Настоящая заметка - это одновременно и обзор, и описание проекта, в котором использовался новейший универсальный сенсор компании Fibaro - FGBS-001. Этот модуль Z-Wave обеспечивает два универсальных дискретных входа и так называемый «однопроводный» (1-Wire) шлюз, позволяющий подключать до четырех температурных сенсоров.  Наша цель – протестировать прибор, применив его в текущем проекте. Мы планируем изменять температуру наверху, в середине и внизу резервуара с горячей водой. Мы также собираемся измерять температуру сушильного шкафа. Сенсоры с дискретным входом будут использоваться для того, чтобы контролировать состояние двери шкафа (открыта или закрыта) и статус водонагревателя (вкл/выкл, до этого применялся локальный таймер).  

Модуль FGBS-001 может контролироваться с помощью любого контроллера Z-Wave и совместим с охранными шлейфами (как c обычными, так и с контролем обрыва) и поддерживает до двух охранных датчиков. Мы используем его с нашим контроллером VeraLite. 

Что внутри?

Сенсор поставляется в стандартной коробке Fibaro (65mm ? 65mm ? 45mm) вместе с инструкцией. Как можно видеть на фото выше, само устройство – крошечное (30mm ? 14mm ? 12mm). Большая его часть – 4 винтовых клеммы. Также он имеет шесть проводных выводов по 140 мм и один антенный – провод длиной 80 мм. Модуль имеет маленькую кнопку на своем корпусе, для инициирования процесса включения его в Z-Wave сеть (Z-wave inclusion).

Контакты: • GND = голубой • TD (1-wire -данные) = белый • TP (1-wire питание) = коричневый • IN2 = зеленый • IN1 = желтый • GND = голубой • P (power) = красный

Особенности

Устройство требует питания постоянным током с напряжением 9-30 В. Это значит, что запитать сенсор можно от батареи или от источника питания; поэтому FGBS-001 может использоваться в самых различных областях.

Входы и выходы, поддерживаемые устройством:

• Два бинарных входа для датчиков.

• Однопроводный (1-Wire) сетевой интерфейс/шлюз (1-Wire в Z-Wave), который может поддерживать до четырех температурных сенсоров DS18B20.

• Два входа отображены на выходы, которые могут быть нагружены до 150 мА.

Инсталляция и конфигурирование

Мы планировали подсоединить к модулю FGBS-001 четыре температурных датчика DS1820. Эти датчики монтируются в отверстия в изоляции бака: один около дна, один – в середине, и еще один – вверху бака. Расстояние между датчиками – около 55 см.

Четвертый датчик располагается в сушильном шкафу, рядом с универсальным сенсорным модулем (примерно посередине шкафа). Провода пойдут к контакту двери (геркону).

	Этот модуль поддерживает температурные датчики производства компании Dallas Semiconductors DS18B20 с интерфейсом 1-Wire. Все они должны быть подсоединены до включения модуля в сеть Z-Wave, также модуль должен быть исключен и снова включен в сеть, если нужно добавить или изъять один из сенсоров. Интерфейс 1-Wire поддерживает только устройства DS18B20.
	Первой нашей задачей было припаять выходы всех температурных датчиков. Все проводники защищаются термоусадочной трубкой, для предотвращения коротких замыканий.
	Каждый сенсор также защищен с помощью термоусадочной трубки, чтобы его можно было просовывать сквозь изоляцию бака, которая в некоторых местах достигает толщины 65 мм.
	Вот он – полностью готовый пучок проводов с датчиками. Когда мы подсоединили его, модуль потреблял 11.1 мA при 12В постоянного тока.

Z-Wave контроллер 

Перед началом работы мы установили самое новое ПО для нашего контроллера MiCasaVerde VeraLite. Настоятельно рекомендуем сделать бэкап вашей Z-Wave конфигурации.

Следующий шаг – включение устройства в Z-Wave сеть (Z-wave inclusion). Для этого нужно перевести Vera в режим включения и коротко нажать кнопку на модуле, три раза.

Модуль был распознан и появился в пользовательском интерфейсе контроллера как четыре '_Generic IO' и два '_Motion Sensor' устройства:

Это известная проблема конфигурации, которую можно исправить. Для каждого устройства, отображаемого как 'Generic IO' мы зашли в настройки 'Settings', затем в 'Advanced' и поменяли пункт 'device_file' на 'D_TemperatureSensor1.xml'. Это изменило вид модуля в пользовательском интерфейсе на такой:

Отлично! Температурные датчики все показывали одинаковое значение - 23?C, потому что в тот момент мы просто тестировали их. Теперь мы можем установить устройства в сушильный шкаф.

Перед тем, как мы установим датчики на предполагаемое место их размещения, мы должны определить, кто из них кто, когда отображается в пользовательском интерфейсе контроллера. Это просто – надо подержать датчик в руке, чтобы понять, какой из них меняет температуру на экране. Далее, мы поменяли в расширенных настройках имена датчиков на 'HW Tank Top', 'HW Tank Middle', 'HW Tank Bottom' и 'Airing Cupboard' соответственно.

Мы установили датчики и обмотали их изолентой, чтобы случайно не зацепить их.

Проверя данные от установленных датчиков, мы могли увидеть следующие значения: 'HW Tank Top' = 39?C, 'HW Tank Middle' = 36?C, 'HW Tank Bottom' = 34?C и 'Airing Cupboard' показывал 27,9?C. Эти значения были ожидаемы, поскольку мы измеряли температуру в час дня, и вода лилась с восьми утра, жильцы дома приняли душ и ванну несколько раз.

Универсальный сенсор Z-Wave

Универсальный сенсор имеет большой набор расширенных установок, которые отображаются через пользовательский интерфейс контроллера.

Параметры с 1 по 4 предназначены для двоичных входов, и мы вернемся к ним позже.

Параметры 5-9 - ассоциирование устройства в сеть Z-Wave (Z-wave association).

Параметр 10 это интервал между считываниями параметров сенсора, и мы оставляем значение по умолчанию – 20 сек.

Параметр 11 – это интервал между принудительными посылками данных о температуре контроллеру. Значение по умолчанию – 200 сек, но мы хотим более часто обновлять данные, так как температура воды в резервуаре будет изменяться достаточно быстро. Мы устанавливаем 30 сек.

Параметр 12 устанавливает дискретность предоставляемых модулем данных. Начальное значение – 8, что соответствует 0.5?C. Мы оставляем это значение, так как мы в любом случае работаем с точностью ±1?C.

Другие возможные применения

Пассивный ИК-сенсор

Это устройство достаточно маленькое для того, чтобы помещаться в стандартный пассивный ИК-датчик, чтобы сделать его устройством Z-Wave. Также было бы достаточно просто добавить одиночный температурный сенсор DS1820, но пассивные ИК-сенсоры обычно не очень удобно расположены для целей измерения температуры. Мы знаем, что существуют уже готовые Z-Wave устройства для подобных задач, что позволяет использовать одни и те же сенсоры по всему дому, независимо от технологии их сопряжения. В нашем случае, мы также будем запитывать от нашего ИБП 12В.

Этот модуль может быть сопряжен практически с любым сенсором, делая из него устройство Z-Wave – c датчиком утечки газа, датчиком дождя и прочими.

Наружное применение

Благодаря низкому энергопотреблению, бинарным входам и возможности измерять температуру, мы видим это датчик полезным в нашем проекте дачного сарая (shed project). Мы будем использовать его для устройства геркона на двери сарая, сумеречного датчика для освещения сада и для температурных датчиков в сарае, снаружи его и для измерения температуры поверхности почвы.

Наши успехи

Мы планируем мониторить температуру бака с горячей водой в трех точках, и при помощи этих данных оценить, сколько же мы имеем доступной горячей воды. Впоследствии эти данные могут быть использованы для интеллектуального контроля системы нагрева горячей воды, которая в этом доме нагревается с помощью газовой горелки. Это могло бы сэкономить большое количество газа, потому что сейчас система нагрева контролируется простым программируемым таймером. Универсальный сенсор здесь используется только для того, чтобы собрать информацию о температуре по сети Z-Wave (безо всяких проводов); все что требуется – 12В постоянного тока в сушильном шкафу. 

Мы использовали 8 мм сверло по бетону (потому что оно не острое и не повредит оболочку бака) и делали отверстие вручную, потому что последнее, что бы мы хотели сделать – это повредить корпус бака! Мы сделали дырки в вспененной изоляции в отмеченных местах и зачистили их так, что стал виден медный корпус бака. Далее, мы затолкали температурные датчики так, чтобы обеспечить хороший контакт с поверхностью бака и заизолировали все силиконовым герметиком.

Питание

Мы использовали постоянное питание 12В в нашем сушильном шкафу от 12В ИБП. Это означает, что вся наша Система Домашнего Контроля Home Control System (HCS) и сеть Z-Wave будут работать и в случае пропадания электропитания от сети.

Регистрация данных

Мы сконфигурировали сцену под названием «1 мин» на VeraLite, которая должна запускаться каждые 60 секунд. Эта сцена использует следующий Luup код для отправки значения температуры в нашу Систему Управления Домом, используя коммуникации на уровне сокетов:

local socket = require("socket")
host = "192.168.x.x"
local sensor = luup.variable_get("urn:upnp-org:serviceId:TemperatureSensor1","CurrentTemperature", 18)
c = assert(socket.connect(host, xxxx))
c:send("Zwave,Airing Cupboard,Airing Cupboard Temp," .. sensor)
c:close()

local sensor = luup.variable_get("urn:upnp-org:serviceId:TemperatureSensor1","CurrentTemperature", 19)
c = assert(socket.connect(host, xxxx))
c:send("Zwave,Airing Cupboard,Water Tank Top Temp," .. sensor)
c:close()

local sensor = luup.variable_get("urn:upnp-org:serviceId:TemperatureSensor1","CurrentTemperature", 20)
c = assert(socket.connect(host, xxxx))
c:send("Zwave,Airing Cupboard,Water Tank Bottom Temp," .. sensor)
c:close()

local sensor = luup.variable_get("urn:upnp-org:serviceId:TemperatureSensor1","CurrentTemperature", 21)
c = assert(socket.connect(host, xxxx))
c:send("Zwave,Airing Cupboard,Water Tank Middle Temp," .. sensor)
c:close()

Система Управления Домом получает эти сообщения и, если значения изменились, записывает их в наш лог-файл. Эти сообщения могут быть обработаны позже, чтобы сгенерировать графики, а также могут быть использованы в веб-интерфейсе нашей системы домашнего контроля – для создания динамических графиков.

Бинарные сенсоры

Нам еще предстоит их подключить.

Что мы хотим узнать?

В нашем случае в результате мониторинга температуры бака с горячей водой мы хотим уточнить следующие моменты:

1. Мы хотим узнать, сколько времени требуется, чтобы нагреть весь бак, изначально содержащий холодную воду (то есть когда нагрев был отключен много дней), и сколько времени нужно, чтобы разогреть воду, не полностью остывшую с предыдущего дня (вода сохраняет остаточное тепло в течение достаточно долгого времени). Это позволило бы нам лучше контролировать нагрев горячей воды и сэкономить много денег на газовом нагреве. Самое большое количество энергии тратится на нагрев воды во время летних месяцев. Если бы мы могли использовать водонагреватель только тогда, когда он нужен, мы бы значительно уменьшили количество потребляемой энергии. Настоящий проект ставит своей целью доказать это.

2. Если мы вручную увеличиваем мощность нагрева воды, мы можем контролировать ее, так что нагреватель выключается, когда вода в баке приходит к заданной температуре. В настоящий момент это делается с помощью ручного выключателя. Некоторые контроллеры имеют кнопку принудительного нагрева, вода нагревается в течение определенного периода (например, одного часа). Мы думам, что этот метод является более эффективным.

3. Весьма вероятно, что вечером будет нагрето достаточно воды, так что нам не нужно нагревать воду с утра. Мы хотим подтвердить это в ходе наших изысканий.

4. Мы бы хотели выяснить, сколько процентов времени в сутках вода нагревается, и сколько держится заданная температура. Это позволит нам в кратчайшие сроки наладить более эффективную работу существующего ручного контроллера.

5. Имея все вышеперечисленные данные, будет просто сформировать задание для полной автоматизации системы горячей воды.

Что мы узнали?

Нам предстоит еще довольно много работы! Мы начали записывать данные, и будем анализировать их в ближайшие дни.

Мы сделали быстрый тест и отобразили некоторые начальные данные на графике ниже. Первый момент, который мы отметили – воде требуется больше времени для разогрева, чем мы думали. Через двенадцать минут температура середины резервуара поднялась только на 6 ?C. Другая отмеченная нами особенность – вода на дне бака нагревается быстрее, чем вода на среднем уровне, и иногда она на градус горячее, чем вода вверху резервуара. Это происходит потому, что горячая вода подается снизу.

Оставив систему нагрева работать на несколько часов, мы увидели следующее установившееся состояние: 't воды вверху бака' = 42?C, 't воды в середине бака' = 41?C, 't воды внизу бака' = 43?C. Это значит, что мы можем перекрыть поступление горячей воды, так как требуемая температура достигнута.

Из этого состояния, принятие одной ванны в доме вызвало следующее падение температуры воды: 't воды вверху бака' = 41?C, 't воды в середине бака' = 38?C, 't воды внизу бака' = 38?C.

Следующий график отображает первый полный день, в течение которого мы собирали данные и показывается 24-часовой период, визуализированный с помощью пользовательского веб-интерфейса для нашей Системы Управления Домом. Вы можете прочитать больше на тему того, как был сгененирован отчет, на нашей странице визуализации данных проекта (data visualisation project ) page.

Голубой = верх, красный = середина и зеленый = дно бака.

Вы можете видеть, как температура воды в баке установилась и медленно падает в течение ночи. В 6 утра включается газовый водонагреватель, а в 7 часов – душ. Душ вносит большое изменение температуры вверху резервуара, и меньшее – в середине. В 7:55 также кто-то принимает ванну, и в 8:00 бойлер выключается. Таким образом, температура падает гораздо быстрее. В 16:00 бойлер снова включается, и в 20:05 опять кто-то принимает ванну.

Что мы можем понять из этого графика?

• Сложно сказать определенно, поскольку душ использовался во время того, как нагреватель работал, а ванна принималась, а ванна принималась, когда он был выключен, но, похоже, душ гораздо вносит гораздо меньше изменений в температуру воды в баке (потому что используется меньше воды). Мы еще раз попытаемся провести измерения, чтобы подтвердить это мнение.

• Пока что, 46?C - это самая высокая температура воды в баке, которую мы видели. Это ниже, чем мы ожидали.

• Бойлер может нагреть бак утром менее, чем за 26 минут.

• Это не было показано, но мы также мониторили температуру в сушильном шкафу. Она никогда не превышала 28?C, что говорит нам о хорошей изоляции бака. Температура в сушильном шкафу также постоянна, что значит – он тоже хорошо заизолирован. (Шкаф имеет двойной кожух из гипсокартона с изоляционным материалом между его слоями). В нашем следующем доме мы сделаем еще больше усилий, чтобы изолировать бак с горячей водой.

Выводы

Действительно, это маленькое устройство имеет впечатляющие возможности! Его малые размеры позволяют использовать его в решении самых разных задач. Он был предназначен для питания от батареи, но мы бы хотели иметь версию, которая питается от сети 12В и таким образом имеет возможность передавать Z-Wave сообщения. Также непрерывное питание позволит опрашивать устройство в постоянном режиме.

Когда мы использовали его с нашим контроллером MiCasaVerde VeraLite, точность показания температуры была ±1?C, не смотря на то, что датчики DS18B20 измеряют температуру с куда большей точностью. В решении нашей задачи, точность 0.5?C была бы лучше.

Мы заметили, что эти новые температурные сенсоры не показываются на нашем приложении для iPhone Vera Mobile app.

Статья подготовлена по материалам сайта Dream Green House

Перевод: www.z-wave.ru

• Назад
• Вперёд