Opublikowane przez
Ustatnia modyfikacja 5 lutego 2024 przez Olek
Bardzo często dogrzewam dom kominkiem i tu pojawia się problem niedogrzania pomieszczeń znajdujących się daleko od niego. Rozprowadzanie rekuperacją nie jest na tyle wydajne i komfortowe. Niestety nie mam regulacji strefowej poszczególnych pomieszczeń, wiec musiałem to jakoś rozwiązać. Są fabryczne siłowniki do zaworów ogrzewania podłogowego, ale są to rozwiązania dość proste i sterowane napięciem 230 V AC lub ewentualnie 24 V DC. Aby sterować tego typu zaworami swoim rozwiązanie stworzonym na mikrokontrolerze, trzeba by było wykonać specjalne interfejsy przekaźnikowe lub półprzewodnikowe. Jeszcze zapewnić dodatkowe zasilanie dla tych siłowników. Tutaj jeszcze mam w tyle głowy awaryjny sposób zasilania w przypadku braku zasilania z zewnątrz.
Mam w domu proste mini serwa SG90, które można sterować napięciem 5 V i bezpośrednio z portów mikrokontrolera poprzez PWM (3.3 V). Tylko czy tak mały silnik da radę wcisnąć iglicę zaworu. Wciskając ręcznie iglicę, oceniłem, że potrzeba tam około kilkudziesięciu niutonów. Na szczęście skok to tylko 3 mm. Serwo SG90 ma moment około 0,18 Nm. Budując odpowiednie duże przełożenia, teoretycznie powinno dać radę. Szczególnie że na czasie nam nie zależy. Komercyjne rozwiązania też sterują zaworem w kilkadziesiąt sekund.
Trzeba tylko jeszcze przerobić serwo, aby działało jako silnik o regulowanym kierunku obrotów. Standardowo działa jako proporcjonalne wychylenia. Nie będę się to rozpisywał jak to zrobić, jest wiele informacji na ten temat w sieci. Takie zmodyfikowane serwo obraca się z szybkością około 0,7s na obrót.
Głównym napędem wciskającą iglicę jest obracany gwintowany pręt M4. Skok gwintu M4 to 0,7 mm. co przy 5 obrotach otrzymamy nas planowany skok 3mm. Trzeba jeszcze wykonać odpowiednie zębatki do przeniesienia napędy z osi serwa na oś naszego prętu. Rozstaw pomiędzy osiami pozwolił mi uzyskać przełożenie 2,5:1. Dawało to razem 5*2,5=12,5 obrotów serwa na cały cykl zamknięcia/otwarcia zaworu w czasie 12,5 *0.7s = 8,75s. Co jest moim zdaniem znakomitym czasem.
To teoria, trzeba to wszystko zaprojektować i wykonać (wydrukować) prototyp. Poniżej projekt mechanizmu elektrozaworu.
Poniżej film ukazujący działanie zaworu. Widać, że wszystko działa zgodnie z oczekiwaniami i to za pierwszym podejściem/wydrukiem. Ma się te doświadczenie i wyczucie :).
Sterowanie na szybko wykonałem na kontrolerze ESP32 za pomocą narzędzi ESPHome i to rozwiązanie powinno wystarczyć w docelowym rozwiązaniu.
Do kontroli jednego zaworu planuje jeszcze wykonać jakiś enkoder, który dokładnie określi, w jakim położeniu znajduje się zawór i dwie czujki temperatury, które sprawdzają temperaturę wody na wlocie i wylocie danej sekcji ogrzewania. Poprzez wielokanałowy multiplekser rozdzielę to na 8 zaworów. A że mam dwa rozdzielacze ogrzewania podłogowego (8 zaworowe) na każdym piętrze to potrzebuje dwa takie zestawy.
Jeszcze trochę pracy czeka, ale najważniejsza cześć mechaniczna zastała już opracowana i pozytywnie zweryfikowana.
Czujniki temperatury w pomieszczeniach XIAOMI Mijia Bluetooth też już idą. Oczywiście na d tym wszystkim zapanuje Home Assistant.
C.D.N.