Oblikovanje akvarija z avtomatiziranim nadzorom osnovnih parametrov: 4 koraki (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:02

Uvod Danes je skrb za morske akvarije na voljo vsakemu akvaristu. Problem nabave akvarija ni težak. Toda za popolno življenjsko podporo prebivalcev, zaščito pred tehničnimi napakami, enostavno in hitro vzdrževanje in nego, je treba ustvariti akvarij, ki temelji na načelih avtonomne podpore življenja. Sodobne patentirane tehnologije omogočajo ohranjanje podvodnih prebivalcev morij in oceanov v umetnih razmerah - čim bližje njihovemu naravnemu okolju. Sistem avtomatizacije nadzoruje vse procese in opremo za vzdrževanje življenja, zagotavlja izjemno učinkovitost in enostavnost upravljanja in vzdrževanja velikih akvarijskih kompleksov in akvarijev, visoko zanesljivost in nemoteno delovanje, visoko kakovost vode in posledično dolgo in zdravo življenje morske živali. Obstajajo različne splošne funkcije za nadzor in avtomatizacijo, kot so: samodejno preklapljanje luči, simulacija dnevnih svetlobnih pogojev, vzdrževanje nastavljene temperature, boljše vzdrževanje naravnega habitata in obogatitev vode s kisikom. Akvarijski računalniki in dodatki so bistveni za boljšo podporo normalnemu življenju morskega življenja. Na primer, v odsotnosti zasilne črpalke in v primeru okvare glavne črpalke bodo po nekaj urah morske živali začele umirati, zato lahko zahvaljujoč avtomatizaciji vemo za identifikacijo morebitnih napak ali okvare. Če želite ročno konfigurirati opisane parametre, morate izvesti veliko manipulacij, opraviti teste in prilagoditi opremo. Ročno izvajanje analize vode je že prejšnje stoletje, danes Morski akvarij, v čisti vodi katerega živijo morske živali, ki jih odlikujejo svetle barve in energično obnašanje, ne zahteva posebne nege

Korak: Izdelava pokrova za akvarij

Zaradi izdelave pokrova za velikost akvarija je bil pokrov izdelan iz organskega stekla, saj ima ustrezne lastnosti za vodo in elektroniko.

Najprej izmerimo naš akvarij in glede na te mere izumimo pokrov, najprej prerežemo stene pokrova, nato jih lepimo s super lepilom in jih po vrhu potresemo s sodo za boljšo stabilnost. Takoj za prihodnje prezračevanje in samodejni podajalnik smo izrezali pravokotno luknjo velikosti 50 mm na 50 mm.

2. korak: Razčlenitev komponent

Za polnjenje smo izbrali najpreprostejši in najcenejši mikrokrmilnik Arduino Mega, ki bo služil kot možgani celotnega procesa, nato pa bo za samodejni podajalnik uporabljen servo pogon, ki bo nato pritrjen na valj z luknjo, za razsvetljavo bomo vzeli programski LED trak in ga programirali za sončni vzhod in zahod, ko bo ob zori svetlost naraščala, ob sončnem zahodu pa se bo postopoma zmanjševala. Za ogrevanje vode vzemite običajen akvarijski grelnik vode in ga priključite na rele, ki bo prejemal informacije o vklopu in izklopu, za odčitavanje temperature, namestitev temperaturnega senzorja. Za hlajenje vode vzemite ventilator in ga namestite v pokrov akvarija, če temperatura preseže nastavljeno temperaturo, se bo ventilator vklopil preko releja. Za enostavno branje informacij in nastavitev akvarija nanj povežemo LCD zaslon in gumbe za nastavitev vrednosti akvarija. Vgrajen bo tudi kompresor, ki bo deloval neprestano in se bo ob sprožitvi podajalnika izklopil za 5 minut, da se hrana ne razprši po akvariju.

Vse dele sem naročil na Aliexpressu, tukaj je seznam in povezave do komponent:

Hranite na ws2812 -

Ura v realnem času Ds3231-

LCD1602 LCD -

4 -kanalni relejni modul -

Temperaturni senzor DS18b20 -

Modul na IRF520 0-24v -

Gumbi -

Plošča za platformo Mega2560 -

Servo -

3. korak: Namestitev projektne opreme

Komponente razporedimo tako, kot nam ustrezajo, in jih povežemo po shemi, poglejte slike.

V predhodno sestavljeno ohišje namestimo mikrokrmilnik ArduinoMega 2560. Arduino Mega se lahko napaja iz USB -ja ali iz zunanjega vira napajanja - vrsta vira se samodejno izbere.

Zunanji vir napajanja (ne USB) je lahko napajalnik AC / DC ali polnilna baterija / baterija. Vtič adapterja (premer - 2,1 mm, osrednji kontakt - pozitiven) je treba vstaviti v ustrezen priključek za napajanje na plošči. V primeru napolnjenosti baterije / akumulatorja morajo biti njegove žice priključene na nožice Gnd in Vin priključka POWER. Napetost zunanjega napajalnika je lahko v območju od 6 do 20 V. Vendar pa zmanjšanje napajalne napetosti pod 7V vodi do zmanjšanja napetosti na 5V zatiču, kar lahko povzroči nestabilno delovanje naprave. Uporaba napetosti več kot 12V lahko povzroči pregrevanje regulatorja napetosti in poškodbe plošče. Glede na to je priporočljivo uporabiti napajalnik z napetostjo v razponu od 7 do 12V. Napajanje na mikrokrmilnik povežemo z napajanjem 5 V prek zatičev GND in 5 V. Nato namestimo rele za prezračevanje, grelnik vode in kompresor (slika 3.1), imajo samo 3 kontakte, na Arduino so povezani na naslednji način: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. Vhod releja je obrnjen, tako visoka raven vklopa izklopi tuljavo, nizka pa vklopi.

Nato namestimo LCD zaslon in modul ure v realnem času, njihova povezava je prikazana na diagramu.

Zatiči SCL morajo biti priključeni na analogni 5-polni konektor; Zatiči SDA se priključijo na analogne 6-polne vtičnice. Zgornja tirnica nastalega sklopa bo delovala kot vodilo I2C, spodnja tirnica pa bo tirnica. Modul LCD in RTC se povežeta s 5-voltnimi kontakti. Po zaključku zadnjega koraka bo tehnična struktura pripravljena.

Za povezavo servo je bil za tišje servo impulze vzet tranzistor IRF520, servo je bil povezan preko tranzistorja, sam tranzistor pa je bil priključen neposredno na Arduino

Za osvetlitev je bil vzet LED trak WS2812. Pina + 5V in GND povežemo s plusom in minusom napajalnika, Din povežemo s katerim koli digitalnim zatičem Arduina, privzeto bo to 6. digitalni zatič, lahko pa uporabimo kateri koli drug (slika 3.6). Prav tako je priporočljivo priključiti ozemljitev Arduina na ozemljitev napajalnika. Arduino kot vir napajanja ni zaželeno, saj lahko izhod + 5V zagotovi le 800 mA toka. To zadošča za največ 13 slikovnih pik LED traku. Na drugi strani traku je vtičnica Do, ki se poveže z naslednjim trakom, kar omogoča, da se trakovi kaskadno ujemajo. Podvojen je tudi priključek za napajanje na koncu.

Če želite na Arduino priključiti običajno odprt gumb za takt, lahko naredite najpreprostejši način: en prosti vodnik gumba priključite na napajanje ali ozemljitev, drugega na digitalni zatič

4. korak: Razvoj nadzornega programa za nadzor glavnih parametrov

Prenesite skico programa

Arduino z uporabo grafičnih jezikov FBD in LAD, ki so standard na področju programiranja industrijskih krmilnikov.

Opis jezika FBD

FBD (diagram funkcijskih blokov) je grafični programski jezik standarda IEC 61131-3. Program je sestavljen iz seznama vezij, ki se izvajajo zaporedno od zgoraj navzdol. Pri programiranju se uporabljajo nabori knjižničnih blokov. Blok (element) je podprogram, funkcija ali funkcijski blok (AND, OR, NOT, sprožilci, časovniki, števci, bloki za obdelavo analognih signalov, matematične operacije itd.). Vsaka posamezna veriga je izraz, sestavljen grafično iz posameznih elementov. Naslednji blok je povezan z izhodom bloka in tvori verigo. Znotraj verige se bloki izvajajo strogo po vrstnem redu njihove povezave. Rezultat izračuna vezja se zapiše v notranjo spremenljivko ali vnese na izhod krmilnika.

Opis jezika LAD

Lestveni diagram (LD, LAD, RKS) je relejni (lestvični) logični jezik. Sintaksa jezika je primerna za zamenjavo logičnih vezij, narejenih na relejni tehnologiji. Jezik je namenjen inženirjem avtomatizacije, ki delajo v industrijskih obratih. Zagotavlja intuitiven vmesnik za logiko krmilnika, ki olajša ne le naloge programiranja in zagona, temveč tudi hitro odpravljanje težav v opremi, povezani s krmilnikom. Relejni logični program ima grafični vmesnik, ki je intuitiven in intuitiven za elektrotehnike, ki predstavlja logične operacije, kot je električno vezje z odprtimi in zaprtimi kontakti. Pretok ali odsotnost toka v tem vezju ustreza rezultatu logične operacije (true - če tok teče; false - če tok ne teče). Glavni elementi jezika so stiki, ki jih lahko figurativno primerjamo s pari relejskih stikov ali gumbom. Par stikov je identificiran z logično spremenljivko, stanje tega para pa z vrednostjo spremenljivke. Ločimo med normalno zaprtimi in normalno odprtimi kontaktnimi elementi, ki jih lahko primerjamo z normalno zaprtimi in normalno odprtimi gumbi v električnih tokokrogih.

Projekt v FLProg -u je niz plošč, na katerih je sestavljen celoten modul splošnega vezja. Za udobje ima vsaka tabla ime in komentarje. Vsako ploščo lahko tudi zrušite (da prihranite prostor na delovnem območju, ko je delo na njej končano), in jo razširite. Rdeča LED v imenu plošče označuje, da so v shemi plošče napake.

Vezje vsake plošče je sestavljeno iz funkcionalnih blokov v skladu z logiko krmilnika. Večino funkcijskih blokov je mogoče konfigurirati, s pomočjo katerih je njihovo delovanje mogoče prilagoditi v skladu z zahtevami v tem konkretnem primeru.

Tudi za vsak funkcionalni blok je na voljo podroben opis, ki je na voljo kadar koli in pomaga razumeti njegovo delovanje in nastavitve.

Pri delu s programom uporabniku ni treba pisati kode, nadzorovati uporabe vhodov in izhodov, preverjati edinstvenost imen in skladnost podatkovnih tipov. Program vse to spremlja. Preverja tudi pravilnost celotnega projekta in navaja prisotnost napak.

Za delo z zunanjimi napravami je bilo ustvarjenih več pomožnih orodij. To je orodje za inicializacijo in nastavitev ure v realnem času, orodja za branje naslovov naprav na vodilih OneWire in I2C ter orodje za branje in shranjevanje kod gumbov na daljinskem upravljalniku IR. Vse določene podatke lahko shranite kot datoteko in jih kasneje uporabite v programu.

Za izvedbo projekta je bil za podajalnik in krmilnik izdelan naslednji program za aktiviranje servomotorjev.

Prvi blok "MenuValue" preusmerja informacije v menijski blok za prikaz informacij na zaslonu LCD o stanju servo pogona.

V prihodnosti vam logična operacija "AND" omogoča, da nadaljujete ali z enoto za primerjavo "I1 == I2", to pomeni, da bo prednastavljena številka 8 enaka kot na modulu ure v realnem času, nato pa servo je vklopljen preko sprožilca, na enak način je bil vklopljen servo ob 20:00.

Zaradi lažjega samodejnega vklopa servomotorja s pomočjo gumba je bila vzeta sprožilna logična funkcija in zanj je bil namenjen gumb številka 4 ali pa izhod informacij o umirjenosti servo v menijski blok za prikaz informacij o LCD zaslon.

Če se prikaže signal za delovanje servomotorja, gre v blok, imenovan »Stikalo«, in pod določenim kotom vrti pogon in gre skozi blok »Ponastavi« na začetno stopnjo.

Seznam pogonov servo.

Kompresor je vedno vklopljen in priključen na rele, ko signal pride skozi blok "Servo On", potem gre v časovni blok "TOF" in izklopi rele za 15 minut ter prenaša informacije o stanju releja v meniju.

Seznam termostata.

Temperaturni senzor priključite skozi knjižnico