Enregistrer et tracer les événements du thermostat 24 V (optocoupleur + Raspberry Pi) à l'aide de framboise

Il y a beaucoup d'Instructables qui montrent comment faire un thermostat. Mais que se passe-t-il si vous avez déjà un thermostat et que vous souhaitez vous connecter ou surveiller quand il s'éteint et s'allume ? Ce Instructable montre comment utiliser un optocoupleur pour obtenir des tensions continues de niveau logique à partir d'un thermostat programmable domestique commun qui se connecte à un système de chauffage et de refroidissement AC 24 volts. Il comprend également un capteur de température et un code adapté à l'exécution sur un Raspberry Pi pour enregistrer et représenter graphiquement l'état, les événements et les températures du thermostat.

AVERTISSEMENT :Travailler avec de l'électricité peut être dangereux. Avant de continuer, assurez-vous d'avoir une compréhension et des compétences adéquates pour mener à bien ce projet en toute sécurité. Bien que j'aie fait de mon mieux pour le rendre sûr, je ne suis pas responsable si ce projet fait griller votre thermostat, Raspberry Pi, système CVC, votre chat/chien, ou brûle votre maison.

Étape 1 :Rassemblez les pièces et les outils nécessaires

Vous aurez besoin des pièces suivantes :

• Un optocoupleur HCPL3700
• 2 résistances de 3,3 kOhm, d'une puissance nominale de 1/2 watt ou plus (la puissance nominale est importante)
• Un condensateur de 10 uF, minimum 10 V (l'électrolyte convient)
• Un condensateur céramique 0,1 uF
• Une résistance de 8 kOhm (ou, plus probablement, une résistance de 4,7 kOhm et 3,3 kOhm en série)
• Un Raspberry Pi
• Une longueur de fil isolé à deux conducteurs, idéalement avec une sorte de déconnexion rapide
• Cours et fins électroniques de base, tels que :
  • Une planche à pain
  • Cavaliers

Si vous souhaitez également construire le capteur de température en option, vous aurez également besoin de :

• Un capteur de température ADT7410
• Un tableau de répartition SOIC
• Un autre condensateur céramique de 0,1 uF
• 4 résistances de 10 kOhms

Si vous souhaitez concevoir et fabriquer votre propre circuit imprimé, vous aurez également besoin de :

• Un bloc à vis à deux bornes
• En option, des broches d'en-tête femelles pour accepter la carte de dérivation SOIC
• Broches d'en-tête mâles pour se connecter à un Pi, ou broches d'en-tête femelles pour se connecter à un Arduino
• En option, les versions SMD des résistances répertoriées ci-dessus pour réduire la taille globale

Outils requis :

• Un multimètre

Autres exigences :

• Un système de chauffage/refroidissement 24 VAC

Configuration logicielle requise :

• Python
• Perl (nécessaire pour HiPi, qui est nécessaire pour hipi-i2c)
• Compte Plotly (facultatif, pour les données graphiques)
• Eagle (version gratuite, en option, pour la conception de PCB)

Étape 2 :Découvrez comment interagir avec votre thermostat

De nombreux systèmes de chauffage/refroidissement domestiques fonctionnent à 24 volts CA. (Ceux qui ne sont pas en dehors de la portée de ce Instructable). Les thermostats programmables fonctionnent généralement avec des piles ou utilisent une sorte de mécanisme de « vol d'énergie » pour s'alimenter. La commutation proprement dite est généralement effectuée par un relais à l'intérieur du thermostat.

Nous voulons surveiller si le système de chauffage/refroidissement fonctionne. Pour ce faire, nous voulons détecter si le relais permet au courant de circuler ou non. La première étape consiste à déterminer quels fils surveiller. Étant donné que les conventions de câblage des thermostats varient, cela nécessite quelques expérimentations.

Prenez votre multimètre, réglez-le pour mesurer la tension alternative et déterminez quelle paire de fils lit 24 volts alternatifs lorsque votre système de chauffage/refroidissement est actif. Assurez-vous que cette même paire lit 0 volt CA lorsque le système est inactif. Notez que vous pouvez avoir plusieurs paires qui fonctionneront, selon que vous avez un ventilateur qui fonctionne automatiquement ou d'autres variables.

Mon thermostat utilise cinq fils, reliés à six contacts (un des fils est relié à deux contacts). Cela signifie qu'il y a 10 combinaisons possibles de deux fils à tester, et nous devons tester ces combinaisons lorsque le système est à la fois allumé et éteint. Il est probablement utile d'écrire les paires de fils que vous testez sur une feuille de papier, puis de noter la tension (ou son absence) au fur et à mesure.

Vous pouvez voir dans mon cas, la tension réelle est supérieure aux 24 volts nominaux. Lorsque le chauffage est allumé, mon multimètre lit près de 29 volts sur la paire de fils que j'ai sélectionnés.

Étape 3 :Donnez-vous accès à la paire de fils

Coupez l'alimentation de votre système de chauffage/refroidissement et utilisez votre multimètre pour vérifier que l'alimentation est coupée. Retirez le thermostat de sa base, exposant le câblage. Ajoutez deux fils supplémentaires connectés aux bornes de la paire de fils que vous avez choisie à l'étape précédente.

Pour ranger les choses, il est préférable d'utiliser un câblage qui se termine par une sorte de déconnexion rapide à l'autre extrémité, afin que le thermostat puisse être déconnecté rapidement et en toute sécurité du projet lorsque vous le souhaitez.

Étape 4 :câbler un circuit pour mesurer la tension

C'est peut-être la partie la plus compliquée du processus. Évidemment, nous ne pouvons pas directement connecter 24 volts CA à un Raspberry Pi - quelque chose doit rectifier et baisser cette tension et le faire en toute sécurité.

Nous pouvons utiliser un optocoupleur pour accomplir cela. Un optocoupleur isole électriquement deux circuits séparés. Dans notre cas, nous souhaitons isoler le système de chauffage/refroidissement 24 volts AC de notre Raspberry Pi.

J'ai choisi d'utiliser l'optocoupleur HCPL3700 car il comprend un redresseur et peut gérer une large gamme de tensions. Plus précisément, il prend en entrée du courant alternatif ou du courant continu, de 5V à 240V, et peut fonctionner avec une alimentation allant de 2V à 18V. Les exigences actuelles sont suffisamment faibles pour faire fonctionner l'appareil directement à partir de l'alimentation 3,3 V du Raspberry Pi.

Le schéma inclus montre comment j'ai câblé le HCPL3700 (vous pouvez ignorer la moitié inférieure du schéma, qui est le capteur de température, pour l'instant). IMPORTANT :les deux résistances de 3 300 ohms connectées aux broches d'entrée CA doivent avoir une puissance nominale d'au moins 1/2 watt. Ces deux résistances définissent les seuils de déclenchement de l'optocoupleur, c'est-à-dire la tension d'entrée à laquelle il s'allumera. Pour plus de détails sur la sélection de ces valeurs de résistance, consultez cette note d'application.

Le redresseur du HCPL3700 redresse l'entrée CA, mais ne lisse pas l'onde sinusoïdale redressée. Ainsi, sans autre filtrage d'entrée, la sortie logique oscillera rapidement, probablement à la fréquence de votre tension de ligne (60 Hz aux États-Unis). Afin d'éviter cela, nous plaçons un condensateur entre les broches CC du redresseur. La note d'application détaille comment calculer la valeur de ce condensateur ; un condensateur de 10 uF, minimum 10 V suffit.

Comme de nombreux circuits intégrés, le HCPL3700 suggère de placer un condensateur de 0,1 uF entre ses broches de tension d'alimentation. Enfin, la puce utilise une sortie à collecteur ouvert, ce qui signifie qu'elle ne fait que baisser sa sortie ; pour voir les sorties logiques hautes, nous avons besoin d'une résistance de rappel. Le calcul de la valeur appropriée pour cette résistance est un peu un défi, car cela dépend des caractéristiques de la puce et des broches d'entrée du Pi, mais j'ai trouvé que la résistance pull-up standard de 10k Ohm pourrait potentiellement ne pas produire une tension suffisamment élevée être lu comme un niveau logique par le Pi. Ainsi, je suis parti avec une résistance de 8k Ohm (en fait un 3,3k Ohm et 4,7k Ohm en série). Ce calcul est toutefois basé sur les pires scénarios; en pratique, une résistance de 10k peut fonctionner correctement.

Pour plus de détails :enregistrez et enregistrez les événements du thermostat 24 V (optocoupleur + Raspberry Pi)