Oldthermo

PCB e scatolina per adattare una vecchia caldaia a tre fili ad un termostato wifi.

Ringraziamenti a wifasoi, g5pw e il_doctore per avermi tutorato con tutta la parte di elettronica!

La caldaia montata a casa mia era pilotata da un vecchio termostato a tre fili e con pessima precisione, senza accesso ai 220V. Mi è stato dato un termostato wifi come questo, apparentemente non funzionante. Il termostato, come anche molti altri nuovi, usa i 220V e accende e spegne il riscaldamento tramite un relè. Tuttavia è modulare, e la parte interessante (display e sensore) è separata dal modulo di alimentazione e dal relé. Da cui l'idea di ridisegnare l'alimentazione e lo switch per adattarlo alla vecchia caldaia.

Il termostato wifi modulare:

Il PCB sostitutivo che fa da alimentazione e switch:

Il vecchio termostato in confronto al nuovo:

Repository principale: https://git.mittelab.org/proj/oldthermo
Per il PCB:
1. Progetto Kicad del PCB: oldthermo
2. File Gerber per la produzione (JLCPCB): export/gerbers
3. BOM e placement files per l'assemblaggio (JLCPCB): export/bom_placement
Per la scatoletta:
1. Progetto Rhino (non ce l'ho fatta ad imparare FreeCAD per questo progetto :D): enclosure/oldthermo_enclosure.3dm
2. STL per la stampa 3D: stl/enclosure_v1.1.stl
3. STL ( solo in caso il PCB te l'abbia dato io): stl/enclosure_v1.stl

Il PCB

Converte l'alimentazione V₊ a 11.85V, pin 12V, per alimentare il termostato.
Riceve il segnale Rly1 dal termostato.
Se Rly1 è a off (<1.5V) mette a massa NC e lascia NO aperto.
Se Rly1 è on (> 1.5V), mette a massa NO e lascia NC aperto.

È comunque possibile personalizzare il PCB e disconnettere il convertitore da 24 a 12V tagliando la traccia sul retro del PCB dove indicato e saldando il pad, e utilizzare il connettore di breakout per fornire l'alimentazione o agire sugli altri pin. La logica di messa a massa di NC/NO tuttavia non può essere modificata direttamente.

Cablaggio caldaia

Dalla caldaia arrivano 3 fili:

Il segnale di accensione viene messo a massa (non a 24V) per accendere o spegnere la caldaia. Il PCB supporta sia mettere a massa per accendere (NO) sia mettere a massa per spegnere (NC).

Termostato

Il pinout del termostato è:

Materiali

Termostato wifi come questo.
Molti modelli sembrano assomigliarsi e probabilmente hanno la stessa elettronica. La cosa più importante è che abbiano un connettore a 9 pin con passo 1.25mm come questo.
Del termostato riutilizzeremo:
1. Il display con la sua elettronica
2. Il supporto metallico a cui si aggancia il display
3. Le viti M4 in dotazione (alternativamente: viti M3 con rondelle e dadi)
4. Il cavo
4 viti M2 da 12mm e 4 dadi e rondelle M2
Se le viti M4 fornite sono da 22mm: 4 rondelle M4.
Se sono da 20mm: due rondelle opzionali.
Un PCB assemblato di Oldthermo, vedi sotto.
La scatolina stampata in 3D, vedi sotto.

Montaggio

Attenzione

Le fotografie riportano la “v1” del PCB e della scatolina. Dopo la prima versione, ho effettuato dei cambiamenti nel modello 3D e nella posizione dei fori del PCB, tuttavia il montaggio è lo stesso.

Allinea il PCB con l'alloggiamento nella scatolina. La morsettiera guarda verso l'alto e l'apertura della scatoletta verso la parete.

Inserisci le quattro viti M2 con la testa verso il retro della scatoletta e avvita i dadi; usa delle rondelle per distribuire la pressione più uniformemente.

Fissa (eventualmente con della colla istantanea) i dadi M4 negli slot esagonali. Non saranno più accessibili dopo aver montato la scatola alla parete.

Alternativamente, inserisci direttamente le viti M4 con la testa alla parete e avvitale nel foro (che offre un restringimento per tener ferma la vite nel montaggio).

Fissa alla parete il termostato usando gli alloggiamenti predisposti. I fori sono circa 4.5mm di diametro e sono allineati ai vertici di un quadrato 60mm per 60mm. La morsettiera deve guardare verso l'alto.

Inserisci i cavi della caldaia ( spenta) nel terminale corretto della morsettiera (i terminali sono segnati in piccolo sotto la morsettiera).

Inserisci il cavo a 9 pin del termostato.

Separa il supporto metallico del termostato dalla scatoletta di plastica con cui viene fornito, facendo leva agli angoli con un cacciavite.

Allinea il supporto alla scatoletta al muro usando i registri a lato, e fissalo usando le viti M4 (oppure i dadi, a seconda del montaggio).

Se usi le viti M4 da 22mm, potresti dover aggiungere una o due rondelle per mettere lo stand in tensione. Porta il connettore a 9 pin all'esterno. Se usi delle viti M3, avrai sicuramente bisogno di almeno due rondelle per adattarle allo stand.

Collega il connettore al display del termostato e collocalo ad incastro sullo stand.

Avvia la caldaia, il termostato dovrebbe accendersi. Segui le istruzioni per impostarlo, e controlla di aver inserito i cavi con la polarità corretta.

Produrre il PCB

Il PCB è stato pensato per essere prodotto e assemblato con pezzi disponibili da JLCPCB. I fori di montaggio M2 sono allineati ai vertici di un quadrato 42mm per 42mm.

Per produrlo usa i file gerber forniti. La BOM riporta tutti i componenti, incluso l'ID LCSC, che puoi cercare direttamente tra le parti di JLCPCB per vedere le specifiche e in caso sostituirli.

Il PCB contiene del testo preposizionato per poter rimuovere il numero d'ordine senza pagare.

Per l'assemblaggio automatico di JLCPCB, usa la BOM ed il file CPL fornito. Alcuni dettagli:

il PCB include già i tooling holes per il montaggio, bisogna selezionare l'opzione adatta.
se ri-esporti la BOM e il file CPL, fai attenzione perché U1 (package SOIC-8) ha un orientamento errato se usi gli script forniti da JLCPCB. Segui questa guida che è più aggiornata della FAQ ufficiale. Dovrai usare questa versione del plugin, compatibile con KiCad 6.
Molti componenti nel PCB sono componenti estesi, che hanno un costo fisso di montaggio e saldatura manuale. Per risparmiare, puoi
- Omettere CN3, il breakout header, a meno che non ti serva come breakout board.
- Omettere CN2, il connettore a 9 pin, che puoi dissaldare dalla schedina originale fornita con il termostato.
- Omettere CN0, la morsettiera da 4 pin a passo 5mm, che sono facilmente reperibili, oppure dissaldare e montare la morsettiera fornita con la schedina del termostato, che può anche essere montata sul retro (ammesso che tu abbia abbastanza spazio nell'alloggiamento al muro.

Ricordati poi di testare il PCB!

PCB disponibiliti

Ho ancora alcuni PCB già pronti e assemblati, contattami se ti interessa te lo posso spedire! — Pietro Saccardi 2023/04/18 14:32

Stampare la scatolina

Usa il file STL fornito per stampare la scatola. Include una tolleranza di 0.3mm per i fori.

se il PCB te l'ho fornito io, allora i fori sono allineati in maniera leggermente diversa (spostati di 0.19mm), e devi stampare la versione 1 e non 1.1, cioè questo file. Nulla comunque che un trapano o una limetta non possano sistemare.

La scatola deve essere stampata con supporto a partire dal piatto. Non è necessario supportare altre parti della scatola.