Plan 1: bezpośrednie sterowanie 230V

W pierwszym przybliżeniu rozważałem całkowite olanie istniejącego sterownika i powielenie jego funkcji w moim układzie. To oznacza konieczność sterowania 230V – specjalnie się do tego nie palę, ale kilka przekaźników albo triaków załatwi sprawę.

Uciążliwości jest jednak całkiem sporo. Potrzebuję dodatkowo zasilacza z 230V na 12V (do halogenów) i 5V/3.3V (klony d1mini, które mam, można zasilać z obu napięć). To zajmuje miejsce, a w okapie wcale go dużo nie ma. Do tego trzeba pilnować, żeby nie włączyć uzwojenia dwóch biegów okapu na raz.

Więcej przeszkód niż zalet. Może jednak zobaczyć, co się kryje w firmowym kontrolerze.

Plan 2: sterowanie przekaźnikami

Płytka jest bardzo prosta i dokładnie widać co się święci. Projektant przy prawie wszystkich elementach napisał ich model – wielkie kudos! Po kolei:

• złącze po prawej: tutaj przychodzi zasilanie (dolne 3 piny), wychodzi zasilanie uzwojeń silnika (środkowe piny) i wychodzi 230V doprowadzone do tranzystora sterującego oświetlenie (górne dwa piny)

• na środku 3 przekaźniki odpowiadające za sterowanie silnikiem:

  • jest miejsce na 4 przekaźnik w modelach z dodatkowym biegiem

  • przekaźniki są sprytnie połączone: włączenie niższego biegu odcina zasilanie od przekaźników wyższych biegów. Dzięki temu niemożliwe jest włączenie naraz dwóch lub trzech biegów w silniku

• w górnej części optoizolator MOC3052, triak BTA-12, cewka – układ sterowania oświetleniem halogenów z możliwością redukcji jasności (współpracuje z Shark60).

• po lewej – 7805, przetwarzający napięcie 12V (do sterowania przekaźnikami) na 5V (dla mikrokontrolera)

• po drugiej stronie płytki, pod naklejką z kodem paskowym – wspomniana atmega8l i scalaczek z tranzystorami.

W zasadzie perfekcyjnie. Obecne na płytce 5V zapewnia mi zasilanie dla esp8226 na d1mini. Do sterowania oświetleniem mógłbym wpiąć się pod gotowy optoizolator. Układ przekaźników zabezpiecza przed nieprawidłowym włączeniem. Tylko do ich sterowania (12V!) potrzebowałbym jakiegoś układu z tranzystorami. Ale czy nie wspominałem, że doszedłem do 3 scenariuszy?

Plan 3: Mimikra do atmegi

Planuję użyć mikrokontrolera do sterowania wyższymi napięciami. A przecież już jest taki mikrontroler na tej płytce. I ma swoje tranzystory, optoizolator. Najprościej będzie się po prostu wpiąć w miejsca, gdzie już jest podłączony.

Przekaźniki jedną nóżkę mają podłączoną pod +12V, druga idzie do zestawu tranzystorów zamkniętych w układzie ULN2003. Sygnał z GPIO atmegi steruje tranzystorami, powodując zwarcie do masy i w ten sposób zamknięcie obwodu zasilającego przekaźnik.

Podobnie optoizolator: ten z kolei na stałe jest przylutowany do masy, natomiast sterowanie z mikrokontrolera zapewnia zasilanie wbudowanej diody LED.

Pora lutowania – plan 3

Wszystko ładnie pięknie, tylko nie działa. Przekaźniki w ogóle nie reagują, włączenie światła po chwili powoduje reset mikrokontrolerów. Pora się zastanowić, co poszło nie tak.

Po pierwsze to niezgodność zasilania. Atmega działa na 5V. Esp8226 na 3,3V. Co prawda ESP ma złącza gpio 5V-tolerant, ale to oznacza tylko tyle, że się nie spali przy takim napięciu. Samo więcej niż 3,3V nie poda.

Po drugie port GPIO ma albo stan wysoki (max 3,3V na ESP), albo zwarty do masy. A jak dwa mikrokontrolery są spięte swoimi portami, i jeden ustawi sobie stan niski, a drugi akurat chce wysoki, to w efekcie wspólna masa jest zwierana do napięcia zasilania. Not good.

Zabawny efekt powstał przy włączeniu oświetlenia – znikała możliwość zmiany biegu na inny niż aktualnie ustawiony, ani przez ESP, ani panelem dotykowym (przez atmegę; co podwójnie ciekawe, cyfrę biegu na wyświetlaczu dało się zmienić). Wyłączenie oświetlenia powodowało, że wybrany bieg „wskakiwał“.

Co prędzej odłączyłem moją konstrukcję i przemyślałem podejście.

Krok w tył - plan 2

Spróbowałem więc z planem pośrednim. Własnoręczne sterowanie przekaźnikami wymagało kilku elementów więcej. Na kawałku płytki zamocowałem 3 MOSFETy i doprowadziłem do nich GPIO z ESP. O dziwo, zadziałało poprawnie od razu. W obudowie oryginalnego kontrolera znalazło się miejsce na tranzystory. D1mini zostawiłem na zewnątrz – i tak metalowa obudowa dookoła nie jest najlepsza dla komunikacji po wifi.

W dalszym ciągu jednak nie działało w pełni sterowanie oświetleniem. Przyczyna ta sama co poprzednio: jeden kontroler zwierał do masy stan wysoki drugiego. Z tym sobie poradziłem lutując na oryginalnym optoizolatorze mój, z nóżką zasilania podłączoną tylko do ESP:

Logika sterowania

Stronę oprogramowania miałem już przećwiczoną kilka razy wcześniej. Poza mnóstwem ruchomych elementów – Mosquitto (MQTT), OpenHAB, ha-bridge, Alexa – nic specjalnie skomplikowanego. W interfejsach (webowym, komórkowym, aleksowym) nie mam bezpośredniego sterowania uzwojeniami biegów wyciągu. Jest tylko jeden element, któremu można ustawić zadany bieg, i on pilnuje żeby tylko jedno uzwojenie było włączone. Dublując zresztą zabezpieczenie wynikające z podłączenia przekaźników, ale im więcej tym lepiej.

Poniekąd przez to, że w ha-bridge cały okap udaje żarówkę (…) to nie można Aleksie wydać polecenia „ustaw wyciąg na 2”. A może to ograniczenie aleksy. W każdym razie biegi mam zmapowane dwojako: 1% włącza bieg 1, 2% drugi a 3% trzeci; pewne poziomy procentowe włączają konkretny bieg, np. 20% włącza bieg pierwszy. Można więc powiedzieć „włącz wyciąg na 20%”:

Satysfakcja 99% procent. Założenia spełnione, a brakujący 1% pojawi się, jeśli rozgryzę oryginalny dotykowy panel sterowniczy.

Sprzęcior

Za niecałe 5 dolców sztuka nabyłem od skośnookiego producenta wifi-włączniki Sonoff Basic. Składają się z popularnego układu ESP8266, przekaźnika i układu zasilającego całość. Oryginalnie przychodzą z jakąś appką i komunikują się ze statkiem macierzystym w Chinach, ale sam producent pokazuje na swoich stronach gdzie przylutować kabelki i jak zmienić oprogramowanie.

Popularność ww. chipa zaowocowała wysypem różnych hobbystycznych firmware. Po pomoc w zmianie softu zwróciłem się do Przemka i otrzymałem do zabawy sztukę z wgranym ESPEasy.

Alternatywny soft daje obsługę różnych dodatkowych urządzeń podłączonych pod dostępne GPIO. Tak, włącznik prądu ma dostępne programowalne piny wejścia/wyjścia. Witamy w przyszłości.

Podłączyłem więc czujnik wilgotności DHT22 i skonfigurowałem wysyłanie jego odczytów.

Sofcior

Przy okazji researchu bardzo spodobał mi się protokół MQTT i jego implementacji w postaci serwera Mosquitto. Protokół działa na zasadzie szyny danych. Różne urządzenia wrzucają do niej dane pod ustalonymi adresami, a kto jest zainteresowany może dowolne dane (z dokładnością do ACL) czytać i przetwarzać. I całkiem dobrze integruje się z OpenHAB, którym automatyzuję mieszkanie.

Swoją drogą dawno nie widziałem takiego działającego „od ręki” oprogramowania. Nawet zmostkowanie drugiego serwera (do testów w czasie wolnym w biurze) poszło jak z płatka.

Fuzja

Wiatrak dwa biegi ma zrealizowane przez dwa uzwojenia, na które podajemy napięcie. Pierwsze jest z założenia cały czas pod prądem – to daje 230V, które wykorzystałem do zasilania Sonoffa. Włącznik drugiego biegu podłącza fazę pod drugie uzwojenie. Równoległe do tradycyjnego podłączyłem wifi-włącznik – dzięki włącznik nie traci funkcjonalności i wciąż można ręcznie wymusić wyższy bieg.

Regułka w OpenHAB jest dłuższa niż minimalna. For fun steruję jasnością diodki na Sonoffie – gdy wilgotność jest w obszarze histerezy, diodka świeci się coraz mocniej przy zbliżaniu się do granicy załączenia:

val int h_low = 55
val int h_high = 65

rule "Włącz wiatrak przy dużej wilgotności"
when
    Item h_lazienka received update
then

    if (h_lazienka.state > h_high) {
            /* wlaczyc wiatrak i diodke  */
            sSONOFF03.sendCommand(ON)
            dSONOFF03LED.sendCommand(0)

    else if (h_lazienka.state < h_low) {
            sSONOFF03.sendCommand(OFF)
            dSONOFF03LED.sendCommand(1023)

    else {
            /* pomiedzy 55 a 65 */
            val h_lazienka_int = h_lazienka.state as Number
            var led_pwm = (h_high - h_lazienka_int) * ( 1023 / (h_high - h_low) )
            if (led_pwm < 0) { led_pwm = 0 }

            dSONOFF03LED.sendCommand(led_pwm)
    }
end

Wszystkie etapy przykręcania kabelków zostały udokumentowane fotograficznie. W starym interfejsie OpenHABa przybyło mi:

Czym flashować, jak żyć?

Który firmware wybrać? Na początku skłaniałem się ku Tasmota. Opisywany jest jako „dedykowany” do Sonoffów. Przemek skierował moją uwagę na ESPEasy, który jest ogólniejszy, za to ma więcej możliwości konfiguracji (np. sterowanie PWM) i oferuje sensowniejszą hierarchę MQTT.

Obydwa oprogramowania pozwalają na aktualizację Over-the-Air. Po pierwszym wgraniu, kolejne aktualizacje przeprowadzamy po WiFi. Dzięki temu piny RX/TX UARTa można przekonfigurować uzyskując dwa kolejne GPIO.

Tasmota ma obsługę Last Will and Testament w MQTT, co ułatwia sprawdzenie czy moduł jest on-line. Bo przecież do VLANa z włącznikami ma dostęp tylko broker MQTT, nieprawdaż?

Ostatecznie stanęło na ESPEasy. Jednego z pozostałych Sonoffów mam z Tasmotą, może rozwinie się w jakiś sensowny sposób.

Gorąco polecam celebrację lenistwa poprzez usmartawianie swojego domu.