Automatisation d'une chaudière fuel électromecanique

20170124 192121

Difficulté:

Bonjour à tous ! Il y a maintenant 5 ans, j'ai fait l’acquisition d’une belle petite maison à la campagne équipée de deux moyens de chauffage : un poêle à bois et une chaudière électromécanique de marque RIELLO. Le fuel étant plus onéreux que le bois, je souhaite n'utiliser la chaudière qu'en cas d’appoint ou d'absence. Ma problématique : Ma chaudière fuel est un modèle électromécanique très basique produisant l'eau chaude et le chauffage hydraulique de la maison, elle n'est équipée d'aucun capteur de température externe, elle se régule uniquement avec ses thermostats électromécaniques internes. Le seul moyen de régler la température de chauffage est de manipuler le potentiomètre sur le bandeau de commande de la chaudière, il me fallait donc effectuer cette manipulation régulièrement au fil des saisons pour obtenir une température convenable dans la maison...impossible à faire en cas d'absence. Autre problème, lorsque j'utilise mon poêle à bois, la chaudière continue à fonctionner même si il fait déjà 23°C dans la maison... il fallait penser à basculer la chaudière en mode "été" en rentrant du travail et penser à la repasser en mode "hiver" le lendemain avant d'aller travailler. Après quelques recherches sur Internet, impossible de trouver à la vente le système électronique pour automatiser ma chaudière apparemment prévu par le constructeur. J'ai donc décidé de réaliser un système d'automatisation sur mesure en partant du schéma électrique de la chaudière et, tant qu’à faire, la rendre connectée !

Matériel

Budget:

700 €
  • Logiciel Eagle de Cadsoft
  • MPLAB + PicKit3 + Compilateur C
  • Station de soudage Weller WSD81
  • Dremel
  • Perceuse a colonne
  • Carte Mikromedia PIC24
  • Modules Xbee Pro XBP24 x4
  • PIC18F26K22 x3
  • Afficheur alphanumérique 4x20 caractères
  • Boitiers + visseries
  • Convertisseur WLAN <> Série "CSW-M85"
  • Ensemble des composants electroniques actifs et passifs (voir schémas)

Etape 1 : Cahier des charges

Fonctionnel

Automatiser la chaudière en l'associant à deux capteurs de température intérieur et extérieur sans fil, ainsi qu'à un serveur HTTP.

La chaudière pourra être basculée un mode "manuel" et cas de dysfonctionnement de la carte automate.

Etape 2 : Réalisation du serveur HTTP

J'ai associé une carte Mikromedia PIC24 avec un module Xbee Pro (pour communiquer avec les capteurs de température et la chaudière) et un module WLAN <> Série (pour un accès Wifi). Le tout est alimenté par la prise USB connectée à un chargeur de téléphone 5V / 2A.

Fichiers techniques de cette étape :

Serveur_Web_V1.3_Prog_78.c

Etape 3 : Réalisation des modules ICARE

J'ai développé une carte µControleur à communication radio sécurisée et équipée d'interfaces standards (I2C, UART, GPIO, PWM, Analog In)

Cette carte servira d'ordinateur et équipera chaque module communiquant avec le serveur HTTP.

Etape 4 : Réalisation du capteur de température extérieure

J'ai réalisé le capteur de température en deux parties :

- Le boitier accueillant une sonde de température LMT84, il sera installé à l’extérieur de la maison.

- Le boitier accueillant le module ICARE et l’alimentation, il sera installé dans ma grange et branché sur secteur.

Les deux boitiers sont reliés par un câble quatre conducteurs et un jeu de prises jack 3,5mm.

Je n'ai pas fait de schéma pour cette réalisation, je suis parti des documentations constructeurs des composants pour câbler les cartes prototypes à pastilles.

Les deux modules radios associés aux deux antennes externes servent pour l'une de mes autres réalisations, je ne m'étalerai donc pas sur cette partie.

Fichiers techniques de cette étape :

Capteur_Exterieur_V1.0_Prog_17.c

Etape 5 : Réalisation du capteur de température intérieure

Le capteur de température intérieure est constitué d'un boitier accueillant 4 batteries LR6, un module "HTU21D Click Board" de chez Mikroelectronika et, une fois encore, l'un de mes modules ICARE. Le boitier sera placé dans la pièce à vivre de la maison.

Vu son fonctionnement sur batterie, le module ICARE sera la plupart du temps en mode "Sleep", il ne se réveille que toutes les 10min pour une durée de 5sec, temps suffisant pour communiquer la température au serveur.

Fichiers techniques de cette étape :

Capteur_Interieur_V1.0_Prog_10.c

Etape 6 : Réalisation de la carte électronique pour automatiser la chaudière

Nous y voilà enfin !

Pour réaliser cette carte, je suis parti du schéma électrique de la chaudière. La solution que j'ai adoptée est de connecter, en parallèle du commutateur "été/hiver" de la chaudière, un relais qui sera piloté en fonction de la température intérieure et extérieure. Le potentiomètre de réglage du thermostat de la chaudière sera réglé une fois pour toute afin d'assurer les besoins thermiques qu'il fasse 15°C ou -10°C à l'extérieur.

La chaudière dispose d'un socle (apparemment prévu pour un automate par le constructeur...) en PVC avec 4 colonnettes, idéal pour y placer ma carte, un afficheur alphanumérique, deux voyants, une serrure de Reset et 4 poussoirs.

La chaudière dispose d'un sélecteur 3 positions : Marche, arrêt, mode automatique. J'alimente ma carte via ce sélecteur en le positionnant sur "mode automatique". Je peux à tout moment basculer sur la position "marche" pour revenir à l’état de fonctionnement originel de la chaudière.

Ma carte est équipée de relais d'entrée 230V permettant de recueillir les différentes informations de la chaudière en temps réel : M/A du bruleur, M/A de la pompe chauffage, sélecteur été/hiver, sélecteur auto/man, défaut bruleur.

Un module ICARE gère l’ensemble des composants de la carte, toutes les entrées/sorties sont lues/écrites via des extensions de ports I2C (PCF8574). Une horloge temps réel est également présente (DS1340Z). J'avais prévu l'utilisation de capteurs pour contrôler la température des ballons d'eau chaude (MAX31855 + sonde type K) mais au moment de la mise en œuvre, les sondes étaient plus sensibles à la température entre la carte et l'entrée du ballon que la température du ballon lui-même, j'obtenais des valeurs erronées, j'ai donc mis de côté cette partie non indispensable.

Fichiers techniques de cette étape :

Carte_automate_RESANA_V1.0_Prog_27.c

Etape 7 : Software

Prog

Un, deux, trois, quatre PIC à programmer pour faire fonctionner tous ce petit monde.... Ce sont des heures... des jours... des mois (!) passés à élaborer les programmes en C en partant de pages blanches.

Mais le résultat est au rendez-vous ! Après un an de réalisation tout confondu et de multiples essais, j'installe ma carte sur la chaudière ... quelques bugs à corriger et mon système était enfin opérationnel.

Mon programme intègre un système d'horodatage permettant à la chaudière de déclencher le chauffage à des heures clés (le matin au réveil, le soir avant de rentrer à la maison....) tout en tenant compte des températures de consignes comparés aux températures intérieures et extérieures réelles.

Les fonctions de ma chaudière peuvent être paramétrées via une page WEB codé en HTML.

Etape 8 : Conclusion

Page http chaudi%c3%a8re

Après plusieurs jours d'essais en conditions réelles, j'effectue un test de consommation de fuel sur 3 jours en mode manuel et 3 jours en mode automatique. Résultat : Un temps de fonctionnement du bruleur réduit de moitié sur des température Ext./Int. équivalentes.

Mon système est en fonctionnement depuis février 2017.

J'ai résumé au maximum toutes mes étapes de conception / réalisation / programmation alors n'hésitez pas à commenter si vous avez des questions.

A bientôt !

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guillaume faye

06 nov. 2017 à 17:44

jolis projet, qui a dus vous demander beaucoup de travail .

Jonathan

06 nov. 2017 à 19:11

Merci, effectivement il ne faut pas compter les heures...L'expérience aide aussi, la conception électronique est mon métier et je n'en suis pas à mon premier projet perso.

DaDaNe

09 nov. 2017 à 22:27

Ah bon ? Je pensais que ton métier consistait à écrire des mails ??!


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