如何使用Raspberry Pi使热水浴缸变得智能和远程操作

背景

你的浴缸热水器用起来是否会显得有一点迟钝？没门！让我们使用 Raspberry Pi 3 和一些接线使热水浴缸变得智能和远程操作。

我在网上找到了一个用过的热水浴缸，已经有几年的历史了，我决定可以用它做一个很酷的项目。内置控件已经很烦人并且很耗时，所以这给了我进一步修改它的理由。为了节约能源，我在不使用的时候降低了池温，但如果我想使用热水浴缸，我必须提前 4 小时将温度调高。以我所说的烦人为例：为了节省能源，我不得不在不使用时降低池温，但如果我想使用热水浴缸，我必须提前 4 小时将温度调高。发生的另一件事是，不知何故，循环泵决定在夜间随机打开。

安全警告

如果您还打算修补热水浴缸，则应该注意风险。虽然高压系统在实验上很有趣，但它们可能很危险，如果不小心、尊重和智慧地对待，它们可能会导致致命的伤害。网上有很多关于如何在高压下安全工作的指南。如果您不确定自己在做什么，请立即停止并进行自我教育。

补给品

在这个项目中，我使用的是 UniPi 1.1，但它不是必须的一个器件，您也可以使用带有继电器板的 Raspberry GPIO，UniPi 也可以方便地进行 1-Wire 连接。我使用的端子、安装导轨和电缆槽不是必需的，但可以使机柜看起来干净，可以通过直接接线来简化。UniPi 需要一个 5V 电源，我使用 DIN 导轨安装一个，输出电流为 3A。内置灯通常使用 15V 供电，我使用的是 12V 电源。作为旧控制面板的替代品，我使用了带有 6 个防水按钮的金属板。

整理

我没有重复使用任何内置控制器电子设备，因此我将它们全部移除。

我的热水浴缸有以下电线：

循环泵

喷射泵

鼓风机

加热器

臭氧发生器

温度感应器

流量传感器

2x 显示电缆

PCB 上的夹子有标签。标记电缆是个好主意，这样您以后就可以知道每根电缆的用途。

为了使接线更容易，我把整个柜子都拿出来了。然后我删除了所有组件，清理了旧东西并开始安装。

安装和接线

我没有重复使用原来的控制面板。它可能以某种方式集成，但由于它只显示温度，因此不值得努力。我也想过安装一个触摸屏，但如果你的手指都湿了，它们就不起作用了。所以我用一块带有 6 个防水按钮的金属板替换了控制面板。

内置温度传感器是一个温度相关的电阻器（PT100）。虽然 UniPi 有一个模拟输入，我可以用它来测量电阻，但我认为使用 1-Wire 温度传感器可以让我的生活更轻松。

出于安全原因，在加热器内部安装了第二个温度传感器 - 以监控加热器的温度并防止其过热。这个也被 1-Wire 温度传感器所取代。

现在到实际接线。首先，我在机柜的顶部和中间安装了电缆管道，左侧、右侧。

接下来我安装了两条 DIN 导轨，一条在电缆管道的中间，一条在中间电缆管道下方 75 毫米处。我使用自攻螺钉安装所有组件。

在较低的 DIN 导轨上，我安装了端子、继电器和 5V 电源。作为夹具，我使用带有拉簧的导轨安装端子。左侧是电源线的端子 - 3x 灰色用于 3 相 - 1x 蓝色用于中性线 - 1x 黄色/绿色用于接地。然后对于其他每根电缆，我添加了一个灰色、一个蓝色和一个黄色/绿色夹子。热水浴缸中的一些电缆有些粗。我在欧洲，那里的电缆厚度标准与美国不同。端子必须能够容纳所有连接的 6mm^2。

夹子的右侧是继电器。UniPi 内部继电器只能切换 5A，因此不能直接用于切换负载。我使用了具有 230V AC 控制电压的功率继电器，现在该装置能够处理高达 4kVA 的功率。

在上 DIN 导轨的左端，我安装了 2 个电位分配器，一个用于 GND，一个用于 12V+。12V+ 由 UniPi 提供。在它旁边，我放置了 UniPi 1.1，带有一个用于 DIN 导轨的安装板。

我很幸运柜子的大小，一切都恰到好处。

现在有趣的开始 - 让我们进行接线。电线颜色不标准。我通过以下方式使用颜色：

黑色：230V电源

红色：230V 已切换

蓝色：中性导体

深蓝色：5V 或 12V+

深蓝/白：5/12V GND

绿色/黄色：地球/地面

我在每个线端都使用套圈，这种夹子不需要它们，但它看起来很漂亮。

我有 3 相可用，主保险丝是 16A Typ C。加热器有 10A，每个泵大约有 6A。所以我将负载分配到所有 3 个阶段。我使用第一个为控制单元、臭氧和鼓风机供电，第二个为加热器供电，第三个为两个泵供电。

磁性和流量传感器是数字的，所以我将一端连接到 12V，另一端连接到数字输入之一。新控制面板上的按钮也是如此，将一个焊尾连接到 12V，另一个连接到数字输入。我总共使用了 UniPi 的 14 个数字输入中的 8 个。

在原始设置中，灯连接到隔离灯控制器。我没有重复使用灯光控制器，而是将带状电缆直接连接到 12V 电源。灯有 RGB LED，我连接了红色和蓝色的 LED 以产生紫色光。缺点：我不再有任何花哨的灯光效果，只有紫光。

为了改善 WiFi 连接，我不再使用原来的金属盖，而是用亚克力盖代替它。

热水浴缸的盖子上有固定夹子，所以风不会意外打开它。当然，我忘记关闭这些夹子，所以我安装了一个磁性开关，当盖子打开时会通知我。

到目前为止一切顺利，是时候准备行动的大脑了。

操作系统

我使用 nymea 来控制 UniPi 和 BerryLan 进行 WiFi 设置。

在此处获取最新的 nymea 风味 Raspberry Pi Buster 图像：https ：//downloads.nymea.io/images/raspberrypi/latest

下载后，我使用https://www.balena.io/etcher/ 刷新了 SD 卡，将 SD 卡插入 UniPi 并打开热水浴缸。由于最新的映像版本无需更改操作系统本身的任何内容，因此预装了 BerryLan 和 nymea。

BerryLan 的默认模式是“离线”，表示 BT 服务器在 Raspberry Pi 未连接到任何网络时启动。

顺便说一句：使用 BerryLan 有人可以将 Raspberry 也设置为接入点模式，因此客户端可以直接连接到热水浴缸而无需路由器。

好的，现在操作系统很好，我们可以继续最后的步骤。

设置

我正在使用 nymea:app 的桌面应用程序。您也可以将它安装到 Android 和 iOS 设备上，并以同样的方式控制您的 UniPi。

UniPi 的 nymea 插件没有预装，所以我使用 nymea:app 安装了插件：

菜单 -》 系统设置 -》 系统更新 -》 安装或删除软件 -》 nymea-plugin-unipi2 -》 安装

添加设备

为了告诉 nymea 使用了哪种 UniPi，我需要添加一个 UniPi 类型：添加设备 -》 UniPi -》 UniPi 1 在我的情况下 - nymea UniPi 插件支持所有 Neuron、Neuron 扩展和 UniPi 设备模型。

之后我能够添加继电器输出，nymea 知道有多少 IO 可用：添加设备 -》 UniPi -》 数字输出 -》 选择 DO1 并将其命名为“加热器”

我对所有继电器重复了这些步骤，并按如下方式设置了控件：

继电器 2：喷射泵

继电器 3：循环泵

继电器 4：鼓风机

继电器 5：臭氧发生器

继电器 6：光

然后我添加了输入：添加设备 -》 UniPi -》 数字输入 -》 选择“DI 1”并将其命名为“流量传感器”。我对我拥有的所有输入重复了这些步骤：

输入 1：流量传感器

输入 2：盖板传感器

输入 3：按钮 1

输入 4：按钮 2

1-Wire温度传感器：添加设备-》单线接口-》名称到“单线接口”

单线接口设备内部有一个切换按钮“自动添加单线设备”，我启用了此选项，因此将自动添加单线温度传感器。

最后但同样重要的是，我添加了 2 个切换按钮。它们不是真正的设备，而是更接近“状态”。这有助于我稍后在“收藏夹”列表中使用它们，以便我可以快速打开或关闭所有内容。

添加设备 -》 nymea -》 拨动开关 -》 名称：夏季模式“夏季模式”是在夏季月份完全停用加热器。添加设备 -》 nymea -》 拨动开关 -》 名称：就绪模式“就绪模式”是在 37°C（就绪）和 29°C（未就绪）之间切换目标温度。

添加一些“魔法”

“魔术”基本上是一个规则集，它命令 nymea 自动做事。

如果“就绪模式”打开而“夏季模式”关闭且温度低于 37°C，则加热器和循环泵将启动，否则将停用。

如果“就绪模式”关闭且“夏季模式”关闭且温度低于 29°C，加热器和循环泵将启动，否则将停用。

如果循环泵已打开而流量传感器未打开，则发送警报。

如果水温低于 3°C，则发送警报。

如果水温达到 37°C，发送通知“热水浴缸准备就绪”

如果磁传感器关闭，则发送通知“热水浴缸盖打开”。

在 10:00 到 10:15 之间打开喷射泵。

如果按下按钮 1 打开/关闭鼓风机

如果按下按钮 2，打开/关闭喷射泵

如果按下按钮 3 打开/关闭灯

如果按下按钮 4 播放/暂停 Denon Heos（外部设备）

如果按下按钮 5 打开/关闭飞利浦 Hue（外部设备）

如果按下按钮 6 关闭所有灯（外部设备）

设置远程连接

我不是每天都使用热水浴缸，所以我没有设置“加热”规则。有时候，下班回家，就是想尽快跳进去，所以我用远程连接提前打开了取暖器。我的热水浴缸以每小时约 2 度的速度升温。我通常在空闲模式下将温度保持在 29°，所以我必须提前 4 小时打开加热器。PS.：有些人认为加热浴缸需要更多的能量，而不是随时保持温度，但我已经检查过，这不是我这边的情况。

远程连接设置也启用了推送通知，因此您可以获得如下很酷的通知：

现在我可以打开/关闭每个泵，将热水浴缸模式设置为“就绪”或“夏季”，检查温度并切换鼓风机。

就是这样，热水浴缸已经准备好了——我喜欢在舒适的沙发上或者下班回来的路上打开游泳池。对于那些慵懒的周日早晨，我设置了特定的计时器，这样我就可以在早餐前畅游一番。