Disseny de l'aquari amb control automàtic de paràmetres bàsics: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Introducció Avui la cura de l’aquari marí està disponible per a tots els aquaristes. El problema d’adquirir un aquari no és difícil. Però per al suport vital complet dels habitants, protecció contra fallades tècniques, manteniment i cura fàcils i ràpids, és necessari crear un aquari basat en els principis de suport vital autònom. Les modernes tecnologies patentades permeten mantenir els habitants submarins de mars i oceans en condicions artificials, el més a prop possible del seu hàbitat natural. El sistema d’automatització controla tots els processos i equips de suport vital, proporciona una eficiència i facilitat de gestió i manteniment sense precedents de grans aquaris complexos i aquaris, una alta fiabilitat i un funcionament sense problemes, aigua de gran qualitat i, com a resultat, una vida llarga i sana de animals marins. Hi ha diverses funcions generals de control i automatització, com ara: commutació automàtica de llum, simulació de les condicions de la llum del dia, manteniment de la temperatura establerta, manteniment millor de l’hàbitat natural i enriquiment de l’aigua amb oxigen. Els ordinadors i accessoris per a aquaris són essencials per mantenir millor la vida normal de la vida marina. Per exemple, en absència d’una bomba d’emergència i en cas d’avaria de la bomba principal, al cap d’unes hores, els animals marins començaran a morir, per tant, gràcies a l’automatització, podem conèixer la identificació d’alguns errors o avaries. Per configurar manualment els paràmetres descrits, heu de realitzar moltes manipulacions, realitzar proves i ajustar l’equip. La realització d’anàlisis d’aigua a mà ja és el segle passat, avui l’aquari marí, a l’aigua clara de la qual viuen els animals marins, distingits pels seus colors vius i el seu comportament energètic, no requereix una cura especial

Pas 1: fer una tapa per a un aquari

Fent una tapa per a la mida de l'aquari, la tapa es va crear a partir de vidre orgànic, ja que té propietats adequades per a l'aigua i l'electrònica.

Primer, mesurem el nostre aquari i, segons aquestes dimensions, inventem una tapa, primer tallem les parets de la tapa, després les enganxem amb súper cola i les ruixem amb sosa per sobre per obtenir una millor estabilitat. Immediatament per a una futura ventilació i un alimentador automàtic, tallem un forat rectangular amb una mida de 50 mm per 50 mm.

Pas 2: analitzar components

Per al farciment, hem escollit el microcontrolador més senzill i barat Arduino Mega, que servirà com a cervell de tot el procés i, a continuació, s’utilitzarà un servoaccionament per a l’alimentador automàtic, que al seu torn es fixarà a un cilindre amb un forat, per a la il·luminació agafarem la tira LED de programació i la programarem per a la sortida i la posta de sol, quan a l’alba augmentarà la brillantor i a la posta de sol disminuirà gradualment. Per escalfar l'aigua, agafeu un escalfador d'aigua de l'aquari normal i connecteu-lo a un relé que rebrà informació sobre l'encesa i apagada, per llegir la temperatura, instal·leu un sensor de temperatura. Per refredar l’aigua, agafeu un ventilador i instal·leu-lo a la tapa de l’aquari, si la temperatura supera la temperatura establerta, el ventilador s’encendrà mitjançant un relé. Per facilitar la lectura d’informació i configurar l’aquari, hi connectem la pantalla i els botons LCD per configurar els valors de l’aquari. També s’instal·larà un compressor, que funcionarà constantment i s’apagarà durant 5 minuts quan s’activi l’alimentador, de manera que els aliments no s’escampin per l’aquari.

He demanat totes les peces a Aliexpress, aquí teniu una llista i enllaços a components:

Feed de ws2812 -

Rellotge en temps real Ds3231-

LCD1602 LCD:

Mòdul de relé de 4 canals:

Sensor de temperatura DS18b20:

Mòdul a IRF520 0-24v -

Botons:

Tauler de plataforma Mega2560:

Servo:

Pas 3: Instal·lació de l'equip del projecte

Disposem els components com ens convingui i els connectem segons l’esquema, vegeu les imatges.

Instal·lem el microcontrolador ArduinoMega 2560 a la caixa prèviament muntada. L'Arduino Mega es pot alimentar mitjançant USB o des d'una font d'alimentació externa: el tipus de font es selecciona automàticament.

La font d'alimentació externa (no USB) pot ser un adaptador de CA / CC o una bateria recarregable. El connector adaptador (diàmetre - 2,1 mm, contacte central - positiu) s’ha d’inserir al connector d’alimentació corresponent de la placa. En cas d’alimentació de la bateria / bateria, els cables s’han de connectar als pins Gnd i Vin del connector POWER. El voltatge de la font d'alimentació externa pot oscil·lar entre 6 i 20 V. No obstant això, una disminució de la tensió d'alimentació per sota de 7 V condueix a una disminució de la tensió al pin de 5 V, cosa que pot provocar un funcionament inestable del dispositiu. L’ús de més de 12V de tensió pot provocar un sobreescalfament del regulador de tensió i danyar la placa. Tenint en compte això, es recomana utilitzar una font d'alimentació amb una tensió entre 7 i 12V. Connectem l'alimentació al microcontrolador mitjançant una font d'alimentació de 5V mitjançant els pins GND i 5V. A continuació, instal·lem el relé de ventilació, escalfador d’aigua i compressor (Figura 3.1), només tenen 3 contactes, estan connectats a Arduino de la següent manera: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. L’entrada del relé s’inverteix, un nivell tan alt a In apaga la bobina i s’encén el baix.

A continuació, muntem la pantalla LCD i el mòdul de rellotge en temps real, la seva connexió es mostra al diagrama.

Els pins SCL s'han de connectar al connector analògic de 5 pins; Els pins SDA es connecten a endolls analògics de 6 pins. El carril superior del conjunt resultant actuarà com a bus I2C i el carril inferior serà el carril de potència. El mòdul LCD i RTC es connecten a contactes de 5 volts. Després de completar l'últim pas, l'estructura tècnica estarà llesta.

Per connectar el servo, es va prendre un transistor IRF520 per a impulsos de servo més silenciosos, el servo es va connectar a través d’un transistor i el propi transistor es va connectar directament a l’Arduino

Per a la il·luminació, es va prendre una tira LED WS2812. Connectem els pins + 5V i GND al plus i al menys de la font d'alimentació, respectivament, connectem Din a qualsevol pin digital de l'Arduino, per defecte serà el 6è pin digital, però es pot utilitzar qualsevol altre (Figura 3.6). A més, és recomanable connectar la terra de l'Arduino a la terra de la font d'alimentació. No és desitjable utilitzar l'Arduino com a font d'alimentació, ja que la sortida de + 5V només pot proporcionar 800mA de corrent. Això és suficient per a no més de 13 píxels de la tira LED. A l'altre costat de la cinta hi ha una sortida Do, que es connecta a la cinta següent, cosa que permet que les cintes quedin en cascada com una. El connector d'alimentació al final també es duplica.

Per connectar un botó tàctil obert normalment a l’Arduino, podeu fer la manera més senzilla: connectar un conductor lliure del botó a l’alimentació o a terra, l’altre a un pin digital

Pas 4: Desenvolupament d'un programa de control per al control dels paràmetres principals

Descarregueu l'esbós del programa

Arduino utilitza els llenguatges gràfics FBD i LAD, que són l’estàndard en el camp de la programació de controladors industrials.

Descripció del llenguatge FBD

FBD (Function Block Diagram) és un llenguatge de programació gràfic de la norma IEC 61131-3. El programa es forma a partir d’una llista de circuits executats seqüencialment de dalt a baix. Quan es programa, s’utilitzen conjunts de blocs de biblioteca. Un bloc (element) és una subrutina, funció o bloc de funció (AND, OR, NOT, activadors, temporitzadors, comptadors, blocs de processament de senyals analògics, operacions matemàtiques, etc.). Cada cadena individual és una expressió composta gràficament a partir d’elements individuals. El següent bloc està connectat a la sortida del bloc, formant una cadena. Dins de la cadena, els blocs s’executen estrictament en l’ordre de la seva connexió. El resultat del càlcul del circuit s’escriu a una variable interna o s’alimenta a la sortida del controlador.

Descripció de l'idioma LAD

Ladder Diagram (LD, LAD, RKS) és un llenguatge lògic de relé (escala). La sintaxi del llenguatge és convenient per substituir circuits lògics fets amb tecnologia de relés. El llenguatge està dirigit a enginyers d'automatització que treballen en plantes industrials. Proporciona una interfície intuïtiva per a la lògica del controlador, que facilita no només les tasques de programació i posada en servei, sinó també la solució ràpida de problemes en els equips connectats al controlador. El programa de lògica de relés té una interfície gràfica intuïtiva i intuïtiva per als enginyers elèctrics, que representa operacions lògiques com un circuit elèctric amb contactes oberts i tancats. El flux o l'absència de corrent en aquest circuit correspon al resultat d'una operació lògica (cert - si corrent; fals - si no circula corrent). Els elements principals del llenguatge són els contactes, que es poden comparar figurativament amb un parell de contactes de retransmissió o un botó. Un parell de contactes s’identifica amb una variable booleana i l’estat d’aquest parell s’identifica amb el valor de la variable. Es fa una distinció entre elements de contacte normalment tancats i oberts normalment, que es poden comparar amb els botons normalment tancats i oberts normalment dels circuits elèctrics.

Un projecte a FLProg és un conjunt de taules, en les quals s’uneix un mòdul complet del circuit general. Per comoditat, cada tauler té un nom i comentaris. A més, es pot replegar cada tauler (per estalviar espai a la zona de treball quan acabi el treball) i ampliar-lo. Un LED vermell al nom de la placa indica que hi ha errors a l’esquema de la placa.

El circuit de cada placa es munta a partir de blocs funcionals d’acord amb la lògica del controlador. La majoria dels blocs de funcions són configurables, amb l'ajuda dels quals es pot personalitzar el seu funcionament d'acord amb els requisits en aquest cas concret.

També hi ha una descripció detallada per a cada bloc funcional que està disponible en qualsevol moment i que ajuda a entendre el seu funcionament i la seva configuració.

Quan treballa amb el programa, l'usuari no necessita escriure codi, controlar l'ús d'entrades i sortides, comprovar la singularitat dels noms i la coherència dels tipus de dades. El programa fa un seguiment de tot això. També comprova la exactitud de tot el projecte i indica la presència d’errors.

S’han creat diverses eines auxiliars per treballar amb dispositius externs. Es tracta d’una eina per inicialitzar i configurar un rellotge en temps real, eines per llegir adreces de dispositius als busos OneWire i I2C, a més d’una eina per llegir i guardar codis de botons en un control remot IR. Totes les dades es poden desar com a fitxer i posteriorment utilitzar-les al programa.

Per implementar el projecte, es va crear el següent programa d'actuació de servo per a l'alimentador i el controlador.

El primer bloc "MenuValue" redirigeix informació al bloc de menú per mostrar informació a la pantalla LCD sobre l'estat de la unitat de servo.

En el futur, l’operació lògica “AND” us permetrà anar més enllà o amb la unitat de comparació “I1 == I2”, és a dir, el número predefinit 8 serà el mateix que al mòdul de rellotge en temps real, després al servo s'activa mitjançant el gallet, de la mateixa manera que es va fer per activar el servo a les 20:00.

Per a la comoditat d’encendre’s automàticament el servo mitjançant un botó, es va prendre la funció de lògica d’activació i el botó número 4 estava destinat a això, o la sortida d’informació sobre la calma del servo al bloc de menú per mostrar informació al Pantalla LCD.

Si apareix un senyal perquè el servo funcioni, es dirigeix al bloc anomenat "Switch" i en un angle determinat fa una rotació de la unitat i passa a la fase inicial a través del bloc "Reset".

Llistat d'actuació servo.

El compressor sempre està encès i connectat al relé, quan passa un senyal a través del bloc “Servo On”, passa al bloc de temporitzador “TOF” i apaga el relé durant 15 minuts i transmet informació sobre l’estat del relé al menú.

Llistat del termòstat.

Connecteu el sensor de temperatura a la biblioteca