Dizajn akvária s automatizovanou kontrolou základných parametrov: 4 kroky (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Úvod Dnes je starostlivosť o morské akvárium k dispozícii každému akvaristovi. Problém získania akvária nie je ťažký. Ale pre plnú podporu života obyvateľov, ochranu pred technickými poruchami, jednoduchú a rýchlu údržbu a starostlivosť je potrebné vytvoriť akvárium založené na princípoch autonómnej podpory života. Moderné patentované technológie umožňujú udržiavať podmorských obyvateľov morí a oceánov v umelých podmienkach - čo najbližšie k ich prirodzenému prostrediu. Automatizačný systém riadi všetky procesy a zariadenia na podporu života, poskytuje bezprecedentnú efektivitu a jednoduchú správu a údržbu veľkých akváriových komplexov a akvárií, vysokú spoľahlivosť a bezproblémovú prevádzku, vysoko kvalitnú vodu a v dôsledku toho dlhú a zdravú životnosť. morské živočíchy. Na ovládanie a automatizáciu existujú rôzne všeobecné funkcie, ako napríklad: automatické prepínanie svetla, simulácia podmienok denného svetla, udržiavanie nastavenej teploty, lepšie udržiavanie prirodzeného prostredia a obohacovanie vody kyslíkom. Akváriové počítače a príslušenstvo sú nevyhnutné pre lepšiu podporu normálneho života morského života. Napríklad pri absencii núdzového čerpadla a v prípade poruchy hlavného čerpadla po niekoľkých hodinách začnú morské živočíchy umierať, preto vďaka automatizácii môžeme vedieť o identifikácii akýchkoľvek chýb. alebo poruchy. Na manuálnu konfiguráciu popísaných parametrov musíte vykonať veľa manipulácií, vykonať testy a prispôsobiť zariadenie. Ručná analýza vody je už minulé storočie, dnes morské akvárium, v ktorého priezračnej vode žijú morské živočíchy, ktoré sa vyznačujú jasnými farbami a energetickým správaním, nevyžaduje osobitnú starostlivosť

Krok 1: Výroba veka pre akvárium

Veko bolo vyrobené z organického skla, pretože má vhodné vlastnosti pre vodu a elektroniku.

Najprv si zmeráme svoje akvárium a podľa týchto rozmerov vymyslíme vrchnák, najskôr vyrežeme steny veka, potom ich zlepíme super lepidlom a pre lepšiu stabilitu ich posypeme sódou. Ihneď pre budúce vetranie a automatický podávač vyrežeme obdĺžnikový otvor s veľkosťou 50 mm x 50 mm.

Krok 2: Analýza komponentov

Na plnenie sme vybrali najjednoduchší a najlacnejší mikrokontrolér Arduino Mega, bude slúžiť ako mozog celého procesu, potom sa pre automatický podávač použije servopohon, ktorý bude zasa pripevnený k valcu s otvorom, na osvetlenie vezmeme programovací LED pás a naprogramujeme ho na východ a západ slnka, keď Za úsvitu bude jas stúpať a pri západe slnka sa bude postupne znižovať. Na ohrev vody vezmite bežný akváriový ohrievač vody a pripojte ho k relé, ktoré bude prijímať informácie o jeho zapnutí a vypnutí, na čítanie teploty nainštalujte snímač teploty. Na ochladenie vody vezmite ventilátor a nainštalujte ho do veka akvária, ak teplota prekročí nastavenú teplotu, ventilátor sa zapne pomocou relé. Pre ľahké čítanie informácií a nastavenie akvária k nemu pripájame LCD displej a tlačidlá, ktorými nastavujeme hodnoty akvária. Tiež bude nainštalovaný kompresor, ktorý bude pracovať nepretržite a po spustení podávača sa na 5 minút vypne, aby sa jedlo nerozšírilo po akváriu.

Objednal som všetky diely na Aliexpress, tu je zoznam a odkazy na komponenty:

Kŕmte na ws2812 -

Hodiny v reálnom čase Ds3231-

LCD1602 LCD -

4 -kanálový reléový modul -

Snímač teploty DS18b20 -

Modul na IRF520 0-24v -

Tlačidlá -

Doska platformy Mega2560 -

Servo -

Krok 3: Inštalácia projektového zariadenia

Súčiastky usporiadame tak, ako nám to vyhovuje, a spájame ich podľa schémy, pozri obrázky.

Do predtým zostaveného puzdra nainštalujeme mikrokontrolér ArduinoMega 2560. Arduino Mega je možné napájať z USB alebo z externého zdroja - typ zdroja sa vyberie automaticky.

Externým zdrojom napájania (nie USB) môže byť adaptér AC / DC alebo nabíjateľná batéria / batéria. Zástrčku adaptéra (priemer - 2,1 mm, stredový kontakt - kladný) musíte zasunúť do zodpovedajúceho napájacieho konektora na doske. V prípade napájania batériou / batériou musia byť jej vodiče pripojené k pinom Gnd a Vin konektora POWER. Napätie externého zdroja napájania môže byť v rozmedzí od 6 do 20 V. Zníženie napájacieho napätia pod 7V však vedie k zníženiu napätia na 5V pine, čo môže spôsobiť nestabilnú prevádzku zariadenia. Použitie viac ako 12 V napätia môže viesť k prehriatiu regulátora napätia a poškodeniu dosky. S ohľadom na to sa odporúča použiť napájací zdroj s napätím v rozsahu 7 až 12V. Napájanie k mikrokontroléru pripájame pomocou 5V zdroja cez piny GND a 5V. Ďalej nainštalujeme relé pre ventiláciu, ohrievač vody a kompresor (obrázok 3.1), majú iba 3 kontakty, k Arduinu sú pripojené nasledovne: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. Vstup relé je invertovaný, tak vysoká úroveň zapnutá In vypne cievku a nízka zapne.

Ďalej namontujeme LCD displej a modul hodín reálneho času, ich pripojenie je znázornené na diagrame.

Kolíky SCL musia byť pripojené k analógovému 5-kolíkovému konektoru; Piny SDA sa pripájajú k analógovým 6-kolíkovým zásuvkám. Horná koľajnica výslednej zostavy bude fungovať ako zbernica I2C a spodná koľajnica bude napájacia. Modul LCD a RTC sa pripája k 5-voltovým kontaktom. Po dokončení posledného kroku bude technická štruktúra pripravená.

Na pripojenie serva bol použitý tranzistor IRF520 pre tichšie servopulzy, servo bolo pripojené cez tranzistor a samotný tranzistor bol pripojený priamo k Arduinu

Na osvetlenie bol použitý LED pás WS2812. Piny + 5V a GND pripájame k plusu a mínusu zdroja napájania, Din pripájame k akémukoľvek digitálnemu kolíku Arduina, v predvolenom nastavení to bude 6. digitálny pin, ale je možné použiť akékoľvek iné (obrázok 3.6)). Odporúčame tiež pripojiť uzemnenie Arduina k uzemneniu zdroja napájania. Je nežiaduce používať Arduino ako zdroj energie, pretože + 5V výstup môže poskytovať iba prúd 800mA. To nestačí na viac ako 13 pixelov pásu LED. Na druhej strane pásky je výstup Do, ktorý sa pripája k ďalšej páske a umožňuje tak kaskádovanie pások ako jednej. Zdvojený je aj napájací konektor na konci.

Ak chcete k Arduinu pripojiť normálne otvorené taktové tlačidlo, môžete to urobiť najjednoduchším spôsobom: jeden voľný vodič tlačidla pripojte k napájaniu alebo uzemneniu, druhý k digitálnemu kolíku

Krok 4: Vývoj kontrolného programu na kontrolu hlavných parametrov

Stiahnite si skicu programu

Arduino pomocou grafických jazykov FBD a LAD, ktoré sú štandardom v oblasti programovania priemyselných regulátorov.

Popis jazyka FBD

FBD (Function Block Diagram) je grafický programovací jazyk normy IEC 61131-3. Program je vytvorený zo zoznamu obvodov vykonávaných postupne zhora nadol. Pri programovaní sa používajú sady knižničných blokov. Blok (prvok) je podprogram, funkcia alebo funkčný blok (AND, OR, NOT, spúšťače, časovače, čítače, bloky na spracovanie analógového signálu, matematické operácie atď.). Každý jednotlivý reťazec je výrazom, ktorý je graficky zostavený z jednotlivých prvkov. Ďalší blok je spojený s výstupom bloku a tvorí reťaz. V reťazci sú bloky vykonávané striktne v poradí podľa ich spojenia. Výsledok výpočtu obvodu je zapísaný do internej premennej alebo privádzaný na výstup regulátora.

Popis jazyka LAD

Ladder Diagram (LD, LAD, RKS) je reléový (rebríkový) logický jazyk. Syntax jazyka je vhodná na nahradenie logických obvodov vyrobených na reléovej technológii. Jazyk je zameraný na inžinierov automatizácie pracujúcich v priemyselných závodoch. Poskytuje intuitívne rozhranie pre logiku regulátora, ktoré uľahčuje nielen samotné úlohy programovania a uvedenia do prevádzky, ale aj rýchle riešenie problémov so zariadením pripojeným k regulátoru. Reléový logický program má grafické rozhranie, ktoré je pre elektrotechnikov intuitívne a intuitívne a predstavuje logické operácie ako elektrický obvod s otvorenými a zatvorenými kontaktmi. Prietok alebo neprítomnosť prúdu v tomto obvode zodpovedá výsledku logickej operácie (true - ak tečie prúd; false - ak netečie žiadny prúd). Hlavnými prvkami jazyka sú kontakty, ktoré možno obrazne prirovnať k dvojici reléových kontaktov alebo tlačidlu. Dvojica kontaktov je identifikovaná logickou premennou a stav tejto dvojice je identifikovaný hodnotou premennej. Rozlišuje sa medzi normálne zatvorenými a normálne otvorenými kontaktnými prvkami, ktoré je možné porovnať s normálne zatvorenými a normálne otvorenými tlačidlami v elektrických obvodoch.

Projekt vo FLProgu je sada dosiek, na ktorých je zostavený kompletný modul všeobecného obvodu. Pre jednoduchosť má každá doska názov a komentáre. Každú dosku je možné tiež zbaliť (aby sa ušetrilo miesto na pracovnom poli po dokončení práce na ňom) a rozbaliť. Červená dióda LED v názve dosky znamená, že v schéme dosky sú chyby.

Obvod každej dosky je zostavený z funkčných blokov v súlade s logikou regulátora. Väčšinu funkčných blokov je možné konfigurovať, pomocou ktorých je možné ich činnosť prispôsobiť v súlade s požiadavkami v tomto konkrétnom prípade.

Tiež pre každý funkčný blok existuje podrobný popis, ktorý je kedykoľvek k dispozícii a pomáha pochopiť jeho fungovanie a nastavenia.

Pri práci s programom používateľ nepotrebuje písať kód, kontrolovať používanie vstupov a výstupov, kontrolovať jedinečnosť názvov a konzistenciu dátových typov. Program to všetko monitoruje. Kontroluje tiež správnosť celého projektu a indikuje výskyt chýb.

Na prácu s externými zariadeniami bolo vytvorených niekoľko pomocných nástrojov. Jedná sa o nástroj na inicializáciu a nastavenie hodín v reálnom čase, nástroje na čítanie adries zariadení na zberniciach OneWire a I2C, ako aj nástroj na čítanie a ukladanie kódov tlačidiel na infračervené diaľkové ovládanie. Všetky určité údaje je možné uložiť ako súbor a neskôr ich použiť v programe.

Na implementáciu projektu bol pre podávač a regulátor vytvorený nasledujúci program servopohonu.

Prvý blok „MenuValue“presmeruje informácie na blok ponuky, aby sa na LCD displeji zobrazili informácie o stave servopohonu.

V budúcnosti vám logická operácia „A“umožní ísť ďalej alebo s porovnávacou jednotkou „I1 == I2“, to znamená, že predvolené číslo 8 bude rovnaké ako v hodinovom module v reálnom čase, potom v serve sa zapína spúšťou, rovnakým spôsobom sa zapínalo servo o 20:00.

Na uľahčenie samočinného zapínania serva pomocou tlačidla bola prevzatá funkcia logiky spúšte a bolo na to určené tlačidlo číslo 4 alebo výstup informácií o pokoji serva do bloku ponuky na zobrazenie informácií o Displej LCD.

Ak sa objaví signál, že servo funguje, prejde do bloku s názvom „Prepínač“a pod daným uhlom otočí pohon a prejde do počiatočného štádia cez blok „Reset“.

Zoznam servopohonov.

Kompresor je vždy zapnutý a pripojený k relé, keď signál prejde cez blok „Servo On“, potom prejde do bloku časovača „TOF“a vypne relé na 15 minút a vysiela informácie o stave relé. v ponuke.

Zoznam termostatu.

Pripojte snímač teploty cez knižnicu