Návrh akvária s automatickým ovládáním základních parametrů: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Úvod Dnes je péče o mořské akvárium k dispozici každému akvaristovi. Problém získání akvária není obtížný. Ale pro plnou podporu života obyvatel, ochranu před technickými poruchami, snadnou a rychlou údržbu a péči je nutné vytvořit akvárium založené na principech autonomní podpory života. Moderní patentované technologie umožňují udržovat podmořské obyvatele moří a oceánů v umělých podmínkách - co nejblíže jejich přirozenému prostředí. Automatizační systém řídí všechny procesy a zařízení podporující život, poskytuje nebývalou účinnost a snadnou správu a údržbu velkých akvarijních komplexů a akvárií, vysokou spolehlivost a bezproblémový provoz, vysoce kvalitní vodu a v důsledku toho dlouhý a zdravý život mořští živočichové. Pro řízení a automatizaci existují různé obecné funkce, jako například: automatické přepínání světla, simulace podmínek denního světla, udržování nastavené teploty, lepší udržování přirozeného prostředí a obohacování vody kyslíkem. Akvarijní počítače a příslušenství jsou nezbytné pro lepší podporu normálního života mořského života. Například při absenci nouzového čerpadla a v případě poruchy hlavního čerpadla po několika hodinách začnou umírat mořští živočichové, proto díky automatizaci můžeme vědět o identifikaci případných chyb nebo poruchy. Chcete -li popsané parametry konfigurovat ručně, musíte provést mnoho manipulací, provést testy a upravit zařízení. Ruční provádění analýzy vody je již minulé století, dnes mořské akvárium, v jehož čisté vodě žijí mořští živočichové, kteří se vyznačují jasnými barvami a energickým chováním, nevyžaduje zvláštní péči

Krok 1: Výroba víka pro akvárium

Víčko bylo vyrobeno z organického skla, protože má vhodné vlastnosti pro vodu a elektroniku, takže bylo vyrobeno víko o velikosti akvária.

Nejprve změříme naše akvárium a podle těchto rozměrů vymyslíme víčko, nejprve uřízneme stěny víčka, poté je slepíme super lepidlem a posypeme je sodou pro lepší stabilitu. Ihned pro budoucí větrání a automatický podavač jsme vyřízli obdélníkový otvor o velikosti 50 mm na 50 mm.

Krok 2: Analýza komponent

Pro plnění jsme vybrali nejjednodušší a nejlevnější mikrokontrolér Arduino Mega, bude sloužit jako mozek celého procesu, poté bude pro automatický podavač použit servopohon, který bude zase upevněn na válec s otvorem, pro osvětlení vezmeme programovací LED pásek a naprogramujeme ho na východ a západ slunce, kdy Za úsvitu bude jas stoupat a při západu slunce se bude postupně snižovat. K ohřevu vody si vezměte běžný akvarijní ohřívač vody a připojte jej k relé, které bude přijímat informace o jeho zapnutí a vypnutí, ke čtení teploty, nainstalujte teplotní čidlo. Chcete -li ochladit vodu, vezměte ventilátor a nainstalujte jej do víka akvária, pokud teplota překročí nastavenou teplotu, ventilátor se zapne pomocí relé. Pro snadné čtení informací a nastavení akvária k němu připojíme LCD displej a tlačítka pro nastavení hodnot akvária. Rovněž bude nainstalován kompresor, který bude pracovat neustále a při spuštění podavače se na 5 minut vypne, aby se jídlo nerozšířilo po akváriu.

Objednal jsem všechny díly na Aliexpress, zde je seznam a odkazy na komponenty:

Krmit na ws2812 -

Hodiny reálného času Ds3231-

LCD1602 LCD -

4kanálový reléový modul -

Snímač teploty DS18b20 -

Modul na IRF520 0-24v -

Tlačítka -

Deska platformy Mega2560 -

Servo -

Krok 3: Instalace projektového vybavení

Uspořádáme komponenty tak, jak nám to vyhovuje, a připojujeme je podle schématu, viz obrázky.

Do dříve smontovaného pouzdra nainstalujeme mikrokontrolér ArduinoMega 2560. Arduino Mega lze napájet z USB nebo z externího zdroje - typ zdroje je vybrán automaticky.

Externím zdrojem napájení (ne USB) může být adaptér AC / DC nebo dobíjecí baterie / baterie. Zástrčku adaptéru (průměr - 2,1 mm, centrální kontakt - kladný) je třeba zasunout do odpovídajícího napájecího konektoru na desce. V případě napájení z baterie / baterie musí být její vodiče připojeny k pinům Gnd a Vin konektoru POWER. Napětí externího napájecího zdroje může být v rozmezí od 6 do 20 V. Snížení napájecího napětí pod 7V však vede ke snížení napětí na pinu 5V, což může způsobit nestabilní provoz zařízení. Použití více než 12V napětí může vést k přehřátí regulátoru napětí a poškození desky. S ohledem na to se doporučuje použít napájecí zdroj s napětím v rozmezí 7 až 12V. Napájení k mikrokontroléru připojujeme pomocí 5V zdroje přes piny GND a 5V. Dále nainstalujeme relé pro větrání, ohřívač vody a kompresor (obrázek 3.1), mají pouze 3 kontakty, k Arduinu jsou připojeny následovně: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. Vstup relé je invertovaný, tak vysoká úroveň zapnuto In vypne cívku a nízká se zapne.

Dále namontujeme LCD displej a modul hodin reálného času, jejich spojení je znázorněno na schématu.

Piny SCL musí být připojeny k analogovému 5pólovému konektoru; Piny SDA se připojují k analogovým 6pólovým zásuvkám. Horní kolejnice výsledné sestavy bude fungovat jako sběrnice I2C a spodní kolejnice bude napájecí lišta. Modul LCD a RTC se připojuje k 5voltovým kontaktům. Po dokončení posledního kroku bude technická struktura připravena.

Pro připojení serva byl použit tranzistor IRF520 pro tišší servo impulsy, servo bylo připojeno přes tranzistor a samotný tranzistor byl připojen přímo k Arduinu

Pro osvětlení byl pořízen LED pás WS2812. Piny + 5V a GND připojíme k plusu a mínusu napájecího zdroje, Din připojíme k jakémukoli digitálnímu pinu Arduina, ve výchozím nastavení to bude 6. digitální pin, ale lze použít jakýkoli jiný (obrázek 3.6). Také je vhodné připojit uzemnění Arduina k uzemnění napájecího zdroje. Je nežádoucí používat Arduino jako zdroj energie, protože výstup + 5V může poskytovat pouze proud 800mA. To stačí na maximálně 13 pixelů LED pásu. Na druhé straně pásky je výstup Do, který se připojuje k další pásce, což umožňuje, aby pásky byly kaskádovány jako jedna. Zdvojený je také napájecí konektor na konci.

Chcete -li připojit normálně otevřené taktové tlačítko k Arduinu, můžete to udělat nejjednodušším způsobem: připojte jeden volný vodič tlačítka k napájení nebo zemi, druhý k digitálnímu pinu

Krok 4: Vývoj řídicího programu pro ovládání hlavních parametrů

Stáhněte si skicu programu

Arduino pomocí grafických jazyků FBD a LAD, které jsou standardem v oblasti programování průmyslových řadičů.

Popis jazyka FBD

FBD (Function Block Diagram) je grafický programovací jazyk normy IEC 61131-3. Program je vytvořen ze seznamu obvodů prováděných postupně shora dolů. Při programování se používají sady knihovních bloků. Blok (prvek) je podprogram, funkce nebo funkční blok (AND, OR, NOT, spouště, časovače, čítače, bloky zpracování analogového signálu, matematické operace atd.). Každý jednotlivý řetězec je výraz složený graficky z jednotlivých prvků. Další blok je připojen k výstupu bloku a tvoří řetězec. V rámci řetězce jsou bloky prováděny striktně v pořadí jejich spojení. Výsledek výpočtu obvodu je zapsán do interní proměnné nebo přiveden na výstup regulátoru.

Popis jazyka LAD

Ladder Diagram (LD, LAD, RKS) je reléový (žebříkový) logický jazyk. Syntaxe jazyka je vhodná k nahrazení logických obvodů vytvořených na reléové technologii. Jazyk je zaměřen na inženýry automatizace pracující v průmyslových závodech. Poskytuje intuitivní rozhraní pro logiku ovladače, které usnadňuje nejen úkoly samotné programování a uvádění do provozu, ale také rychlé řešení problémů se zařízením připojeným k regulátoru. Reléový logický program má grafické rozhraní, které je pro elektrotechniky intuitivní a intuitivní a představuje logické operace jako elektrický obvod s otevřenými a uzavřenými kontakty. Průtok nebo absence proudu v tomto obvodu odpovídá výsledku logické operace (true - pokud teče proud; false - pokud neteče žádný proud). Hlavními prvky jazyka jsou kontakty, které lze obrazně přirovnat k dvojici reléových kontaktů nebo tlačítku. Dvojice kontaktů je identifikována logickou proměnnou a stav této dvojice je identifikován hodnotou proměnné. Rozlišuje se mezi normálně zavřenými a normálně otevřenými kontaktními prvky, které lze přirovnat k normálně zavřeným a normálně otevřeným tlačítkům v elektrických obvodech.

Projekt ve FLProg je sada desek, na kterých je sestaven kompletní modul obecného obvodu. Pro pohodlí má každá deska jméno a komentáře. Každou desku lze také sbalit (aby se ušetřilo místo na pracovní ploše po dokončení práce na ní) a rozbalit. Červená LED v názvu desky indikuje, že ve schématu desky jsou chyby.

Obvod každé desky je sestaven z funkčních bloků v souladu s logikou ovladače. Většinu funkčních bloků lze konfigurovat, pomocí čehož lze jejich provoz přizpůsobit podle požadavků v tomto konkrétním případě.

Také pro každý funkční blok existuje podrobný popis, který je kdykoli k dispozici a pomáhá porozumět jeho provozu a nastavení.

Při práci s programem uživatel nepotřebuje psát kód, kontrolovat využití vstupů a výstupů, kontrolovat jedinečnost názvů a konzistenci datových typů. Program to vše sleduje. Také kontroluje správnost celého projektu a indikuje přítomnost chyb.

Pro práci s externími zařízeními bylo vytvořeno několik pomocných nástrojů. Jedná se o nástroj pro inicializaci a nastavení hodin reálného času, nástroje pro čtení adres zařízení na sběrnicích OneWire a I2C a také nástroj pro čtení a ukládání kódů tlačítek na IR dálkovém ovládání. Všechna určitá data lze uložit jako soubor a později je použít v programu.

Pro realizaci projektu byl pro podavač a regulátor vytvořen následující program servopohonu.

První blok „MenuValue“přesměrovává informace do bloku nabídek pro zobrazení informací na LCD displeji o stavu servopohonu.

V budoucnu vám logická operace „A“umožní jít dále nebo s porovnávací jednotkou „I1 == I2“, to znamená, že přednastavené číslo 8 bude stejné jako na modulu hodin reálného času, pak servo se zapíná přes spoušť, stejným způsobem bylo zapnuto servo ve 20:00.

Pro pohodlí samočinného zapnutí serva pomocí tlačítka byla převzata funkce spouštěcí logiky a bylo pro ni určeno tlačítko číslo 4 nebo výstup informací o klidu serva do bloku nabídky pro zobrazení informací o LCD displej.

Pokud se objeví signál, aby servo fungovalo, přejde do bloku s názvem „Switch“a v daném úhlu provede otáčení pohonu a přes blok „Reset“přejde do počáteční fáze.

Seznam servopohonů.

Kompresor je vždy zapnutý a připojený k relé, když signál přijde přes blok „Servo On“, pak přejde do bloku časovače „TOF“a vypne relé na 15 minut a vysílá informace o stavu relé v nabídce.

Seznam termostatu.

Připojte teplotní čidlo přes knihovnu