Sistema di controllo dell'umidità e della temperatura per terrario: 11 passaggi (con immagini)

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

INTRODUZIONE:

Questa istruzione è per lo sviluppo di un sistema modulare di controllo dell'umidità e della temperatura utilizzando un Arduino Uno. Questo sistema utilizza una sonda impermeabile di umidità e temperatura per monitorare i parametri ambientali e un Arduino Uno collegato a relè 5V per controllare l'attivazione di un umidificatore e di una ventola di raffreddamento. Un sistema secondario che utilizza un orologio in tempo reale (RTC) garantisce il rinnovo giornaliero dell'aria umida e consente la programmazione dell'umidificazione e del raffreddamento programmati. Le misurazioni di umidità e temperatura vengono proiettate sullo schermo LCD.

L'applicazione di questo dispositivo è di controllare i parametri ambientali per le piante tropicali. In questo caso, queste piante preferiscono una maggiore umidità (tipicamente sopra il 70%) e sono sensibili alle temperature più elevate (30-35C). Data la moderazione della temperatura dal sistema HVAC del mio edificio, posso garantire che la temperatura non scenda al di sotto di una soglia specificata (20C). In questo caso, l'effetto serra è più un problema, quindi il raffreddamento deve essere implementato oltre all'umidificazione.

ATTENZIONE:

Questa build prevede il lavoro con l'elettricità. Prendere precauzioni speciali per evitare elettrocuzione e shock. Prestare particolare attenzione al cablaggio per evitare di creare cortocircuiti o collegamenti scadenti.

Sebbene questo sistema sia progettato per essere compatibile con dispositivi a 120 V, non è destinato all'uso con sistemi ad alta corrente. Semplici modifiche consentiranno un tale sistema, inclusi relè destinati a una potenza maggiore, un sistema di raffreddamento, ecc. Limitare l'assorbimento di corrente totale a un massimo di 10 A combinato per tutti i dispositivi collegati.

MODIFICA:

Questo sistema può essere modificato per aggiungere ulteriori parametri di controllo come un riscaldatore. Inoltre, può essere eseguito senza un sistema di controllo attivo semplicemente applicando aria umida su base programmata. Questo fattore è fortemente dipendente dai tipi di organismi da coltivare nel terrario.

DEPOSITO:

Il programma, i diagrammi e i modelli di stampa 3D sono disponibili anche su GitHub qui.

Forniture

CONTROLLORE

• • 1x Arduino Uno Rev3 (RobotShop RB-Elf-156)
  • 1x relè a 2 o 4 canali 5V 10A (RobotShop RB-Elf-156)
  • 1x SHT 20 I2C Sonda di temperatura e umidità impermeabile (RobotShop SEN0227)
  • 1x modulo LCD I2C 16x2 (SunFounder ASIN B019K5X53O)
  • 1x Data Logger Shield con modulo RTC o RTC (RobotDyne ASIN B072Q1584B)
  • 1x Terminale a vite Shield per Arduino Uno (opzionale, RobotDyne ASIN B071JK13DP)
  • 3x Cavo di prolunga a 2 poli da 120 V (è possibile utilizzare anche 3 poli, assicurarsi che possano gestire 10 A [1200 W] o più)
  • 1x Project Box almeno 7"x5"x3" (RadioShack, ASIN B0051YSCGO)
  • 1x scheda PCB o scheda di montaggio per scatola
  • 1x cavo USB a/b

  • 1x adattatore per caricabatterie da muro USB (120V)

UMIDIFICATORE

• • 1x umidificatore a nebbia fredda Homasy (ASIN B07RZSBSHJ)
  • 1 tubo di scarico della pompa biliare PVG da 5/8" x 6' (o tubo simile da 3/4" a 5/8", LOWES #814327)
  • 1x raccordo in PVC per accoppiamento femmina-femmina da 3/4" (LOWES #23850)
  • 2 raccordi in PVC a gomito maschio-femmina da 3/4" (LOWES #126822)
  • 1x raccordo in PVC a gomito con uscita laterale da 3/4" (LOWES #315496)
  • 1x Adattatore per irrigazione rotante maschio-femmina da 3/4" (LOWES #194629)

VENTILATORE

• • 1x ventola per computer da 12 V
  • 1x adattatore di alimentazione 12V 1A
  • 1x Connettore per adattatore per jack di alimentazione CC da 2,1 x 5,5 mm maschio + femmina da 12 V

PICCOLE PARTI

• • 20 cavi jumper
  • 4x pressacavi (PH7)
  • 3 dadi per cavi 22-10 AWG
  • 12x distanziatori e viti e bulloni
  • 6x viti e bulloni M3-0,5 o UNC 4-40
  • 4x viti (per fissare la scheda di montaggio alla scatola del progetto)
  • 3 ganci a ventosa

UTENSILI

• • Spelafili
  • Cacciaviti (varie dimensioni)
  • Trapano
  • Strumento rotante (opzionale)
  • Stampante 3D (opzionale)

PROGRAMMA

Il programma lo trovate su questa pagina o su GitHub qui

Passaggio 1: cablare il circuito Adruino

Questo passaggio serve per la configurazione e il collegamento dell'elettronica. In questo caso, tutto il necessario per essere cablato è Arduino UNO, SHT 20 e solo le parti di connessione Arduino ai relè. *Nota, il collegamento delle prolunghe da 120V non deve essere effettuato ora.

FILO ARDUINO

1. Raccogliere i componenti elencati in Forniture in SISTEMA DI CONTROLLO.

2. Cablare Arduino Uno seguendo lo schema incluso (figura). Non collegare ancora il relè.

   • Scheda Datalogger:

     Collegati su Arduino Uno

   • Schermo terminale a vite:

     Collega il lato analogico al lato analogico della scheda Datalogger su Arduino Uno

   • SH 20:

     • Rosso a 3,3 V
     • Da verde a GND
     • Nero su A5
     • Bianco su A4

   • Schermo LCD I2C 16x2:

     • da SCL a A5
     • SDA in A4
     • GND a GND
     • VCC a 5V

   • Relè a 4 canali (ho usato IN3 e IN4 da un relè a 4 canali, questo può funzionare anche per IN1 e IN2 su un relè):

     • VCC a 5V
     • GND a GND
     • IN 3 al pin 7
     • IN 4 al pin 8
3. Se si utilizza lo schermo del terminale a vite, è possibile utilizzare 5V e GND per il collegamento diretto allo schermo in modo da non avere 2 pin che entrano nello stesso ingresso.
4. Lo schermo o la sonda SHT 20 possono essere collegati all'altro ingresso SDA SCL che si trova su Arduino sopra l'ingresso AREF. Nota che non tutti gli scudi avranno questo su di loro.

Passaggio 2: programma Arduino e verifica

Questo passaggio serve a verificare che tutti i componenti funzionino e che il programma funzioni come previsto.

PROGRAMMA ARDUINO

1. Usando un computer, scarica l'IDE Arduino che puoi trovare qui.
2. Collega Arduino a un computer utilizzando l'adattatore USB a/b.
3. Scarica il programma Arduino da qui o da questa pagina.
4. Carica il software su Arduino (assicurati di aver selezionato la porta COM corretta o non verrà caricato).

CONTROLLA ELETTRONICA

1. Verificare che il programma venga eseguito e che tutti i componenti vengano letti correttamente.

   1. L'umidità può essere verificata posizionando il sensore vicino all'umidificatore acceso.

      • A un'umidità inferiore al 70%, il relè dovrebbe accendersi, spesso indicato da un clic e da una luce sul relè (a seconda del modello).
      • Con un'umidità superiore all'85% dovrebbe spegnersi, spesso indicato da un altro clic e dallo spegnimento della spia.

   2. La temperatura può essere controllata tenendo la sonda giustamente tra le mani per aumentare la temperatura.

      Allo stesso modo, a una temperatura superiore a 30 ° C, il relè per la ventola dovrebbe accendersi

   3. Nota, la sonda ha un ritardo di circa 6 secondi per segnalare un cambiamento ambientale.

2. Assicurati che il display indichi l'umidità della temperatura con un numero ambientale ragionevole.

   Puoi stimare l'umidità e la temperatura attuali utilizzando un altro sensore o in base alle condizioni meteorologiche locali

Passaggio 3: creare la scatola del progetto e montare l'elettronica

La scatola del progetto può ora essere costruita e l'elettronica montata per essere posizionata all'interno della scatola in un secondo momento.

SCATOLA DEL PROGETTO

1. Per la scatola del progetto, sarà necessario praticare 4 fori:

   • Cavo di ingresso 120V.
   • Ingresso per il sensore SHT20.
   • Uscita per il controllo dell'umidità.
   • Uscita per il controllo della temperatura.

2. I fori possono essere posizionati ovunque. In questo riquadro di esempio sono stati posizionati come segue:

   • Ingresso 120V - in alto a destra al centro.
   • Ingresso SHT 20 - lato sinistro al centro.
   • Uscita per il controllo dell'umidità - proprio in alto al centro.
   • Uscita di controllo della temperatura - destra verso il basso al centro.

3. Contrassegnare e praticare i fori con una punta da trapano da 11,5 mm.

   Nota: è possibile utilizzare una punta da trapano da 7/16" e poi carteggiarla/limare per allargarla abbastanza da poterla inserire nel premistoppa

4. Rimuovere il cappuccio e la guarnizione da ciascun premistoppa e fissare il corpo della vite rimanente e il dado al corpo come mostrato in figura.

MONTAGGIO

1. Usando un pezzo di plastica, una scheda di montaggio o una scheda di prototipazione tagliata per adattarsi alla scatola.
2. Praticare dei fori in modo che corrispondano ai fori di montaggio nella scatola.
3. Posiziona la tua elettronica (Arduino Uno con Shields e Relay) in modo che si adattino alla scheda.
4. Segna i fori e fora con la punta da trapano della dimensione appropriata.
5. Usando qualsiasi header di tua scelta, collega Arduino e Relay alla scheda (figura)

Passaggio 4: configurazione dell'elettronica della scatola del progetto

Questo passaggio si concentra sul posizionamento di tutti i componenti nella scatola del progetto in modo che sia possibile eseguire il cablaggio finale.

AGGIUNGI ARDUINO E RELÈ

1. Scollegare con cautela il sensore SHT 20 e lo schermo.
2. Inserire il pannello di montaggio nella scatola (figura). Non avvitarlo ancora.

PREPARAZIONE CAVI

1. Taglia le prolunghe alla lunghezza desiderata.

   • Avrai 1 ingresso polo che rimarrà all'interno della scatola. Serve per alimentare Arduino e altri dispositivi che possono essere aggiunti in seguito (es. ventola, convertitore di alimentazione, ecc.).
   • 2 di questi ingressi a polo verranno utilizzati per alimentare ciascuno degli umidificatori e del dispositivo di raffreddamento. Puoi farli della lunghezza che preferisci, ma ho scelto di tenerli vicino al dispositivo per evitare che i cavi penzolino ovunque.
   • Da 1 di queste prolunghe, salverai l'estremità del cavo per alimentare il dispositivo. Se il cavo sotto tensione è indicato sul cavo, usa quelli (il più delle volte hanno strisce, non preoccuparti se il tuo cavo ha questo, rende solo più facile l'organizzazione).
2. Spellare le estremità del cavo di alimentazione e i tre ingressi di alimentazione.
3. Torcere le estremità spellate per evitare lo sfilacciamento (figura, figura).
4. Posizionare il cappuccio e la guarnizione in gomma sulla spina, le 2 uscite per il relè e la sonda SHT 20.

AGGIUNGI CAVI

I cavi possono essere aggiunti nei pressacavi predisposti sulla scatola (figura). Non avvitarli ancora

Passaggio 5: cablaggio del relè

Per questa parte, ho incluso un cablaggio più accurato poiché può essere complicato. Questo seguirà lo stesso cablaggio dello schema visto nel passaggio 2 (figura).

CABLAGGIO RELÈ

1. Collegare i due fili sciolti in ciascuno degli ingressi comuni (C) dei due relè utilizzando un cacciavite per bloccare il filo (figura).

   • Questo è normalmente l'ingresso centrale del relè ed è spesso indicato come una C o una linea verticale.
   • Potrebbe essere necessario tagliare i fili per assicurarsi che si adattino correttamente.
   • Assicurati che non ci sia quasi rame esposto, che la misura sia aderente e che non ci siano fili sfilacciati fuori.
   • Potrebbe essere necessario sollevare leggermente la scheda per inserire i fili.

2. Collegare l'estremità attiva del cavo dai 2 ingressi di alimentazione alla parte normalmente aperta (NO) del relè (figura).

   Questo è simile al passaggio precedente, ma questa uscita è designata da una linea angolata (come un interruttore che non è collegato al filo comune)

3. Inizia con il collegamento di tutti i cavi in tensione insieme. (Questo corrisponde al più grande dei due fili ed è spesso indicato da alcune strisce sul filo o filo nero.) I cavi da collegare insieme sono:

   • Cavo in tensione dalla spina
   • Cavo in tensione dall'ingresso della spina da utilizzare per alimentare l'Arduino
   • 2 fili spellati
4. Attorcigliare i fili e chiudere con un tappo a vite.

5. Collegare insieme tutti i fili neutri.

   • Filo neutro dalla spina
   • Filo neutro dall'uscita da utilizzare per alimentare Arduino
   • Cavi di ritorno da ciascuna delle 2 uscite di potenza
6. Attorcigliare i fili e coprirli con un tappo a vite (figura).

7. Assicurati che tutti i tappi a vite siano aderenti e non cadano.

   • Se i tappi a vite non si adattano bene, utilizzare un tappo di dimensioni diverse.
   • In alternativa, i fili possono essere collegati 2 alla volta e il filo in eccesso può essere utilizzato per collegarli insieme

ALLEGARE SHT20

1. Riavvitare SHT20 sulla scheda a vite.

   I cavi possono anche essere spinti nei cavi dei ponticelli e/o collegati ai cavi dei ponticelli se non viene utilizzata una scheda a vite

STRINGERE GHIANDOLE

1. Stringere ciascuno dei cappucci del pressacavo attorno ai fili

   I cavi possono essere tirati un po' per rimuovere un po' di allentamento, ma assicurarsi sempre che siano rimasti un po' di allentamento

Passaggio 6: configurazione del coperchio della scatola di controllo

Questo passaggio consiste nel montare lo schermo sulla parte superiore della scatola e aggiungere componenti stampati in 3D per renderlo pulito.

FARE FORO PER LCD

1. Trova un posto per montare lo schermo sul coperchio.

   Questo progetto lo ha messo a sinistra 1 "dalla parte superiore e sinistra

2. Traccia lo schermo e la posizione dei buchi.
3. Usando un Dremel o una lama di rasoio, ritaglia l'area rettangolare per posizionare lo schermo.
4. Praticare i fori per lo schermo utilizzando la punta da trapano appropriata.

AGGIUNGI COMPONENTI STAMPATI IN 3D (opzionale)

1. Stampa i 2 file STL inclusi:

   • Una cornice per l'LCD per nascondere eventuali incongruenze di taglio (16x2 LCD Screen Frame (retro).stl).
   • Un logo per renderlo ufficiale (Humidi_Control_Logo.stl).
2. Dopo la stampa, posizionare i 2 componenti stampati sul coperchio dove desiderato.
3. Contrassegnare i fori per lo schermo utilizzando la punta da trapano appropriata.
4. Dipingi se lo desideri.

ALLEGARE SCHERMO

1. Usando piccole viti e bulloni (M3 funziona bene per questo) fissa lo schermo con le viti sul davanti e lo schermo attraverso il retro. Se si utilizza il telaio, fissarlo attraverso la parte anteriore (figura).
2. Attaccare il logo e aggiungere le viti (opzionali) (figura).
3. Assicurarsi che tutte le viti e i bulloni siano aderenti.

Passaggio 7: completare la scatola del sistema di controllo

Questi passaggi completano la configurazione della casella del progetto con il sistema di controllo all'interno.

ACCENSIONE E CHIUSURA

1. Usa l'ingresso del cavo di prolunga che è stato posizionato all'interno della scatola per aggiungere il connettore di alimentazione ad Arduino.

   Mi piace usare l'USB così posso semplicemente aprirlo e afferrare il cavo per riprogrammarlo

2. Accendi la scatola per assicurarti che tutte le connessioni funzionino.
3. Avvitare la scheda di montaggio con le viti appropriate.
4. Avvitare la parte superiore sulla scatola utilizzando le viti del kit della scatola del progetto.

Il sistema di controllo è ora completo. I passaggi successivi sono l'aggiunta di un umidificatore e di una ventola di raffreddamento.

Passaggio 8: configurazione dell'umidificatore

Questo è per la configurazione di un sistema di umidificazione di base utilizzando un umidificatore a ultrasuoni commerciale

UMIDIFICATORE

1. Usando le parti in PVC, collegale all'aggeggio visto in figura
   • Fissare il raccordo in PVC femmina-femmina da 3/4" al gomito della vite in PVC maschio-femmina.
   • Attacca quel gomito a vite a un altro gomito a vite per creare un angolo retto.
   • Aggiungere l'adattatore di irrigazione maschio-femmina all'estremità della vite del gomito della vite.
   • Collegare il gomito in PVC di uscita laterale all'estremità dell'adattatore di irrigazione.
2. Misurare e tagliare il tubo alla lunghezza desiderata
   • Questa lunghezza deve essere dalla parte superiore del terrario al centro dell'umidificatore.
   • Ci deve essere pochissimo lasco nella linea e dovrebbe essere il più verticale possibile. Eventuali circuiti o aree che raccolgono l'acqua ostruiranno il tubo e impediranno il flusso di piccole particelle d'acqua.
   • Nel caso di questa configurazione, il tubo aveva delineazioni a ogni piede e tre piedi funzionavano.

3. Collegare il tubo alla parte in PVC

   In questo caso, viene utilizzato un dotto biliare da 5/8" che si inserisce comodamente nell'attacco da 3/4"

4. Rimuovere il cappuccio bianco dall'uscita dell'umidificatore
5. Spingere il tubo all'interno dell'uscita in modo che aderisca perfettamente.
6. Posiziona il lato del tubo in PVC all'interno del terrario in modo che si trovi lungo il bordo. Le parti in PCV possono essere avvitate più o meno per consentire di adattare la larghezza del bordo del terrario.

Passaggio 9: configurazione della ventola di raffreddamento

Questo aggiunge una ventola di raffreddamento per ridurre la temperatura attraverso il raffreddamento convettivo quando necessario

VENTILATORE

1. Collegare i cavi di uscita dalla ventola del computer a un adattatore per spina maschio da 12 V.

2. Utilizzando 2 ventose, posizionarle/piegarle in modo tale da inserirsi nei fori della ventola (figura).

   La ventola dovrebbe essere leggermente inclinata verso il basso per aspirare aria dall'ambiente circostante e raffreddare gli abitanti

Passaggio 10: collegamento e verifica

Questo è l'ultimo passo per finalizzare il sistema di controllo!

MONTAGGIO SHT 20

1. Utilizzando un telaio a ventosa, fissare l'SHT 20 verso la parte superiore del terrario (figura).

   In teoria, il gradiente dell'acqua nell'aria dovrebbe essere più basso verso la parte superiore del terrario poiché è lì che si mescola con l'aria della stanza. In questo caso, si può essere certi che il resto del terrario sia pari o leggermente superiore all'umidità misurata dal sensore

AGGIUNGI TUTTO

1. Collegare il sistema di controllo a una presa e assicurarsi che si accenda e legga correttamente
2. Collegare l'umidificatore alla presa di controllo dell'umidità.
3. Collegare la ventola alla presa di controllo della temperatura.

TEST

Testare il sistema regolando l'ambiente intorno al sensore per assicurarsi che i relè si accendano/spengano quando necessario. Vedere il passaggio 2 per ulteriori informazioni

Passaggio 11: parole finali

PAROLE FINALI

Il sistema è impostato e dovrebbe essere a posto. Come affermato in precedenza, il sistema è modulare in quanto le cose possono essere facilmente regolate o modificate per soddisfare qualsiasi esigenza. È molto importante ricordare che questo sistema non è intelligente: non saprà se c'è un guasto e accenderà o spegnerà solo le cose. Il sistema dovrebbe essere controllato costantemente per assicurarsi che ci sia abbastanza acqua nell'umidificatore, che la linea non sia intasata, che il sensore di umidità sia ancora funzionante, ecc. Nel complesso, questo sistema dovrebbe funzionare allo stesso livello dei sistemi di controllo commerciali ed essere più funzionale, adattabile e conveniente. Divertiti a costruire.