Два канала климата: обогрев и охлаждение без войны

Веранда с рассадой жила у меня по одному термостату до апрельской недели, когда ночью упало до плюс восьми, а днём на солнце вышло двадцать девять. Ночью обогреватель спасал, днём я открывал дверь и обмахивался ладонью — и в какой-то момент решил расширить схему честно: второе реле, второй канал, кулер. Скетч собрал за десять минут по образцу первого: «если холодно — грей» и «если жарко — охлаждай» двумя независимыми блоками. Через три дня лог показали мне то, что я не хотел видеть: в переходные часы каналы включались по очереди, как будто дрались за право командовать верандой.

Конкретнее: охладитель включался на 23,5, температура сползала вниз, пересекала порог тепла — включался обогреватель, воздух прогревался обратно до порога холода — снова кулер. Каждый цикл — щелчок реле, пуск мотора, полградуса туда-сюда. Программа делала ровно то, что я написал: два термостата на одном датчике и ноль договорённостей между ними.

В этом уроке разберём, сколько градусов обязано лежать между каналами и почему это число нельзя выбрать «на глаз», как учесть инерцию нагревателя, что даёт сезонная блокировка и почему состояние каналов обязано быть общим, а не у каждого своим. Одиночный термостат с гистерезисом разобран в уроке про гистерезис реле, здесь — следующий этаж: два канала, которые должны уметь жить вместе.

Разнос каналов — это расстояние между уставкой выключения тепла и уставкой включения холода. В профессиональной климатике за ним закрепилось название мёртвой зоны, и число там не случайное: у большинства термостатов в автоматическом режиме дефолтный разнос между уставками тепла и холода — два-три градуса по Фаренгейту, то есть около одного-полутора градусов Цельсия, а монтажники советуют расширять его до четырёх-пяти фаренгейтов (два-три по Цельсию) именно ради того, чтобы система не скакала между режимами. Владельцы умных термостатов формулируют тот же опыт без терминов: при слишком близких уставках прибор переходит из нагрева в охлаждение и обратно без конца, воюя сам с собой.

Моя апрельская веранда повторила этот сценарий буквально. Рабочая арифметика выглядит так: при центральной уставке 21,5 канал тепла включается ниже 19,5 и выключается выше 20,5, канал холода включается выше 23,5 и выключается ниже 22,5. Между выключением тепла и включением холода лежат три градуса тишины, внутри каждого канала — своё окно в один градус. Шум DHT22 между опросами — две-четыре десятых градуса, и он физически не может перепрыгнуть зону: чтобы сменился режим, воздух обязан пройти её целиком. Окно одиночного канала я раскладывал в уроке про клацанье реле — здесь та же механика, но с оговоркой, что окон уже два и между ними обязана лежать тишина.

Отсюда правило, которое стоит записать отдельно: разнос каналов не меньше ширины окна тепла плюс ширины окна холода плюс запас на шум сенсора. Для пары DHT с окнами по одному градусу это даёт минимум два с половиной; я ставлю три. Сузить захочется на двухсотграммовой коробке с датчиком, где климат реагирует мгновенно, — и там же узкий разнос не нужен вовсе, потому что микрообъём держит температуру без борьбы каналов.

Нагреватель после выключения не остывает мгновенно: масляный радиатор отдаёт запасённое тепло ещё десятки минут и дожимает комнату на градус-полтора. Значит, верхнюю границу тепла честно ставить с упреждением — выключать не на границе зоны, а на полградуса раньше, навстречу остаточному теплу. У охладителя инерция зеркальная: компрессорный кондиционер после остановки ещё несколько минут дует холодным. Упреждение — это полградуса, взятые у физики, а не у эстетики чисел.

Вторая пауза — между сменой каналов. В климатике после остановки компрессора держат три-пять минут минимального простоя, прежде чем разрешить повторный пуск: короткие циклы убивают компрессор, и таймер простоя там стоит штатно. Верандный вентилятор не компрессор, но правило бесплатное: если только что работал обогреватель, а температура пролетела зону вверх, кулеру назначается пауза на пару минут. Реализуется одной меткой millis — когда канал выключился, запомнили время, и второй канал разрешён не раньше, чем через 120 секунд. Механика таймеров без блокировки цикла разобрана в уроке про millis вместо delay, здесь она работает в паре с автоматом.

Третья защита — сезонная. Летом канал тепла разъединяется физически: вилка обогревателя из розетки, и вот тут программная блокировка перестаёт быть перестраховкой. Кнопка «лето» запрещает каналу тепла включаться, даже если показание провалилось ниже порога: ночной провал до шестнадцати в июле — не повод щёлкать реле, к которому ничего не подключено. Двойная защита — железная и логическая — стоит ноль рублей, а экономит утренние поиски того, «кто греет». И сезон, и уставку стоит хранить так, чтобы перезагрузка платы их не потеряла: приём с порогами в EEPROM переносится сюда без изменений.

Главное в этом скетче — переменная rezim одна на оба канала. Одновременность исключена не уговорами в комментариях, а структурой: значения «греем» и «холодим» не существуют одновременно, переходы идут только через ноль. Каждый переход разрешён на своей границе, а после выключения канала метка lastStop даёт второму каналу две минуты тишины — тот самый таймер простоя, только бесплатный.

Пустое показание здесь решается жёстче, чем в одиночном термостате: nan сбрасывает режим в тишину и гасит оба реле, потому что без показаний ни один канал не имеет права решать. Откуда nan берётся и что он значит для сенсора — разложено в уроке про диагностику nan; правило «не знаю — оба стоят» стоит три строки и спасает от гонки слепых каналов. Этот же автомат с режимами hold, heat и alarm в развёрнутом виде собран в итоговом проекте раздела — когда освоите двухканальную логику, тот проект станет шагом вбок, а не вверх.

Проверка автомата на столе занимает вечер и стоит ноль рублей. Снимите реле с нагрузки, проведите датчик рукой от холодного к тёплому мимо обеих границ и смотрите в лог: переходы обязаны идти по одному, без череды greem-holodim-greem. Полезнее всего счётчик переключений за сутки — скетч печатает его перед сном в Serial, и у здорового двухканального автомата на веранде набирается десятки, а не сотни: сотни за сутки означают, что кто-то из каналов дребезжит на своей границе, и окно этого канала стоит расширить.

Заодно поймайте на столе паузу смены канала: переведите температуру через всю мёртвую зону быстро, феном, — второй канал включится только после таймера простоя, и в логе между выключением одного и включением другого будет видна пауза. На настоящей плате с компрессором эта пауза — не иллюстрация, а срок жизни оборудования.