Progettazione di acquari con controllo automatico dei parametri di base: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

IntroduzioneOggi, la cura dell'acquario marino è disponibile per ogni acquariofilo. Il problema dell'acquisizione di un acquario non è difficile. Ma per il pieno supporto vitale degli abitanti, la protezione dai guasti tecnici, la manutenzione e la cura facili e veloci, è necessario creare un acquario basato sui principi del supporto vitale autonomo. Le moderne tecnologie brevettate consentono di mantenere gli abitanti sottomarini di mari e oceani in condizioni artificiali, il più vicino possibile al loro habitat naturale. Il sistema di automazione controlla tutti i processi e le apparecchiature di supporto vitale, offre un'efficienza e una facilità di gestione e manutenzione senza precedenti di grandi complessi di acquari e acquari, elevata affidabilità e funzionamento senza problemi, acqua di alta qualità e, di conseguenza, una vita lunga e sana di animali marini. Diverse sono le funzioni generali di controllo e automazione, quali: accensione automatica della luce, simulazione delle condizioni di luce diurna, mantenimento della temperatura impostata, miglior mantenimento dell'habitat naturale e arricchimento di ossigeno dell'acqua. I computer e gli accessori per acquari sono essenziali per supportare al meglio la vita normale della vita marina. Ad esempio, in assenza di una pompa di emergenza e in caso di guasto della pompa principale, dopo poche ore, gli animali marini inizieranno a morire, quindi, grazie all'automazione, possiamo conoscere l'individuazione di eventuali errori o guasti. Per configurare manualmente i parametri descritti, è necessario eseguire molte manipolazioni, eseguire test e regolare l'attrezzatura. L'analisi dell'acqua a mano è già nel secolo scorso, oggi l'Acquario Marino, nelle cui acque limpide vivono animali marini, che si distinguono per i loro colori vivaci e il comportamento energico, non richiede cure particolari

Passaggio 1: creare un coperchio per un acquario

Realizzando un coperchio per le dimensioni dell'acquario, il coperchio è stato creato in vetro organico, poiché ha proprietà adatte per l'acqua e l'elettronica.

Per prima cosa misuriamo il nostro acquario e in base a queste dimensioni inventiamo un coperchio, prima tagliamo le pareti del coperchio, poi le incolliamo con la super colla e le cospargiamo di soda sulla parte superiore per una migliore stabilità. Immediatamente per la ventilazione futura e un alimentatore automatico, abbiamo tagliato un foro rettangolare con una dimensione di 50 mm per 50 mm.

Passaggio 2: analisi dei componenti

Per il riempimento, abbiamo scelto il microcontrollore Arduino Mega più semplice ed economico, servirà da cervello dell'intero processo, quindi verrà utilizzato un servoazionamento per l'alimentatore automatico, che a sua volta sarà fissato a un cilindro con un foro, per l'illuminazione prenderemo la striscia LED di programmazione e la programmeremo per l'alba e il tramonto, quando All'alba la luminosità aumenterà e al tramonto diminuirà gradualmente. Per riscaldare l'acqua, prendi un normale scaldabagno per acquario e collegalo a un relè che riceverà informazioni sull'accensione e lo spegnimento, per leggere la temperatura, installare un sensore di temperatura. Per raffreddare l'acqua, prendi una ventola e installala nel coperchio dell'acquario, se la temperatura supera la temperatura impostata, la ventola si accenderà tramite un relè. Per una facile lettura delle informazioni e per l'allestimento dell'acquario, colleghiamo il display LCD e i pulsanti per impostare i valori dell'acquario. Verrà inoltre installato un compressore, che funzionerà costantemente e si spegnerà per 5 minuti all'attivazione dell'alimentatore, in modo che il cibo non si diffonda nell'acquario.

Ho ordinato tutte le parti su Aliexpress, ecco un elenco e i collegamenti ai componenti:

Feed su ws2812 -

Orologio in tempo reale Ds3231-

LCD1602 LCD -

Modulo relè a 4 canali -

Sensore di temperatura DS18b20 -

Modulo su IRF520 0-24v -

Pulsanti -

Scheda piattaforma Mega2560 -

Servo -

Passaggio 3: installazione dell'attrezzatura di progetto

Organizziamo i componenti nel modo più conveniente per noi e li colleghiamo secondo lo schema, guarda le immagini.

Installiamo il microcontrollore ArduinoMega 2560 nel case precedentemente assemblato. L'Arduino Mega può essere alimentato da USB o da una fonte di alimentazione esterna: il tipo di fonte viene selezionato automaticamente.

La fonte di alimentazione esterna (non USB) può essere un adattatore AC/DC o una batteria/batteria ricaricabile. La spina dell'adattatore (diametro - 2,1 mm, contatto centrale - positivo) deve essere inserita nel connettore di alimentazione corrispondente sulla scheda. In caso di alimentazione a batteria/batteria, i suoi fili devono essere collegati ai pin Gnd e Vin del connettore POWER. La tensione dell'alimentatore esterno può essere compresa nell'intervallo da 6 a 20 V. Tuttavia, una diminuzione della tensione di alimentazione inferiore a 7 V comporta una diminuzione della tensione sul pin 5 V, che può causare un funzionamento instabile del dispositivo. L'utilizzo di una tensione superiore a 12 V può causare il surriscaldamento del regolatore di tensione e danni alla scheda. Con questo in mente, si consiglia di utilizzare un alimentatore con una tensione compresa tra 7 e 12V. Colleghiamo l'alimentazione al microcontrollore utilizzando un alimentatore da 5V tramite i pin GND e 5V. Successivamente, installiamo il relè per la ventilazione, lo scaldabagno e il compressore (Figura 3.1), hanno solo 3 contatti, sono collegati ad Arduino come segue: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. L'ingresso del relè è invertito, un livello così alto su In disattiva la bobina e il livello basso si accende.

Successivamente, montiamo il display LCD e il modulo dell'orologio in tempo reale, la loro connessione è mostrata nel diagramma.

I pin SCL devono essere collegati al connettore analogico a 5 pin; I pin SDA si collegano alle prese analogiche a 6 pin. Il binario superiore dell'assieme risultante fungerà da bus I2C e il binario inferiore sarà il binario di alimentazione. Il modulo LCD e RTC si collegano a contatti a 5 volt. Dopo aver completato l'ultimo passaggio, la struttura tecnica sarà pronta.

Per collegare il servo, è stato preso un transistor IRF520 per impulsi servo più silenziosi, il servo è stato collegato tramite un transistor e il transistor stesso è stato collegato direttamente all'Arduino

Per l'illuminazione è stata presa una striscia LED WS2812. Colleghiamo i pin + 5V e GND al più e al meno dell'alimentatore, rispettivamente, colleghiamo Din a qualsiasi pin digitale dell'Arduino, per impostazione predefinita sarà il 6° pin digitale, ma può essere utilizzato qualsiasi altro (Figura 3.6). Inoltre, è consigliabile collegare la massa dell'Arduino alla massa dell'alimentatore. Non è consigliabile utilizzare Arduino come fonte di alimentazione, poiché l'uscita + 5 V può fornire solo 800 mA di corrente. Questo è sufficiente per non più di 13 pixel della striscia LED. Sull'altro lato del nastro c'è una presa Do, si collega al nastro successivo, consentendo ai nastri di essere collegati in cascata come uno. Anche il connettore di alimentazione all'estremità è duplicato.

Per collegare un pulsante tattile normalmente aperto ad Arduino, puoi fare il modo più semplice: collegare un conduttore libero del pulsante all'alimentazione o alla massa, l'altro a un pin digitale

Fase 4: Sviluppo di un programma di controllo per il controllo dei parametri principali

Scarica lo schizzo per il programma

Arduino utilizza i linguaggi grafici FBD e LAD, che sono lo standard nel campo della programmazione dei controllori industriali.

Descrizione del linguaggio FBD

FBD (Function Block Diagram) è un linguaggio di programmazione grafico dello standard IEC 61131-3. Il programma è formato da un elenco di circuiti eseguiti in sequenza dall'alto verso il basso. Durante la programmazione vengono utilizzati set di blocchi della libreria. Un blocco (elemento) è una subroutine, funzione o blocco funzione (AND, OR, NOT, trigger, timer, contatori, blocchi di elaborazione del segnale analogico, operazioni matematiche, ecc.). Ogni singola catena è un'espressione composta graficamente da singoli elementi. Il blocco successivo è collegato all'uscita del blocco, formando una catena. All'interno della catena, i blocchi vengono eseguiti rigorosamente nell'ordine della loro connessione. Il risultato del calcolo del circuito viene scritto in una variabile interna o inviato all'uscita del controller.

Descrizione della lingua LAD

Il diagramma ladder (LD, LAD, RKS) è un linguaggio logico a relè (ladder). La sintassi del linguaggio è conveniente per sostituire i circuiti logici realizzati con la tecnologia a relè. Il linguaggio è rivolto agli ingegneri dell'automazione che lavorano negli impianti industriali. Fornisce un'interfaccia intuitiva per la logica del controller, che facilita non solo le attività di programmazione e messa in servizio stessa, ma anche una rapida risoluzione dei problemi nelle apparecchiature collegate al controller. Il programma di logica del relè ha un'interfaccia grafica intuitiva e intuitiva per gli ingegneri elettrici, che rappresenta operazioni logiche come un circuito elettrico con contatti aperti e chiusi. Il flusso o l'assenza di corrente in questo circuito corrisponde al risultato di un'operazione logica (vero - se scorre corrente; falso - se non scorre corrente). Gli elementi principali del linguaggio sono i contatti, che in senso figurato possono essere paragonati a una coppia di contatti di relè oa un pulsante. Una coppia di contatti è identificata con una variabile booleana e lo stato di questa coppia è identificato con il valore della variabile. Viene fatta una distinzione tra elementi di contatto normalmente chiusi e normalmente aperti, che possono essere paragonati ai pulsanti normalmente chiusi e normalmente aperti nei circuiti elettrici.

Un progetto in FLProg è un insieme di schede, su ognuna delle quali è assemblato un modulo completo del circuito generale. Per comodità, ogni scheda ha un nome e commenti. Inoltre, ogni scheda può essere compressa (per risparmiare spazio nell'area di lavoro al termine del lavoro) ed espansa. Un LED rosso nel nome della scheda indica che ci sono errori nello schema della scheda.

Il circuito di ciascuna scheda è assemblato da blocchi funzionali secondo la logica del controller. La maggior parte dei blocchi funzione è configurabile, con l'aiuto del quale il loro funzionamento può essere personalizzato in base ai requisiti in questo caso particolare.

Inoltre per ogni blocco funzionale è presente una descrizione dettagliata, disponibile in qualsiasi momento, che aiuta a comprenderne il funzionamento e le impostazioni.

Quando si lavora con il programma, l'utente non ha bisogno di scrivere codice, controllare l'uso di input e output, controllare l'unicità dei nomi e la coerenza dei tipi di dati. Il programma controlla tutto questo. Inoltre verifica la correttezza dell'intero progetto e segnala la presenza di errori.

Sono stati creati diversi strumenti ausiliari per lavorare con dispositivi esterni. Questo è uno strumento per l'inizializzazione e l'impostazione di un orologio in tempo reale, strumenti per la lettura degli indirizzi dei dispositivi sui bus OneWire e I2C, nonché uno strumento per la lettura e il salvataggio dei codici dei pulsanti su un telecomando IR. Tutti determinati dati possono essere salvati come file e successivamente utilizzati nel programma.

Per implementare il progetto, è stato creato il seguente programma di servoazionamento per l'alimentatore e il controllore.

Il primo blocco "MenuValue" reindirizza le informazioni al blocco menu per la visualizzazione delle informazioni sul display LCD sullo stato del servoazionamento.

In futuro, l'operazione logica "AND" consente di andare oltre o con l'unità di confronto "I1 == I2", ovvero il numero di preset 8 sarà lo stesso del modulo orologio in tempo reale, quindi il servo si accende tramite il grilletto, allo stesso modo è stato fatto per accendere il servo alle 20:00.

Per comodità di auto-girare il servo tramite un pulsante, è stata presa la funzione logica di trigger e il pulsante numero 4 era destinato ad essa, o l'output di informazioni sulla calma del servo al blocco menu per visualizzare informazioni sul Display LCD.

Se appare un segnale per il servo di operare, allora va al blocco chiamato "Switch" e ad un dato angolo fa una rotazione dell'azionamento e passa alla fase iniziale attraverso il blocco "Reset".

Elenco dei servocomandi.

Il compressore è sempre acceso e connesso al relè, quando arriva un segnale attraverso il blocco “Servo On”, poi passa al blocco timer “TOF” e spegne il relè per 15 minuti e trasmette informazioni sullo stato del relè nel menù.

Elenco del termostato.

Collegare il sensore di temperatura attraverso la libreria