Model klimatizace Arduino: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Jako součást demonstrace schopnosti našeho týmu vytvořit model inteligentního vlakového zařízení pro marketingové účely bylo cílem vytvořit systém, ve kterém snímač teploty čte data z okruhu a převádí informace na hodnotu teploty, která je zobrazeno na osvětlené obrazovce a zaměřeno na to, zda se ventilátor zapne nebo vypne. Účelem je pomoci přizpůsobit se jízdním podmínkám cestujících pomocí automatizovaného systému, který také zobrazuje teplotu v bezprostřední blízkosti.

Pomocí sady mikrokontrolérů Arduino a verzí MATLAB verze 2016b a 2017b jsme dokázali tyto výsledky s relativním úspěchem demonstrovat.

Krok 1: Zařízení

Sada mikrokontroléru s následujícími prvky:

-Sparkfun Red Board

-Sparkfun Breadboard

-LCD deska

-Potenciometr

-Senzor teploty

-Servo

-USB/Arduino adaptér

-propojovací vodiče (minimálně 25)

Notebook (Windows 10) se vstupem USB

3D vytištěný objekt (volitelně)

Krok 2: Nastavení mikrokontroléru

Zvažte toto: celý systém se skládá z jednotlivých jednotek, z nichž každá uplatňuje významný faktor na konečný výsledek. Z tohoto důvodu se důrazně doporučuje nastavit obraz obvodu před připojením vodičů ve spletitém nepořádku.

Obrázky každého jednotlivého modelu lze nalézt v příručce k sadě nástrojů k mikrokontroléru nebo na jeho webových stránkách

Začněte připojením teplotního čidla, potenciometru, servo konektorů a LCD k desce. Doporučuje se, aby vzhledem k velikosti LCD a požadavku na počet vodičů pro něj byl umístěn na vlastní polovinu prkénka s ostatními kousky na druhé polovině a aby byl potenciometr v oblasti, kde někdo může snadno otočte knoflíkem.

Pro referenci:

LCD: c1-16

Servo: i1-3 (GND + -)

Teplotní senzor: i13-15 (- GND +)

Potenciometr: g24-26 (- GND +)

Dále začněte připojovat propojovací vodiče ke každému kolíku jednotek mikrokontroléru; i když v celkovém velkém schématu byl libovolný, design byl vytvořen s těmito důležitými spojeními:

Připojení potenciometru k LCD: f25 - e3

Servo GND vodič: j1 - digitální vstup 9

Snímač teploty GND: j14 - analogový vstup 0

LCD vstupy: e11-e15-digitální vstup 2-5

e4 - digitální vstup 7

e6 - digitální vstup 6

(Poznámka: Pokud je úspěšná, obě světla na okraji LCD by měla blikat a potenciometr může pomoci upravit jeho jas, jakmile je napájen z adaptéru.)

Volitelné: Jako součást požadavku byl použit 3D vytištěný objekt. Aby se předešlo případnému poškození křehčích částí, bylo kolem LCD umístěno jako pouzdro prodloužené pouzdro. Rozměry obrazovky LCD se ukázaly být přibližně 2-13/16 "x 1-1/16" x 1/4 ", a proto se výrazně změnila pouze výška. Pokud je 3D tiskárna snadno dostupná, zvažte přidání osobního objektu i když zbytečné. Mějte také na paměti, že měření se mohou lišit.

Krok 3: Nastavení MATLABu

Nainstalujte si aktualizovanější verzi MATLABu (2016a a novější), dostupnou na webu MathWorks https://www.mathworks.com/products/matlab.html?s_tid=srchtitle. Po otevření přejděte na Doplňky na kartě Domů a stáhněte si „Balíček podpory MATLAB pro hardware Arduino“, aby byly příkazy mikrokontroléru přístupné.

Po dokončení lze provést test s cílem zjistit připojení mikrokontroléru k jednomu počítači/notebooku. Po připojení pomocí adaptéru USB ze sady nástrojů vložte příkaz „fopen (serial ('nada'))."

Zobrazí se chybové hlášení s uvedením konektoru jako „COM#“, které bude potřeba k vytvoření objektu arduino, pokud je to vždy stejný vstup.

Vzhledem k tomu, že LCD nemá přímé připojení ke knihovně Arduino, musí být pro zobrazování zpráv vytvořena nová knihovna. Doporučujeme vytvořit soubor LCDAddon.m z příkladu LCD, který najdete v okně nápovědy MATLAB, po vyhledání „Arduino LCD“a umístění do složky +arduinoioaddons, nebo použijte připojenou komprimovanou složku a zkopírujte veškerý její obsah do výše uvedeného složku.

Pokud je úspěšný, pak kód pro vytvoření objektu Arduino v MATLABu je uveden níže.

a = arduino ('com#', 'uno', 'Libraries', 'ExampleLCD/LCDAddon');

Krok 4: Funkce

Vytvořte funkci MATLAB. Pro vstupy používáme proměnné „eff“a „T_min“; pro výstupy, i když v celkovém návrhu zbytečné, jsme použili proměnnou „B“jako způsob, jak obsahovat data z výsledků. Vstup "eff" umožňuje řídit maximální rychlost serva a vstup "T_min" ovládá požadovanou minimální teplotu. Hodnota „B“by tedy měla vytvořit matici, která obsahuje tři sloupce pro čas, teplotu a účinnost ventilátoru. Jako bonus k detailům má níže uvedený kód také prohlášení if, že rychlost ventilátoru se sníží o padesát procent, když se přiblíží požadované minimální teplotě.

Pokud jsou všechny vstupy a propojovací vodiče umístěny přesně a za předpokladu, že port připojení arduino je COM4 a název funkce je „fanread“, měl by stačit následující kód:

funkce [B] = fanread (Tmin, eff)

vymazat a; clear lcd; a = arduino ('com4', 'uno', 'Libraries', 'ExampleLCD/LCDAddon');

t = 0; t_max = 15; % času v sekundách

lcd = addon (a, 'ExampleLCD/LCDAddon', {'D7', 'D6', 'D5', 'D4', 'D3', 'D2'});

initializeLCD (lcd, 'Rows', 2, 'Columns', 2);

pokud eff> = 1 || e <0

chyba ('Ventilátor se neaktivuje, pokud není nastaven efekt mezi 0 a 1.')

konec

pro t = 1: 10 % počet smyček/intervalů

jasné c; % zabránit chybě opakování

v = readVoltage (a, 'A0');

TempC = (v-0,5)*100; % odhad pro rozsahy napětí 2,7-5,5 V

pokud TempC> Tmin, pokud TempC

c = ['Temp', num2str (TempC, 3), 'C On'];

writePWMDutyCycle (a, 'D9', eff/2); % zapněte servo na poloviční rychlost

spd = 50;

jiný

c = ['Temp', num2str (TempC, 3), 'C On'];

writePWMDutyCycle (a, 'D9', eff); % zapněte servo při dané rychlosti

spd = 100;

konec

jiný

c = ['Teplota', num2str (TempC, 3), 'C vypnuto'];

writePWMDutyCycle (a, 'D9', 0); % vypněte, pokud je již zapnuto

spd = 0;

konec

printLCD (lcd, c);

pauza (3); Uplyne % tři sekundy na smyčku

čas (t) = t.*3;

tempplot (t) = TempC;

jednat (t) = spd;

podkres (2, 1, 1)

plot (čas, tempplot, 'b-o') % spojnicový graf

osa ([0 33 0 40])

xlabel ('Čas (sekundy)')

ylabel ('Teplota (C)')

vydrž

děj ([0 33], [Tmin Tmin], 'r-')

vydrž

graf ([0 33], [Tmin+2 Tmin+2], 'g-')

podkres (2, 1, 2)

sloupec (čas, akt) % sloupcový graf

xlabel ('Čas (sekundy)')

ylabel ('Účinnost (%)')

konec

B = transponovat ([čas; tempplot; jednat]);

konec

Nyní, když je funkce kompletní, je čas na testování.

Krok 5: Testování

Nyní otestujte funkci v příkazovém okně vložením „název_funkce (hodnota_vstupu_1, hodnota_vstupu_2)“a sledujte. Ujistěte se, že již neexistuje žádný objekt Arduino; pokud ano, odeberte jej příkazem „clear a“. Pokud dojde k chybám, zkontrolujte a zkontrolujte, zda nejsou konektory na špatném místě nebo zda jsou použity nesprávné digitální nebo analogové vstupy. Očekává se, že výsledky se budou lišit, i když to může být způsobeno umístěním určitých propojovacích vodičů a teplotního čidla.

Očekávání výsledků by měla vést ke změnám ve výkonu serva a dat na LCD. S každým třísekundovým intervalem by měl řádek textu zobrazovat teplotu ve stupních Celsia a to, zda je ventilátor aktivní, když ventilátor běží na plné otáčky, poloviční nebo žádné otáčky. Data by s největší pravděpodobností neměla být konzistentní, ale pokud toužíte po více různých výsledcích, umístěte hodnotu „Tmin“blízko průměrné teploty vytvářené obvodem.

Krok 6: Závěr

I když náročný úkol byl proveden metodou pokusu a omylu, konečné výsledky se ukázaly být docela zajímavé a uspokojivé. Systém jako takový pomáhá ilustrovat, kolik komplikovaných strojů nebo dokonce některých jejich částí lze považovat za soubor nezávislých částí umístěných společně za účelem dosažení konkrétního cíle.

Vzhledem k poměrně zjednodušenému designu konečného projektu mohou ti, kteří mají zájem zlepšit jeho výkon, provést v konečném produktu vylepšení a úpravy, díky nimž bude projekt lepší a propracovanější. Odhaluje však slabiny v obvodu, jako je aktivace serva, což má za následek sporadické výkyvy ve čtení napětí v obvodu, což může způsobit, že systém nikdy nedosáhne stejných výsledků. Také došlo k problémům se změnou rychlosti serva, když je "eff" nastaveno na 0,4 a vyšší. Pokud by byl použit snímač teploty a vlhkosti, konečný model by byl komplikovanější, ale představoval by konzistentnější hodnoty. Přesto je to zkušenost, která ukazuje, že složitý stroj může fungovat jako kombinace jeho jednoduchých částí.