036 исключается сразу.

Здесь Вы не правы. BM8036 построен на базе ATMega32, плюс добавлены силовые модули. А вот гибкости конечно нет никакой.

Фридуина без дополнительных модулей останется очень интересной игрушкой в которую поиграешься один раз и оставишь в покое, а для чего-то дельного от безисходности будешь смотреть в сторону промышленного оборудования.

Без дополнительных модулей на Фридуине конечно ничего не построить. Я думаю назначение Фридуино это прежде всего изучение принципов работы микроконтроллеров. Но в то же время никто не мешает разрабатывать к ней всевозможную периферию, что собственно и происходит за рубежом. Жаль только немногие модули можно достать в России.
Давайте совместными усилиями склонять администрацию форума и разработчиков/производителей Фридуино восполнить этот досадный пробел :)

Я уже писал администрации в личку свои идеи по разработке дополнительных модулей. Если посетителям форума это интересно, могу вынести свои идеи (и наработки) на общее обсуждение.

С уважением,
Андрей

11

Re: Датчики и исполнительные модули

To Gewisser: Насчет датчиков температуры DS18x20 по 1-wire на pobot.ru все должно быть нормально написано - для Arduino это типовая задача, и на офф. сайте тоже все описано и библиотека есть: http://www.arduino.cc/playground/Learning/OneWire.
Сам я пробовал на проводе метров в 15 и на паре датчиков - работает, но вообще, для стабильной работы на длинных проводах и с большим числом устройств рекомендуют использовать драйвер шины, например DS2480B.
Ув. Anwi уже писал нам на e-mail свои весьма интересные предложения различных довесков к Freeduino, частично пересекающиеся с нашими планами, там как раз было предложение насчет модуля для шины 1-wire. Будем работать.

To Anwi: Нас склонять не надо - мы сами склонны к общению и новым железкам :). Просто не все успеваем. Сейчас запускаем Motor Shield, Prototyping board. Как эти железки получаются, сразу беремся за XBee и начинаем выдумывать свои модули - в первую очередь 1-Wire.
Еще была мысль силовой модуль выдумать - с опторазвязкой и какими-нибудь симисторами. Либо даже под симисторы оставить клемники, все-таки мощности бывают сильно разные.
Чтобы конечному человеку было проще соорудить нечто ароде такого: http://arduino-ru.blogspot.com/2009/02/220.html (автор, кстати тоже участник форума)
Тут тоже немного надо подумать, а то лично мне сразу захотелось фазового управления.

12

Re: Датчики и исполнительные модули

To Admin Прошу прощения за склонение, надеюсь Вы не обиделись.
Драйвер шины оказывается достаточно дорогой :(
Уточню, я предлагал модуль 1-Wire + 2-Wire. Я даже прототип на макетке сделал :)
Желающие посмотреть могут перейти по ссылке из моего профиля.

Силовой модуль вот такой попался: http://www.futurlec.com.au/Mini_Relay.jsp Релюшки там слабоватые...
Под симисторы пожалуй лучше клеммники, а сами симисторы и радиаторы подбирать исходя из нагрузки.

С уважением,
Андрей

13

Re: Датчики и исполнительные модули

Admin, спасибо за наводку. Ознакомился с 1-wire, устройствами поддерживающими эту технологию и библиотекой для Arduino. Буду прорабатывать этот вариант. Раз на 15 метрах работает, то думаю с экранированным кабелем и не более 2-х устройств на линии заработает точно и на 20 метрах.

Anwi, Ознакомился с Вашими проектами на сайте. Немного не догнал как будет работать модуль 2-Wire & 1-Wire. Если можно расскажите в крации.

Насчёт готовых исполнительных модулей, то в будущем приобрёл бы законченный блок(и) бесконтактной коммутации нагрузки ~220 В. мощностью до 5 КВт.

14

Re: Датчики и исполнительные модули

Gewisser, модуль 2-Wire & 1-Wire разрабатывался немного для других целей. На нем имеется микросхема часов реального времени с календарем DS1307, которая подключается к контроллеру по I2C (он же TWI или 2-Wire). Микросхема EEPROM тоже подключается по I2C. Еще установлена панелька для подключения датчиков температуры 1-wire.
Работает модуль очень просто: имеем часы с поддержкой их хода от батарейки при пропадании основного питания, к разъему 1-Wire подключаем датчики температуры, в EEPROM можем заносить результаты измерений либо другие данные.
Далее планируется разработать модуль индикации (2 варианта: ЖК и 7-сегментные индикаторы) и силовой модуль.

Я планирую сделать для себя устройство: часы с двумя термометрами, будильниками и возможностью управления другими устройствами по заданному расписанию. Потом попробую сделать удаленный контроль через интернет с помощью модуля Ethernet и сделать простенькую охранную сигнализацию.

С уважением,
Андрей