Бойлер: два DS18B20 — вход и бак

В моём накопительном бойлере на 80 литров сидит ТЭН на 1,5 кВт и колесо родного термостата, у которого нет ни памяти, ни голоса: перегрел — выключил, остыл — включил, и всё молча. Пугают в водонагревателе две вещи. Первая: заводская термозащита срабатывает где-то на 90 °C — уже после того, как ТЭН в накипи поджарил локальный карман вокруг спирали. Вторая: по одному колесу не понять, греет ли он вообще, или вода в баке давно готова, а реле щёлкает вхолостую. Отдельный капиллярный термостат при этом остаётся в цепи как последняя линия обороны — его никто не отменяет.

Поэтому я поставил на бак два DS18B20 и забрал контроль в скетч. Зонды садятся на одну шину 1-Wire по адресам — адресоскан и порядок их получения разобраны в уроке про несколько DS18B20 на шине, электрика и подтяжка — в уроке про подключение. Нижний зонд — у патрубка холодной воды, верхний — в верхней трети бака. Реле на D7 режет питание ТЭНа, зуммер на D8 орёт при отсечке 80 °C, светодиод горит, пока идёт нагрев.

Горячая вода легче холодной, и бак греется сверху вниз: верхний слой уже 65, а у входа холодной воды — всё ещё 20. Эта расслоённость, стратификация, — рабочий инструмент, а не побочный эффект: разница между верхним и нижним зондами 10-20 °C значит, что нагрев в разгаре. Когда разница сжалась до 2-3 °C, бак перемешался и прогрет целиком — по верхнему порогу можно гасить ТЭН. Один датчик такой картины не даёт: он знает температуру своей точки и не отличает «греется» от «уже готов».

Разница — ещё и диагност. На восьмидесятилитровом баке с полуторакиловаттным ТЭНом верхний зонд уползает от нижнего на 5-10 °C за первые 20-30 минут — цифры с моей плиты, у вас ватты и литры свои, но порядок такой. Если ТЭН включён, а разница за полчаса не выросла — ищите накипь, залипшее реле или сгоревшую спираль, пока не кончился горячий душ. Признак бесплатный: для него не нужно ничего, кроме второй точки на той же шине.

Отсечка на 80 °C — не про комфорт, а про безопасность. Кожа держит 44-45 °C без последствий, при 60 °C ожог приходит за секунды, и вода такой температуры из крана — уже травма для ребёнка; мой бытовой порог готовой воды — 55-65 °C. Накипь при 70 и выше растёт заметно быстрее и заодно изолирует спираль: ТЭН греет сам себя, а не воду. Заводская термозащита режет питание около 90 °C, моя отсечка на 80 срабатывает раньше и с голосом. Гистерезис для аварии не нужен: тревога сделана защёлкой и держится до перезапуска — человек должен прийти и посмотреть причину, а не услышать, как всё само стихло. Скелет голосовой тревоги по порогам собран в уроке про зуммер и пороги.

Пропажу датчика решаем так же, как в аквариуме: −127 — команда «не греть». Здесь у неё появляется вторая вилка: если молчит нижний зонд, разница обманывает арифметику — t_бак − (−127) даёт сотню, и «нагрев» выглядит вечным. Поэтому оба значения проверяю до всяких вычитаний: промах на любом из двух — реле гаснет и зуммер кричит, а не доверяется разности. После сброса тревоги перезапуском скетч честно включит ТЭН заново — поэтому сброс делают руками, убедившись, что причина найдена и устранена.

Скетч опрашивает шину одним broadcast-запросом: конверсия идёт обоим зондам разом, чтение — по адресам, и 750 мс не размножаются на два. Светодиод завязан на разницу, а не на реле: реле щёлкает по порогу готовности, а горящий LED обещает, что вода реально греется прямо сейчас. Печать bak=, vhod= и diff= ведёт хронику: за неделю в графике Serial Plotter видно утренний душ, вечернюю стирку и ночной простой — по ней же ловят и режим, в котором ТЭН перестал справляться.

Реле и ТЭН на 1,5 кВт — это ток около 7 А, и модуль с обещанными 10 А живёт на грани: клеммы затягивать, провода короткие, корпус закрытый. ТЭН — резистивная нагрузка, пускового броска у него почти нет, в отличие от мотора, но греться болтающаяся клемма умеет на любой нагрузке. Про связку реле и нагревателя у меня уже был подробный разговор — инкубаторный термостат на DHT22 — там же и логика порогов готовности. Цикл с delay(2000) здесь осознанный: защита бойлера — задача неторопливая, вода остывает часами; прибавите живые дела — перенесёте их в кооперативный цикл, он как раз про это.

Порог включения 70 °C я поставил не случайно: выше 65 вода в баке для быта уже избыток, а каждый лишний градус — расход электричества и накипи. При двухтарифном счётчике ТЭН на 1,5 кВт греет 80 литров за два-три часа, и утренний душ ложится на дешёвую ночную зону — прикиньте свой литраж и тариф, за год цифры выходят заметные.

Механика монтажа решает половину дела. В готовый водонагреватель резьбовую гильзу уже не вкрутить, поэтому мой путь — накладной: зонды прижаты к стенкам бака хомутами через тонкий слой термопасты, а поверх закрыты куском пенопласта — датчик меряет воду, а не воздух бойлерной. Наложный способ стоит пару градусов инерции, зато не требует разборки и герметизации. Не вешайте зонд на трубу в двадцати сантиметрах от патрубка: он меряет поток в трубе, а не бак.

Резьбовые гильзы, если вам всё-таки достался бак с разбором, сажают на фум-ленту и затягивают ключом без фанатизма: латунь тянется. Место под нижний зонд выбирайте у входа холодной воды, но после обратного клапана: клапан сбрасывает и перемешивает, и датчик рядом с ним ловит всплески. Верхний — в верхней трети, там, откуда уходит готовая вода: именно её температуру вы раздаёте смесителю и именно её держит отсечка.