Автоматизація системи опалення індивідуального будинку з використанням мікроконтролера

Abstract

У бакалаврській кваліфікаційній роботі розроблено та реалізовано автоматизовану систему керування системою опалення індивідуального житлового будинку на основі мікроконтролера. Метою роботи є підвищення енергоефективності, комфортності та автономності опалення шляхом впровадження сучасних засобів автоматизації. У другому розділі проведено огляд існуючих систем опалення та їх автоматизації: як традиційних механічних термостатів, так і сучасних рішень з використанням розумних контролерів, систем IoT та мобільних застосунків. Визначено переваги програмованих логічних систем, таких як контролери i3 Engineering. У третьому розділі описано принцип роботи запропонованої системи, в якій мікроконтролер збирає інформацію з температурних давачів та керує термоголовками, циркуляційними насосами й джерелом тепла. Робота системи поділена на зони з можливістю незалежного налаштування. У четвертому розділі здійснено вибір мікроконтролера Atom Ferrum, виробництва i3 Engineering, а також іншого необхідного обладнання, що забезпечує надійну роботу системи, включаючи силові модулі, сенсори температури, дисплеї та комутаційну апаратуру. У п’ятому розділі розроблено функціональну схему системи та подано схеми підключення елементів: живлення, зв’язку, розгалуження на зони, інтеграцію з мережею Ethernet та OLED-дисплеєм. Деталізовано всі вузли взаємодії між компонентами. У шостому розділі описано процес створення логіки управління системою опалення за допомогою програмного середовища i3 Config, яке дозволяє задавати пороги температури, часові інтервали, поведінку в різних режимах, а також візуалізувати роботу в застосунку i3 Home. Сьомий розділ присвячено моделюванню роботи системи, в якому імітовано зміну температури у приміщеннях і перевірено реакції системи на основі запрограмованих алгоритмів. Проведено аналіз роботи у різних сценаріях для підтвердження правильності обраної логіки. У розділі з охорони праці розглянуто безпеку при експлуатації електроустаткування в побутових умовах, зокрема правильне розміщення розподільчих коробок, захист від перенапруги та заземлення. Економічне обґрунтування впровадження системи показало доцільність автоматизації індивідуального опалення для зниження витрат на енергоносії, підвищення рівня комфорту та надійності системи опалення в цілому. Об’єкт дослідження – автоматизована система опалення індивідуального житлового будинку на основі мікроконтролерного обладнання. Предмет дослідження – електронна апаратура, програмне забезпечення та логіка керування опаленням із використанням мікроконтролера.енергоефективність, i3 Engineering, i3 Config, розумний дім.This bachelor’s qualification project presents the development and implementation of an automated heating system control for a private residential building based on microcontroller technology. The main goal of the work is to improve energy efficiency, comfort, and autonomy of the heating system through the integration of modern automation tools. The second section contains a review of existing heating systems and their automation, covering both traditional mechanical thermostats and modern solutions based on smart controllers, IoT systems, and mobile applications. The advantages of programmable logic systems, such as i3 Engineering controllers, are highlighted. The third section describes the operation principle of the proposed system, in which the microcontroller collects data from temperature sensors and controls thermal heads, circulation pumps, and the heat source. The system is divided into zones, allowing for independent adjustment of heating parameters. The fourth section presents the selection of the Atom Ferrum microcontroller by i3 Engineering, as well as other necessary equipment, including power modules, temperature sensors, displays, and switching devices, all of which ensure the reliable operation of the system. In the fifth section, the functional system diagram and the connection schemes for all components are developed: power supply, communication interfaces, zone separation, integration with Ethernet network and OLED display. All interaction nodes are detailed. The sixth section describes the creation of heating control logic using the i3 Config software, which enables setting temperature thresholds, time intervals, operation modes, and visualizing system performance via the i3 Home mobile application. The seventh section is devoted to modeling system operation by simulating temperature changes within the premises and verifying the system’s response based on the pre-programmed algorithms. System behavior in various scenarios was analyzed to confirm the correctness of the implemented logic. The occupational safety section addresses the safe use of electrical equipment in domestic conditions, including the proper placement of distribution boxes, protection from overvoltage, and grounding requirements. The economic justification demonstrates the feasibility of implementing an automated heating system for reducing energy consumption costs, increasing comfort, and improving overall system reliability. The object of the study automated heating system for a private residential building based on microcontroller equipment. The subject of the study electronic equipment, software, and control logic for heating using microcontroller-based systems.