Progetto outdoor Raspberry Pi: sfida gestione temperature

[MarcoD]

Riguardo alla variazione di pressione interna con la temperatura, ho fatto i seguenti calcoli di cui sono solo abbastanza sicuro:

Pressione x Volume = k x Temperatura assoluta (legge di Gay Lussac ?)

Se la temperatura passa da 20 C° a + 50 C la variazione è:
( 273 + 50 ) / (273 +20) = 1,10
a parità di volume la pressione aumenta del 10 %
supponiamo 1 bar ( 760= mmHg ) a 20 C diventano 1,1 a 50 C°.
Non mi pare una variazione critica sulle guernizioni del contenitore, ma potrei sbagliarmi.

[MarcoCris]

@Etemenanki

Grazie per la fiducia immeritata ma
A) scommetto che non riuscirei a creare una struttura pneumatica che non sia ridicola
B) penso che anche ammesso che riuscissi a fare un lavoro decente, me lo boccerebbero perché dovrei replicarlo N volte

Per forare il coperchio, ti suggerisco una sega a tazza, e poi rifinre i bordi con raschietto, cutter o carta abrasiva (quello con cui ti trovi meglio)

Ecco come si chiamava, sega a tazza, sì esatto intendevo proprio questa

poi potrai chiudere il foro con una lastrina di vetro incollata bene col silicone.

Esatto, proprio questa era l'idea solo l'avevo immaginata con una più banale supercolla

Se vanno in una zona alberata, potresti sfruttare l'ombra degli alberi, se non te li lasciano verniciare di bianco (probabilmente pretenderanno che li vernici addirittura mimetici)

10/10, hai colto ESATTAMENTE cosa probabilmente mi chiederanno hahaha

Hai per caso suggerimenti per la parte di alimentazione? Volevo usare un sistema un pelino logico per alimentare le varie componenti, evitando di mettere 4 alimentatori

@MarcoD
Addirittura la formula, grazie Marco
(era dai tempi dell'università che non sentivo Gay Lussac, anche se parlando di pressione i primi nomi che mi sarebbero venuti insieme a Lussac e la legge dei gas perfetti forse erano bernoulli o boyle, sai che mi fai venire il dubbio?)

Al momento il discorso della pressione è un qualcosa di molto dettagliato perché sono intervenuti nel thread veramente persone preparatissime, e quindi avevano soluzioni 'full spoilered' se mi passi l'espressione, magari usate per grandi impianti fatti veramente bene su larga scala. Sto thread ha visto veramente idee e interventi in gamba.

Adesso resta solo la parte di alimentazione per gestire il tutto e si parte

[luxinterior]

Intervengo solo per suggerire questa alternativa alla resistenza che hai indicato tu
Si possono modellare per adattarle al contenitore.

Adesso resta solo la parte di alimentazione per gestire il tutto e si parte

su questo sono molto curioso attendo gli sviluppi

[MarcoD]

Adesso resta solo la parte di alimentazione per gestire il tutto e si parte

su questo sono molto curioso attendo gli sviluppi...

Nulla è facile ! Pongo alcune domande:
Quali sono le tensioni/correnti assorbite dalle utenze ?
3,3 Vdc, 5Vdc, +12 Vdc?
Se qualche sensore esterno va in cortocircuito cosa succede?

Un filtro EMI di rete è necessario ( presente) ?

L'interruttore/fusibile sull'alimentazione si mette o no ?
O è montato in prossimità della sorgente 230 Vac?
L'interruttore sarà stagno o solo a prova di pioggia ? O è montato all'interno della scatola ed accessibile solo con coperchio smontato?

Il cavo di alimentazione transiterà nel contenitore tramite un pressacavo?

[stefanopc]

scommetto che non riuscirei a creare una struttura pneumatica che non sia ridicola...

Adesso resta solo la parte di alimentazione per gestire il tutto e si parte

Si può fare di tutto a volte meglio a volte peggio ma è abbastanza inutile inventare l'acqua calda.
Ad esempio le sacche utilizzate in ambiente medico per la soluzione fisiologica potrebbero essere una idea di prodotto già fatto.
Il fatto che la pressione (o il cambio di volume) sia minimo non impedisce agli effetti di essere abbastanza evidenti.
Proviamo ad ipotizzare il caso peggiore visto che prevenire è sempre la cosa migliore.
La scatola è stagna ma la guarnizione del coperchio è difettosa o più facilmente non è pensata per questa applicazione ecc.
La scatola è al sole e la temperatura interna è 50 gradi.
Arriva un temporale e la pioggia è a 18 gradi.
La scatola viene bagnata in modo costante e uniforme.
Si potrebbe ipotizzare (sfruttando i calcoli di MarcoD che la scatola aspiri acqua per un volume massimo di un decimo del volume di aria iniziale.
Ammettiamo che l'acqua si raccolga sul fondo con un livello di almeno mezzo centimetro sufficiente a saturare di umidita l'aria a 50 gradi.
Visto che l'aria piu umida è più leggera in fase di raffreddamento la rugiada si formerà principalmente nella parte superiore producendo un leggero gocciolamento lungo le pareti e anche sul contenuto.
Riassumendo o la scatola è effettivamente pensata allo scopo o si rischia di avere problemi specialmente sul lungo periodo.

Riguardo l'alimentazione prendendo spunto sempre dalle tlc vicino al contatore un bel trasformatore tradizionale 230-24Vac( o 48V) in funzione della distanza .
Sul cavo ho una tensione relativamente sicura e nel contenitore posso raddrizzare e poi mettere dei classici Dc-Dc per le esigenze del caso.
P. S. Il sistema di compensazione della pressione adottato da Sirti era utilizzato gia a inizio anni '80.
Disgraziatamente in alcuni paesi collinari sono ancora utilizzati ma è probabile che dopo oltre 40 anni il sistema ormai sia sconosciuto anche a loro.
Ciao

[Etemenanki]

... Si possono modellare per adattarle al contenitore.

Volendo modellarle ancora di piu, ci sono pure i cavi riscaldanti

[luxinterior]

Sono curioso riguardo le alimentazioni perché le mie informazioni (da confermare) sul raspberry5 dicono 800mA medi fino a 5A picco. Per me il problema sono gli assorbimenti impulsivi così elevati.
Qui siamo alimentati da rete ma comunque abbiamo diverse cose da alimentare e tutte con discreti assorbimenti.

[Etemenanki]

Ma poi pensavo (si, lo so, brutta abbitudine il pensare ), ma avendo in unascatola stagna (o comunque chiusa e coibentata) un "coso" che scalda gia di suo come una stufetta come il raspberry pi, tanto da avere bisogno del dissipatore sulla MCU, servira' davvero qualcosa che scaldi l'interno della scatola ?

[MarcoCris]

Rispondo per ordine a tutti:
@luxinterior
grazie per la dritta sula resistenza, e hai ragione hai sollevato un discorso importante sui mA totali

ho raccolto un po' di informazioni che copio e incollo ed ecco un inquadramento:

"Limiti di Corrente dei GPIO del Raspberry Pi 5:

Secondo le specifiche e le migliori pratiche per il Raspberry Pi 5:

Corrente massima per singolo GPIO: 16 mA (milliampere). Superare questo limite può danneggiare il pin.

Corrente massima totale erogata da tutti i GPIO combinati: 100 mA. Anche se ogni singolo pin è entro il limite, la somma totale non deve superare questo valore.


Analisi del Setup per il Prototipo e dei Relè:

Corrente Richiesta per la Bobina dei Relè: I relè a 5V tipicamente richiedono una corrente per la bobina che varia da 10 mA a 30 mA, a seconda del modello.
Verifica:

Se utilizzi un relè per ciascuno dei quattro componenti principali (faretti IR, faretto normale, amplificatore, resistenza termica), e assumendo un consumo massimo di 20 mA per bobina di relè:

Corrente totale richiesta dai relè: 4 relè * 20 mA/relè = 80 mA.
Questo valore di 80 mA rientra ampiamente nel limite totale di 100 mA erogabile da tutti i GPIO del Raspberry Pi 5 combinati. Inoltre, la corrente richiesta da ogni singolo GPIO per pilotare un singolo relè (20 mA) è leggermente superiore al limite raccomandato di 16 mA per pin."

Quindi: secondo l'AI dovrebbe starci, ma mi fido sempre più di voi, quindi ditemi cosa ne pensate.

@MarcoD
Certamente, ho provato a fare i compiti e ho messo giù una bozza da farvi correggere.

Ci saranno un prototipo 'domestico' per provare le varie funzioni, e uno da 'campo' che effettivamente uscirà all'esterno.
Una buona parte dei componenti e dei collegamenti sarà in comune, ma una parte sarà necessariamente diversa (è dopo queste righe)

Al momento il prototipo domestico prevederebbe:

Alimentati direttamente dal pi tramite GPIO:
- camera
- sensore termico (con un resistore di pull-up sulla linea dati)

Alimentati (o meglio, autorizzati a ricevere alimentazione) dal pi tramite relé:
- amplificatore (max 50 w + 50w / 24 v = 2.400 mA)
- faretto led infrarossi (12v, 400mA)
- faretto led normale (10 w / 12v = 830 mA)
- resistenza (disponibile in diversi ohm, che scegliamo?)
- modulo di trasmissione (normalmente sono a 3.3 o 5v, ma potrebbero esserci dei picchi di tensione durante la trasmissione che suggerirebbero di collegarlo tramite relè)

Come alimentatore la bozza prevederebbe:
- Mean Well LRS-150-24
https://store.ledpro.it/prodotti-led/alimentatori-strisce-led/alimentatori-meanwell/alimentatore-lrs-24v-150w-ip20.html?gad_source=1&gad_campaignid=16999757028

e quindi lo schema sarebbe:
- amplificatore (24 V): alimentato direttamente dall’alimentatore
- faretto led normale (12v): alimentato tramite convertitore dc-dc step down
- faretto led infrarossi (12v): alimentato tramite convertitore dc-dc step down
- resistenza (da decidere gli ohm)
- pi (5v): alimentato tramite convertitore dc-dc step down
- modulo trasmissione (probabilmente 5v): alimentato tramite convertitore dc-dc step down
- diodi di protezione flyback, 1 su ogni relè (è la prima volta che li sento quindi chiedo conferma a voi, io ero rimasto ai fusibili)

Una volta che il grosso funziona, per il test in campo la bozza prevederebbe alcune modifiche per essere allacciata alla rete comunale (per cui il progetto è realizzato):
- un varistore
- un fusibile/interruttore pre-alimentatore
- alimentatore Mean Well LRS-150-24 come sopra
- optoisolatori (ne andrebbe uno per ogni relè ma non mi sembra di averli mai visti, anche qui come i diodi flyback non li avevo mai sentiti e chiedo conferma a voi)

Un filtro EMI di rete è necessario ( presente) ?

l'obiettivo finale è allacciarsi alla rete pubblica quindi penso non sia presente, ma se mi dite che per fare le cose bene serve lo inserisco tra gli elementi da aggiungere nella scocca

L'interruttore l'ho sempre immaginato interno alla scocca ma chiedo a voi se è più logico metterlo fuori (mettendolo comunque in una scatola a prova di pioggia in modo da renderlo irraggiungibile da eventuali bontemponi)

Il cavo di alimentazione transiterà nel contenitore tramite un pressacavo?

Sì pensavo proprio di sì, dal basso come nel caso che allego in fotografia


@stefanopc
Grazie di cuore per l'esempio illuminante, e hai ragione, a volte anche con variazioni che sembrano minime in realtà ci possono essere infamate che uno scopre dopo, quindi è sempre una buona prassi andare coi piedi di piombo.
Grazie anche per la chicca sulla Sirti che non sapevo e che invece è molto interessante.

Sì riguardo l'alimentazione ho proprio abbozzato un 230-24vac come hai detto tu, con dc dc step down.

@Etemenanki
Grazie Ete! non li conoscevo i cavi riscaldanti, potrebbero essere comodissmi (penso magari a farli passare vicino all'obiettivo della camera o al foro) interessante.
Ma anch'io ho pensato che in effetti non sappiamo quanto calore produca il pi e l'alimentatore quindi magari alla fine la componente riscaldante mi chiedo se realmente sarà mai attivata (ci avevo proprio pensato anch'io ieri)

[luxinterior]

Riscaldamento:
Utile o meno che sia io sul prototipo lo meetterei L'impegno economico per realizzarlo è minimo, se non ci sono complicazioni meccaniche lo metti e poi se vedi che non lo usi in produzione lasci la predisposizione da utilizzare solo nel caso escano delle sorprese.

Consumi
Devi dare da mangiare a tutto il raspberry non solo ai GPIO e come detto a me risulta consumo impulsivo fino a 5A.

GPIO
Non amo molto questo tipo di schede in particolare raspberry per la scarsa documentaizone tecnica che accompagna i vari moduli. Si fa presto a scrivere 16mA per GPIO ma con quella corrente dove arriva la tensione della porta ? Magari sale fino a 1.5V vai a sapere.
Inoltre collegare dritto il GPIO fighetto del raspberry con la bassa periferia non è una buona cosa:esponi la scheda raspberry a tutto quello che può arrivare da fuori (disturbi impulsi commutazioni)
Meglio interporre un buffer di cui conosci tutte le caratteristiche elettriche che sia in grado di isolare micro e periferia. Andrebbe curata anche la massa del PCB per far navigare il raspberry in mari tranquilli.
Il buffer ha inoltre un enorme vantaggio in caso di guasto in periferia (Basta semplicemente ivnertire due colelgamenti oppure si brucia qualcosa) se sei collegato dritto col GPIO del raspberry devi sostituire tutto quanto anche solo per un GPIO saltato. Se invece interponi un buffer, o chi per lui, ci sono buone probabilità che sia lui a sacrificarsi e puoi riparare la scheda con pochi centesimi