6. Управление скважинным насосом через esp12 и твердотельное реле SSR

Проблема: в системах скважинного водообеспечения, в большинстве случаев собранных по низу рынка, применяют дешевые компоненты, одним из таковых является реле давления, задачей которого служит включение насоса и накачка системы заданным давлением, с последующим отключением насоса при достижении порогового значения. Грубо говоря это две пары контактов, к которым можно прикручивать 4 провода (не считая заземления) - два от насоса и еще два от УЗО (~220VAC). Контакты смыкаются под силой пружин (их две) при давлении в магистрали 0 бар и размыкаются при давлении 3 бар. Контакты - слабое место, так как являются узлом коммутации мощной нагрузки (насос), из-за этого на них образуется нагар, который при определенных условиях приводит к эффекту залипания, что в свою очередь может вывести из строя насос или накачать вам вместо 3 бар все 10, хах, если не бахнет труба или соединительная муфта.

Задача: идея состоит в смещении полномочий коммутации от реле давления к твердотельному реле. Такой тип реле обладает коронным плюсом - нет искрения в следствии отсутствия подвижных механических деталей, следовательно не возможна ситуация, при которой насос поломается сам или бахнет часть системы водовода.

Решение: для понимания материальной части задачи, приведу схему типичной разводки водозабора из скважины (Рисунок 1). Имеем насос, включенный в разетку с УЗО защитой, управление тем, как часто включать насос, возложено на приспособу под названием "реле давления". Система простая как угол дома, от того дешевая и распространенная.

Рис. 1. Стандартное подключение систем с реле давления

Добавив в систему SSR реле - используются в индуктивных нагрузках (а мотор насоса, точней обмотка это элемент индукции, есть еще SSZ, но их ниша - резистивная, емкостная, слабоиндуктивная нагрузка), получим мощное решение проблемы (Рисунок 2). Осталось определиться с управлением, тоесть устройством, которое будет решать несколько задач, это сбор состояния контактов реле, включение ssr, ну и на десерт - мониторинг температуры воздуха в кессоне.

Рис. 2. Собираемая система со смещенным акцентом управления

Начнем с составления схемы электрической принципиальной (Рисунок 3). Потребуются esp12e (75 rub), ds18b20 (73 rub), l1117 (105 rub) в качестве преобразователя, 10uF smd tantal (15 rub), 22uF smd tantal (22 rub), ssr-1 440V 25A 3-32v (720 rub) (25А является пиковой границей работоспособности, брал его ради интереса, можно заменить на 10А, т.к. насос всего 900 Ватт мощности), резисторы на 4,7кОм (1 rub), 10кОм (1 rub). Все компоненты доступны, ценник - тысяча вечно дубовых. Хотя, еще столько же на мелочевку типо коробки, радиатора, болтиков, проводов и прочего.

Рис. 3. Схема электрическая модуля управления и датчиков

Так как модуль esp12 имеет жесткие требования к питающему напряжению, 3.3 вольт, будем добывать сие при помощи стабилизатора напряжения L1117 3.3V, типовая схема включения указана на рисунке 4. Итого имеем: в разетку (220VAC) блок питания usb для зарядки мобильников (их столько, хоть на грядках сажай), от него 5 вольт понижаем в 3.3 и запитываем esp, датчики, реле с управлением 3-32VDC. Тут же прикидываем логику работы релюхи, при давлении 0 надо включать насос, а при давлении 3 его отключать. Вероятный дребезг контактов сводим к минимуму увеличением интервала опроса контактов реле давления, у меня интервал задан 2 секундам (строка 56 файл main.lua).

Рис. 4. Схема преобразования внешнего питания в 3.3В

Собрать все в кучу и не опозориться поможет макетка (Рисунок 5), втыкаем все детали и соединяем по схеме выше (Рисунок 3).

Рис. 5. Макетный стенд, испытание и отладка системы

Модуль ESP гол как сокол (не все такие), поэтому нарисованный правой ногой код надо как то загружать в память, ну и читать print(), отладка наше все! Рисунок 6 дает ответ на данную потребность, всего то и надо где то раздобыть ttl переходник, таким может притвориться CH341A, важно не забыть перемычку между пинами 2 и 3. Далее все по схеме, RX к TX модуля esp, а TX к RX, обязательно gpio15 через резистор на землю, иначе плата не стартует, ch-pd (он же en) через резистор на плюс питания, без этого чип не проснется. Это минимум, все остальное потребуется в том случае, если чип голый вообще, тоесть не имеет прошивки, умеющей lua, интернеты, счет и прочее мракобесие. Процесс шитья и кройки гуглится, о, ленивый? Тогда держи прямую ссылку на www.instructables.com, инглиш андестенд, е?

Рис. 6. Схема подключения модуля esp12 к ПК

Шаманизмом не страдаю, поэтому Arduino Studio даже не запускаем, пойдем дорогой ESPlorer - более-менее дружелюбной поделки-редактора, умеющего взаимодействовать с esp через COM порты, искать софтину тут - esp8266.ru. По коду, разделен на три части, init.lua, main.lua (Рисунок 7), ds18b20.lua. Все три честно сдернуты из репозитория github.com/Kisaua/esp8266-ds18b20-narodmon, чето он поломался и не открывается, однако совесть чиста - автору респект. Важно файл init.lua загружать последним в esp! Именно этот файл служит точкой входа в очередности выполнения кода платой. Исходный код тут. Что нужно поменять СРАЗУ:

• в файле init.lua строка 7 stationCfg.ssid=, строка 9 stationCfg.bssid=. Их смотреть в wifi роутере.
• в файле main.lua строка 31 dataN = , значение получается выполнением команды =wifi.sta.getmac(), на рисунке 7 это нижний правый угол.

Рис. 7. ESPlorer и lua код части программы

После залития кода и тестирования температур, работы реле, желательно упаковать красиво, рисунок 8, как с завода! PCBWay обзавидуется =)

Рис. 8. Плата с установленными компанентами, сторона А

ЛУТ технологии нищебродам не доступны, а фоторезист звучит как похабщина, поэтому дорожки грыз дремелем с шаровой фрезой (Рисунок 9). В процессе монтажа выяснилось неприятное, потребовалось установить еще несколько деталей, оказывается пины gpio15 и en тоже нужны, поэтому шедевр преободрился, сделавшись как обычно - #итаксойдет

Рис. 9. Плата с установленными компанентами, сторона Б

Осталось запихать в коробку и подключить пару тройку проводов (Рисунок 10). Кстати о проводах, их желательно делать легкоразборными, где это возможно использовать коннекторы, а где нет - винты. К примеру, дырявя крышку контейнера и пропуская через нее провода, плата легко вынимается вместе с датчиком температуры, проводами от реле давления.

Рис. 10. Установка собранной системы в кессон

И виновник сего рассказа - реле давления (Рисунок 11), две пары клемм, на насос и на УЗО, теперь одна сторона не используется, там контакт постоянно соединен, а оставшаяся - нормально замкнутый (т.е. замкнут без давления), подключена к esp.

Рис. 11. Реле давления и провод с двумя жилами - gpio4 и gnd

Итого: шалось удалась, устройство работает штатно, есть-пить не просит, периодически стучит в интернеты рапортуя о погоде в кессоне.