Kesällä rakensin takapihalle uuden terassin, johon integroitiin myös Kiramin palju. Välittömästi aloin miettimään miten paljusta saisin mitattua veden lämpötilan ja lähetettyä sen langattomasti kotiautomaatiojärjestelmään. Kesän ja syksyn aikana paljua tuli lämmitettyä aina silloin tällöin ja lämpötilat mittasin tavallisella lämpömittarilla.  Ajatus langattomasta anturoinnista kypsyi hiljalleen.

Olin joskus tilannut ebaystä K-tyypin termoparin, jolle en ollut keksinyt vielä käyttöä. Mutta nyt tuolle anturille tulisi käyttöä, koska se olisi mitä sopivin kamiinan palokaasujen lämpötilan mittaamiseen.

Palokaasujen lämpötiloista voi sitten päätellä milloin pitää mennä lisäämään puuta.  Veden lämpötilan ajattelin mitata kamiinaan menevästä ja sieltä tulevasta vesiputkesta.

Veden lämpötilan mittaamiseen löysin netistä jotain valmiita lämpötila-antureita (NTC), jotka voisi ruuvata suoraan putkiin, mutta nämä eivät aiheuttaneet ihastusta. Varastosta löytyi läjä TC1047-antureita joita voisin tässä hyödyntää. TC1047-anturit antavat ulos jännitettä, joka on suoraan verrannollinen lämpötilaan (0.7V @ 25c). Näiden antureiden lukeminen AD-muuntimella olisi mukavan helppoa ja näihin löytyi jo valmiit muunnosrutiinit edellisistä projekteista.

Koska palju sijaitsee takapihalla ja on melko kaukana vastaanottimesta, päätin käyttää lähettimenä Nordicin nRF24L01+ piiriä terästettynä PA:lla. Tällä kombolla pitäisi RF:n kulkea helposti sisälle asti.

Kytkennästä tulisi siis seuraavanlainen:

• Termopari mittaisi kamiinan palokaasujen lämpötiloja ja TC1047 käytettäisiin termoparin kylmäliitoksen kompensointiin
• TC1047 mittaisi kamiinaan tulevan veden lämpötilaa
• TC1047 mittaisi kamiinan lähtevän veden lämpötilaa
• nRF24L01+ PA lähettäisi havainnot palvelimelle

Koska palju on suoraan kamiinan ja vastaanottimen välissä, päätin tehdä kaksi erillistä koteloa; toisessa kotelossa on mikrokontrolleri+rf-lähetin ja toisessa on K-tyypin termoparin vahvistin sekä puskurivahvistimet TC1047-piireille. Tämä kotelo asennetaan lähelle kamiinaa/paljua ja toisen kotelon voi laittaa hieman kauemmaksi paljusta, jotta RF:n saa kuulumaan kunnolla.

Termoparin kytkentä

Termoparin toiminnasta enemmä Wikipediassa (https://fi.wikipedia.org/wiki/Termopari). Termopari antaa siis ulos jännitettä noin 40uV/C, joten tämä jännite pitää vahvistaa AD-muuntimelle sopivaksi. Termopari antaa 0c:ssä 0V ja 1000c:ssä noin 41mV.

Vahvistimena käytän Texasin TLC274-piiriä. Vahvistuksen mitoitin siten, että 41mV:n jännitteellä vahvistin antaa ulos n. 2.048V, joka on AD-muuntimen referenssijännite. Vahvistinkytkennän tuloon laitoin alipäästösuotimen vastuksesta ja kondensaattorista.

Toisekseen kun termopari liitetään piirilevylle, muodostuu liitokseen toinen termopari, joka aiheuttaa virhettä mittaukseen. Tämä ”kylmänpään”-virhe kompensoidaan mittaamalla liitoksen lämpötila ja se lisätään termoparin lämpötilaan. Periaatteessa en olisi tarvinnut kylmänpään kompensointia, koska palokaasujen lämpötila vaihtelee 0-800c välillä. Joten 20c heitolla ei ole käytännön merkitystä. Mutta koska valitussa operaatiovahvistinkotelossa oli ylimääräisiä vahvistimia, oli kylmänpään kompensointi sama tehdä. Kylmäliitoksen lämpötilan mittaan TC1047-anturilla.

Termoparin asensin savupiippuun, noin metrin päähän kamiinasta. Saa nähdä onko tämä liian kaukana.

Veden lämpötilan anturit

Koska TC1047 on pelkkä mikropiiri, ei sitä voi suoraan tökätä veteen, vaan se pitää asettaa johonkin vedenpitävään koteloon. Kamiina on kytketty paljuun muoviputkilla, niin päätin että poraan muoviputkiin reijät ja sorvaan alumiinistä sopivat pultit, joiden sisään TC1047-anturit valetaan.

TC1047-anturit juotin johdon päihin.

Seuraavaksi alumiiniholkki täyteen Sikaflexiä ja kuivumisen jälkeen asennus putkeen.

Mikrokontrolleri ja muu elektroniikka

Mikrokontrolleriksi valitsin Atmelin AVR ATmega88, koska niitä sattui olemaan varastossa. Lisäsin kytkentään vielä painonapin, jolla mittaus käynnistetään. Paristoiksi valitsin 2kpl C-koon alkaaliparistoja. Näissä on noin 8000mAh kapasitetti, joten pariston vahtoa ei tarvitse suorittaa ihan joka päivä.

Koteloina käytin Biltemasta löytyneitä asennuskoteloita (on muuten hyviä koteloita ulos, eikä maksa paljoa http://www.biltema.fi/fi/Rakentaminen/Sahko/Sahkoasennustyokalut/Kytkinrasia-2000034324/). Koska kytkentä oli yksinkertainen, tein piirilevyt itse syövyttämällä, enkä tilannut niitä netistä.

Alla kuva mikrokontrollerikotelosta. Vasempaan reunaan on varattu tila paristoille.

Ohjelmisto ja virrankulutusmittauksia

Ohjelmisto on varsin yksinkertainen: herätään 20s välein, enabloidaan käyttöjännitteet mittauselektroniikalle, odotetaan hetki jännitteiden stabiloitumista, mitataan AD-muuntimelta jännitteet, muunnetaan ne lämpötiloiksi, lähetetään lämpötilat palvelimelle ja lopuksi mennään nukkumaan.

Keskimääräinen virrankulutus mittaustilassa on noin 100uA, mittauksen aikana virrankulutus on noin 3mA. Lähettimessä on painonappi, jolla lähetin käynnistetään. Yhdellä painalluksella se toimii noin 2vrk, jonka jälkeen se menee syvään nukkutilaan. Tässä tilassa virrankulutus on alle 1uA. Lähetintä on turha pitää koko ajan lähettämässä, koska paljua lämmitetään talvisaikaan melko harvoin. Paristoina on kaksi kappaletta C-koon 1.5V paristoja, joten paristojen pitäisi kestää helposti monia vuosia.

Termoparin kalibrointi ja asennus

Termoparikytkennän kalibroin hyvin yksinkertaisesti käyttäen kynttilän liekkiä ja Fluken yleismittaria. Mittasin ensin yleismittarin avulla liekin lämpötilan ja kytkin sen jälkeen termoparin omaan kytkentään. Seuraavaksi vain säädin taulukoiden avulla vahvistuksen oikeaksi.

Lopuksi asensin putket antureineen paikalleen ja kokeilin, että lähettimeltä tulee mittausdataa palvelimelle. Sitten vain odottelemaan paljun lämmitystä!