DIY 智慧排插,支持遠端控制,自訂排程以及耗電監控

LittleWhiteBear

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3尺 (RedSea 250)
系統類別
AF
生物種類
計畫 LPS > SPS (混養)
魚缸資料簡介
魚缸: Red Sea 250
底缸: Red Sea 350底缸
燈具: OEM LED, 80W x4
自製LED 12W x16
藻缸燈: 植物LED 10W*2
底缸燈: 工作照明用T5
主馬達: SICCE S108
冷水馬達: SICCE S104
冷水機: TECO TK-1000 & 1T分離式
蛋白機: Seatorch 180
造浪: 2xSLW-20 & 2xSOW-8
週日人在外,收到訊息顯示目前智慧排插盒連線狀態斷斷續續(MQTT連線),原本不以為意,想說網路壅塞而已。
晚上十一點才回到家,看到主燈還亮著,摸著排插盒發覺不妙,裡頭溫度很高,那麼 ESP32 熱當機的可能也非常高。
從新上電後 ESP32 沒有上線,想想不妥,就把盒子打開,這才發現繼電器第一孔的 COM 端燒焦了

PH84_200831094739_33b20.jpg


PH84_200831094739_120bd.jpg


PH84_200831094738_d68fc.jpg


第一孔接的是 150W 的 HQI, 而繼電器的耐受是 250V 10A, 可能是因為瞬間電流超過 10A 而燒毀,但這是為什麼?
150W 了不起就 1.4 A 而已啊,我再看看電流圖

PH84_200831102801_2669e.png



在故障之前,發現因為冷水機的壓縮機的啟動,總電流已經超過 10A,雖然不知道為何燒毀在第一孔的 COM, 但這也夠嚇人了!

改良方案:
1. 冷水機不再接入智慧排插盒,改獨立接電
2. 15A 的無熔絲開關,要改為 10A
3. HQI 線路,單獨加上保險絲
4. 加強散熱
--> 4.1 盒子打孔
--> 4.2 加上風扇
--> 4.3 變壓器要外置
5. Server 改至於家庭區域網路內,減少網路塞車的影響
我覺得可能是當初接點沒有處理得很好
有可能因為導線伸的不夠進去
雖然有接到, 但因為接觸面積太小, 造成接點的高阻抗
時間久了高阻抗接點的較高溫度又引起氧化
進而造成接點阻值又更上升的循環 (溫度上升>阻抗上升)
最終就造成過熱, 溫度上升又導致 ESP32熱當.
PH84_200831123226_c2ad9.jpg

<問題接點>
 

samuel0318

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我覺得可能是當初接點沒有處理得很好
有可能因為導線伸的不夠進去
雖然有接到, 但因為接觸面積太小, 造成接點的高阻抗
時間久了高阻抗接點的較高溫度又引起氧化
進而造成接點阻值又更上升的循環 (溫度上升>阻抗上升)
最終就造成過熱, 溫度上升又導致 ESP32熱當.
PH84_200831123226_c2ad9.jpg

<問題接點>

謝謝指正,新的板子我會多注意接點的問題
 

samuel0318

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智慧排插 2.0

之前因為燒掉了繼電器板,換了一片,發現其中一個繼電器無法工作,直到最近拿到第二片之後才換好。
在這之間,我稍微修改了設計

1. 無熔絲開關由 15A 改為 10A
2. 每個插座獨立保險絲,目前使用 8A 快斷型的,應該夠用
3. 帶燈的保險絲高度超過盒子,關不起來,索性開孔出盒,如果保險絲燒斷,可直接由盒外觀察到燈亮
4. 5V 變壓器會產生熱,改外置供電
5. 改麵包板為洞洞板,並且使用排母直接連接繼電板和洞洞板,不使用杜邦線,增加可靠度,視覺上也比較清爽
6. Auto Tank Server 已經由 AWS EC2 遷移至 Raspberry Pi 4 4GB ,跟排插盒放在同一個內網,但我有想法要修改,日後再發表

PH84_201028095936_7b358.jpg


PH84_201028095937_83d5d.jpg


PH84_201028095938_1a1c7.jpg


PH84_201028095939_9d2d0.jpg


PH84_201028095940_40ee5.jpg
 

samuel0318

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samuel0318

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1. 冰箱和冷凍櫃篇

A. 冰箱 Toshiba GR-H40TBA


2010搬新家購入使用至今,當時有預算及空間考量,購入這個較淺只有 623mm,並且有製冰功能的 345公升冰箱
變不變頻的,都還沒去想太多
PH84_201029105033_90cd2.jpg


測量的這一天,白天家裡沒人,晚上也沒做菜開開關關,一天的耗電量是一條平穩的線性,總共是三度!
PH84_201029105033_125d7.png

再來看看耗電瓦數,幾乎是穩定消耗 120W,然後每六個小時壓縮機會重啟一次,原來這就是非變頻的用電量!等於一個二尺魚缸的主燈 24 小時開著....
PH84_201029105033_db920.png


B. 直立式冷凍櫃 SAMPO 聲寶冷凍櫃 SRF171F 170L

Toshiba 的冷凍空間不太夠用,尤其是去了魚市場還是 Costco 之後,冷凍的空間都不太足夠,由於之前用過的臥式冷凍櫃壞了,就買了直立式的,空間使用上更方便了。OK, 來看看耗電量吧
PH84_201029110222_645d1.jpg

看到這個 Power 曲線,有沒有覺得很熟悉?這就是魚缸冷水機常用的溫控方式,溫度高於 A 啟動壓縮機、溫度低於 B 關閉壓縮機 (For A > B )
再來看一天的耗電量:一度! 跟旁邊的冰箱比起來....令人感動的一度...
PH84_201029110222_a380e.png


你說,三度的冰箱要不要換呢?
三度和一度的冰箱,概略算一下電費差多少呢?
一天差兩度,一年差 365 x 2 = 730 度,一度電算 5 元,總共是多花了 3650 元電費
是我會覺得沒壞就繼續用,畢竟買新的變頻省電冰箱也是一筆預算
 

samuel0318

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2. 洗脫烘洗衣機篇

台北冬天溼冷,能夠直接洗脫烘的洗衣機可以省下很多時間,但能不能省錢一直是我內心的疑問,
趁這個機會好好量清楚

型號:HITACHI日立12公斤滾筒式洗脫烘洗衣機(SFBD2900W)

PH84_201030111543_04702.jpg


PH84_201030111544_af2e1.jpg


A. 洗+烘毛毯
  1. 洗衣階段,大約是 200W, 45 分鐘
  2. 烘衣階段,前期30分鐘工作狀況不明,中期一個小時以800W烘衣,後期10分鐘用 240W 做低溫烘衣,讓衣服蓬鬆
  3. 整個過程歷時 2.5小時,總耗電量 1.25 度,電費 6.25 元
PH84_201030113604_67378.png


B. 洗衣物
滿滿的一整籃衣服,耗時約一小時,耗電量 0.08 度 = 0.4 元,最大瞬間電流 7A
純粹洗衣服,是耗不了多少電的
PH84_201030111543_de8b5.png


C. 洗+烘衣物
上面的滿滿的一整籃衣服,再按一次洗脫烘
整個過程歷時 3.5小時,總耗電量 1.87 度,電費 9.35 元,跟上面洗烘毛毯相比,量較大,花比較多時間在烘乾
烘衣原理是用內置濕度計,到一定程度的乾操才會停止
PH84_201030111544_9cf78.png


下圖則是 ABC 的比較
PH84_201030114611_7815a.png


D. 測試槽洗淨功能
最後測試這個槽洗淨功能,按下去之後,洗衣機會宣告要花11小時的時間,這讓我對這個功能的耗電量感到害怕
所以我真的很好奇,到底會花多少電?
整個過程如機器宣告,歷時 11 小時,但總耗電量僅 0.44 度,電費 2.2 元,比想像中的省很多電
這什麼道理?看了 Power 圖才明白,搭配洗衣機清潔劑 (我都是拿小蘇打來用,各位也都有很多吧!)洗衣機轉一下,泡一下,
拿時間換取效率,最後再脫水,烘乾,最後得到一個滿滿濾網的棉渣,以及清潔過後的洗衣機
這功能不錯,需要記得定時清潔來延長洗衣機的壽命
PH84_201030111544_ce68f.png
 

samuel0318

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3. 熱水瓶篇

有了小孩就有泡奶粉的需求,所以需要三不五時能取用的熱水
但熱水瓶也是耗電大魔王,當時就挑選能省電的款式

這一款象印熱水瓶 CV-DYF 用了十年,好奇現在的用電量是否如機身貼紙上宣告的 17W
PH84_201102111331_1f1a2.jpg


「待機耗電量測試」
測量條件:水量 1.5L,溫度設定 90 度待機,不加水,不取水,測量 24 小時
測量結果:總耗電量 0.43 度,換算電費 2.2 元,平均 17.9W,接近機身貼紙上宣告的 17W。僅待機的話,一個月電費是 66 元
PH84_201102111332_9a23a.png


熱水瓶維持溫度的方式,每分鐘用 66W 加熱 20 秒
PH84_201102111332_044a6.png


「煮水耗電量測試」
原以為不過就是把電能換為熱能,效率應該很高,沒什麼好講的

測量條件:水量 2L,水溫由 30度加熱到100度
測量結果:耗電量 0.24度 = 1.2 元

煮水效率計算
  1. 耗電量 0.24度 = 864,000 焦耳 (1度 = 3,600,000焦耳)
  2. 2000g 水,水溫由 30度加熱到100度:1克水在一大氣壓下,提升1度需要1卡,所以總共是 2000 x (100-30) = 140000 卡 = 585,480 焦耳 (1卡=4.184焦耳)
  3. 效率為 585,480 焦耳 / 864,000 焦耳 = 68%
什麼! 效率沒有想像中的好,據觀察水滾了還會讓它滾一陣子,而把液態水變成水蒸氣,則消耗了更多的電能
PH84_201102111332_e3a01.png


那麼再問,如果設定定時器,定時啟動和關閉熱水瓶,會比較省電嗎?
  1. 一整天都插著電,保持溫度不加水的話,耗電量是 0.43 度
  2. 一整天只煮沸一次就斷電,耗電量 0.24 度
  3. 一整天早晚各煮沸一次就斷電,耗電量 0.48 度,跟開整天0.43 度是差不多電費
結論是,只有一天只煮沸一次,設定定時器有比較省電,一天省一元電費,而且不需要買很強調省電的熱水瓶即可。
但若是一天需要兩次以上熱水,建議就還是以省電的款式為主要考量。
 

samuel0318

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4. 洗碗機篇

俗話說「三機救婚姻」(洗脫烘洗衣機、洗碗機、掃地機器人),就是希望能夠從煩雜的家庭事務中減少重複性的工作,增加生活品質。套用在魚缸上的道理也是一樣,自動補換水、滴定機、自動餵食器...不外乎就是希望機器能夠處理邏輯簡單且固定性的事務。
但洗碗機是用電加熱水來洗碗,多少還是會擔心電費啊,那就來量看看電壓電流,看看會花多少錢,也得以一窺機器的運作原理。

BOSCH獨立式洗碗機13人份SMS53E12TC

PH84_201104112036_2f6d3.jpg


PH84_201104112037_ae699.jpg


[加強模式] 洗兩小時,總耗電量1.34度,最大功率1千瓦,最大電流10A,洗一次碗要 6.7 元電費
PH84_201104112037_6d72e.png


[ECO 模式] 洗兩小時,總耗電量0.91度,最大功率1千瓦,最大電流10A,洗一次碗要 4.5 元電費
跟 [加強模式]比較起來,就是加熱的時間比較短 (51分鐘對比77分鐘,這比例跟耗電量的比例差不多)
PH84_201104112037_3ac53.png


[快洗模式] 洗一小時,總耗電量0.65度,最大功率1千瓦,最大電流10A,洗一次碗要 3.2 元電費
跟 [加強模式]比較起來,就是洗一半的意思,但若是太硬太髒的餐盤,容易洗不乾淨
PH84_201104112038_99c39.png


心得
  1. [加強模式] 用於比較難洗的餐盤
  2. [ECO 模式] 用於好洗的餐盤,不趕時間
  3. [快洗模式] 用於好洗的餐盤,趕時間
 

samuel0318

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關於電力監控的家電部分,目前就這樣囉,智慧排插目前也回歸給魚缸使用。
如果大家還有什麼想看的電器耗電分析,請在下方留言,我再做一台電力測量儀來測試了 :whistle:
 

kbod95

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魚缸大小
兩呎立方缸
系統類別
底濾
生物種類
公子丑*2、黑公子*2、假綿羊蝦*2、清潔蝦*2、翻砂海星*2、除藻螺*4
魚缸資料簡介
從兩呎側濾晉升底濾小試身手,希望缸內的所有生物都能健康成長^_^
👏🏻👏🏻👏🏻👏🏻👏🏻👏🏻,厲害厲害
 

samuel0318

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系統類別
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生物種類
魚, LPS
重要補充:開放原始碼

雖然沒有特意提及,但的確是在 Github 上的 Auto Tank 已經開源,有人問我就會給
但既然有人繼續在問,那就直接公布位置

1. 用 ESP32 來控制 Relay 的 Arduino 代碼
2. 用 Node-Red 來做控制介面以及控制邏輯,Node-Red Flow

線路圖
(感謝網友 Saudade 的繪製)

底部 AC 插座線路圖
PH84_210510173105_11b99.png


上部線路圖
PH84_210510173104_b5c5c.png


ESP32 PIN 腳線路圖
PH84_210510173105_e617a.png


如果你對DIY有興趣,歡迎一起留言並討論 ;)
 
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