地下室/爬行空间通风系统开源分享

描述

功能列表

• 内部/外部温度/湿度传感器。
• 带湿度比较的智能通风风扇控制
• 减少地下室/爬行空间中的水分
• 帮助减少霉菌生长
• 智能通风省电

构建通风系统所需的零件

• IO 扩展器
• 1线到I2C。
• 阿杜诺纳米。
• 1 通道直流 5V 继电器。
• x2 SHT10 湿度传感器。
• I2C SSD1306 OLED 128x64 显示器。
• x2 110V 172x150x38mm 0.34A 2400 RPM 滚珠轴承风扇。
• 158x90x65mm 透明防水塑料外壳。
• ip68 pg7 防水尼龙电缆接头。
• ip68 pg9 防水尼龙电缆接头。
• x2 RJ11 Keystone 螺丝端子插孔。
• x2 Keystone 机箱。
• x2 50 英尺 4C4P RJ11 线。
• 6" 4C4P RJ11 线。
• 100 英尺 110V 电线。
• 交流插头。
• 2.54 毫米头线。
• 12VDC 1A 墙壁适配器电源。

接线图

 

接线图

 

OLED显示器

 

OLED显示器

 

那么为什么要使用 IO 扩展器呢？

• 设计更简单
• 现成的零件
• 无需编写 1-Wire 驱动程序
• 无需编写继电器驱动程序
• 无需编写 OLED 显示驱动程序
• 没有显示字体占用 Arduino 代码空间
• 无需编写湿度传感器驱动程序
• 节省 Arduino 上的代码空间；仅 6106 字节 (19%)
• 写代码不到一天
• 使用标准 RJ11 电话线轻松接线
• 没有传感器电缆长度问题
• 比商业系统更便宜
• 易于更改以适应个性化需求
• 单电源

构建系统

将 Arduino Nano 连接到IO 扩展器并使用以下代码对其进行编程。6 针接头是软件串行调试端口，最终安装时不需要。

 

对 Arduino Nano 进行编程

 

确保更改 ONEWIRE_TO_I2C_ROM 定义的地址以匹配您的1-Wire 到 I2C地址。

/* IO Expander
*
* Basement/Crawlspace Ventilation System v1.1
*
*/

#include 
#include 
#include 
#include "IOExpander.h"

#define FAHRENHEIT
#define ONEWIRE_TO_I2C_ROM      "i4s71"
#define INIT_OLED               "st13;si;sc;sd"
#define HUMIDITY_SENSOR_INSIDE  "s6t1"
#define HUMIDITY_SENSOR_OUTSIDE "s8t1"
#define FAN_ON                  "r1o"
#define FAN_OFF                 "r1f"
#define ABSOLUTE_DELTA_FAN_ON   1           // Fan on if absolute humidity delta of inside >= outside
#define ABSOLUTE_DELTA_FAN_OFF  0.5         // Fan off if absolute humidity delta of inside <= outside
#define OUTSIDE_RELATIVE_FAN_ON 88          // Fan on if outside relative humidity is <= %
#define OUTSIDE_RELATIVE_FAN_OFF 90         // Fan off if outside relative humidity is >= %
#define MINIMUM_TEMPERATURE     15          // Cycle vent on/off if outside temperature <= 15C/59F
#define FAN_ON_TIME             (20*60*1000L) // 20 min
#define FAN_OFF_TIME            (20*60*1000L) // 20 min

//#define SERIAL_DEBUG
#define SERIAL_TIMEOUT  5000                // 5 sec delay between DHT22 reads

#ifdef SERIAL_DEBUG
SoftwareSerial swSerial(8,7);
#endif

struct HS {
  float temp;
  float relative;
  float absolute;
  bool error;
};

int led = 13;
bool init_oled = true;
long ontime, offtime;

#ifdef FAHRENHEIT
#define C2F(temp)   CelsiusToFahrenheit(temp)
float CelsiusToFahrenheit(float celsius)
{
  return ((celsius*9)/5)+32;
}
#else
#define C2F(temp)   (temp)
#endif

void SerialPrint(const char* str, float decimal, char error)
{
  Serial.print(str);
  if (error) Serial.print(F("NA"));
  else Serial.print(decimal, 1);
}

float DewPoint(float temp, float humidity)
{
  float t = (17.625 * temp) / (243.04 + temp);
  float l = log(humidity/100);
  float b = l + t;
  // Use the August-Roche-Magnus approximation
  return (243.04*b)/(17.625-b);
}

#define MOLAR_MASS_OF_WATER     18.01534
#define UNIVERSAL_GAS_CONSTANT  8.21447215

float AbsoluteHumidity(float temp, float relative)
{
  //taken from https://carnotcycle.wordpress.com/2012/08/04/how-to-convert-relative-hu  midity-to-absolute-humidity/
  //precision is about 0.1°C in range -30 to 35°C
  //August-Roche-Magnus   6.1094 exp(17.625 x T)/(T + 243.04)
  //Buck (1981)     6.1121 exp(17.502 x T)/(T + 240.97)
  //reference https://www.eas.ualberta.ca/jdwilson/EAS372_13/Vomel_CIRES_satvpformulae.html    // Use Buck (1981)
  return (6.1121 * pow(2.718281828, (17.67 * temp) / (temp + 243.5)) * relative * MOLAR_MASS_OF_WATER) / ((273.15 + temp) * UNIVERSAL_GAS_CONSTANT);
}

void ReadHumiditySensor(HS* hs)
{
  SerialCmd("sr");
  if (SerialReadFloat(&hs->temp) &&
      SerialReadFloat(&hs->relative)) {
    //hs->dewpoint = DewPoint(hs->temp, hs->relative);
    hs->absolute = AbsoluteHumidity(hs->temp, hs->relative);
    hs->error = false;
  }
  else hs->error = true;
  SerialReadUntilDone();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
#ifdef SERIAL_DEBUG
  swSerial.begin(115200);
  //swSerialEcho = &swSerial;
#endif
  pinMode(led, OUTPUT);
  wdt_enable(WDTO_8S);
  offtime = millis() - FAN_OFF_TIME;
}

void loop() {
  HS inside, outside;
  static bool fan = false;
  static bool cycle = false;
  static long last_time = -(60L * 1000L);

  Serial.println();
  if (SerialReadUntilDone()) {
    // Read the humidity sensors only once a minute or they will self heat if read too quickly
    if (millis() - last_time > 60L * 1000L)
    {
      if (SerialCmdDone(HUMIDITY_SENSOR_INSIDE))
        ReadHumiditySensor(&inside);

      if (SerialCmdDone(HUMIDITY_SENSOR_OUTSIDE))
        ReadHumiditySensor(&outside);

      if (inside.error || outside.error) fan = false;
      else {
        if (fan) {
          if (outside.relative >= OUTSIDE_RELATIVE_FAN_OFF || inside.absolute - outside.absolute <= ABSOLUTE_DELTA_FAN_OFF)
            cycle = fan = false;
          else {
            if (cycle && outside.temp <= MINIMUM_TEMPERATURE &&
              millis() - ontime > FAN_ON_TIME) fan = false;
          }
          if (!fan) offtime = millis();
        }
        else {
          if (outside.relative <= OUTSIDE_RELATIVE_FAN_ON && inside.absolute - outside.absolute >= ABSOLUTE_DELTA_FAN_ON)
            cycle = fan = true;
          if (cycle && outside.temp <= MINIMUM_TEMPERATURE)
            fan = (millis() - offtime > FAN_OFF_TIME) ? true : false;
          if (fan) ontime = millis();
        }
      }

      if (fan) SerialCmdDone(FAN_ON);
      else SerialCmdDone(FAN_OFF);

      if (SerialCmdNoError(ONEWIRE_TO_I2C_ROM)) {
        if (init_oled) {
          SerialCmdDone(INIT_OLED);
          init_oled = false;
        }
        SerialCmdDone("st13;sc;sf0;sa1;sd70,0,\"INSIDE\";sd127,0,\"OUTSIDE\";sf1;sa0;sd0,12,248,\""
#ifdef FAHRENHEIT
          "F"
#else
          "C"
#endif
          "\";sd0,30,\"%\";sf0;sd0,50,\"g/m\";sd20,46,\"3\";");
        SerialPrint("sf1;sa1;sd70,12,\"", C2F(inside.temp), inside.error);
        SerialPrint("\";sd70,30,\"", inside.relative, inside.error);
        SerialPrint("\";sd70,48,\"", inside.absolute, inside.error);
        SerialPrint("\";sd127,12,\"", C2F(outside.temp), outside.error);
        SerialPrint("\";sd127,30,\"", outside.relative, outside.error);
        SerialPrint("\";sd127,48,\"", outside.absolute, outside.error);
        Serial.print("\";");
        Serial.print("sf0;sa0;sd0,0,\"");
        if (fan) Serial.print("FAN");
        else Serial.print("v1.1");
        Serial.println("\";sd");
        SerialReadUntilDone();
      }
      else init_oled = true;

      last_time = millis();
    }

    delay(1000);
  }
  else {
    digitalWrite(led, HIGH);
    delay(500);
    digitalWrite(led, LOW);
    delay(500);
    init_oled = true;
  }
  wdt_reset();
}

注意：如果您使用 USB 端口对 Arduino Nano 进行编程，则必须将其与IO 扩展器断开，因为它也使用相同的单个串行端口，而不是如果您想调试使用 ICSP 端口对 ATmega328P 进行编程。要启用软件调试端口，请取消注释 SERIAL_DEBUG 定义。

将 110VAC 线连接到两个风扇。

 

连接风扇

 

在 PG7 和 PG9 外壳的任一侧钻一个 7/16" 和 9/16" 孔。使用 dremel 工具稍微扩大孔，直到压盖贴合。PG7 将输入 12VDC 输入电压，PG9 将输入传感器和风扇。

 

在你的外壳上钻一个洞

 

找到一个打开且未堵塞的通风口。这将是我们的排气，我们将把地下室/爬行空间的空气吹出。确保另一侧的所有其他通风口都打开，因为这些通风口将成为您的进气口。关闭相邻的通风口，以便在整个地下室/爬行空间中创建区域而不是局部气流。

 

找到一个畅通的通风口

 

使用扎带将风扇安装在通风口的内侧。确保风扇指向正确的方向以吹出空气。

 

安装风扇

 

找到一个现有的接入点并将外部湿度传感器线穿入内部。确保湿度传感器距离房屋和任何障碍物足够远，以便准确测量环境温度/湿度。根据当地发布的天气报告验证您的读数。

 

室外湿度传感器

 

将外部湿度传感器连接到梯形插孔和外壳并将其安装在内部。

 

安装内部梯形校正插孔

 

将内部湿度传感器连接到梯形插孔和外壳并将其安装在内部。需要额外湿度控制的中心位置或区域是首选。

 

内部湿度传感器

 

将 50 英尺 RJ11 电线连接到湿度传感器，并将带有风扇线的电线连接到将安装控制外壳的可用接入点。

 

运行电线

 

连接所有电线并将所有部件组装/送入控制柜。如果您的 50 英尺 RJ11 电线带有预先压接的连接器，您必须将它们切断以将电线穿过压盖并压接新的连接器。

 

连接所有电线

 

测试系统并确保一切正常。要测试继电器和风扇，请断开 Arduino 与IO 扩展器的连接，并将其直接连接到您的计算机以手动控制它。确认一切正常后，使用双面胶带和包装泡沫将所有部件组装到外壳中以固定您的电路板，并享受智能湿度控制通风系统的好处和节省

2019 年 3 月 20 日更新

在过去几个月在我的爬行空间中运行通风系统后，在我的热水器泄漏后，零挂起和峰值相对湿度大于 95% 后，它已成功将相对湿度降至 50% 以下。通风系统是一个有效的控制系统！

 

通气成功！

 

从 SSD1306 0.96" OLED 显示屏切换到 SH1106 1.3" OLED 显示屏。它更大，更容易阅读。使用 IO Expander 固件更新可以轻而易举地改变它。只需在您的代码中将“ST10”更改为“ST13”。

 

SH1106 1.3" OLED显示屏

 

2019 年 9 月 12 日更新

发布了 v1.1，修复了 OLED 显示屏供电空白的冷启动问题。还在为我的爬行空间发泄！