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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Heizungssteuerung mittels I²C?


Autor: adam (Gast)
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Hallo,

ich will eine Heizungssteuerung für unser System im Haus aufbauen, weil
die Alte (originale) ihren Geist aufgegeben hat.

Ich habe bereits eine Platine mit einem µC erstellt aber
programmtechnisch ist es sehr schwierig Temperaturdaten auzuwerten, die
zu verarbeiten und anschließend entsprechende Pumpen anzusteuern -
geschweige denn noch eine Uhrzeiteingabe, wann die Heizung sich ein
bzw. ausschalten soll.
Deshalb will ich das Projekt aufs neue beginnen mit mehreren µC und die
Arbeit auf diese weise verteilen. Ich habe mir das folgendermase
vorgestellt:

1. Eine Einheit, die alle Thermofühler auswertet und die fertige Temp.
in °C bereithält, damit der Master diese nur abfragen muss. (LM75
Fühler an einen PCF)
2. Einen weiteren µC der die Pumpen ansteuert (ca. 8stk. über Relais)
3. Eine seperate Einheit für die Uhr/Kalenderfktion
4. Einen EEPROM für das Speichern der Konstanten (z.B. mindest
Raumptemperatur usw.)
5. LCD und Tastatur
6. Master, bei dem alles zusammenläuft und alles koordiniert wird

Nun muss ich alle Einheiten miteinander verbinden, da habe ich an den
I2C Bus gedacht.
Jedoch ist es so, dass wenn ein Fühler z.B. eine Mindesttemperatur
unterschreitet, soll er ein Signal an den Master geben. Bei einem I2C
Bus ist dies ja aber nicht möglich, dass die Slaves ohne Aufforderung
etwas senden.
Des Weiteren möchte ich mit der Tastatur auch die Konstanten im EEPROM
über LCD ändern können, sowie die Fühlerwerte ablesen können, etc.
Ich will damit sagen das ich mehr als einen Master in meinem Aufbau
hätte. Master die Senden und Empfangen müssten, damit alles reibungslos
funktioniert.
Seht ihr vielleicht einen alterenativen Denkansatz für mein Projekt?

Für Anregundenn bin ich sehr dankbar!

MfG
Adam

Autor: A.K. (Gast)
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Was ist so schwierig dran, das ein einem einzigen Controller zu
erledigen? Geht problemlos.

Multimaster-I2C scheint mir das nicht wirklich zu vereinfachen. Und ist
hier auch nicht nötig, eine Open-Drain "Interrupt"-Leitung wird ja
wohl noch drin sein.

Autor: adam (Gast)
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Ja aber das ganze wird zu komplex, oder nicht? Ich habe 8 pumpen, ca. 10
fühler + lcd + tastatur + eeprom und das noch die kalenderfktion.
Ich müsste ja jeden Port der reihe nach abfragen ob da etwas passiert
ist, oder nicht? Und bei einem µC wird das doch bischen viel. Oder
denke ich da falsch?

Autor: D. W. (dave) Benutzerseite
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Ich würde garnicht so viele verschiedene µC verwenden.

I2C enthält normalerweise auch immer eine IRQ-Leitung, um den Master
auf eine Änderung hinzuweisen.

Wenn du trotzdem mehrere µC per I2C verbinden willst, dann würde ich
doch einfach vorschlage, ein Master, der die Clients zyklisch abfrägt.
Ob die Pumpe nach 0,1sek oder nach 0,2sek eingeschalten wird, ist doch
egal.
Der Master fragt also alle anderen "Module" alle 100 oder 500ms ab
und erfährt früh genug, was er wissen muss.

Autor: Manos (Gast)
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Eine Heizungssteuerung ist jetzt wirklich keine zeitkritische Anwendung.
Wenn Du ein 1-Sekunden-Raster hättest in dem verschiedenen
Temperaturfühler eingelesen werden und Pumpen gesteuert werden sollen
ist das immer noch schnell genug (braucht auch beides keine Priorität
zu haben - darf evtl. auch mal 10 ms verzögert abgearbeitet werden).
Nimm einen entsprechend großen (Pinanzahl, Speicher) uC und einen
Uhrenbaustein (den würde ich schon extern machen) und Du solltest alles
an "Logik" haben was Du brauchst - der Rest sind dann halt die
Temperaturfühler, Relais für die Pumpen, LCD und ein paar Tasten.
Wichtig bei der Planung ist auch eine gewisse Störungssicherheit und
Failsafe-Schaltung, damit wenn der uC abstürzt nicht der Brenner
anbleibt oder so...

Einen Interrupt bei Unterschreitung eines Wertes ist sowieso nicht
notwendig da man sowieso zyklisch die Temperaturwerte einlesen sollte.

I2C über größere Distanz ist übrigens auch nicht zu empfehlen, da die
Leitung max. eine Kapazität von 400pF haben darf.

Willst Du verteilte Temperaturmessung machen wäre wegen der
Leitungslänge und Anzahl der Kabel CAN oder RS485 eine Möglichkeit
untereinander zu kommunizieren. Würde aber dann zusätzliche Bausteine
bedeuten als Signalumsetzer.

Autor: A.K. (Gast)
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Exakt dieses Thema hatte mich nach längerer Pause wieder in die
nierigeren Gefilden der Computertechnik gebracht. Ähnliches Gebilde wie
bei dir, realisiert mit Mega32, plus zweite per RS485 angebundene
Bedieneinheit im Wohnbereich, realisert mit Tiny2313.

Du scheinst es einfacher zu finden, getrennte Prozesse in getrennten
Controllern zu realisieren. Wenn man von eine einzelnen klassischen
Hauptprogramm ausgeht, mag das passen. Zwingt einen aber niemand dazu,
das auch so zu machen. Was du da vorhast, ist nichts anderes als
Multitasking in Hardware.

Was ich statt dessen verwendet habe, ist Multitasking in Software
(AvrX). Wobei AvrX mit seinem unweigerlich preemptiven Multitasking
Fallstricke aufweist, die bei kooperativem Multitasking nicht
auftreten, insofern nicht jedem zu empfehlen.

Das ganze geht natürlich auch anders, z.B. Hauptschleife ruft diverse
separate Module für die jeweiligen Abläufe auf, jedes mit seiner
State-Machine. Ich mag's mit RTOS lieber, aber das ist sicherlich
Geschmacksache und hat wohl auch etwas mit Erfahrung+Vorstellungskraft
bei nebenläufiger Programmierung zu tun.

Autor: Ralf W. (Gast)
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Hallo,

Vielleicht könnte dich diese Seite interessieren:

http://mikrocontroller.cco-ev.de/de/heizung.php

Da hat jemand genau das aufgebaut was du bauen möchtest. Dort
wurde nur ein AVR Controller (ATMEGA 32) verwendet. Es wird ua.
der Quellcode für den AVR und ein Windows Programm für die Einstellung
der Heizkurven zu Verfügung gestellt.
Der einzige Nachteil ist das dieses Gerät auf einer Art Testplatine
(AVR-Ctrl) aufgebaut ist, aber auch dafür findet man dort Unterlagen.
Der Nachteil kann aber auch ein Vorteil sein.;-)
Ich finde dieses Projekt sehr gut.

gruss ralf

Autor: Wesserbisser (Gast)
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Hi!

Ich würde davon abraten zig verschiedene Prozessoren zu verwenden, das
macht die Sache wesentlich komplizierter. Du musst für jeden Prozessor
eigene Software schreiben, und Dir Protokolle ausdenken wie die
einzelnen Komponenten letzendlich miteinander kommunizieren.
Ich selbst habe mir auch eine komplette Heizungsregelung realisiert,
bestehend aus einem ATMega16. An der Platine habe ich eine serielle
Schnittstelle, ein 4x27 LCD, 4 Taster, 16 Temperatureingänge und 10
Relaisausgänge. Das schafft der Mega16 spielend! Lediglich die
Temperaturwandler habe ich in einen anderen Prozessor ausgelagert (2x
Tiny26, die ich so programmiert habe dass sich jeder wie 8x LM75
verhält) und ist per I2C an den Mega16 angebunden.
Die Schaltung steuert Heizungsmischer, Ölbrenner, Solarpumpe,
Brauchwasserpumpe, Mischer für Feststoffkessel u.a.
An die serielle Schnittstelle hab ich kürzlich noch eine Erweiterung
angeschlossen, die die Temperaturdaten auf einen SQL Server schreibt:

http://db0fhn.efi.fh-nuernberg.de/~dl6nek/heizung/

Falls du noch Tips brauchst, einfach fragen. So eine Heizungsregelung
ist ein sehr interessantes Projekt, obgleich sowas nicht an einem
Wochenende fertig wird.

Gruß
Ich

Autor: adam (Gast)
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Danke für die Zahlreichen antworten.
Genau soetwas habe ich auch vor Wesserbisser.
Wie funktioniert das denn bei dir, dass der µC z.b. die Fühlerabfragt
und gleizeitig deine Eingaben per Taster empfängt und parallel dazu
noch die LCD ausgabe steuert. Das ist mein Problem, ich weiß nicht wie
ich das Software mäßig lösen soll, deshalb kam die Idee mit den
mehreren µC, aber die werde ich wohl nun verwerfen :)

Autor: Thomas (Gast)
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Ich bin auch der Meinung, dass es ein µC tut. Die paar Funktionen sollte
n locker mit einem µC zu erschlagen sein. Anders wäre es, wenn die
Funktionseinheiten räumlich weiter auseinander wären. Wenn du noch den
Uhr/Kalender über I2C machst (PCF8573) hat der µC sowieso kaum noch was
zu tun. Die I/Os lassen sich ja kurz überschlagen:

10 LM75 -> 2x I2C -> 4 Pins    (Uhr und ext. EEProm kann auch hier
dran)
8 Relais             8 Pins
LCD                  7 Pins
Tastatur             5 Pins ?
RS-232               2 Pins

Sind doch gerade mal 26 Pins. ATMega16 sollte völlig ausreichen.

Gruß

Thomas

Autor: adam (Gast)
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Alles klar, mit den Pins komme ich hin. Hardware mäßig klappt das alles,
aber wie bereits oben erwähnt. Wie realisiere ich das Softwaremäßig?
Er fragt jeden Fühler einzelln ab, vergleich mit dem Wert im EEPROM und
schaltet entsprechend die Pumpen. Aber wie realisiere ich z.B. eine
Menüführung, während er die Fühler prüft ... multitasking? Oder ein
Trick?

Autor: Ralf W. (Gast)
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@Wesserbisser
Ich habe auch vor so etwas bei mir zu realisieren, bin aber noch
auf Ideensuche.
Mich würde zum Beispiel interessieren wie du denn Ölbrenner
ansteuerst. Ich hab da nirgends richtige Informationen gefunden.
Ich habe da nur so eine wage Idee davon, welche Leitung welche
Funktion hat.
Meine Steuerung ist noch ganz. Die hat nur wenig Komfort. Ausserdem
klappt die Temperaturregelung bei sehr kaltem und wärmeren Wetter
nicht so wie ich mir das vorstelle. Ich habe zwar versucht mit den
Heizkurven das hinzubekommen, aber nur mit mässigem Erfolg. Ich kann
dort auch keine Schaltprogramme einstellen, nur Schaltzeiten. Also
muss ich am WE zB. in den Keller um die anzumachen oder ich heize
während der Woche umsonst.
Dies ist meine Motivation für so ein Projekt. Wie ich oben schrieb
ist meine Steuerung noch ganz. Deshalb wollte ich diese mit getricksten
Temperaturwerten regeln( Temperaturfühler überbrücken).

Da hört sich dein Projekt aber wesentlich besser an. Den irgendwann
geht so eine Steuerung ja doch mal kaputt.
Hast du dein Projekt dokumentiert, zB. Schaltpläne? Würdest du das hier
posten? Ich hätte jedenfalls auch Interesse.

gruss ralf

Autor: Manos (Gast)
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Das einzige was evtl. Interrupts auslösen muß ist die Tastatureingabe
und die Serielle. Alles andere kann bedient werden wann dafür Zeit ist
(wir reden hier von ms). Selbst wenn Du mit dem Einlesen des nächsten
Temteraturwertes wartest bis der neue Text auf dem Display geschrieben
ist sind höchstens ms vergangen - eine Zeit die Du Subjektiv nicht
messen können wirst.

Es ist nichts zeitkritisches an einer Heizungssteuerung. Es würde sogar
reichen die Temperaturen im 30sek-Rhytmus abzufragen wenn nicht grade
einer das Fenster aufgemacht hat. Schalten wirst Du voraussichtlich
immer nur auf ganze Grad C - und wie schnell ändert sich das wohl in
einer Wohnung? :)

Dennoch würde ich wahrscheinlich die Temperatur im Sekundentakt oder
schneller einlesen da der uC sowieso nix zu tun hat... Auch hier kann
man dann natürlich wieder Sicherheit einbauen, da innerhalb einer
Sekunde die Temperatur nicht um mehrer 10°C ändern kann - dann liegt
wahrscheinlich eher eine Störung im Fühler oder der
Referenzspannung/Konvertierung vor (oder auf der Leitung).

Ich würde die Sache wahrscheinlich so angehen, dass ich die
Ein-/Ausgabe (Menü/Serielle) zuerst machen würde und den Rest
(Temperatur/Pumpen) dann in einer Schleife abarbeiten würde -
vielleicht sogar mit Pausen über einen Timer.

Autor: Wesserbisser (Gast)
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Vorsicht mit den LM75!

Bei einer Heizung sind die Fühler mitunter weit entfernt (bei mir z.B.
Solarfühler auf dem Dach), die nahesten sind auch schon ca. 1m. Über
diese Entfernung taugt I2C einfach nichts (und jetzt bitte keine Links
mit dem Kommentar "Der macht das auchso"). I2C ist gemacht um
innerhalb einer Platine oder eines Gerätes zu kommunizieren, alles
andere ist Pfusch.
Ich habe NTC-Rohranlegefühler verwendet, der Vorteil ist dass die
Widerstandsänderung relativ groß ist und man hardwaremäßig pro Fühler
mit einem Widerstand auskommt. Die Linearisierung mache ich in den
Tinys mit einem Ausgleichspolynom 2. Grades. Das funktioniert für diese
Anwendung mehr als ausreichend gut, Auflösung habe ich 1/10 °C genommen,
der Temperaturwert wird für jeden Kanal als signed short (16bit)
ausgelesen und repräsentiert die Temperatur in der Einheit 1/10 °C.
Im EEPROM der Tinys habe ich für jeden Kanal 3 Koeffizienten
hinterlegt, so dass man auch mit unterschiedlichen Fühlern innerhalb
eines Tinys arbeiten kann. Angesprochen werden diese Tinys wie gesagt
genauso wie ein LM75, nur kann man eben den Kanal auswählen der als
nächstes gelesen werden soll.

Nun zur Software:
Schaumal in die Codesammlung, da gibts ein paar sehr gute Beiträge
(z.B. von Peter Danegger) zum Thema "Task-Scheduling" und
"Menüführung". Zusammengefasst geht das ungefägr so:
Man lässt einen Timer laufen, der z.B. mit 1kHz einen Interrupt
aufruft. In der ISR werden unterschiedliche Zählervariablen hochgesetzt
und bei Erreichen des gewünschten Wertes wird ein Flagbit in einer
Flagvariablen gesetzt. In der main-Funktion wird einfach ständig
abgefragt ob so ein Flag gesetzt ist und dann ggf. eine Aktion
ausgeführt.

Ich hänge mal einfach hier mein Heizungsprojekt für den Mega16 an.
Vielleicht kannst du Dir daraus auch einige Infos zur
Menüprogrammierung etc. ziehen.

Autor: Egon (Gast)
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>>Aber wie realisiere ich z.B. eine Menüführung, während er die >>Fühler
prüft ... multitasking? Oder ein Trick?

Wie bei allen Problemen hilft es, die große Aufgabe in viele kleine zu
zerlegen und nach Wichtigkeit zu werten.
Bei Verwendung eines einzigen µPs (wie es auch alle anderen hier
empfehlen) wird dieser geschätzt maximal nur 1-5% seiner Rechenleistung
für die eigentliche Steuerung/Regelung brauchen. Die restliche
Verarbeitungszeit kann er damit beschäftigt sein, 1. im Hintergrund per
Timerinterrupt die Tastatur abzufragen, 2. bei Bedarf Texte aufs Display
zu schreiben, 3. Ausgänge zu aktualisieren und 4. die Sensoren zyklisch
einzulesen.

Die Verwendung eines RTOS hat seine Vorzüge, wenn man damit umgehen
kann. Bei einer zeitlich unkritischen Aufgabe wie Heizungssteuerung muß
es aber nicht von Vorteil sein, zumal es auch seine Tücken zeigen kann,
wenn die 'Kiste' unverhofft aus nicht ersichtlichem Grund stehen
bleibt.

Vorschlag: per Interrupt wird die Tastatur abgefragt und bei
Tastendruck der zugehörige Tastencode in der Variablen TASTE abgelegt.
Eine Funktion LESE_TASTE() liefert das Ergebnis von TASTE oder eine 0,
wenn keine Taste gedrückt wurde. Die Funktion wird in jedem Menü
fortlaufend aufgerufen, da die Bedienung durch den Benutzer höchste
Priorität hat. Bei Tastendruck wird entsprechend reagiert (Display,
Ausgang, +++) und letztlich auf neuen Tastendruck gewartet.
In der Funktion LESE_TASTE() wird jetzt (beispielsweise) eine Variable
XXX hochgezählt und abhängig von ihrem Wert eine andere Funktion
aufgerufen, die nur eine Aufgabe erledigt, aber auch nicht viel Zeit
braucht: bei 1 -> LESEN_SENSOR1, 2 -> LESE_SENSOR2, ... 22 ->
LESE_UHRZEIT, 23 -> BEWERTE_SENSOREN, 24 -> BEREITE_AUSGABEWERTE, setze
FERTIG_FLAG und XXX wieder auf Startwert.

Die AUSGABE_WERTE werden erst dann ins Display geschrieben, wenn kein
Benutzermenü mehr offen ist. Da jede einzelne Routine kurz ist, bekommt
der Benutzter auf Tastendruck sofort eine Reaktion - trotzdem läuft die
Steuerung im Hintergrund weiter.

Wie beschrieben kann man klein (Tastatur/Display) anfangen und dann
nach Bedarf erweitern. Ohne jetzt ein Buch zu schreiben, hast Du
hoffentlich meinen Ansatz verstanden; es gibt noch andere
Vorgehensweisen.

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