Dizajn akvarija s automatiziranom kontrolom osnovnih parametara: 4 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Uvod Danas je briga o morskim akvarijima dostupna svakom akvaristi. Problem stjecanja akvarija nije težak. No za potpunu životnu potporu stanovnika, zaštitu od tehničkih kvarova, jednostavno i brzo održavanje i njegu potrebno je stvoriti akvarij temeljen na načelima autonomnog održavanja života. Suvremene patentirane tehnologije omogućuju držanje podvodnih stanovnika mora i oceana u umjetnim uvjetima - što je moguće bliže njihovom prirodnom staništu. Sustav automatizacije kontrolira sve procese i opremu za održavanje života, pruža neviđenu učinkovitost i jednostavnost upravljanja i održavanja velikih akvarijskih kompleksa i akvarija, visoku pouzdanost i rad bez problema, visoku kvalitetu vode i, kao rezultat, dug i zdrav život morske životinje. Postoje različite opće funkcije za kontrolu i automatizaciju, kao što su: automatsko uključivanje svjetla, simuliranje dnevnog svjetla, održavanje zadane temperature, bolje održavanje prirodnog staništa i obogaćivanje vode kisikom. Računala i pribor za akvarij bitni su za bolju podršku normalnom životu morskog života. Na primjer, u nedostatku pumpe za slučaj nužde i u slučaju kvara glavne pumpe, nakon nekoliko sati, morske će životinje početi ginuti, pa zahvaljujući automatizaciji možemo znati o identifikaciji bilo kakvih pogrešaka ili kvarove. Da biste ručno konfigurirali opisane parametre, morate provesti mnogo manipulacija, izvršiti ispitivanja i prilagoditi opremu. Ručna analiza vode već je prošlo stoljeće, danas Morski akvarij u čijoj bistroj vodi žive morske životinje, koje se odlikuju jarkim bojama i energičnim ponašanjem, ne zahtijevaju posebnu njegu

Korak 1: Izrada poklopca za akvarij

Izrađujući poklopac za veličinu akvarija, poklopac je izrađen od organskog stakla jer ima prikladna svojstva za vodu i elektroniku.

Najprije izmjerimo naš akvarij i prema tim dimenzijama izmišljamo poklopac, najprije izrežemo stijenke poklopca, zatim ih zalijepimo super ljepilom i posipamo soda po vrhu radi bolje stabilnosti. Odmah za buduću ventilaciju i automatski ulagač izrezali smo pravokutnu rupu veličine 50 mm po 50 mm.

Korak 2: Raščlanjivanje komponenti

Za punjenje smo odabrali najjednostavniji i najjeftiniji mikrokontroler Arduino Mega, poslužit će kao mozak cijelog procesa, zatim će se za automatski ulagač koristiti servo pogon, koji će zauzvrat biti pričvršćen na cilindar s rupom, za osvjetljenje ćemo uzeti LED traku za programiranje i programirati je za izlazak i zalazak sunca, kada će u zoru svjetlina porasti, a pri zalasku će se postupno smanjivati. Za zagrijavanje vode uzmite obični grijač vode za akvarij i spojite ga na relej koji će primati informacije o uključivanju i isključivanju, za očitavanje temperature, instalirajte temperaturni senzor. Za hlađenje vode, uzmite ventilator i instalirajte ga u poklopac akvarija, ako temperatura pređe zadanu temperaturu, ventilator će se uključiti putem releja. Radi lakšeg čitanja informacija i postavljanja akvarija, na njega povezujemo LCD zaslon i gumbe za postavljanje vrijednosti akvarija. Također će biti instaliran kompresor, koji će neprestano raditi i isključit će se na 5 minuta pri pokretanju hranilice, tako da se hrana ne širi po akvariju.

Naručio sam sve dijelove na Aliexpressu, evo popisa i poveznica na komponente:

Hranite se na ws2812 -

Sat u stvarnom vremenu Ds3231-

LCD1602 LCD -

4 -kanalni relejni modul -

Senzor temperature DS18b20 -

Modul na IRF520 0-24v -

Gumbi -

Mega2560 platforma -

Servo -

Korak 3: Instalacija projektne opreme

Komponente raspoređujemo kako nam odgovara i povezujemo ih prema shemi, pogledajte slike.

Mikrokontroler ArduinoMega 2560 ugrađujemo u prethodno sastavljeno kućište. Arduino Mega može se napajati s USB -a ili iz vanjskog izvora napajanja - vrsta izvora odabire se automatski.

Vanjski izvor napajanja (ne USB) može biti AC / DC adapter ili punjiva baterija / baterija. Utikač adaptera (promjer - 2,1 mm, središnji kontakt - pozitivan) mora biti umetnut u odgovarajući priključak za napajanje na ploči. U slučaju napunjenosti baterije / baterije, njegove žice moraju biti spojene na Gnd i Vin pinove priključka POWER. Napon vanjskog napajanja može biti u rasponu od 6 do 20 V. Međutim, smanjenje napona napajanja ispod 7V dovodi do smanjenja napona na 5V pinu, što može uzrokovati nestabilan rad uređaja. Korištenje napona više od 12V može dovesti do pregrijavanja regulatora napona i oštećenja ploče. Imajući to na umu, preporučuje se korištenje napajanja s naponom u rasponu od 7 do 12V. Na mikrokontroler priključujemo napajanje pomoću 5V napajanja putem GND i 5V pinova. Zatim instaliramo relej za ventilaciju, grijač vode i kompresor (slika 3.1), oni imaju samo 3 kontakta, spojeni su na Arduino na sljedeći način: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. Ulaz releja je obrnut, tako visoka razina uključena In isključuje zavojnicu, a niska uključuje.

Zatim montiramo LCD zaslon i modul sata u stvarnom vremenu, njihova veza je prikazana na dijagramu.

SCL pinovi moraju biti spojeni na analogni 5-pinski konektor; SDA pinovi se spajaju na analogne 6-polne utičnice. Gornja tračnica nastalog sklopa djelovat će kao I2C sabirnica, a donja će traka biti pogonska. LCD i RTC modul spajaju se na 5-voltne kontakte. Nakon dovršetka posljednjeg koraka, tehnička struktura bit će spremna.

Za povezivanje servoa, za tiše servo impulse uzet je tranzistor IRF520, servo je spojen preko tranzistora, a sam tranzistor spojen je izravno na Arduino

Za osvjetljenje je uzeta LED traka WS2812. Priključujemo pinove + 5V i GND na plus i minus napajanja, Din povezujemo na bilo koji digitalni pin Arduina, prema zadanim postavkama to će biti 6. digitalni pin, ali može se koristiti bilo koji drugi (slika 3.6.). Također, preporučljivo je spojiti uzemljenje Arduina na uzemljenje napajanja. Nepoželjno je koristiti Arduino kao izvor napajanja, jer izlaz + 5V može dati samo 800mA struje. To je dovoljno za najviše 13 piksela LED trake. S druge strane trake nalazi se utičnica Do, ona se povezuje sa sljedećom trakom, dopuštajući da se trake kaskadiraju kao jedna. Konektor za napajanje na kraju također je dupliciran.

Za povezivanje normalno otvorenog takta s Arduinom možete učiniti najjednostavniji način: jedan slobodni vodič gumba spojite na napajanje ili uzemljenje, drugi na digitalni pin

Korak 4: Razvoj kontrolnog programa za kontrolu glavnih parametara

Preuzmite skicu programa

Arduino koristeći grafičke jezike FBD i LAD, koji su standard u području programiranja industrijskog kontrolera.

Opis jezika FBD -a

FBD (Function Block Diagram) je grafički programski jezik standarda IEC 61131-3. Program se sastoji od popisa krugova koji se izvode uzastopno od vrha do dna. Prilikom programiranja koriste se skupovi bibliotečkih blokova. Blok (element) je potprogram, funkcija ili funkcionalni blok (I, ILI, NE, okidači, mjerači vremena, brojači, blokovi za obradu analognog signala, matematičke operacije itd.). Svaki pojedinačni lanac izraz je grafički sastavljen od pojedinačnih elemenata. Sljedeći blok je spojen na izlaz bloka, tvoreći lanac. Unutar lanca, blokovi se izvode strogo redoslijedom njihovog povezivanja. Rezultat proračuna kruga upisuje se u internu varijablu ili se dovodi na izlaz regulatora.

Opis jezika LAD

Ljestveni dijagram (LD, LAD, RKS) je relejni (ljestve) logički jezik. Sintaksa jezika prikladna je za zamjenu logičkih sklopova izrađenih na relejnoj tehnologiji. Jezik je namijenjen inženjerima automatizacije koji rade u industrijskim pogonima. Pruža intuitivno sučelje za logiku kontrolera, što olakšava ne samo zadatke programiranja i puštanja u rad, već i brzo rješavanje problema u opremi spojenoj na upravljač. Relejni logički program ima grafičko sučelje koje je intuitivno i intuitivno za elektrotehničare, a predstavlja logičke operacije poput električnog kruga s otvorenim i zatvorenim kontaktima. Protok ili odsutnost struje u ovom krugu odgovara rezultatu logičke operacije (istinito - ako struja teče; netočno - ako ne protiče struja). Glavni elementi jezika su kontakti, koji se figurativno mogu usporediti s par relejnih kontakata ili gumbom. Par kontakata je identificiran logičkom varijablom, a stanje ovog para identificirano je vrijednošću varijable. Razlikuju se normalno zatvoreni i normalno otvoreni kontaktni elementi, koji se mogu usporediti s normalno zatvorenim i normalno otvorenim gumbima u električnim krugovima.

Projekt u FLProg -u je skup ploča na svakoj od kojih je sastavljen kompletan modul općeg kruga. Radi praktičnosti, svaka ploča ima naziv i komentare. Također, svaka se ploča može srušiti (radi uštede prostora na radnom području kada rad na njoj završi) i proširiti. Crvena LED dioda u nazivu ploče ukazuje na to da postoje greške u shemi ploče.

Krug svake ploče sastavljen je od funkcionalnih blokova u skladu s logikom kontrolera. Većina funkcionalnih blokova može se konfigurirati, uz pomoć kojih se njihov rad može prilagoditi u skladu sa zahtjevima u ovom konkretnom slučaju.

Također za svaki funkcionalni blok postoji detaljan opis, koji je dostupan u svakom trenutku i pomaže razumjeti njegov rad i postavke.

Prilikom rada s programom korisnik ne treba upisivati kôd, kontrolirati uporabu ulaza i izlaza, provjeravati jedinstvenost naziva i dosljednost vrsta podataka. Program sve to prati. Ona također provjerava ispravnost cijelog projekta i ukazuje na prisutnost pogrešaka.

Nekoliko je pomoćnih alata stvoreno za rad s vanjskim uređajima. Ovo je alat za inicijalizaciju i postavljanje sata u stvarnom vremenu, alate za čitanje adresa uređaja na sabirnicama OneWire i I2C, kao i alat za čitanje i spremanje kodova gumba na IC daljinskom upravljaču. Svi određeni podaci mogu se spremiti kao datoteka i kasnije koristiti u programu.

Za provedbu projekta izrađen je sljedeći program za aktiviranje servo upravljača za uvlakač i regulator.

Prvi blok “MenuValue” preusmjerava informacije u blok izbornika za prikaz informacija na LCD zaslonu o statusu servo pogona.

U budućnosti, logička operacija "AND" omogućuje vam da idete dalje ili s jedinicom za usporedbu "I1 == I2", odnosno, unaprijed postavljeni broj 8 bit će isti kao na modulu sata u stvarnom vremenu, zatim servo je uključen kroz okidač, na isti način učinjen je za uključivanje servo u 20:00.

Radi praktičnosti samostalnog uključivanja serva putem gumba, preuzeta je logička funkcija okidača i gumb broj 4 je za to namijenjen, odnosno izlaz informacija o smirenosti servo u blok izbornika za prikaz informacija o LCD zaslon.

Ako se pojavi signal za rad servo pogona, on odlazi u blok pod nazivom "Switch" i pod zadanim kutom vrši rotaciju pogona i odlazi u početnu fazu kroz blok "Reset".

Popis servo aktiviranja.

Kompresor je uvijek uključen i spojen na relej, kada signal dođe kroz blok "Servo On", tada odlazi u blok mjerača vremena "TOF" i isključuje relej na 15 minuta i prenosi informacije o stanju releja u jelovniku.

Popis termostata.

Spojite osjetnik temperature kroz biblioteku