Экономим электричество или таймер времени для ночного тарифа в электросетях

[eta4ever]

Делал чуть менее года назад четырехканальный таймер для управления освещением птичьих клеток. Логика немного другая — просто у каждого канала есть один интервал включения в сутки. Возможно, автору будет интересно ознакомиться, т.к. использованное железо похоже. github.com/eta4ever/arduino_timer

[shuvaevgl]

Насколько я понял, Вы с «дребезгом» кнопок справились засекая время удержания от 10 до 300 мс?
А есть видео управления контроллером? Хотелось бы на будущее использовать Вашу наработку для автоматизации полива в теплице.

[eta4ever]

Про дребезг — верно. Видео, к сожалению, нет. Попробую пантомимой.

Из дежурного экрана: нажатие кнопки Set (самая левая) отправляет в настройку даты-времени. Кнопки влево-вправо-вверх-вниз — в настройку интервала включения каждого из четырех каналов.


В режиме настройки чего-либо кнопки влево-вправо переключают позицию курсора, вверх-вниз — соотв., значение. Set — сохранение и выход.

Интервалы включения пишутся в EEPROM. RTC с батарейкой.

По результатам эксплуатации (скоро год) отмечу: пару раз система зависала при непосредственной близости слабого электрического разряда (втыкание зарядки ноутбучной в розетку). Модуль RTC уныл, убегает вперед на несколько минут в месяц. В остальном — я доволен.

[shuvaevgl]

Модуль RTC аналогичен моему? Я сделал запас в 5 минут, чтобы не перепрыгнуть в другой тариф.
Также возникала мысль по поводу количества операций чтения\записи в EEPROM, которое указано в даташите в количество 100 000 операций. ТУТ провели тест и получили больше 6 млн операций чтения\записи в одну ячейку.
Я задумался: у меня ведь каждый цикл происходит чтение ячеек, в которых хранится запись. А как узнать время одного цикла, чтобы примерно рассчитать, через сколько ячейки занятые дадут сбой?

[eta4ever]

RTC очень похож. Какой-то очень китайский TinyRTC. Время подвожу примерно раз в месяц-два.
Если я правильно помню, чтение флеш-ячейки практически не влияет на ее ресурс, только запись.
Ну и, у меня какая-то работа с флешем происходит только при загрузке контроллера и установке параметров. Так что, не парюсь.

[Alexeyslav]

Есть просто отличная идея, так сказать костыльная. Повесь на таймер еще одну задачу — каждые сутки в заданное время(когда удобней всего) откручивай время на нужную величину, чтобы скорость ухода за месяц компенсировать.

[eta4ever]

А вот это, я бы сказал, гениально. Костыльно, но гениально. А я не догадался. Надо запилить.

[evtomax]

Чего только люди не делают, лишь бы не ставить нормальный кварц за 25 рублей :-D

Либо поставить модуль DS3231 с высокоточным кварцем внутри микросхемы и с температурной стабилизацией.

[shuvaevgl]

Когда устройство уже работает, вносить изменения в его конструкцию бывает накладно.

Один умный сисадмин сказал: Работает? Не трогай! (с) народное

[evtomax]

Добавлять костыльный код в прошивку — это как-то более стрёмно (в программной коррекции огромное раздолье для ошибок), чем выпаять один кварц и впаять другой.

[Alexeyslav]

А другой тоже надо будет корректировать, их точность изначально достаточна только для +-30 сек в месяц, при условии термостатирования. Для лучшей точности надо корректировать либо программно либо подбором опорной емкости(тут уже частотомер нужен с 7-8 значащими разрядами).

[evtomax]

Ну если нужна суперточность, то проще поставить GPS модуль с хорошей антенной и не париться с калибровкой :-)

[Alexeyslav]

Вот только намаятся с подключением GPS модуля придется еще больше, и в особо пасмурные дни даже хорошая антенна не поможет — это всё факторы риска.

Лучше уж локальные часы с термостатированым кварцем, прописать коррекцию времени в коде куда проще чем приклеить к схеме GPS-модуль. Надо будет только раз в год предупреждать старение кварца.

[Alexeyslav]

Проблема же в том что при этом переделывать все надо. И не факт что саму микросхему не уронят в процессе транспортировки или эксплуатации и у неё тоже точность поплывёт.

[rekby]

100 000 операций записи/стирания. Читать можно сколько угодно.
arduino.cc/en/Reference/EEPROMWrite

[shuvaevgl]

Спасибо. Значит, в моем случае, контроллер окажется почти вечным. Думаю, что раньше релюшки помрут. Хотя, если у них ресурс 10 000, то выходит, что при моем режиме работы они проработают 10000 \8(раз в день) = 1250 дней или почти 3.5 года, а если учесть увеличение частоты включения, когда пойдет привязка к включению света в ванной, то и того раньше. Хорошо, что я подключил реле без пайки.

[Meklon]

Если что — можно добавить карту памяти и писать на неё.

[shuvaevgl]

Была такая мысль, но хранить надо всего 7 значений, а ради этого громоздить дополнительный шилд и накладно и громоздко. В этом случае можно воспользоваться памятью, встроенной в модуль RTC. Если не ошибаюсь, там 54 байта энергонезависимой памяти.

[Meklon]

А зачем шилд? Вот такая фигня стоит всего полтора доллара с доставкой. Там же практически напрямую припаяться к карте можно.

[shuvaevgl]

Я не жадный, я экономный :) Полтора бакса модуль, плюс столько же за флешку ради 7 байт данных. Если бы они записывались с частотой каждую минуту или секунду-имело бы смысл. Такой модуль у меня есть и я думаю его использовать в дальнейшем, когда буду вести учет добытой от солнечных батарей энергии.

[shtirlitsus]

давным давно, если видели, по стране стояли т.н. столбы — 5-ти рублевые игровые автоматы. В них использовалась eeprom для рассчёта вероятности и хранения ключевой информации. так вот. чтобы повысить ресурс записи — в eeprom писалось по кругу во все ячейки. т.е. номер записи, сама запись. следующая запись — в следующую ячейку.

[shuvaevgl]

Такое циклирования действительно продлит время службы, но код становится более запутанным и увидеть в самом коде, куда пишется то или иное значение в данный момент времени затруднительно.
Как выяснилось, при текущем коде, время жизни ячеек практически бесконечно.

[shtirlitsus]

согласен. если нет задачи частой записи, то нет и смысла усложнять код

[Alexeyslav]

Скорей всего батарейка села. Если на свежей уходит, значит менять кварц на 32768Гц который, скорей всего он «удареный», они очень сильно бояться ударов.

[eta4ever]

Батарейка живая. Может быть, дело действительно в кварце. Перепаивать не полезу, лучше действительно замеряю уход и сделаю программную коррекцию.

[Alexeyslav]

И если энергетические ресурсы позволяют, неплохо было бы термостатировать кварц, так можно выиграть еще один порядок точности, дальше уже от старения зависеть будет. И в виду повышения точности ввести еще дополнительную ежемесячную коррекцию, может тогда за время жизни батарейки вообще подстраивать не придется, правда проблемы будут с быстрым определением этого коэффициента — нужен будет источник точного времени уровня STRATUM-2 или 3. Подстраиваться по другим источникам точного времени может выйти боком, они хоть и точные в пределах года но в разное время показания могут отличаться довольно серьёзно. По телевизору и радио — так там вообще точность +-30 секунд, как и у стандартного сервиса синхронизации времени в виндовс.
Лучше всего брать за источник времени GPS, когда он надёжно видит не менее 6 спутников.

[eta4ever]

Мне плюс-минус 10 минут погоды не делают, так что ни NTP, ни GPS тут не надо :) В критичных приложениях, понятно, все будет по-другому.

[Alexeyslav]

Это нужно будет для того чтобы максимально точно определить необходимую коррекцию, иначе смысл? все равно будут со временем расходится.

[shuvaevgl]

Коэффициент точности времени применим в тех случаях, когда от этого зависит надежность работы самой системы или есть жесткая необходимость в соблюдении времени. К примеру, у меня в проекте необходимо выдерживать время, чтобы не перескочить в дорогой тариф на электроэнергию. Но я обеспечил это простым выставлением таймера на 10 минут от времени включения тарифа. Если это будет теплица или подсветка клеток, то критичность к точности времени снижается. Ведь какая раница, будут политы помидоры в 16.00 или в 16.20. Понятно, что их надо поливать в 16 часов, а не в 20, но порядок точности не обязывает обеспечить привязку к атомным часам.

[Alexeyslav]

Не привязку к атомным часам, а измерить ТОЧНО скорость хода твоих часов, чтобы правильно их компенсировать за небольшой промежуток времени(неделю) не прибегая к спецоборудованию. Если будешь измерять точность хода по сигналам точного времени по радио, к примеру, или телевизору — можешь сильно ошибиться в расчете коррекции.
Конечно, можно измерить скорость хода и с помощью сигналов по радио/телевизору, но для достижения приемлемой точности в +-1 минуту в год нужно измерять уход времени за пол года.
После этого никакая привязка к источникам точного времени не нужна.

[eta4ever]

Теперь понял. Я подумал, что речь о непосредственном припиливании к таймеру источника сигнала точного времени (что тоже не самая плохая идея).

[evtomax]

Против зависания надо обязательно применять watchdog. Только проблема в том, что в Arduino Nano надо прошивать альтернативный загрузчик, чтобы watchdog корректно работал…

[antonwork]

Есть два типа реле — твердотельные и обычные. Первые от большого тока перегреваются, а у вторых пригорают контакты. Я сам сталкивался с такой проблемой, особенно если потребитель какой-то мотор (с большим пусковым током) или тен. Реле вроде по номиналу и проходит (даже с запасом) но месяца через 3-4 умирает. Может и есть какие-то «золотые» реле с неубиваемыми контактами.

Решения я так и не нашел. Мысль: комбинировать два реле одновременно не покидает меня. Сначала включать твердотельное, потом замыкать контакты. И обратной в той же последовательности.
Свою же задачу решил, нагромоздив каскад из двух реле: первое замыкает цепь питания второго доброго «бабушкиного» советского реле с рынка, у которого 15 кратный запас мощности — работает.

А вы столкнулись уже с этим эффектом?

[shuvaevgl]

Наверное Вы хотели сказать, что замыкаем сначала обычные контакты, потом твердотельное реле. И размыкаем сначала твердотельное, а потом обычное, чтобы не возникала дуга?
В моем случае, первое реле замыкает слаботочную цепь с напряжением до 10 В и током в миллиамперы, а второе реле замыкает цепь 220В и запускает двигатель мощностью 550 Вт, то есть ток протекает порядка 2.5 А. Стартовый ток движка наверняка в районе 5х, так что 10-12 А замыкается реле. На размыкание ток уже гораздо меньше и дуги возникнуть не должно. Месяц испытания прошел успешно и система доказала жизнеспособность. Вскоре будет щелкать чаще и будет ясно, насколько это надежное решение.

[antonwork]

Нет, как раз твердотельные работают без искры, но они сильно греются, по-этому оно и включается первым, а потом уже при замкнутой цепи дополнительно (параллельно) замыкается цепь через обычное реле. Потом твердотельное можно отключить или оставить — разницы особой нет. (Твердотельное реле все равно обладает каким-то малым сопротивлением, а у обычного реле — сопротивление близко к нулю). Выключается все в обратной последовательности: сначала размыкаем контакты, потом отключаем твердотельник.

Кстати, у меня реле «пригорело» в замкнутом состоянии — было неприятно :))

[shuvaevgl]

Ну раз реле установлены параллельно, то идея понятна. Только дублирование все-равно накладно. Проще обеспечить твердотельники охлаждением — взять радиатор от старого процессорного кулера.
У меня если и пригорит, то просто будет работать вытяжка без остановки-не критично.
А Вы какие токи коммутируете?

[antonwork]

У меня было реле на 25А, то есть это 5500 Вт мощность, на нем было освещение около 3 кВт. Выходит, что у меня был почти двукратный запас по мощности. Когда первый раз сломалось, я подумал — брак и заменил реле. Новое, проработав все те же месяца 3-4, перестало работать. (Это я все про механические реле пишу)

[Alexeyslav]

Они как правило рассчитаны на номинальный ток во время работы, но не предназначены для коммутации цепей под нагрузкой. т.е. конструкция держит номинальный ток, а непосредственно контактные площадки — нет.
В таком случае, нужны более серьезные реле с нормальными контактами.

[shuvaevgl]

Что касается твердотельных реле, то на форуме по солнечной энергетике уже сталкивался с этим вопросом: твердотельные реле куда более надежные на замыкание нагруженных цепей, позволяют избежать искры при коммутации, но греются — необходим хотя бы пассивный радиатор, чтобы продлить срок службы устройства.

[MichaelBorisov]

У вас, судя по всему, индуктивная нагрузка (электродвигатель). При размыкании такой нагрузки индуктивность стремится поддерживать ток, в результате возникает бросок напряжения, величина которого может достигать нескольких киловольт и даже десятков киловольт. Возможен пробой реле — как механического, так и твердотельного. Я думаю, нужно принимать меры к «облагораживанию» индуктивной нагрузки, например — еще одно реле, которое точно в момент размыкания цепи питания замыкало бы нагрузку накоротко. Или какой-нибудь разрядник, или полупроводниковый саппрессор.

[shuvaevgl]

Если взять первый способ, когда будет замыкаться нагрузка накоротко, после размыкания цепи питания, то можно столкнуться с КЗ: то есть реле питания залипло, а контакты сплавились и тут второе реле замыкает нагрузку, которая находится под напряжением. У меня этот двигатель на отдельном автомате, но не хотелось бы так рисковать.
В таком случае, надежнее будет использовать твердотельное реле или контактор. Любопытно хотя бы 3-4 месяца реле погонять, а потом разобрать его и посмотреть состояние контактных площадок.

[MichaelBorisov]

Разумеется, должна быть защита от КЗ. И еще один момент: если вторым реле замыкать нагрузку накоротко — то второе реле может замкнуться слишком рано (и устроить КЗ сети), или слишком поздно (уже после того, как произойдет бросок напряжения). Поэтому лучше применять быстродействующие устройства борьбы с бросками напряжения: разрядники, сапрессоры (Transient Suppressor).

[shuvaevgl]

Тут только опытная эксплуатация покажет. Я выждал месяц после запуска контроллера, прежде чем написать. На данный момент работает. К концу весны можно разобрать реле и посмотреть состояние контактов. Правда, как я понимаю, после разбора реле можно выбросить.

[klirichek]

Варистор же, не?

[andjel]

Магнитный пускатель вам в помощь wiki

[evtomax]

Коммутировать большие токи можно симисторами с радиаторами. Если электричество всё равно идёт на обогрев, то снижение КПД из-за падения напряжения можно не учитывать.

[antonwork]

del: не туда опубликовал

[eta4ever]

Обсуждение реле и коммутации электродвигателей просто обязано докатиться до использования частотного преобразователя и тормозного резистора, не?

[shuvaevgl]

Я приверженец простых и экономичных решений, но не в угоду надежности. Каждый элемент, усложняющий конструкцию вносит снижение этой самой надежности. В данном случае, самый «слабый» элемент — механическое реле. Если соотнести ущерб от его внезапной смерти со стоимостью альтернативного метода подключения (твердотельное реле, контактор, устройство плавного запуска), то становится ясно, что максимум, что можно потерять — это энергию на безостановочную работу вытяжки, пока я не замечу сбой. Ну или еще сколько-нибудь денег на создание системы коммутации, надежность которой будет стремиться к 99,9%.

[eta4ever]

С другой стороны, можно подумать об обратной связи. Например, датчик тока. Можно три нештатных ситуации отследить: незапуск двигателя при подаче команды, продолжение работы при подаче команды на остановку, превышение номинального тока (заклинивание).

[shuvaevgl]

На последний вариант стоит отдельный автомат тип С на 10А, который обслуживает только линию с вытяжкой. Первые два варианта бeдут интересны в промышленных системах, где необходимо удаленно отслеживать работу нескольких аналогичных систем. Идея отличная! А что за тормозной резистор?

[eta4ever]

Используется как раз в промышленных установках. Двигатель управляется преобразователем частоты. Когда с двигателя снимается напряжение, он, продолжая вращаться, работает в генераторном режиме. Вот для рассеивания этого дела и ставится мощный резистор, который частотник коммутирует на двигатель при снятии питания. Но это уже, скорее, схема для мощных (несколько кВт и далее) двигателей с инерционной нагрузкой (не легкая крыльчатка, а какая-нибудь тяжелая байда типа шпинделя).

Например www.owen.ru/catalog/36482892

[eta4ever]

Ну а так, отслеживание тока, плавный пуск и прочие плюшки в промышленных установках — это преобразователь частоты. Для самопала вообще ни разу не бюджетно, конечно.

[shuvaevgl]

У меня по дому теплые водяные полы. Стяжка играет роль огромного теплоаккумулятора. С 7 до 23 часов, когда действует дневной тариф, котел не работает и дом охлаждается на 3-4 градуса. Таким образом, ко времени сна, дом становится как раз холоднее, чем утром. А большая инертность бетонной подушки не дает сразу поднять температуру в комнатах.
Для квартирных стиралок есть вариант уменьшения звука — резиновый коврик:

[barabanus]

Один хороший программист как-то сформулировал правило: неправильно выравненный код работать не может. Проект у вас хороший, а вот код оформлен ужасно. По аналогии это как будто вы вместо красивой коробочки, кнопок и дисплея смонтировали все на макетной доске и прибили гвоздями к стене. Как еще говорят, качество одежды определяют по внутренним швам!

[shuvaevgl]

Благодарю за замечание. Мне в личку подсказали нужный тег- поправил. Учиться всегда приятно, спасибо за это хабр-сообществу.

[barabanus]

Ну вот сейчас, например:

      if (digitalRead(button3)==HIGH) //нажимая верхнюю кнопку меняем часы
     {  
     hourOn++;
    if (hourOn >=24) hourOn=0;
        }

[fundorin]

Подскажите, что за кнопки использовали? Насколько могу судить по видео, монтаж на корпус, достаточно мягкое нажатие, но, клик как у тактовых кнопок с монтажом на плату. Или это щёлкает кнопка об свой ободок?

[shuvaevgl]

Кнопки нашел в одном павильоне на Митинском радиорынке в цокольном помещении- там огромный лоток с кучей кнопок. Понравилось отсутствие щелчков и мягкость хода. Правда одна из кнопок просто развалилась во время монтажа. Как говорит мой знакомый — совсем китайский китай…
Думаю, что аналогичные кнопки можно найти в автозапчастях.

[Alexeyslav]

Или разобрать древние клавиатуры, те что еще не пленочные. там кнопки индивидуальные.

[shuvaevgl]

В планах расширять функционал, а Arduino Nano уже имеет всю необходимую обвязку и работать с ней комфортно. Не было цели сделать супер-дешево, надо было сделать удобно и недорого. Как аппетит приходит во время еды, так и расширение функционала идет после монтажа первой систему — так я поставил систему вентиляции через неделю после запуска управления котлом.

[iG0Lka]

А что по затратам? За сколько это окупится?

[shuvaevgl]

Считаем:
Arduino Nano — 182 руб
2х реле — 297 руб
модуль часов — 62 руб
DC-DC 12v-5v преобразователь — 62 руб
Дисплей 20х4 с шиной i2c — 506 руб
Коробка, кнопки, провода, плата — порядка 600 руб

Итого: 1709 руб
Затраты на отопление снизились на 30% и составили порядка 4500 руб, то есть экономия составила около 1500 руб за первый месяц. Окупаемость чуть больше месяца. Опыт-бесценно!

[tri_botinka]

Так нормальный контроллер так и работает. Поставь ему желаемое время подогрева, внутренний/внешний температурный датчик, отдельное управление насосом и пр. А потом настрой оптимальную отопительную кривую. Как кейс — обрати внимание — что если не запускать котел, а просто включить на несколько минут насос на циркуляцию — возможна передача тепла от более теплого бетонного «термоса» к более холодному. Еще лучше будет поставить тепловой бак на воде — залить 1 м3 в бак, который снаружи обложен полистиролом. (у воды удельная теплоемость почти в 2 раза выше чем бетон ) А вот совсем выключать систему, не учитывая температуру в помещении — я бы не советовал — жить будет крайне некомфортно

[shuvaevgl]

Если речь про форумхаус и пользователя, который запилил огромный бак и засунул туда батарею, то я изучал его топик. Мне не подойдет по нескольким причинам. Циркуляционны насосы у меня работают без остановки, выравнивая температуру между комнатами. Их суммарная мощность 70 Вт*ч, что в рублях эквивалентно ~100 рублей в месяц. Я думал их включать перманентно, но оно не стоит того.

[tri_botinka]

> а с ростом температуры стала повышаться влажность.
Может наоборот? Зимой в теплом помещении влажность понижается до 20-30 процентов при комнатной температуре (17 л воды в 1м3). Это очень мало и сухо. А при нагревании или проветривании через окна холодным воздухом будет еще суше (на улице при -20 — менее 100 г в 1м3)

[shuvaevgl]

У меня идет отделка в доме, шпклевка, покраска и поклейка обоев связаны с выделением большого количества влаги. И если раньше, когда не было принудительной вытяжки, часто приходилось открывать окна и устраивать сквозняк, потому что по окнам буквально тек конденсат, то теперь в комнатах нормальная влажность.

[tri_botinka]

На Alibaba купил вот такую штуку ru.aliexpress.com/item/USR-WP3-Home-Smart-Remote-Control-Switch-Wifi-Wireless-Socket-Wifi-Outlet/2039276083.html?recommendVersion=2
-удивительно качественная штука — 3 независимых канала с неограниченным числом таймеров на вкл/выкл, и через WiFi (ну очень правильный передатчик — мощный и многостандартный) цепляется к облаку — туда же смотрит и мобильное приложение на iOS, Android и даже Windows XP (с исходниками !)
Доволен как слон.
До кучи еще взял ru.aliexpress.com/item/USR-HTW-Wifi-Wireless-Temperature-and-Humidity-Transmitter-Remote-Control/2046096745.html?recommendVersion=2

[shuvaevgl]

По первому девайсу: мне никак не подходило, поскольку надо было запускать котел. Котел трехфазный, то есть имеем 380 Вольт и 4 провода(5й заземление и не коммутируется), да и нагрузка в 12 киловатт такие провода просто расплавит. Решение нашлось после переписки с официальным производителем котлов Valliant. Они мне подсказали, что котел может быть оснащен выносным датчиком температуры в помещении, который имеет нормальнозамкнутый контакт. При превышении установки, контакт размыкается и котел перестает греть. Таким образом, я свой контроллер подключил в цепь «датчика температуры» и руковожу работой котла. Маленькие токи — никаких искр и электрических дуг при размыкании, все решается копеечным реле.
Что касается второго девайса, то есть ответ для уже установленной ардуины в виде датчика температуры и влажности — 80 рублей и все работает.
Я тоже ратую за конечные устройства и изначально искал вариант попроще. Пересмотрел различные реле времени, но решил, что контроллер с кучей выходов, который можно гибко программировать под собственные нужды и наращивать его возможности с помощью модулей — это и интересно и доступно.

[BSTelecom]

А Ваш контроллер позволяет управлять котлом не только по часам, но и по дням недели?

[shuvaevgl]

В принципе, можно запрограммировать, так как модуль DS1307 выдает не только время, но и дату, а самое главное — день недели в числе. То есть понедельник -1, вторник -2 и т.д. Так что, в принципе, реализуемо. Попробую сделать и дополнить статью.

[shuvaevgl]

Добавил эту функцию, новая версия кода добавлена в статью