ShIoTiny: Belüftung feuchter Räume (Beispielprojekt)

Wichtige Punkte oder worum es in diesem Artikel geht

Wir setzen die Artikelreihe über ShIoTiny — einen visuell programmierbaren Controller auf Basis des Chips ESP8266.

In diesem Artikel wird anhand des Beispiels eines Steuerungssystems für die Belüftung in einem Badezimmer oder einem anderen feuchten Raum erklärt, wie das Programm für ShIoTiny.

Die vorherigen Artikel der Reihe.

ShIoTiny: kleine Automatisierung, Internet der Dinge oder „sechs Monate vor dem Urlaub“
ShIoTiny: Knoten, Verbindungen und Ereignisse oder Besonderheiten beim Zeichnen von Programmen

Links

Binäre Firmware, Schaltplan des Controllers und Dokumentation
Anleitung und Beschreibung der Knoten
Einrichtung des MQTT-Brokers cloudmqtt.com
MQTT-Dashboard für Android

Einführung

Verständnis entsteht nur durch Erfahrung. Diese Wahrheit wurde über die Zeit und Generationen hinweg bestätigt. Daher gibt es nichts Besseres, um praktische Fähigkeiten zu erlernen, als selbst zu versuchen, etwas zu erstellen. Beispiele, die zeigen, was man tun kann und was man besser vermeiden sollte, sind hier äußerst hilfreich. Die Fehler anderer werden natürlich nicht verhindern, dass man selbst Fehler macht, können jedoch helfen, die Anzahl der eigenen Fehler zu verringern.

Fragen und Schreiben von Lesern früherer Artikel haben mich dazu angeregt, ein kleines Beispielprojekt zur Steuerung der Belüftung zu erstellen, um zu zeigen, wie die ShIoTiny-Komponenten funktionieren.

Die ursprüngliche Idee, auf deren Basis der Controller entstand, ShIoTiny – eine Pumpen- und Bewässerungsstation – ist nicht für jeden geeignet und wird auch nicht für jeden von Interesse sein. Daher habe ich ein für viele verständliches und nützliches Belüftungssystem als Beispiel gewählt.

Ich muss sagen, dass die Idee des Projekts nicht von mir stammt, sondern ich sie von hier habe und dann anpasste an ShIoTiny.

Zuerst solltest du verstehen, was du willst.

Der Prozess der Verbesserung ist unendlich. Und genau diese Eigenschaft hat viele gute Ideen und Projekte zunichtegemacht. Der Entwickler hat, anstatt ein vielleicht nicht perfektes, aber funktionierendes Produkt herauszubringen, weiter daran gearbeitet. Und er hat so lange verbessert, bis die Konkurrenten ihn überholt haben, indem sie zwar kein perfektes (oft sogar grob unzureichendes), aber funktionierendes Produkt veröffentlichten.

Deshalb ist es sehr wichtig zu wissen, wo man im Projekt einen Punkt setzen sollte. Mit anderen Worten, wir müssen klären, was wir am Ende des Projekts erreichen wollen, basierend auf dem, was wir zu Beginn haben. Im Deutschen gibt es ein treffendes und prägnantes Wort für ein Dokument, das den Weg zur Erstellung von etwas beschreibt: «Plan». Leider verwenden übersetzende Manager und unzureichend informierte Fachkräfte heutzutage häufig den Begriff «Fahrplan».

Unser Plan sieht folgendermaßen aus: Stellen wir uns einen Raum vor, in dem die Luftfeuchtigkeit gelegentlich stark ansteigen kann. Zum Beispiel ein Badezimmer oder eine Küche. Hohe Luftfeuchtigkeit ist unangenehm, und das älteste Mittel, um damit umzugehen, ist Lüften. Es gibt viele Möglichkeiten zum Lüften. Doch wir werden auf exotische und altmodische Methoden verzichten, wie etwa auf Bedienungen mit Fächern, und uns mit einem einfachen Ventilator begnügen. Ventilatoren sind günstiger und zudem bei uns leichter zu finden.

Kurz gesagt, wir möchten den Ventilator steuern: ihn ein- und entsprechend wieder auszuschalten. Genauer gesagt, wir wollen, dass er sich selbst dann ein- und ausschaltet, wenn es nötig ist.

Es bleibt zu klären: Unter welchen Bedingungen sollte der Ventilator eingeschaltet werden und unter welchen Umständen abgeschaltet werden?

Hier ist alles offensichtlich: Wenn die Luftfeuchtigkeit einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird der Ventilator eingeschaltet, um die Luft abzusaugen; sinkt die Luftfeuchtigkeit wieder auf normal, schaltet sich der Ventilator aus.

Der aufmerksame Leser wird sofort das Wort „vorgegebene“ bemerken. Von wem vorgegeben? Wie vorgegeben?

Die Schwellenfeuchtigkeit kann auf verschiedene Arten festgelegt werden. Wir werden zwei davon betrachten: die erste über einen variablen Widerstand und die zweite über das Netzwerk mithilfe des MQTT-Protokolls. Jede dieser Methoden hat ihre Vor- und Nachteile, die wir weiter unten besprechen werden.

Für diejenigen, die es nicht verstanden haben, möchte ich klarstellen, dass „Schwellenfeuchtigkeit“ der Feuchtigkeitswert ist, bei dem der Ventilator eingeschaltet werden muss, wenn er überschritten wird.

Die nächste Frage lautet: Soll der Benutzer die Möglichkeit haben, den Ventilator direkt einzuschalten? Das heißt, unabhängig von der Luftfeuchtigkeit, auf Knopfdruck? Diese Möglichkeit werden wir bieten. Schließlich kann der Ventilator nicht nur bei erhöhter Luftfeuchtigkeit, sondern auch zur Entfernung unerwünschter Gerüche, die umgangssprachlich als "Gestank" bezeichnet werden, benötigt werden.

Also, wir wissen, was wir wollen und haben auch eine Vorstellung davon, wie es funktionieren wird. Lassen Sie uns kurz alle Funktionen unseres Lüftungsmanagementsystems auflisten:

• Festlegung des Schwellenwerts für die Luftfeuchtigkeit (zwei Optionen);
• Messung des Luftfeuchtigkeitsniveaus;
• Automatisches Einschalten des Ventilators;
• Automatisches Ausschalten des Ventilators;
• Manuelles Einschalten des Ventilators (auf Knopfdruck).

Der Plan ist klar. Alle oben genannten Funktionen müssen in unser Programm integriert werden. Auf Basis dieses „Plans“ werden wir vorgehen. Lassen Sie uns zunächst das Strukturdiagramm des Geräts skizzieren.

Strukturdiagramm des Geräts

Im Allgemeinen werden wir zwei solcher Schaltungen haben. Die erste für die Variante, bei der der Schwellenwert für die Luftfeuchtigkeit durch einen veränderlichen Widerstand festgelegt wird. Die zweite Schaltung ist für die Variante, in der der Schwellenwert über das Netzwerk mit dem MQTT-Protokoll festgelegt wird.

Da sich diese Schaltungen jedoch nur in einem Element - dem veränderlichen Widerstand zur "Festlegung des Schwellenwerts für die Luftfeuchtigkeit" - unterscheiden, zeichnen wir nur ein strukturelles Diagramm. Natürlich sieht das strukturelle Diagramm gemäß den Vorschriften anders aus. Aber wir orientieren uns nicht an den erfahrenen Ingenieuren, sondern an der jungen Generation. Daher ist die Anschaulichkeit wichtiger.

Was sehen wir also auf dem Bild? Der Ventilator ist mit dem Relais Relay1 des Controllers ShIoTiny. Ich möchte darauf hinweisen, dass der Ventilator ein Gerät ist, das mit Hochspannung betrieben wird. Daher, falls jemand so etwas selbst macht - seien Sie vorsichtig. Das bedeutet, dass Sie mindestens, bevor Sie Ihre Finger oder Messgeräte in die Schaltung stecken, den Ventilator mindestens von der Stromversorgung trennen sollten. Und noch eine Anmerkung. Wenn Ihr Ventilator leistungsstärker ist als 250 W, sollten Sie ihn nicht direkt an das ShIoTiny anschließen - nur über einen Starter.

Wir haben den Ventilator geklärt. Jetzt geht es um den „manuellen Einschaltknopf“ für den Ventilator. Dieser ist mit dem Eingang verbunden. Input1. Hier gibt es nicht mehr viel zu erklären.

Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor DHT-11 (oder DHT-22 oder ähnliche Modelle). Für seine Verbindung gibt es einen speziellen Eingang am Controller. ShIoTiny. Wie im Bild zu sehen ist, stellt der Anschluss eines solchen Sensors ebenfalls kein Problem dar.

Und schließlich den variablen Widerstand, der den Schwellenwert für die Luftfeuchtigkeit festlegt. Genauer gesagt – einen Spannungsteiler, der aus einem variablen und einem festen Widerstand besteht. Es gibt keine Probleme beim Anschluss, aber ich möchte darauf hinweisen, dass der eingebaute ADC auf ESP8266 maximal 1 Volt ausgelegt ist. Daher ist ein Spannungsteiler von etwa 5 notwendig.

Und noch einmal, ich erinnere daran, dass dieser Spannungsteiler nicht notwendig ist, wenn der Schwellenwert für die Luftfeuchtigkeit über das Netzwerk mithilfe des MQTT-Protokolls festgelegt wird.

Lassen Sie uns beginnen, den Algorithmus für das Gerät im ElDraw ShIoTiny Editor zu erstellen. Wie man auf diesen Editor zugreift, kann in den vorherigen Artikeln oder in der Anleitung, deren Link zu Beginn des Artikels zu finden ist, nachgelesen werden.

Erste Variante, die einfachste

Beginnen wir mit dem Einfachen: der Aktivierung des Relais Relay1 bei Überschreitung des Schwellenwertes für die Luftfeuchtigkeit für eine festgelegte Zeit.

Wie wir sehen, ist es nichts Kompliziertes: nur vier Knoten, abgesehen von den Kommentar-Knoten. DHT11 — das ist der eigentliche Temperatur- und Feuchtigkeitssensor (kann ersetzt werden durch DHT22).

Konstante CONST — der Schwellenwert für die Luftfeuchtigkeit, in Prozent.

Der Komparator ist der Knoten, der zwei Zahlen vergleicht und an seinem Ausgang 1 ausgibt, wenn die Bedingung erfüllt ist, und 0, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist.

In unserem Fall wird diese Bedingung sein A>B, wobei A — der vom Sensor gemessene Feuchtigkeitswert, während B — der Schwellenwert für die gleiche Feuchtigkeit ist.

Sobald der gemessene Feuchtigkeitswert (A) den Schwellenwert für die Feuchtigkeit (B) überschreitet, wird der Komparator sofort eine 1 ausgeben und das Relais wird aktiviert. Umgekehrt, sobald der Feuchtigkeitswert wieder im Normbereich ist (das heißt A>B A<=B wird 0 ausgegeben und das Relais wird deaktiviert.) überschreitet, wird der Komparator sofort eine 1 ausgeben und das Relais wird aktiviert. Umgekehrt, sobald der Feuchtigkeitswert wieder im Normbereich ist (das heißt A>B Verstehen Sie das? Falls nicht, lesen Sie es noch einmal durch oder werfen Sie einen Blick auf die Beschreibung der Funktionsweise der Knoten in der Anleitung.

Ich möchte anmerken, dass die Daten des Sensors

ungefähr einmal alle 10 Sekunden aktualisiert werden. Daher kann das Relais nicht häufiger als einmal alle 10 Sekunden ein- und ausgeschaltet werden. DHT11 Das wäre ja nichts, aber wir möchten den Schwellenwert für die Feuchtigkeit mit einem potentiometern einstellen. Das ist ganz einfach!

Alles wäre gut, aber wir möchten einen Schwellenwert für die Luftfeuchtigkeit mit einem variablen Widerstand festlegen. Das ist ganz einfach!

Wir ersetzen einfach den Konstantenknoten durch den ADC-Knoten. Schließlich haben wir den Spannungsteiler mit einem variablen Widerstand an den ADC angeschlossen.

Die Spannung am Eingang des ADC variiert von 0 bis 1 Volt. Die Feuchtigkeit hingegen, die der Sensor ausgibt, variiert von 0 bis 100 %. Wie vergleichen wir sie nun? Es ist ganz einfach. Der ADC-Knoten ShIoTiny misst nicht nur die Spannung am Eingang, sondern kann sie auch skalieren und verschieben..

Das bedeutet, dass am Ausgang des ADC1 (ADC) der Wert Xberechnet wird nach der Formel:

, wobei — die Spannung am ADC-Eingang (von 0 bis 1 V); k — der Bereich (ADC-Bereich) und b— der Offset (ADC-Verschiebung). So wird, wenn man festlegt k=100 und b=0,bei einer Änderung im Bereich von 0 bis 1 der Wert X am Ausgang des ADC-Knotens im Bereich von 0 bis 100 variieren. Das entspricht numerisch dem Feuchtigkeitsänderungsbereich von 0 bis 100%.

Oder einfacher gesagt, indem man den Regler des variablen Widerstands dreht, kann man den Schwellenwert für die Feuchtigkeit von 0 bis 100 einstellen. Das einzige Problem ist, dass es keine Anzeigegeräte gibt. Aber in der Praxis genügt es, wenn man am Regler des variablen Widerstands 6 Markierungen macht: 0 %, 20 %, 40 %, 60 %, 80 %, 100 % — das ist ausreichend, um den Schwellenwert für die Feuchtigkeit festzulegen.

Wie stellen wir die Koeffizienten ein? k — der Bereich (ADC-Bereich) und b-Versatz (ADC-Versatz)? So einfach wie ein Zwieback! Klicken Sie mit der Maus auf den Knoten ADC1 und sofort erscheint ein Einstellungsfenster. Darin können Sie alles einstellen, was Sie brauchen. In unserem Fall wird es ein Fenster wie auf der Abbildung sein.

So, wir haben eine einfache funktionierende Lösung. Lass uns beginnen, sie zu verbessern.
Übrigens hat die einfachste Lösung einen Vorteil – sie benötigt kein Internet. Sie ist vollständig eigenständig.

Zweite Variante, wir schließen einen Knopf an

Alles funktioniert und alle sind zufrieden. Aber das Problem ist, wir können die Belüftung nicht manuell aktivieren. Wir haben bereits vereinbart, dass am Eingang Input1 ein Knopf angeschlossen wird, der den Ventilator manuell ein- und ausschalten kann, unabhängig vom Feuchtigkeitssensor.
Es ist Zeit, diesen Knopf in unserem Schaltprogramm zu verarbeiten.

Der Block zur Verarbeitung des Tastendrucks ist durch eine orange Linie hervorgehoben. Er besteht aus einem Druckzähler, der auf null zurückgesetzt wird, wenn der Ausgangswert über eins hinausgeht (grüne Linie, Ausgang des Knotens CT).

Alles funktioniert hier so unkompliziert wie zuvor: der Zähler CT zählt die Drucke des an den Eingang angeschlossenen Knopfes. Input1. Das bedeutet, dass der Wert dieses Zählers bei jedem Drücken des Knopfes um 1 erhöht wird.

Sobald dieser Wert zwei erreicht (also mehr als 1), wird am Ausgang des Komparators A>B eine 1 erscheinen. Und diese 1 setzt den Zähler CT auf null zurück. Dabei ist der untere Komparator in der Schaltung gemeint!

Somit hat unser Knopf zwei Zustände – 0 und 1. Wenn wir mehr Zustände bräuchten (3, 4 oder noch mehr), müssten wir lediglich die Konstante CONST von eins auf einen anderen Wert ändern.

Wir haben also zwei Bedingungen für das Einschalten des Ventilators: Überschreitung des festgelegten Feuchtigkeitsniveaus und einmaliges Drücken des Knopfes. Bei Erfüllung einer dieser Bedingungen schaltet sich der Ventilator ein und läuft weiter, bis der Knopf erneut gedrückt wird. Und Das Feuchtigkeitsniveau wieder normal ist.

Natürlich könnte man den Algorithmus noch weiter verkomplizieren, aber das werden wir nicht tun – wir lassen Raum für kreative Ideen.

Dritte Option, wir verbinden uns mit dem Internet.

Alles, was wir beschrieben haben, funktioniert tatsächlich. Aber was ist mit dem Trend? Jeder unangepasste Hipster-Hacker, der etwas auf sich hält, wird über jemanden lachen, der an einem Knopf dreht und ihn drückt, anstatt alles mit dem Smartphone zu steuern! An einem Knopf zu drehen, ist schließlich "nicht trendy". Vielmehr ist es der ultimative Wunsch eines Hipster-Hackers, seinen Finger über das Smartphone zu reiben, bis er blutet – das ist der Höhepunkt des Hipster-Hacker-Kreiskreislaufs (ich konnte sie nie auseinanderhalten – also verzeihen Sie, wenn ich mich irre).

Aber lassen wir uns von diesen Personen nicht entmutigen. Die Internetsteuerung hat tatsächlich einige Vorteile. Erstens, die Sichtbarkeit. Es gibt eine Vielzahl von Anwendungen für alle Plattformen, die es ermöglichen, mit ein paar Klicks ein brauchbares Steuerfeld für unseren Controller zu erstellen. Zweitens, die Möglichkeit, den Feuchtigkeitszustand im Raum aus der Ferne zu überwachen. Drittens kann man nicht nur sehen, ob sich der Ventilator dreht oder nicht, sondern auch, welcher Schwellenwert für die Feuchtigkeit eingestellt ist. Außerdem sieht man, ob der Ventilator automatisch oder manuell eingeschaltet wurde. Kurz gesagt, alles, was Sie möchten.

Natürlich ist es für einen Ventilator ein wenig übertrieben, so viel Aufmerksamkeit zu erhalten. Aber das ist nur ein Beispiel.

Um eine Internetverbindung herzustellen, verwenden wir die Technologie MQTT und das gleichnamige Protokoll.
Um diese Technologie zu nutzen, benötigen wir einen MQTT-Broker. Dies ist ein spezieller Server, der die MQTT-Clients, wie zum Beispiel ShIoTIny und Ihr Smartphone, bedient.

Das Prinzip dieser Technologie MQTT besteht darin, dass jeder Client auf dem MQTT-Broker (Server) beliebige Daten unter einem bestimmten Namen veröffentlicht (genannt Thema in der Terminologie MQTT). Andere Clients können sich auf die beliebigen Daten mit ihrem Namen (Thema) abonnieren und die neu veröffentlichten Daten empfangen. Der gesamte Datenaustausch erfolgt also nach dem Prinzip Client-Broker-Client.

Ich Ich werde nicht auf die Einzelheiten eingehen. Im Internet gibt es viele Artikel und Tutorials darüber, wie MQTT funktioniert und welche Programme zur Erstellung von Dashboards verfügbar sind. Ich werde einfach zeigen, wie wir Daten mithilfe von ShIoTiny.

empfangen und veröffentlichen können. www.cloudmqtt.comAls Broker habe ich

verwendet, aber das Prinzip ist überall gleich. Angenommen, Sie haben sich bei derMQTT-Broker ShIoTiny zu registriert. Im Allgemeinen wird Ihnen der Broker (oder er verlangt von Ihnen, einen) Benutzernamen und Passwort (zur Authentifizierung) sowie einen Anschluss für die Verbindung bereitstellen. Es gibt zwei Möglichkeiten – eine normale Verbindung und über TLS (SSL).

Alle diese Parameter werden ShIoTiny im Tab Networking, Abschnitt MQTT-Verbindung zum Server.

Wenn Ihr MQTT-Broker keine Authentifizierung erfordert – lassen Sie Benutzername und Passwort leer (diese Felder unberührt lassen).

Parameter MQTT-Themenpräfix erfordert eine gesonderte Erklärung.

Das MQTT-Parameterpräfix ist eine Zeichenfolge, die zum Namen des Themas (Thema) beim Veröffentlichen und Abonnieren auf dem MQTT-Broker hinzugefügt wird. Um das MQTT-Präfix für Ihren Controller festzulegen, geben Sie es einfach in das Eingabefeld „MQTT-Themenpräfix» («MQTT-Themenpräfix“ ein). Das Präfix beginnt immer mit einem Schrägstrich («/»)! Wenn Sie keinen Schrägstrich im Eingabefeld eingeben – wird er automatisch hinzugefügt. Im Präfix dürfen keine Zeichen «#» und «+»verwendet werden. Es gibt keine weiteren Einschränkungen.

Zum Beispiel, wenn Sie den Parameter „status“ veröffentlichen (oder sich darauf abonnieren), und Ihr Präfix lautet „/shiotiny/, wird dieser Parameter auf dem Broker unter dem Namen „/shiotiny/status“ veröffentlicht. Wenn Sie ein leeres Präfix angegeben haben, beginnen alle Parameter auf dem Broker mit einem Schrägstrich («/»): «status“ wird als „/status».

Angenommen, Sie haben sich bei Angenommen, Sie haben sich bei der registriert und Ihre Zugangsdaten sowie den Port erhalten. Dann haben Sie diese Parameter im Tab Networking, Abschnitt MQTT-Verbindung zum Server des Controllers ShIoTiny.

festgelegt. Nehmen wir an, das Präfix wurde auf „/room/».

Lassen Sie uns zunächst den status aller wichtigen Parameter veröffentlichen: Relais Realay1, den Zustand der manuellen Aktivierung, den Zustand der automatischen Aktivierung und schließlich die Schwellen- und aktuellen Feuchtigkeitswerte. Und als Bonus—die Raumtemperatur. Wie man das macht, sehen Sie im Bild.

Wie wir sehen, unterscheidet sich die aktuelle Version nur in den Knoten „MQTT Publish“. Unter Berücksichtigung des Präfixes werden folgende Parameter veröffentlicht:


Wie wir sehen, haben wir den gesamten Systemstatus klar vor Augen!

Aber wir wollen nicht nur sehen, sondern auch steuern. Was tun? Ganz einfach. Wir verzichten auf die Einstellung des Schwellenwerts für die Feuchtigkeit über ADC und einen variablen Widerstand und setzen den Schwellenwert für die Feuchtigkeit direkt über MQTT unser Smartphone!

Wir entfernen den ADC-Knoten aus dem Schaltkreis und fügen dort drei neue Knoten hinzu: FLASH store, FLASH restore und MQTT describe.

Die Funktion des Knotens MQTT describe ist offensichtlich: Er erhält den Parameter /room/trigHset (Schwellenwert für die Feuchtigkeit) vom MQTT-Broker. Aber was macht er dann mit den Daten? Er gibt sie einfach an den Knoten FLASH store, der seinerseits diese Daten im nichtflüchtigen Speicher unter dem Namen trigHspeichert. Danach liest der Knoten FLASH restore die Daten aus dem nichtflüchtigen Speicher unter dem Namen trigH Und was als Nächstes passiert, wissen wir bereits.

Warum so kompliziert? Warum können die erhaltenen Daten nicht sofort an den Komparator übergeben werden?

Wie der Kollege S. Holmes sagte — das ist elementar.! Niemand garantiert, dass Ihr Gerät nach dem Einschalten mit registriert. Im Allgemeinen wird Ihnen der Broker (oder er verlangt von Ihnen, einen) Benutzernamen und Passwort (zur Authentifizierung) sowie einen Anschluss für die Verbindung bereitstellen.verbunden wird. Außerdem muss die Feuchtigkeit gemessen werden. Und der Ventilator muss eingeschaltet werden. Aber ohne Informationen über den Schwellenwert der Luftfeuchtigkeit ist das unmöglich! Daher extrahiert unser Gerät beim Einschalten den zuvor gespeicherten Schwellenwert der Luftfeuchtigkeit aus dem nichtflüchtigen Speicher und nutzt ihn für Entscheidungen. Und sobald die Verbindung zu dem MQTT-Broker hergestellt ist und jemand einen neuen Wert veröffentlicht /room/trigHset, wird dieser neue Wert verwendet.

Danach können Sie sich alles Mögliche ausdenken. Zum Beispiel könnten Sie zusätzlich zur Feuchtigkeit auch die Temperatur erfassen. Oder eine "intelligente" Lichtsteuerung hinzufügen (wir haben noch zwei Relais und zwei Eingänge ungenutzt). Alles liegt in Ihrer Hand!

Fazit

So haben wir einige Beispiele für die Implementierung eines grundlegend einfachen Controllers auf Basis von ShIoTiny betrachtet. Vielleicht wird das für jemanden nützlich sein.

Wie immer freuen wir uns über Vorschläge, Anfragen, Fragen, Tippfehler und ähnliches – bitte senden Sie uns eine E-Mail an: shiotiny@yandex.ru

Quelle: habr.com