Бюджетный умный климат: как я заставил дешевый кондиционер поумнеть и слушаться Алису

Всем известно, что в Краснодарском крае, особенно летом, без кондиционера никак. Зимой они тоже помогают экономить нервы и средства. Тут очень важен подогрев.

Я установил в свою 3-комнатную квартиру три кондиционера DEXP AC-CH9ONF. Это самый простой и бюджетный вариант, я не ожидал от него особых возможностей.

Поначалу все устраивало, но учитывая, что в квартире реализован простенький умный дом на основе Zigbee-контроллера SLS, хотелось бы управлять кондиционерами дистанционно.

Управление по IR командам сразу забраковал, так как это неудобно.

Почему?

• Отсутствие обратной связи: невозможно понять, включен ли кондиционер в данный момент.

• Ненадежность сигнала: IR сигнал может потеряться по пути, и кондиционер не включится, хотя мы думали, что это сделали.

• Ограниченный контроль: алгоритм работы и контроль температуры остаются прежними.

Проблемы с алгоритмом

• Режим охлаждения: после отключения компрессора (по достижении заданной температуры) кондиционер продолжает обдув (типа просушки?), в результате чего в комнате повышается влажность, появляется неприятный запах и становится очень душно.

• Режим нагрева: в межсезонье, когда хочется немного согреться, кондиционер включается на подогрев, работает 15 минут и отключается. Датчик внутри считает, что в комнате тепло, хотя на самом деле это не так. Эффективность нагрева очень низкая.

Решение

Когда стало совсем холодно, и я с двумя детьми начал подмерзать — решил заняться доработкой кондиционеров.

Разобрал плату управления и нашел все дорожки, ведущие к основным органам управления:

• Транзистор управления реле включения компрессора

• Транзистор управления реле вентилятора внешнего блока

• Транзистор клапаном обратного хода внешнего блока (обогрев/охлаждение)

• Управление вентилятором внутреннего блока

Для управления использовал любимые контроллеры ESP32 — WeMos (Lolin) S2 mini.

• Удобный форм-фактор

• Много GPIO

• Встроенный LDO-стабилизатор питания

Перерезав дорожки бортового контроллера к органам управления, я подключил ESP32. Все подключения удалось выполнить напрямую без дополнительной гальванической развязки (кроме одного момента, об этом ниже).

Далее я написал логику работы:

• Получение температуры с внешнего ZigBee-датчика в комнате

• Включение/выключение кондиционера по заданной температуре (гистерезис около 0.5 градусов)

Первая прошивка была залита уже через час.

Я предусмотрел заливку прошивки удаленно через Wi‑Fi — OTA, потому что каждый раз разбирать кондиционер не очень удобно.

Сложности

• Управление внутренним вентилятором: он управляется через тиристор, а не транзистор (как я предпологал), и подача на него простого ШИМ разных частот не давала нужного результата. Оказалось, что это мотор переменного тока, и управляется через ШИМ 50Гц, срезом полупериодов. Это своего рода диммирование с открытием тиристора в нужный момент полупериода сети, что и ограничивает напряжение и скорость вентилятора. об том как это работает неплохо расписано например тут.

Для реализации этого метода в контроллер должен приходить оцифрованный сигнал 100Гц — удвоенная частота сети, характеризующая тайминг каждого полупериода и прохождение через ноль.

Мне пришлось снова разобрать кондиционер, найти эту цепь и вывести сигнал в контроллер. Так как на плате контроллер 5В, я зацепил его через резистор 5кОм, чтобы ESP32 не нервничал от такой амплитуды (он работает от 3.3v и не имеет защиты 5v tolerance, однако ограничивающего резистора вполне достаточно).

• Получение температуры: в реализации умного дома на этом объекте нет локального MQTT, используется облачный сервис, который сразу дружит все устройства с Яндекс Алисой. Но, если пропадет интернет, хотелось бы, чтобы кондиционер работал дальше?

Я прочитал про HTTP API SLS и понял, что можно получать состояние датчиков прямо с контроллера. Так и сделал.

Результат

Я реализовал простой веб-интерфейс с основными элементами управления и возможностью отладки (пощелкать релюшками, порулить скоростью, задать температуру и режим работы).

• Теперь в режиме обогрева очень тепло: контроль по внешнему датчику.

• В режиме охлаждения нет посторонних запахов (я почти сразу останавливаю вентилятор после отключения компрессора — 20 сек).

• В комнате тишина, в режиме ожидания ничего не крутится и не шумит.

• Четкий (в рамках гистерезиса 0.5 градуса) контроль состояния каждой комнаты.

Далее я подключил контроллер ESP32 к облачному MQTT и пробросил все параметры в умный дом Яндекса. Теперь Алиса тоже рулит кондиционером и сообщает в каком он текущем состоянии.

Внимательные люди могут заметить, что нет ни слова про жалюзи кондиционера?
Управлять ими не так и сложно, там шаговый мотор. Но я никогда их не трогал, и даже наоборот руками подправлял так, как мне нужно. Так что, они просто всегда открыты и направлены в правильном направлении.

Всем благ! Интересны комментарии к реализации 🙂