如何使用Raspberry Pi使熱水浴缸變得智能和遠(yuǎn)程操作

背景

你的浴缸熱水器用起來是否會顯得有一點遲鈍？沒門！讓我們使用 Raspberry Pi 3 和一些接線使熱水浴缸變得智能和遠(yuǎn)程操作。

我在網(wǎng)上找到了一個用過的熱水浴缸，已經(jīng)有幾年的歷史了，我決定可以用它做一個很酷的項目。內(nèi)置控件已經(jīng)很煩人并且很耗時，所以這給了我進(jìn)一步修改它的理由。為了節(jié)約能源，我在不使用的時候降低了池溫，但如果我想使用熱水浴缸，我必須提前 4 小時將溫度調(diào)高。以我所說的煩人為例：為了節(jié)省能源，我不得不在不使用時降低池溫，但如果我想使用熱水浴缸，我必須提前 4 小時將溫度調(diào)高。發(fā)生的另一件事是，不知何故，循環(huán)泵決定在夜間隨機打開。

安全警告

如果您還打算修補熱水浴缸，則應(yīng)該注意風(fēng)險。雖然高壓系統(tǒng)在實驗上很有趣，但它們可能很危險，如果不小心、尊重和智慧地對待，它們可能會導(dǎo)致致命的傷害。網(wǎng)上有很多關(guān)于如何在高壓下安全工作的指南。如果您不確定自己在做什么，請立即停止并進(jìn)行自我教育。

補給品

在這個項目中，我使用的是 UniPi 1.1，但它不是必須的一個器件，您也可以使用帶有繼電器板的 Raspberry GPIO，UniPi 也可以方便地進(jìn)行 1-Wire 連接。我使用的端子、安裝導(dǎo)軌和電纜槽不是必需的，但可以使機柜看起來干凈，可以通過直接接線來簡化。UniPi 需要一個 5V 電源，我使用 DIN 導(dǎo)軌安裝一個，輸出電流為 3A。內(nèi)置燈通常使用 15V 供電，我使用的是 12V 電源。作為舊控制面板的替代品，我使用了帶有 6 個防水按鈕的金屬板。

整理

我沒有重復(fù)使用任何內(nèi)置控制器電子設(shè)備，因此我將它們?nèi)恳瞥?/p>

我的熱水浴缸有以下電線：

循環(huán)泵

噴射泵

鼓風(fēng)機

加熱器

臭氧發(fā)生器

溫度感應(yīng)器

流量傳感器

2x 顯示電纜

PCB 上的夾子有標(biāo)簽。標(biāo)記電纜是個好主意，這樣您以后就可以知道每根電纜的用途。

為了使接線更容易，我把整個柜子都拿出來了。然后我刪除了所有組件，清理了舊東西并開始安裝。

安裝和接線

我沒有重復(fù)使用原來的控制面板。它可能以某種方式集成，但由于它只顯示溫度，因此不值得努力。我也想過安裝一個觸摸屏，但如果你的手指都濕了，它們就不起作用了。所以我用一塊帶有 6 個防水按鈕的金屬板替換了控制面板。

內(nèi)置溫度傳感器是一個溫度相關(guān)的電阻器（PT100）。雖然 UniPi 有一個模擬輸入，我可以用它來測量電阻，但我認(rèn)為使用 1-Wire 溫度傳感器可以讓我的生活更輕松。

出于安全原因，在加熱器內(nèi)部安裝了第二個溫度傳感器 - 以監(jiān)控加熱器的溫度并防止其過熱。這個也被 1-Wire 溫度傳感器所取代。

現(xiàn)在到實際接線。首先，我在機柜的頂部和中間安裝了電纜管道，左側(cè)、右側(cè)。

接下來我安裝了兩條 DIN 導(dǎo)軌，一條在電纜管道的中間，一條在中間電纜管道下方 75 毫米處。我使用自攻螺釘安裝所有組件。

在較低的 DIN 導(dǎo)軌上，我安裝了端子、繼電器和 5V 電源。作為夾具，我使用帶有拉簧的導(dǎo)軌安裝端子。左側(cè)是電源線的端子 - 3x 灰色用于 3 相 - 1x 藍(lán)色用于中性線 - 1x 黃色/綠色用于接地。然后對于其他每根電纜，我添加了一個灰色、一個藍(lán)色和一個黃色/綠色夾子。熱水浴缸中的一些電纜有些粗。我在歐洲，那里的電纜厚度標(biāo)準(zhǔn)與美國不同。端子必須能夠容納所有連接的 6mm^2。

夾子的右側(cè)是繼電器。UniPi 內(nèi)部繼電器只能切換 5A，因此不能直接用于切換負(fù)載。我使用了具有 230V AC 控制電壓的功率繼電器，現(xiàn)在該裝置能夠處理高達(dá) 4kVA 的功率。

在上 DIN 導(dǎo)軌的左端，我安裝了 2 個電位分配器，一個用于 GND，一個用于 12V+。12V+ 由 UniPi 提供。在它旁邊，我放置了 UniPi 1.1，帶有一個用于 DIN 導(dǎo)軌的安裝板。

我很幸運柜子的大小，一切都恰到好處。

現(xiàn)在有趣的開始 - 讓我們進(jìn)行接線。電線顏色不標(biāo)準(zhǔn)。我通過以下方式使用顏色：

黑色：230V電源

紅色：230V 已切換

藍(lán)色：中性導(dǎo)體

深藍(lán)色：5V 或 12V+

深藍(lán)/白：5/12V GND

綠色/黃色：地球/地面

我在每個線端都使用套圈，這種夾子不需要它們，但它看起來很漂亮。

我有 3 相可用，主保險絲是 16A Typ C。加熱器有 10A，每個泵大約有 6A。所以我將負(fù)載分配到所有 3 個階段。我使用第一個為控制單元、臭氧和鼓風(fēng)機供電，第二個為加熱器供電，第三個為兩個泵供電。

磁性和流量傳感器是數(shù)字的，所以我將一端連接到 12V，另一端連接到數(shù)字輸入之一。新控制面板上的按鈕也是如此，將一個焊尾連接到 12V，另一個連接到數(shù)字輸入。我總共使用了 UniPi 的 14 個數(shù)字輸入中的 8 個。

在原始設(shè)置中，燈連接到隔離燈控制器。我沒有重復(fù)使用燈光控制器，而是將帶狀電纜直接連接到 12V 電源。燈有 RGB LED，我連接了紅色和藍(lán)色的 LED 以產(chǎn)生紫色光。缺點：我不再有任何花哨的燈光效果，只有紫光。

為了改善 WiFi 連接，我不再使用原來的金屬蓋，而是用亞克力蓋代替它。

熱水浴缸的蓋子上有固定夾子，所以風(fēng)不會意外打開它。當(dāng)然，我忘記關(guān)閉這些夾子，所以我安裝了一個磁性開關(guān)，當(dāng)蓋子打開時會通知我。

到目前為止一切順利，是時候準(zhǔn)備行動的大腦了。

操作系統(tǒng)

我使用 nymea 來控制 UniPi 和 BerryLan 進(jìn)行 WiFi 設(shè)置。

在此處獲取最新的 nymea 風(fēng)味 Raspberry Pi Buster 圖像：https ：//downloads.nymea.io/images/raspberrypi/latest

下載后，我使用https://www.balena.io/etcher/ 刷新了 SD 卡，將 SD 卡插入 UniPi 并打開熱水浴缸。由于最新的映像版本無需更改操作系統(tǒng)本身的任何內(nèi)容，因此預(yù)裝了 BerryLan 和 nymea。

BerryLan 的默認(rèn)模式是“離線”，表示 BT 服務(wù)器在 Raspberry Pi 未連接到任何網(wǎng)絡(luò)時啟動。

順便說一句：使用 BerryLan 有人可以將 Raspberry 也設(shè)置為接入點模式，因此客戶端可以直接連接到熱水浴缸而無需路由器。

好的，現(xiàn)在操作系統(tǒng)很好，我們可以繼續(xù)最后的步驟。

設(shè)置

我正在使用 nymea:app 的桌面應(yīng)用程序。您也可以將它安裝到 Android 和 iOS 設(shè)備上，并以同樣的方式控制您的 UniPi。

UniPi 的 nymea 插件沒有預(yù)裝，所以我使用 nymea:app 安裝了插件：

菜單 -》 系統(tǒng)設(shè)置 -》 系統(tǒng)更新 -》 安裝或刪除軟件 -》 nymea-plugin-unipi2 -》 安裝

添加設(shè)備

為了告訴 nymea 使用了哪種 UniPi，我需要添加一個 UniPi 類型：添加設(shè)備 -》 UniPi -》 UniPi 1 在我的情況下 - nymea UniPi 插件支持所有 Neuron、Neuron 擴展和 UniPi 設(shè)備模型。

之后我能夠添加繼電器輸出，nymea 知道有多少 IO 可用：添加設(shè)備 -》 UniPi -》 數(shù)字輸出 -》 選擇 DO1 并將其命名為“加熱器”

我對所有繼電器重復(fù)了這些步驟，并按如下方式設(shè)置了控件：

繼電器 2：噴射泵

繼電器 3：循環(huán)泵

繼電器 4：鼓風(fēng)機

繼電器 5：臭氧發(fā)生器

繼電器 6：光

然后我添加了輸入：添加設(shè)備 -》 UniPi -》 數(shù)字輸入 -》 選擇“DI 1”并將其命名為“流量傳感器”。我對我擁有的所有輸入重復(fù)了這些步驟：

輸入 1：流量傳感器

輸入 2：蓋板傳感器

輸入 3：按鈕 1

輸入 4：按鈕 2

1-Wire溫度傳感器：添加設(shè)備-》單線接口-》名稱到“單線接口”

單線接口設(shè)備內(nèi)部有一個切換按鈕“自動添加單線設(shè)備”，我啟用了此選項，因此將自動添加單線溫度傳感器。

最后但同樣重要的是，我添加了 2 個切換按鈕。它們不是真正的設(shè)備，而是更接近“狀態(tài)”。這有助于我稍后在“收藏夾”列表中使用它們，以便我可以快速打開或關(guān)閉所有內(nèi)容。

添加設(shè)備 -》 nymea -》 撥動開關(guān) -》 名稱：夏季模式“夏季模式”是在夏季月份完全停用加熱器。添加設(shè)備 -》 nymea -》 撥動開關(guān) -》 名稱：就緒模式“就緒模式”是在 37°C（就緒）和 29°C（未就緒）之間切換目標(biāo)溫度。

添加一些“魔法”

“魔術(shù)”基本上是一個規(guī)則集，它命令 nymea 自動做事。

如果“就緒模式”打開而“夏季模式”關(guān)閉且溫度低于 37°C，則加熱器和循環(huán)泵將啟動，否則將停用。

如果“就緒模式”關(guān)閉且“夏季模式”關(guān)閉且溫度低于 29°C，加熱器和循環(huán)泵將啟動，否則將停用。

如果循環(huán)泵已打開而流量傳感器未打開，則發(fā)送警報。

如果水溫低于 3°C，則發(fā)送警報。

如果水溫達(dá)到 37°C，發(fā)送通知“熱水浴缸準(zhǔn)備就緒”

如果磁傳感器關(guān)閉，則發(fā)送通知“熱水浴缸蓋打開”。

在 10:00 到 10:15 之間打開噴射泵。

如果按下按鈕 1 打開/關(guān)閉鼓風(fēng)機

如果按下按鈕 2，打開/關(guān)閉噴射泵

如果按下按鈕 3 打開/關(guān)閉燈

如果按下按鈕 4 播放/暫停 Denon Heos（外部設(shè)備）

如果按下按鈕 5 打開/關(guān)閉飛利浦 Hue（外部設(shè)備）

如果按下按鈕 6 關(guān)閉所有燈（外部設(shè)備）

設(shè)置遠(yuǎn)程連接

我不是每天都使用熱水浴缸，所以我沒有設(shè)置“加熱”規(guī)則。有時候，下班回家，就是想盡快跳進(jìn)去，所以我用遠(yuǎn)程連接提前打開了取暖器。我的熱水浴缸以每小時約 2 度的速度升溫。我通常在空閑模式下將溫度保持在 29°，所以我必須提前 4 小時打開加熱器。PS.：有些人認(rèn)為加熱浴缸需要更多的能量，而不是隨時保持溫度，但我已經(jīng)檢查過，這不是我這邊的情況。

遠(yuǎn)程連接設(shè)置也啟用了推送通知，因此您可以獲得如下很酷的通知：

現(xiàn)在我可以打開/關(guān)閉每個泵，將熱水浴缸模式設(shè)置為“就緒”或“夏季”，檢查溫度并切換鼓風(fēng)機。

就是這樣，熱水浴缸已經(jīng)準(zhǔn)備好了——我喜歡在舒適的沙發(fā)上或者下班回來的路上打開游泳池。對于那些慵懶的周日早晨，我設(shè)置了特定的計時器，這樣我就可以在早餐前暢游一番。