라즈베리를 사용하여 24V 온도 조절 장치 이벤트(옵토커플러 + 라즈베리 파이)를 기록하고 그래프로 표시

온도 조절 장치를 만드는 방법을 보여주는 Instructable이 많이 있습니다. 그러나 이미 온도 조절기가 있고 언제 그것이 껐다가 켰는지 기록하거나 모니터링하려면 어떻게 해야 할까요? 이 Instructable은 광커플러를 사용하여 24볼트 AC 난방 및 냉각 시스템에 연결된 일반적인 가정용 프로그래밍 가능 온도 조절기에서 논리 수준 DC 전압을 얻는 방법을 보여줍니다. 또한 온도 센서와 온도 조절기 상태, 이벤트 및 온도를 기록하고 그래프로 나타내기 위해 Raspberry Pi에서 실행하는 데 적합한 코드가 포함되어 있습니다.

경고:전기 작업은 위험할 수 있습니다. 계속하기 전에 이 프로젝트를 안전하게 완료할 수 있는 적절한 이해와 기술이 있는지 확인하십시오. 안전을 위해 최선을 다했지만 이 프로젝트가 귀하의 온도 조절 장치, Raspberry Pi, HVAC 시스템, 고양이/개를 튀기거나 집을 태워버린 경우 책임이 없습니다.

1단계:필요한 부품 및 도구 수집

다음 부품이 필요합니다.

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HCPL3700 광커플러

2x 3.3kOhm 저항, 정격 1/2와트 이상(와트 정격이 중요함)

10uF, 최소 10V 커패시터(전해 괜찮음)

0.1uF 세라믹 커패시터

8kOhm 저항(또는 직렬로 연결된 4.7kOhm 및 3.3kOhm 저항일 가능성이 더 높음)

라즈베리 파이

어떤 종류의 빠른 분리가 가능한 절연 전선 2개의 도체 길이

기본 전자 배당률 및 종료:

• 브레드보드
• 점퍼 와이어

선택 사양인 온도 센서도 제작하려면 다음이 필요합니다.

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ADT7410 온도 센서

SOIC 브레이크아웃 보드

또 다른 0.1uF 세라믹 커패시터

4x 10kOhm 저항기

자체 회로 기판을 설계하고 제조하려면 다음도 필요합니다.

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2단자 나사 블록

선택 사항, SOIC 브레이크아웃 보드를 수용하는 암 헤더 핀

Pi에 연결하기 위한 수 헤더 핀 또는 Arduino에 연결하기 위한 암 헤더 핀

전체 크기를 줄이기 위해 위에 나열된 저항의 SMD 버전(선택 사항)

필요한 도구:

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멀티미터

기타 요구 사항:

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24VAC 가열/냉각 시스템

소프트웨어 요구 사항:

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파이썬

Perl(Hipi-i2c에 필요한 HiPi에 필요)

Plotly 계정(선택 사항, 데이터 그래프 작성용)

Eagle(무료 버전, 선택 사항, PCB 설계용)

2단계:온도 조절기와 인터페이스하는 방법 파악

많은 가정용 난방/냉각 시스템은 24볼트 AC에서 작동합니다. (이 Instructable의 범위를 벗어나지 않는 것들은). 프로그래밍 가능한 온도 조절기는 일반적으로 배터리가 부족하거나 일종의 "파워 훔치기" 메커니즘을 사용하여 자체적으로 전력을 공급합니다. 실제 전환은 일반적으로 온도 조절기 내부의 릴레이에 의해 수행됩니다.

난방/냉각 시스템이 실행 중인지 모니터링하고 싶습니다. 이를 수행하기 위해 릴레이에서 전원이 흐르도록 허용하는지 여부를 감지하고 싶습니다. 첫 번째 단계는 모니터링할 전선을 파악하는 것입니다. 온도 조절기 배선 규칙이 다르기 때문에 약간의 실험이 필요합니다.

멀티미터를 잡고 AC 전압을 측정하도록 설정하고 난방/냉각 시스템이 활성화되어 있을 때 24볼트 AC를 읽는 전선 쌍을 파악합니다. 시스템이 비활성 상태일 때 이 동일한 쌍이 0볼트 AC를 읽는지 확인하십시오. 자동으로 작동하는 팬이 있는지 또는 기타 변수에 따라 작동하는 여러 쌍이 있을 수 있습니다.

내 온도 조절기는 6개의 접점에 연결된 5개의 전선을 사용합니다(와이어 중 하나는 2개의 접점으로 점퍼됨). 이것은 테스트할 수 있는 10개의 가능한 2선 조합이 있다는 것을 의미하며 시스템이 켜져 있거나 꺼져 있을 때 이러한 조합을 테스트해야 합니다. 테스트 중인 전선 쌍을 종이에 적은 다음 이동하면서 전압(또는 전압 부족)을 기록하는 것이 도움이 될 것입니다.

제 경우에는 실제 전압이 공칭 24볼트보다 높다는 것을 알 수 있습니다. 난방이 켜져 있을 때 멀티미터는 내가 선택한 한 쌍의 전선에서 거의 29볼트를 읽습니다.

3단계:한 쌍의 전선에 대한 액세스 권한 부여

난방/냉각 시스템의 전원을 끄고 멀티미터를 사용하여 전원이 꺼져 있는지 확인합니다. 배선을 노출시켜 베이스에서 온도 조절기를 제거합니다. 이전 단계에서 선택한 전선 쌍의 터미널에 연결하는 두 개의 추가 전선을 추가합니다.

일을 깔끔하게 하려면 다른 쪽 끝에 일종의 빠른 분리로 끝나는 배선을 사용하는 것이 좋습니다. 그러면 원할 때 프로젝트에서 온도 조절기를 빠르고 안전하게 분리할 수 있습니다.

4단계:전압 측정을 위한 회로 연결

이것은 아마도 프로세스에서 가장 복잡한 부분일 것입니다. 분명히 우리는 24볼트 AC를 Raspberry Pi에 직접 연결할 수 없습니다. 이 전압을 수정하고 낮추고 안전하게 연결해야 합니다.

이를 위해 광커플러를 사용할 수 있습니다. 광커플러는 두 개의 개별 회로를 전기적으로 분리합니다. 우리의 경우 24볼트 AC 가열/냉각 시스템을 Raspberry Pi에서 분리하려고 합니다.

저는 HCPL3700 광커플러를 사용하기로 결정했습니다. HCPL3700 광커플러에는 정류기가 포함되어 있고 광범위한 전압을 처리할 수 있기 때문입니다. 특히 5V ~ 240V 범위에서 AC 또는 DC를 입력으로 사용하며 2V ~ 18V 범위의 전원에서 작동할 수 있습니다. 현재 요구 사항은 Raspberry Pi의 3.3V 공급 장치에서 직접 장치를 실행하기에 충분히 작습니다.

포함된 회로도는 내가 HCPL3700을 어떻게 연결했는지 보여줍니다(현재 온도 센서인 회로도의 아래쪽 절반은 무시할 수 있습니다). 중요:AC 입력 핀에 연결된 2개의 3300옴 저항은 정격이 최소 1/2와트여야 합니다. 이 두 저항은 옵토커플러의 트리거 임계값, 즉 켜지는 입력 전압을 설정합니다. 이러한 저항 값 선택에 대한 자세한 내용은 이 애플리케이션 노트를 참조하십시오.

HCPL3700의 정류기는 AC 입력을 정류하지만 정류된 사인파를 부드럽게 하지는 않습니다. 따라서 추가 입력 필터링 없이 논리 출력은 라인 전압의 주파수(미국의 경우 60Hz)에서 빠르게 진동합니다. 이를 피하기 위해 정류기의 DC 핀에 커패시터를 배치합니다. 애플리케이션 노트에는 이 커패시터의 값을 계산하는 방법에 대한 세부 정보가 있습니다. 10uF, 최소 10V 커패시터로 충분합니다.

많은 IC와 마찬가지로 HCPL3700은 공급 전압 핀에 0.1uF 커패시터를 배치할 것을 제안합니다. 마지막으로 칩은 오픈 컬렉터 출력을 사용합니다. 즉, 출력만 낮게 구동합니다. 로직 하이 출력을 보려면 풀업 저항이 필요합니다. 이 저항에 대한 적절한 값을 계산하는 것은 칩과 Pi의 입력 핀 모두의 특성에 따라 달라지기 때문에 약간의 도전입니다. 그러나 표준 10k Ohm 풀업 저항이 잠재적으로 충분히 높은 전압을 생성할 수 없다는 것을 발견했습니다. Pi에 의해 로직 하이로 읽힙니다. 따라서 8k Ohm 저항(실제로는 3.3k Ohm과 4.7k Ohm 직렬)을 사용했습니다. 그러나 이 계산은 최악의 시나리오를 기반으로 합니다. 실제로는 10k 저항이 잘 작동할 수 있습니다.

자세한 내용:24V 온도 조절기 이벤트 기록 및 그래프(옵토커플러 + 라즈베리 파이)