control de termotanque basado en el sistema “heat...
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CONTROL DE TERMOTANQUE BASADO EN EL SISTEMA “HEAT PUMP”
TRABAJO FINAL – ESPECIALIZACIÓN EN SISTEMAS EMBEBIDOS
1
AUTOR: Ing. Nelson Fortunatti (UNLP, ITBA)
DIRECTOR: Dr. Alejandro Ghersin (FIUBA, ITBA)
JURADOS: Mg. Ing. Facundo Larosa (UTN-FRH, FIUBA)
Ing. Nicolás Álvarez (FIUBA, UNSAM)
Esp. Ing. Ernesto Gigliotti (UTN-FRA, FIUBA)
INTRODUCCIÓN 2
Termo-tanque
bomba de calor
Controlador
bomba de calor
PROPÓSITO 3
Confeccionar el prototipo de un sistema de control basado en una bomba
de calor (BC).
• Intuitivo y simple (UX).
• Aporte gran variedad de funcionalidades.
• Posea una interfaz táctil robusta y de rápida respuesta.
CARÁCTERÍSTICAS DEL SISTEMA 4
• Restringe el acceso al
usuario.
• No debe presentar fallas.
• Detección de anomalías y
reinicio del sistema.
• Interfaz gráfica intuitiva y
simple.
• Display táctil capacitivo.
• Diseño moderno y
dinámico.
• Selección diferentes
modos de operación.
• Utilizar un RTC.
• Realizar LOGS.
• El sistema se inicializa
automáticamente después
de iniciarse la SBC.
Orientadas a la
interfaz de usuario
Orientadas a
funcionalidades
Orientadas a la
calidad del sistema
DIAGRAMA EN BLOQUES DEL TRABAJO 5
Inicio
Análisis del
proyecto.
Selección del
hardware.
Selección de
la pantalla
táctil.
Desarrollo
de la interfaz
gráfica.
Desarrollo
de la lógica
del sistema.
Selección del
hardware
definitivo.
Diseño y
fabricación
del PCB.
Interconexión
de
programas.
Corrección de
errores.
Optimización
del código.
Prueba de
campo del
sistema.
Etapa ajustes
finales y
confección de
documentos.
Fin
Tiempo de desarrollo: 177 días.
SISTEMA HEAT PUMP 6
E/S PARA EL CONTROL DEL SISTEMA 7
ENTRADAS
SENSADO DE TEMPERATURA
SALIDAS
ACCIONAMIENTO CON RELÉS
• Región inferior del tanque de
agua.
• Región superior del tanque de
agua.
• Entrada del evaporador.
• Compresor.
• Ventilador del evaporador.
• Resistencia.
SELECCIÓN DEL SISTEMA DE PROCESAMIENTO
• Mayor robustez.
• Sistema desarrollado a medida.
• Mayor tiempo de desarrollo.
8
SINGLE BOARD COMPUTER
PLACA DE DESARROLLO BASADA EN CORTEX M
• Menor robustez.
• Posibilidad de utilizar software de alto nivel.
• Mucho menos tiempo de desarrollo.
INTERFAZ GRÁFICA IMPLEMENTADA CON QT 9
DISEÑO ORIENTADO AL PRODUCTO FINAL 10
Raspberry Pi 3B+ Raspberry Compute Module 3+
Raspberry Compute Module IO Board
Potencia Confort
• BC y resistencia
calefactora.
• Consumo variable.
• Tiempo de establecimiento
variable.
• Prioridad:
MODOS DE OPERACIÓN 11
Económico
• Sólo BC.
• Consumo reducido.
• Tiempo de establecimiento
lento.
• Prioridad:
• BC y resistencia
calefactora.
• Consumo elevado.
• Tiempo de establecimiento
reducido.
• Prioridad:
Descongelar StandbyAntibacterial
• Accionado por el usuario o
el sistema.
• Prioridad:
• Evita temperaturas bajas
en el evaporador.
• Prioridad:
• Sobrecalienta el agua.
• Reactivación periódica.
• Elimina bacterias.
• Prioridad:
MODOS DE OPERACIÓN (CONT) 12
DIAGRAMA DE ESTADOS DEL SISTEMA 13
ECONÓMICO
CONFORT
POTENCIA
ANTIBACTERIAL
STANDBY DESCONGELAR
ESTRUCTURA DE PROGRAMAS ASOCIADOS 14
SISTEMA OPERATIVO DE PROPOSITO GENERAL
Qt Quick Application
Frontend
Qt C++
Backend
Signals y
Slots
Programa en Qt Programa en C
TCP Read
TCP Write
Máquina de estados del
sistema
ADC
(I2C)
Logs
GPIO
Tratamiento
de datos
para
transmisión
Presentación
en pantalla
Entrada de
eventos
táctiles
Lectura de
sensores
Salidas a
reléTCP/IPTratamiento de
datos para
transmisión
ALMACENAMIENTO DEL ESTADO DEL SISTEMA 15
TESTING CON CEEDLING 16
IMPLEMENTACION DEL HARDWARE 17
IMPLEMENTACION DEL HARDWARE (CONT) 18
IMPLEMENTACION DEL HARDWARE (CONT) 19
PRUEBA DE CAMPO 20
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Tiempo [Min]
Temperatura
[°C]
15
20
25
30
35
40
45
50
10
Temperatura
región inferior
Temperatura
región superior
Temperatura
del evaporador
Temperatura
deseada
Modo
Económico
RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO 21
RESULTADOS DE LA PRUEBA DE CAMPO (CONT) 22
Razón de cambio temperatura en reposo
Razón de cambio temperatura en calentamiento
VIDEO DE DEMOSTRACIÓN 23
VIDEO DE DEMOSTRACIÓN 24
DESARROLLO DE LA NUEVA INTERFAZ 25
¿?
CONCLUSIÓN 26
• Se demostraron muy buenos resultados durante la prueba de campo.
• Se puede obtener un sistema dedicado al análisis del comportamiento
del termo-tanque.
• Se puede analizar la performance obtenida al realizar variaciones en
los componentes de la bomba de calor.
• Se puede portar de forma directa el software desarrollado al Compute
Module 3+
PRÓXIMOS PASOS 27
• Desarrollo del PCB para la Raspberry Compute Module 3+
• Implementación de la nueva interfaz gráfica.
• Conexión Wifi.
• Ajustes a nivel del sistema operativo.
• Robustez frente a cortes repentinos en la alimentación.
FIN 28