Après une longue absence sur le blog, voici mon dernier projet : connecter la piscine à la domotique.
Pourquoi ?
Nous avons une piscine équipée d’un système de régulation « automatique » du pH et du chlore (par électrolyse). Sauf que la régulation du chlore n’est pas si « automatique » que ça.
L’appareil que nous avons est le JustSalt+ de Pool Technologie. La production de chlore est définie selon un pourcentage du temps de fonctionnement et non selon la mesure du chlore présent dans l’eau. Seuls les modèles apparus plus tard (comme le JustSalt PRO) sont équipés d’une sonde ORP (mesure du taux de chlore) et sont donc capables d’ajuster intelligemment la production de chlore.
Avec le temps nous avons remarqué que le chlore varie énormément selon l’ensoleillement, la fréquentation et la présence de la couverture. Ainsi, lorsque la piscine est fermée, j’ai remarqué que le réglage doit être d’environ 5% et de 50% à 80% lorsqu’elle est ouverte. Mais ceci dépend également du taux de stabilisateur présent dans l’eau. En gros, c’est tout sauf pratique et comme résultat, le taux de chlore était rarement bon…
Solution
Pour y remédier et avoir enfin un système vraiment automatique, l’idée est simple, il suffit de rajouter une sonde ORP/Redox dans le système de filtration et si le taux est inférieur à un seuil, activer l’électrolyse jusqu’à atteindre un autre seuil…
Mais pourquoi s’arrêter là ? :)
Le cahier des charges est donc le suivant :
- activation de l’électrolyse selon taux de chlore
- le système doit être autonome et fonctionner même en cas de panne du serveur domotique
- possibilité de forcer à distance le fonctionnement de l’électrolyseur
- affichage de graphiques dans l’interface domotique de la maison
- taux de chlore
- taux de pH
- température de l’eau
- température et humidité du local piscine
- mesure de la consommation électrique du système de filtration
- calcule du temps de fonctionnement de la filtration par 24h
- détection d’inondation dans le local
- affichage local des éléments mesurés sur un écran
- calibration manuelle des sondes pH et ORP
Au vu du nombre d’éléments à connecter, je suis parti sur un Arduino Mega avec un shield Ethernet Wiznet.
Voici un aperçu du montage électronique réalisé :
Mesure du taux de chlore
J’ai acheté une sonde ORP/Redox sur eBay pour environ 25€ (les premiers prix).
Ces sondes mesurent le potentiel d’oxydoréduction (appelé Redox) définie entre -2000mV et +2000mV. Si le Redox est supérieur à 0, l’eau est oxydante. Plus cette valeur est élevée, plus il y a de chlore dans l’eau.
Cet article décrit très bien le principe des sondes ORP : http://www.piscine-clic.com/news/2014/02/potentiel-redox-kezako/
Le problème est que cette sonde sort un courant très faible, on ne peut pas la lire précisément de cette manière, il faut y ajouter un amplificateur qui va par la même occasion relever la tension à 0V-5V pour la lire via un Arduino.
Pour cela j’ai acheté un Adaptateur pH/ORP 1130 chez Go Tronic (http://www.gotronic.fr/art-adaptateur-ph-orp-1130-12112.htm) pour moins de 30€ :
La documentation complète de cet adaptateur se trouve ici : http://www.phidgets.com/docs/1130_User_Guide
Notez que pour avoir une mesure précise à l’entré de l’Arduino, il vaut mieux avoir une alimentation de qualité. N’utilisez pas le port USB de l’Arduino, cela bypass le régulateur 5V interne.
Mesure du pH
Le principe est exactement le même que pour la sonde OPR. La piscine était déjà équipée d’une sonde pH, j’ai simplement mis un Y sous le régulateur pH pour lire la valeur de la sonde depuis l’adaptateur.
La formule de calcul est à adapter. Elle est indiquée sur la documentation de l’adaptateur.
Mesure de la température et humidité du local
J’ai acheté une sonde DHT21/AM2301 pour 3€ sur eBay. Il faut utiliser la libraire DHT.h pour lire les valeurs sur l’Arduino.
Contrôle de l’électrolyseur
L’électrolyseur est équipé d’une entré type contact sec qui permet de connaitre l’état d’un volet automatique (piscine ouverte ou fermée). Le but est d’activer un mode de production différent quand la piscine est fermée. C’est pratique, mais pour cela il faut avoir une couverture électrique.
J’ai relié cette entrée à la sortie d’un relai. Du coup, l’Arduino fait croire à l’électrolyseur que la piscine est fermée pour stopper la production.
Détection d’inondation
J’ai simplement connecté 2 fils qui arrivent au sol espacés de deux millimètres. En cas d’eau, cela fera contact et l’Arduino détectera un état haut sur son entrée numérique. Pour simplifier le câblage et ne pas rajouter de résistance, j’ai configuré l’entrée en Pullup interne (pinMode(pin_water_sensor, INPUT_PULLUP)).
Pour l’instant, l’Arduino envoie une information xPL sur le réseau en cas d’inondation. Je changerais cela par une requête HTTP directe à PushingBox pour ne pas dépendre du serveur domotique.
Mesure de la consommation électrique
J’ai acheté une pince ampèremétrique (30A SCT-013-030 Non-invasive AC current sensor Split Core Transformer BA) pour 5€ sur eBay que j’ai placé autour de la phase de l’arrivée électrique de la pompe.
Pour le connecter à l’Arduino il faut réaliser un petit circuit électronique de 3 résistances et une capacité afin de relever la tension alternative proche de +2,5v qui est au départ autour de 0V (l’Arduino ne peut lire des tensions négatives).
Ce site explique le montage à réaliser : http://www.homautomation.org/2013/09/17/current-monitoring-with-non-invasive-sensor-and-arduino/
J’ai dû adapter la valeur de la résistance de Burden pour avoir une lecture plus juste.
Ensuite, il suffit d’utiliser la library Arduino EmonLib.h d’EnergyMonitor qui s’occupe de récupérer des échantillons de la valeur alternative à une fréquence très élevée pour en récupérer la consommation électrique.
Température de l’eau
Cela fait quelque temps que c’est en place, j’utilise une sonde Oregon THWR800 qui transmet à mon RFXCom la température.
Écran LCD
J’ai acheté un écran LCD 20×4 caractères pour 5€ sur eBay et j’utilise la librairie LiquidCrystal.h.
Petit conseil, ne pas acheter les écrans avec interface I2C intégrée, ça simplifie le câblage, mais ça oblige à utiliser une libraire spécifique à chaque constructeur car il n’y a pas de « normes » pour le câblage interne de ces modules…
Sur la première ligne sont affichés la température du local et le pH.
Sur la deuxième ligne, le Redox (soit le taux de chlore). À droite sont indiqués les seuils désirés du Redox. On voit qu’à ce moment, le chlore était beaucoup trop élevé… Les seuils peuvent être ajustés manuellement via le potentiomètre de calibration (pour le redox, je calibre le seuil et non la sonde).
Sur la troisième ligne, on voit la puissance électrique consommée en Watt par le système de filtration et la durée de filtration (14h30 par jour). La durée de filtration doit être de : température de l’eau divisée par deux. On est bon car l’eau est à 28°C.
Enfin, la dernière ligne indique l’état de l’électrolyseur.
Envoie des données vers le système domotique
J’ai utilisé l’excellente librairie xPL (développé par un Français!) : https://github.com/olebrun/xPL.Arduino
L’Arduino envoie toutes les 30 secondes les valeurs :
192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[ph]=7.18] 192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[redox]= 690] 192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[temp]=24.00] 192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[humidity]=64.30] 192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[justsaltstate]=off] 192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[current]= 638] 192.168.100.104:43932 [xpl-trig/sensor.basic: xpl-arduino.piscine -> * - piscine[state]=on]
Ensuite le serveur domotique utilise le programme xPL-Perl pour enregistrer automatiquement les données dans une base RRDTools et en tracer des graphiques toutes les 5min.
Contrôle de la production à distance
Il est possible de forcer la production depuis le système domotique. Je ne l’utilise pas car le but est que cela soit autonome. Cependant, il suffit d’envoyer cette commande xPL :
xpl-sender -m xpl-cmnd -t xpl-arduino.piscine -c justsalt.on000000
Les « 0 » rajoutés à la fin sont à cause d’un bug dans la libraire XPL (corrigé depuis) qui n’accepte que les commandes de 8 caractères…
Génération des graphiques et interprétations
Le serveur domotique génère automatiquement des graphiques de type RRD pour les heures, jours, semaines, mois et années.
Ci-dessous, le résultat de la consommation électrique. On voit que la pompe consomme environ 650W mais également qu’il n’y a pas eu de production de chlore (car l’appareil consomme environ 40W). C’est grâce à cette mesure qu’on en déduit l’état et ainsi le temps de fonctionnement de la filtration.
Ci-dessous, le graphique de la valeur du pH. Les zones grises représentent les périodes de filtrations. Lorsque l’eau stagne dans les tuyaux, la sonde mesure des valeurs erronées. On en déduit que le pH varie très peu et qu’il plafonne à 7.5. C’est bon signe car l’appareil qui régule le pH est configuré à 7.5 :)
Ci-dessous, le graphique du Redox (le taux de chlore). Encore une fois, il faut seulement regarder les zones grises.
On constat que de minuit à 9h du matin, le chlore a très légèrement augmenté. Je ne suis pas certain de pouvoir l’expliquer, mais le chlore augmente très doucement lorsque la piscine est fermée (et la production désactivée).
L’information intéressante est de midi à 18h, la piscine était ouverte et le temps ensoleillé. On remarque donc à quel point le chlore diminue comparé à la nuit. Ce n’était pas encore suffisant pour déclencher la production de chlore car celui-ci était déjà trop élevé mais la valeur idéale est entre 570 et 590mV.
Code Arduino
#include <avr/wdt.h> // Watchdog #include #include #include #include "xPL.h" #include "DHT.h" // DTH21 Temperature and Humidity. #include // LCD #include "EmonLib.h" // Power current/sensor EnergyMonitor emon1; // Create an instance for power current uint8_t pin_ph = A8; // Pin pH Probe uint8_t pin_redox = A9; // Pin Redox Probe uint8_t pin_relay_justsalt = 41; // Pin to Relay to JustSalt. If state=high -> salt production in progress (red light on) uint8_t pin_dth = A10; // Pin sensor DTH21 Temperature and Humidity. int pin_water_sensor = 39; // Pin water leak sensor. Is High when there is a leak. (I had to set it as int...) uint8_t pin_power_sensor = A11; // Pin to power sensor. uint8_t pin_potentiometer_redox = A12; // Pin to potentiometer used to define redox desired range uint8_t pin_potentiometer_ph = A13; // Pin to the potentiometer used to calibrate pH float ph_sensor_value = 0.0; // value read in Volt (0 to 5) float ph_value_float = 0.0; // pH value from 0.0 to 14.0 in float char ph_value_char[5]; // pH value from 0 to 14 in char float redox_sensor_value = 0.0; // value read in Volt (0 to 5) float redox_value_float = 0.0; // redox value from -2000 to 2000 mV in float char redox_value_char[5]; // redox value from -2000 to 2000 in char int redox_max; // define the max value of redox, if more then stop clorine production int redox_min; // define the min value of redox, if less then start clorine production int redox_range_delta = 20; // used to calculate the range (from-to) of accepted value. Example: 600-> value are from 600-20/2 to 600+20/2 (from 590 to 610) float temperature_float = 0.0; char temperature_char[5]; float humidity_float = 0.0; char humidity_char[5]; float power_value_float = 0.0; // Power consumption in Watt char power_value_char[5]; bool filtration_bool = 0; // Filtration state. 0 is off, 1 is on int counter_filtration = 0; // Count minutes of filtration on 24h // To display to numbers of hours of working on 24h. The filtration time should be Temperature of the water divised by two. (Hours=Temp/2) unsigned long lastReadingTime = 0; int count_time_30s = 0; // used to trigger action every 30s (15*2s) int count_time_30min = 0; // used to trigger action every 30min (60*30s) int count_time_24h = 0; // used to trigger action every 24h (2880*30) byte mac[] = { 0x00, 0xAC, 0xAE, 0x3F, 0xF1, 0xAD }; // Production MAC address IPAddress broadcast(192, 168, 100, 255); EthernetUDP Udp; xPL xpl; LiquidCrystal lcd(42, 43, 44, 45, 46, 47); DHT dht(pin_dth, DHT21); void setup() { //Watchdog part MCUSR &= ~_BV(WDRF); // Clear the reset bit WDTCSR |= _BV(WDCE) | _BV(WDE); // Disable the WDT WDTCSR = 0; Serial.begin(57600); pinMode(pin_relay_justsalt, OUTPUT); digitalWrite(pin_relay_justsalt, 1); // do not start clorine production pinMode(pin_water_sensor, INPUT_PULLUP); digitalWrite(pin_water_sensor, HIGH); dht.begin(); // Start tempature and humidity sensor emon1.current(11, 66); // Power Current: input pin, calibration. lcd.begin(20, 4); // Init LCD screen, 4 lignes by 20 chars lcd.clear(); // Print the default text on the LCD. lcd.setCursor (0, 0); lcd.print("Temp:"); lcd.setCursor (12, 0); lcd.print("pH:"); lcd.setCursor (0, 1); lcd.print("Redox:"); lcd.setCursor (0, 2); lcd.print("Power:"); lcd.setCursor (12, 2); lcd.print("T:"); lcd.setCursor (14, 2); lcd.print("..."); lcd.setCursor (0, 3); lcd.print("Cl Prod:"); Serial.println(F("")); Serial.println(F("Starting (v1.0)")); printMac(mac); delay(100); // delay to boot in case of multiple DHCP requests from others Arduinos while(Ethernet.begin(mac) == 0) { Serial.println(F("Failed to configure Ethernet using DHCP")); } printIP(); // Show IP in serial monitor Udp.begin(xpl.udp_port); xpl.SendExternal = &SendUdPMessage; // pointer to the send callback xpl.AfterParseAction = &AfterParseAction; // pointer to a post parsing action callback xpl.SetSource_P(PSTR("xpl"), PSTR("arduino"), PSTR("piscine")); // parameters for hearbeat message wdt_enable(WDTO_4S); //enable 4s watchdog } void loop() { xpl.Process(); // heartbeat management // Parser part. Read input XPL message if(Udp.parsePacket()) { char xPLMessageBuff[XPL_MESSAGE_BUFFER_MAX]; Udp.read(xPLMessageBuff, XPL_MESSAGE_BUFFER_MAX); // read the packet into packetBufffer xpl.ParseInputMessage(xPLMessageBuff); // parse message } // Protect if millis return to 0 (every 50 days) if (millis() - lastReadingTime < 0) { lastReadingTime = millis(); } // Show datas on LCD every 2 seconds if ((millis() - lastReadingTime) >= 2000) { // pH Part ph_sensor_value = analogRead(pin_ph) * 5000.0 / 1023.0 / 1000.0; // form 0.0 to 5.0 V ph_value_float = (0.0178 * ph_sensor_value * 200.0) - 1.889; // formula to calcul pH from sensor value //Serial.println(ph_value_float); //Serial.println(analogRead(pin_potentiometer_ph)); // add calibration ph_value_float = ph_value_float + (analogRead(pin_potentiometer_ph)-512.0)/500.0; // calibration is from -1 to +1 pH lcd.setCursor (15, 0); lcd.print(" "); // Clean lcd old digits lcd.setCursor (15, 0); lcd.print(ph_value_float, 2); // Redox Part redox_sensor_value = analogRead(pin_redox) * 5000.0 / 1023.0 / 1000.0; // form 0.0 to 5.0 V redox_value_float = ((2.5 - redox_sensor_value) / 1.037) * 1000.0; // from -2000 to 2000 mV lcd.setCursor (6, 1); lcd.print(" "); // Clean lcd old digits lcd.setCursor (6, 1); lcd.print(redox_value_float, 0); // get min-max redox values accepted int potentiometer_redox = analogRead(pin_potentiometer_redox); potentiometer_redox = map(potentiometer_redox, 0, 1023, 300, 900); redox_min = potentiometer_redox/10*10 - redox_range_delta/2; redox_max = potentiometer_redox/10*10 + redox_range_delta/2; lcd.setCursor (12, 1); lcd.print(redox_min); lcd.print("-"); lcd.print(redox_max); // DHT Temp and humidity Part temperature_float = dht.readTemperature(); humidity_float = dht.readHumidity(); lcd.setCursor (5, 0); lcd.print(" "); // Clean lcd old digits lcd.setCursor (5, 0); lcd.print(temperature_float, 1); lcd.print("C"); // Relay JustSalt part. Chlorin Production lcd.setCursor (8, 3); if (digitalRead(pin_relay_justsalt) == 0) { lcd.print("ON "); } else { lcd.print("OFF"); } // Power sensor double Irms = emon1.calcIrms(1480); // Calculate Power current (Irms only) power_value_float = Irms * 232.0; lcd.setCursor (6, 2); lcd.print(" "); // Clean lcd old digits lcd.setCursor (6, 2); lcd.print(power_value_float, 0); // Power state if (power_value_float > 300) // Power is more than 300W { filtration_bool = 1; // on: filtration in progress } else { filtration_bool = 0; digitalWrite(pin_relay_justsalt, 1); // salt production is stopped when filtration is stoped... } // Water leak detection if (digitalRead(pin_water_sensor) == LOW) { lcd.setCursor (19, 3); lcd.print("!"); } else { lcd.setCursor (19, 3); lcd.print("."); } //Serial.print(digitalRead(pin_water_sensor)); //lcd.setCursor (19,3); //lcd.print(digitalRead(pin_water_sensor)); count_time_30s++; // Count 15 cycles for sending XPL every 30s lastReadingTime = millis(); } // Send datas as xPL Message every 30 seconds if (count_time_30s == 15) { // pH Part dtostrf(ph_value_float , 3, 2, ph_value_char); // float to char format: XX.XX print_sensor_value("pH", analogRead(pin_ph), ph_value_float); // debug print send_xpl_message("ph", ph_value_char); // send xpl message // Redox Part dtostrf(redox_value_float, 5, 0, redox_value_char); // float to char with decimal resolution format: XXXX print_sensor_value("Redox", analogRead(pin_redox), redox_value_float); // debug print send_xpl_message("redox", redox_value_char); // send xpl message // DHT Temp and humidity Part //Send temperature to XPL dtostrf(temperature_float , 3, 2, temperature_char); send_xpl_message("temp", temperature_char); //send xpl message //Send humidity to XPL dtostrf(humidity_float , 3, 2, humidity_char); send_xpl_message("humidity", humidity_char); //send xpl message // Relay JustSalt part if (digitalRead(pin_relay_justsalt) == 0) { send_xpl_message("justsaltstate", "on"); // on: electrolyse in progress } else { send_xpl_message("justsaltstate", "off"); } // Power sensor dtostrf(power_value_float , 4, 0, power_value_char); send_xpl_message("current", power_value_char); //send xpl message // Power state if (filtration_bool == 1) // Power is more than 300W, filtration in progress { send_xpl_message("state", "on"); // on: filtration in progress } else { send_xpl_message("state", "off"); } // Water leak sensor if (digitalRead(pin_water_sensor) == LOW) { send_xpl_message("leak", "on"); // water leak detected } //if (count_time_30min % 2 == 0) // every 1min, used to count minutes of active filtration on 24h //{ if (filtration_bool == 1) // if filtration in progress { counter_filtration++; } //itoa (counter_filtration, char test, 10); //send_xpl_message("timer", String(counter_filtration)); count_time_24h++; //} count_time_30s = 0; count_time_30min++; } if (count_time_30min == 60) // every 30min (60*30s) { if ((redox_value_float > redox_max) && (filtration_bool == 1)) // if to much clorine and filtration in progress { digitalWrite(pin_relay_justsalt, 1); // Set the relay to stop Clorine production } if ((redox_value_float < redox_min) && (filtration_bool == 1)) { digitalWrite(pin_relay_justsalt, 0); // Set the relay to start Clorine production } count_time_30min = 0; } if (count_time_24h == 2880) // every 24h (1440*1min) { //Serial.println(count_time_24h); lcd.setCursor (14, 2); lcd.print(" "); lcd.setCursor (14, 2); lcd.print(counter_filtration/60); lcd.print("h"); if (counter_filtration%60 < 10) { lcd.print("0"); } lcd.print(counter_filtration%60); counter_filtration = 0; count_time_24h = 0; } wdt_reset(); //Reset the Watchdog timer } // Send UDP Message void SendUdPMessage(char *buffer) { Udp.beginPacket(broadcast, xpl.udp_port); Udp.write(buffer); Udp.endPacket(); } // Print MAC Address void printMac (const byte *buf) { Serial.print(F("MAC: ")); for (byte i = 0; i < 6; ++i) { if (buf[i] >= 0 && buf[i] <= 16) Serial.print(F("0")); Serial.print( buf[i], HEX ); if (i < 5) Serial.print(F(":")); } Serial.println(""); } // Print IP address void printIP() { // print your local IP address: Serial.print(F("My IP address: ")); for (byte thisByte = 0; thisByte < 4; thisByte++) { Serial.print(Ethernet.localIP()[thisByte], DEC); Serial.print(F(".")); } Serial.println(); } // Print debug info into serial monitor void print_sensor_value(char* name, int sensor_value, float value) { //print the results to the serial monitor for debug: Serial.print(name); Serial.print(F(" sensor: ")); Serial.print(sensor_value); Serial.print(F(" output: ")); Serial.println(value); } // Send XPL Message void send_xpl_message(char* type, char* current) { xPL_Message msg; msg.hop = 1; msg.type = XPL_TRIG; msg.SetTarget_P(PSTR("*")); msg.SetSchema_P(PSTR("sensor"), PSTR("basic")); msg.AddCommand_P(PSTR("device"), PSTR("piscine")); msg.AddCommand("type", type); msg.AddCommand("current", current); xpl.SendMessage(&msg); } // Parse input XPL messages // usage: xpl-sender -m xpl-cmnd -t xpl-arduino.piscine -c justsalt.on000000 // should have a length of 8 for class because of a bug in the lib :(. That's why I added some "0". void AfterParseAction(xPL_Message * message) { if (xpl.TargetIsMe(message)) { // If we get an XPL packet, then turn on or off the Chlorine production if (message->IsSchema_P(PSTR("justsalt"), PSTR("on000000"))) { digitalWrite(pin_relay_justsalt, 0); Serial.println(F("Turning ON Justsalt")); send_xpl_message("justsaltstate", "on"); } if (message->IsSchema_P(PSTR("justsalt"), PSTR("off00000"))) { digitalWrite(pin_relay_justsalt, 1); Serial.println(F("Turning OFF Justsalt")); send_xpl_message("justsaltstate", "off"); } } // show all messages //Serial.println(message->toString()); } |
Pour télécharger le code rendez-vous ici : https://codebender.cc/sketch:38226
Intégration finale
Voici le résultat « final » (les câbles ne sont pas encore bien rangés…).
