ラズベリーを使用した24Vサーモスタットイベント（オプトカプラー+ラズベリーパイ）のログとグラフ

サーモスタットの作り方を示すInstructablesがたくさんあります。しかし、すでにサーモスタットを持っていて、それがオフとオンになったときにログに記録したり監視したりしたい場合はどうでしょうか？このInstructableは、オプトカプラーを使用して、24ボルトのAC冷暖房システムに接続する一般的な家庭用プログラム可能なサーモスタットからロジックレベルのDC電圧を取得する方法を示しています。また、温度センサーと、サーモスタットのステータス、イベント、温度をログに記録してグラフ化するためにRaspberryPiで実行するのに適したコードも含まれています。

警告：電気を扱うことは危険な場合があります。続行する前に、このプロジェクトを安全に完了するための十分な理解とスキルがあることを確認してください。安全を確保するために最善を尽くしましたが、このプロジェクトでサーモスタット、ラズベリーパイ、HVACシステム、猫/犬を揚げたり、家を焼き払ったりした場合、私は責任を負いません。

ステップ1：必要な部品とツールを収集します

次の部品が必要になります：

HCPL3700オプトカプラー
定格1/2ワット以上の2x3.3 kOhm抵抗器（ワット数定格が重要）
10uF、最小10Vのコンデンサ（電解コンデンサは問題ありません）
0.1uFセラミックコンデンサ
8 kOhmの抵抗器（または、より可能性が高いのは、4.7kOhmと3.3kOhmの抵抗器を直列に接続したもの）
ラズベリーパイ
2つの導体、絶縁されたワイヤの長さ。理想的には、ある種のクイックディスコネクトが必要です。
次のような基本的な電子オッズとエンド：
- ブレッドボード
- ジャンパー線

オプションの温度センサーも作成する場合は、次のものも必要になります。

ADT7410温度センサー
SOICブレイクアウトボード
別の0.1uFセラミックコンデンサ
4x 10kOhm抵抗器

独自の回路基板を設計および製造する場合は、以下も必要になります。

2端子ネジ留め式ブロック
オプションで、SOICブレークアウトボードを受け入れるためのメスヘッダーピン
Piに接続するためのオスのヘッダーピン、またはArduinoに接続するためのメスのヘッダーピン
オプションで、全体のサイズを縮小するために、上記の抵抗器のSMDバージョン

必要なツール：

マルチメータ

その他の要件：

24VAC加熱/冷却システム

ソフトウェア要件：

Python
Perl（hipi-i2cに必要なHiPiに必要）
プロットアカウント（オプション、データのグラフ化用）
イーグル（無料バージョン、オプション、PCB設計用）

ステップ2：サーモスタットとのインターフェース方法を理解する

多くの家庭用暖房/冷房システムは24ボルトACで動作します。（このInstructableの範囲外ではないもの）。プログラム可能なサーモスタットは通常、バッテリーがなくなるか、何らかの「電力を盗む」メカニズムを使用して電力を供給します。実際の切り替えは通常、サーモスタット内のリレーによって行われます。

暖房/冷房システムが稼働しているかどうかを監視したいと思います。これを行うために、リレーが電力の流れを許可しているかどうかを検知する必要があります。最初のステップは、監視するワイヤを特定することです。サーモスタットの配線規則はさまざまであるため、これにはある程度の実験が必要です。

マルチメータをつかみ、AC電圧を測定するように設定し、加熱/冷却システムがアクティブなときに、どのペアのワイヤが24ボルトACを読み取るかを判断します。システムが非アクティブのときに、この同じペアが0ボルトACを読み取ることを確認してください。自動的に動作するファンがあるかどうか、または他の変数があるかどうかによっては、複数のペアが機能する可能性があることに注意してください。

私のサーモスタットは、6つの接点に接続された5本のワイヤを使用しています（ワイヤの1つは2つの接点にジャンパされています）。これは、テストする可能性のある2つのワイヤの組み合わせが10あることを意味し、システムがオンとオフの両方のときにこれらの組み合わせをテストする必要があります。テストしているワイヤーのペアを1枚の紙に書き留めてから、電圧（または電圧の欠如）をメモしておくと便利です。

私の場合、実際の電圧は公称24ボルトよりも高いことがわかります。暖房がオンのとき、私のマルチメーターは、選択したワイヤーのペア全体で約29ボルトを読み取ります。

ステップ3：ワイヤーのペアにアクセスできるようにします

加熱/冷却システムの電源を切り、マルチメータを使用して電源がオフになっていることを確認します。サーモスタットをベースから取り外し、配線を露出させます。前の手順で選択したワイヤーのペアの端子に接続する2本のワイヤーを追加します。

物事を整頓するために、もう一方の端である種のクイックディスコネクトで終端する配線を使用すると、必要に応じてサーモスタットをプロジェクトからすばやく安全に切り離すことができます。

ステップ4：回路を配線して電圧を測定します

これはおそらくプロセスの最も複雑な部分です。明らかに、24ボルトのACをラズベリーパイに直接接続することはできません。何かがその電圧を整流して降圧し、安全に行う必要があります。

これを実現するために、オプトカプラーを使用できます。オプトカプラーは、2つの別々の回路を電気的に絶縁します。この例では、24ボルトのAC加熱/冷却システムをRaspberryPiから分離したいと考えています。

整流器が含まれており、広範囲の電圧を処理できるため、HCPL3700オプトカプラーを使用することにしました。具体的には、ACまたはDCのいずれかを入力として5V〜240Vの範囲で使用し、2V〜18Vの範囲の電源で動作させることができます。現在の要件は、RaspberryPiの3.3V電源から直接デバイスを実行するのに十分小さいです。

含まれている回路図は、HCPL3700をどのように配線したかを示しています（現在、温度センサーである回路図の下半分は無視してかまいません）。 重要：AC入力ピンに接続された2つの3300オーム抵抗は、少なくとも1/2ワットの定格である必要があります。 これらの2つの抵抗は、フォトカプラのトリガーしきい値、つまり、フォトカプラがオンになる入力電圧を設定します。これらの抵抗値の選択の詳細については、このアプリケーションノートを参照してください。

HCPL3700の整流器は、AC入力を整流しますが、整流された正弦波を平滑化しません。したがって、これ以上入力フィルタリングを行わないと、ロジック出力は、おそらく線間電圧の周波数（米国では60 Hz）で急速に発振します。これを回避するために、整流器のDCピン間にコンデンサを配置します。アプリケーションノートには、このコンデンサの値を計算する方法の詳細が記載されています。 10 uF、最小10Vのコンデンサで十分です。

多くのICと同様に、HCPL3700は、供給電圧ピンの両端に0.1uFのコンデンサを配置することを提案しています。最後に、チップはオープンコレクタ出力を採用しています。つまり、出力をローに駆動するだけです。ロジックハイ出力を確認するには、プルアップ抵抗が必要です。この抵抗の適切な値を計算することは、チップとPiの入力ピンの両方の特性に依存するため、少し難しいですが、標準の10kオームのプルアップ抵抗では十分に高い電圧を生成できない可能性があることがわかりました。 Piによってロジックハイとして読み取られます。したがって、私は8kオームの抵抗器（実際には3.3kオームと4.7kオームを直列に接続）を使用しました。ただし、この計算は最悪のシナリオに基づいています。実際には、10kの抵抗で問題なく動作する可能性があります。

詳細：24Vサーモスタットイベントのログとグラフ（オプトカプラー+ラズベリーパイ）

Raspberry piを使用したTMP006温度センサーPythonライブラリ、 PythonとRaspberryPiの温度センサー

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