Σχεδιασμός ενυδρείου με αυτοματοποιημένο έλεγχο βασικών παραμέτρων: 4 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Σήμερα, η φροντίδα θαλάσσιου ενυδρείου είναι διαθέσιμη σε κάθε ενυδρείο. Το πρόβλημα της απόκτησης ενυδρείου δεν είναι δύσκολο. Αλλά για την πλήρη υποστήριξη της ζωής των κατοίκων, προστασία από τεχνικές βλάβες, εύκολη και γρήγορη συντήρηση και φροντίδα, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα ενυδρείο με βάση τις αρχές της αυτόνομης υποστήριξης ζωής. Οι σύγχρονες κατοχυρωμένες με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τεχνολογίες επιτρέπουν τη διατήρηση υποβρύχιων κατοίκων θαλασσών και ωκεανών σε τεχνητές συνθήκες - όσο το δυνατόν πιο κοντά στο φυσικό τους περιβάλλον. Το σύστημα αυτοματισμού ελέγχει όλες τις διαδικασίες και τον εξοπλισμό υποστήριξης της ζωής, παρέχει πρωτοφανή αποτελεσματικότητα και ευκολία στη διαχείριση και συντήρηση μεγάλων συγκροτημάτων ενυδρείων και ενυδρείων, υψηλή αξιοπιστία και απρόσκοπτη λειτουργία, υψηλής ποιότητας νερό και, ως εκ τούτου, μακρά και υγιή ζωή θαλάσσια ζώα. Υπάρχουν διάφορες γενικές λειτουργίες για έλεγχο και αυτοματοποίηση, όπως: αυτόματη εναλλαγή φωτός, προσομοίωση συνθηκών φωτός ημέρας, διατήρηση της καθορισμένης θερμοκρασίας, καλύτερη διατήρηση του φυσικού βιότοπου και εμπλουτισμός του νερού με οξυγόνο. Οι υπολογιστές και τα αξεσουάρ ενυδρείων είναι απαραίτητα για την καλύτερη υποστήριξη της φυσιολογικής ζωής της θαλάσσιας ζωής. Για παράδειγμα, ελλείψει αντλίας έκτακτης ανάγκης και σε περίπτωση βλάβης της κύριας αντλίας, μετά από μερικές ώρες, τα θαλάσσια ζώα θα αρχίσουν να πεθαίνουν, επομένως, χάρη στην αυτοματοποίηση, μπορούμε να γνωρίζουμε τον εντοπισμό τυχόν σφαλμάτων ή βλάβες. Για να ρυθμίσετε τις παραμέτρους που περιγράφονται χειροκίνητα, πρέπει να πραγματοποιήσετε πολλούς χειρισμούς, να εκτελέσετε δοκιμές και να προσαρμόσετε τον Εξοπλισμό. Η ανάλυση νερού με το χέρι είναι ήδη τον περασμένο αιώνα, σήμερα το Θαλάσσιο Ενυδρείο, στο καθαρό νερό του οποίου ζουν τα θαλάσσια ζώα, που διακρίνονται από τα έντονα χρώματα και την ενεργητική συμπεριφορά τους, δεν απαιτούν ιδιαίτερη φροντίδα

Βήμα 1: Κάνοντας ένα καπάκι για ένα ενυδρείο

Κάνοντας ένα καπάκι για το μέγεθος του ενυδρείου, το καπάκι δημιουργήθηκε από οργανικό γυαλί, καθώς έχει κατάλληλες ιδιότητες για νερό και ηλεκτρονικά.

Αρχικά, μετράμε το ενυδρείο μας και σύμφωνα με αυτές τις διαστάσεις εφευρίσκουμε ένα καπάκι, πρώτα κόβουμε τα τοιχώματα του καπακιού, μετά τα κολλάμε με σούπερ κόλλα και τα πασπαλίζουμε με σόδα από πάνω για καλύτερη σταθερότητα. Αμέσως για μελλοντικό αερισμό και αυτόματο τροφοδότη, κόβουμε μια ορθογώνια τρύπα μεγέθους 50mm επί 50mm.

Βήμα 2: Ανάλυση στοιχείων

Για τη γέμιση, επιλέξαμε τον απλούστερο και φθηνότερο μικροελεγκτή Arduino Mega, θα χρησιμεύσει ως ο εγκέφαλος της όλης διαδικασίας, στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθεί μια σερβομηχανή για τον αυτόματο τροφοδότη, ο οποίος με τη σειρά του θα στερεωθεί σε έναν κύλινδρο με μια τρύπα, για φωτισμό θα πάρουμε τη λωρίδα LED προγραμματισμού και θα την προγραμματίσουμε για την ανατολή και τη δύση του ηλίου, όταν Την αυγή, η φωτεινότητα θα αυξηθεί και κατά το ηλιοβασίλεμα, θα μειωθεί σταδιακά. Για να θερμάνετε το νερό, πάρτε έναν κανονικό θερμοσίφωνα ενυδρείου και συνδέστε τον σε ένα ρελέ που θα λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του, για να διαβάσετε τη θερμοκρασία, εγκαταστήστε έναν αισθητήρα θερμοκρασίας. Για να κρυώσετε το νερό, πάρτε έναν ανεμιστήρα και τοποθετήστε τον στο καπάκι του ενυδρείου, εάν η θερμοκρασία υπερβεί τη ρυθμισμένη θερμοκρασία, ο ανεμιστήρας θα ανάψει μέσω ρελέ. Για εύκολη ανάγνωση πληροφοριών και ρύθμιση του ενυδρείου, συνδέουμε την οθόνη LCD και τα κουμπιά σε αυτήν για να ορίσουμε τις τιμές του ενυδρείου. Θα εγκατασταθεί επίσης ένας συμπιεστής, ο οποίος θα λειτουργεί συνεχώς και θα σβήνει για 5 λεπτά όταν ενεργοποιείται ο τροφοδότης, έτσι ώστε τα τρόφιμα να μην απλώνονται πάνω από το ενυδρείο.

Παρήγγειλα όλα τα μέρη στο Aliexpress, εδώ είναι μια λίστα και σύνδεσμοι προς τα συστατικά:

Ροή στο ws2812 -

Ρολόι πραγματικού χρόνου Ds3231-

LCD1602 LCD -

Μονάδα ρελέ 4 καναλιών -

Αισθητήρας θερμοκρασίας DS18b20 -

Ενότητα σε IRF520 0-24v -

Κουμπιά -

Πλατφόρμα πλατφόρμας Mega2560 -

Servo -

Βήμα 3: Εγκατάσταση εξοπλισμού έργου

Τακτοποιούμε τα εξαρτήματα που μας βολεύουν και τα συνδέουμε σύμφωνα με το σχήμα, δείτε τις εικόνες.

Εγκαθιστούμε τον μικροελεγκτή ArduinoMega 2560 στην προηγουμένως συναρμολογημένη θήκη. Το Arduino Mega μπορεί να τροφοδοτηθεί από USB ή από εξωτερική πηγή ενέργειας - ο τύπος της πηγής επιλέγεται αυτόματα.

Η εξωτερική πηγή ισχύος (όχι USB) μπορεί να είναι προσαρμογέας AC / DC ή επαναφορτιζόμενη μπαταρία / μπαταρία. Το βύσμα του προσαρμογέα (διάμετρος - 2,1 mm, κεντρική επαφή - θετικό) πρέπει να εισαχθεί στον αντίστοιχο σύνδεσμο τροφοδοσίας στην πλακέτα. Σε περίπτωση ισχύος μπαταρίας / μπαταρίας, τα καλώδια του πρέπει να είναι συνδεδεμένα με τις ακίδες Gnd και Vin του συνδέσμου POWER. Η τάση της εξωτερικής τροφοδοσίας μπορεί να κυμαίνεται από 6 έως 20 V. Ωστόσο, η μείωση της τάσης τροφοδοσίας κάτω από 7V οδηγεί σε μείωση της τάσης στον πείρο 5V, η οποία μπορεί να προκαλέσει ασταθή λειτουργία της συσκευής. Η χρήση τάσης άνω των 12V μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση του ρυθμιστή τάσης και βλάβη στην πλακέτα. Με αυτό κατά νου, συνιστάται η χρήση τροφοδοσίας με τάση στην περιοχή από 7 έως 12V. Συνδέουμε την τροφοδοσία στον μικροελεγκτή χρησιμοποιώντας τροφοδοτικό 5V μέσω των ακίδων GND και 5V. Στη συνέχεια, εγκαθιστούμε το ρελέ για εξαερισμό, θερμοσίφωνα και συμπιεστή (Εικόνα 3.1), έχουν μόνο 3 επαφές, συνδέονται με το Arduino ως εξής: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. Η είσοδος του ρελέ είναι ανεστραμμένη, τόσο υψηλό επίπεδο στο In σβήνει το πηνίο και χαμηλό ενεργοποιείται.

Στη συνέχεια, τοποθετούμε την οθόνη LCD και τη μονάδα ρολογιού πραγματικού χρόνου, η σύνδεσή τους εμφανίζεται στο διάγραμμα.

Οι ακίδες SCL πρέπει να είναι συνδεδεμένες στην αναλογική υποδοχή 5 ακίδων. Οι καρφίτσες SDA συνδέονται με αναλογικές πρίζες 6 ακίδων. Η άνω ράγα του προκύπτοντος συγκροτήματος θα λειτουργήσει ως δίαυλος I2C και η κάτω ράγα θα είναι η ράγα ισχύος. Η μονάδα LCD και RTC συνδέονται με επαφές 5 volt. Μετά την ολοκλήρωση του τελευταίου βήματος, η τεχνική δομή θα είναι έτοιμη.

Για τη σύνδεση του σερβο, τραβήχτηκε ένα τρανζίστορ IRF520 για πιο ήσυχους σέρβο παλμούς, το σερβο συνδέθηκε μέσω ενός τρανζίστορ και το ίδιο το τρανζίστορ συνδέθηκε απευθείας με το Arduino

Για φωτισμό, λήφθηκε μια λωρίδα LED WS2812. Συνδέουμε τους ακροδέκτες + 5V και GND στο συν και μείον της τροφοδοσίας, αντίστοιχα, συνδέουμε το Din σε οποιαδήποτε ψηφιακή ακίδα του Arduino, από προεπιλογή θα είναι η 6η ψηφιακή ακίδα, αλλά οποιαδήποτε άλλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί (Εικόνα 3.6). Επίσης, είναι σκόπιμο να συνδέσετε τη γείωση του Arduino με τη γείωση του τροφοδοτικού. Είναι ανεπιθύμητο να χρησιμοποιείτε το Arduino ως πηγή ενέργειας, καθώς η έξοδος + 5V μπορεί να παρέχει μόνο 800mA ρεύματος. Αυτό είναι αρκετό για όχι περισσότερα από 13 εικονοστοιχεία της λωρίδας LED. Στην άλλη πλευρά της κασέτας υπάρχει μια έξοδος Do, συνδέεται με την επόμενη ταινία, επιτρέποντας στις ταινίες να καταρράκονται σαν μία. Το βύσμα τροφοδοσίας στο τέλος είναι επίσης διπλό.

Για να συνδέσετε ένα κανονικά ανοιχτό κουμπί τακτ στο Arduino, μπορείτε να κάνετε τον απλούστερο τρόπο: συνδέστε τον έναν ελεύθερο αγωγό του κουμπιού σε τροφοδοσία ή γείωση και τον άλλο σε ψηφιακή ακίδα

Βήμα 4: Ανάπτυξη προγράμματος ελέγχου για τον έλεγχο των κύριων παραμέτρων

Κατεβάστε το σκίτσο για το πρόγραμμα

Arduino χρησιμοποιώντας τις γλώσσες γραφικών FBD και LAD, που αποτελούν το πρότυπο στον τομέα του προγραμματισμού βιομηχανικών ελεγκτών.

Περιγραφή της γλώσσας FBD

Το FBD (Function Block Diagram) είναι μια γραφική γλώσσα προγραμματισμού του προτύπου IEC 61131-3. Το πρόγραμμα σχηματίζεται από μια λίστα κυκλωμάτων που εκτελούνται διαδοχικά από πάνω προς τα κάτω. Κατά τον προγραμματισμό, χρησιμοποιούνται σύνολα μπλοκ βιβλιοθήκης. Ένα μπλοκ (στοιχείο) είναι ένα υποπρόγραμμα, μπλοκ συναρτήσεων ή λειτουργιών (AND, OR, NOT, ενεργοποιητές, χρονοδιακόπτες, μετρητές, μπλοκ αναλογικής επεξεργασίας σήματος, μαθηματικές πράξεις κ.λπ.). Κάθε μεμονωμένη αλυσίδα είναι μια έκφραση που αποτελείται γραφικά από μεμονωμένα στοιχεία. Το επόμενο μπλοκ συνδέεται με την έξοδο του μπλοκ, σχηματίζοντας μια αλυσίδα. Μέσα στην αλυσίδα, τα μπλοκ εκτελούνται αυστηρά με τη σειρά της σύνδεσής τους. Το αποτέλεσμα του υπολογισμού του κυκλώματος γράφεται σε μια εσωτερική μεταβλητή ή τροφοδοτείται στην έξοδο του ελεγκτή.

Περιγραφή γλώσσας LAD

Το Ladder Diagram (LD, LAD, RKS) είναι μια λογική γλώσσα ρελέ (σκάλα). Η σύνταξη της γλώσσας είναι βολική για την αντικατάσταση λογικών κυκλωμάτων που κατασκευάζονται με τεχνολογία ρελέ. Η γλώσσα απευθύνεται σε μηχανικούς αυτοματισμού που εργάζονται σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Παρέχει μια διαισθητική διεπαφή για τη λογική του ελεγκτή, η οποία διευκολύνει όχι μόνο τις εργασίες προγραμματισμού και λειτουργίας, αλλά και γρήγορη αντιμετώπιση προβλημάτων στον εξοπλισμό που είναι συνδεδεμένος στον ελεγκτή. Το πρόγραμμα λογικής ρελέ έχει μια γραφική διεπαφή που είναι διαισθητική και διαισθητική για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς, που αντιπροσωπεύει τις λογικές λειτουργίες όπως ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με ανοιχτές και κλειστές επαφές. Η ροή ή η απουσία ρεύματος σε αυτό το κύκλωμα αντιστοιχεί στο αποτέλεσμα μιας λογικής λειτουργίας (αληθές - εάν ρεύμα ρέει · ψευδές - εάν δεν ρέει ρεύμα). Τα κύρια στοιχεία της γλώσσας είναι οι επαφές, οι οποίες μεταφορικά μπορούν να παρομοιαστούν με ένα ζεύγος επαφών ρελέ ή ένα κουμπί. Ένα ζεύγος επαφών ταυτίζεται με μια μεταβλητή boolean και η κατάσταση αυτού του ζεύγους ταυτίζεται με την τιμή της μεταβλητής. Γίνεται διάκριση μεταξύ κανονικά κλειστών και κανονικά ανοιχτών στοιχείων επαφής, τα οποία μπορούν να συγκριθούν με τα κανονικά κλειστά και κανονικά ανοιχτά κουμπιά σε ηλεκτρικά κυκλώματα.

Ένα έργο στο FLProg είναι ένα σύνολο σανίδων, σε καθένα από τα οποία συναρμολογείται μια πλήρης μονάδα του γενικού κυκλώματος. Για λόγους ευκολίας, κάθε πίνακας έχει ένα όνομα και σχόλια. Επίσης, κάθε πίνακας μπορεί να συρρικνωθεί (για εξοικονόμηση χώρου στην περιοχή εργασίας όταν ολοκληρωθούν οι εργασίες σε αυτό) και να επεκταθεί. Ένα κόκκινο LED στο όνομα της πλακέτας υποδεικνύει ότι υπάρχουν σφάλματα στο σχηματικό πίνακα.

Το κύκλωμα κάθε πλακέτας συναρμολογείται από λειτουργικά μπλοκ σύμφωνα με τη λογική του ελεγκτή. Τα περισσότερα μπλοκ λειτουργιών είναι διαμορφώσιμα, με τη βοήθεια των οποίων η λειτουργία τους μπορεί να προσαρμοστεί σύμφωνα με τις απαιτήσεις στη συγκεκριμένη περίπτωση.

Επίσης για κάθε λειτουργικό μπλοκ υπάρχει μια λεπτομερής περιγραφή, η οποία είναι διαθέσιμη ανά πάσα στιγμή και βοηθά στην κατανόηση της λειτουργίας και των ρυθμίσεών της.

Όταν εργάζεται με το πρόγραμμα, ο χρήστης δεν χρειάζεται εγγραφή κώδικα, έλεγχο της χρήσης εισόδων και εξόδων, έλεγχος της μοναδικότητας των ονομάτων και της συνέπειας των τύπων δεδομένων. Το πρόγραμμα παρακολουθεί όλα αυτά. Ελέγχει επίσης την ορθότητα ολόκληρου του έργου και υποδεικνύει την ύπαρξη σφαλμάτων.

Δημιουργήθηκαν αρκετά βοηθητικά εργαλεία για εργασία με εξωτερικές συσκευές. Αυτό είναι ένα εργαλείο για την προετοιμασία και τη ρύθμιση ενός ρολογιού σε πραγματικό χρόνο, εργαλεία για την ανάγνωση διευθύνσεων συσκευών σε διαύλους OneWire και I2C, καθώς και ένα εργαλείο για την ανάγνωση και αποθήκευση κωδικών κουμπιών σε τηλεχειριστήριο IR. Όλα τα συγκεκριμένα δεδομένα μπορούν να αποθηκευτούν ως αρχείο και αργότερα να χρησιμοποιηθούν στο πρόγραμμα.

Για την υλοποίηση του έργου, δημιουργήθηκε το ακόλουθο πρόγραμμα ενεργοποίησης σερβο για τον τροφοδότη και τον ελεγκτή.

Το πρώτο μπλοκ "MenuValue" ανακατευθύνει τις πληροφορίες στο μπλοκ μενού για την εμφάνιση πληροφοριών στην οθόνη LCD σχετικά με την κατάσταση της σερβομηχανής.

Στο μέλλον, η λογική λειτουργία "AND" σάς επιτρέπει να προχωρήσετε παραπέρα ή με τη μονάδα σύγκρισης "I1 == I2", δηλαδή, ο προκαθορισμένος αριθμός 8 θα είναι ο ίδιος με αυτόν της μονάδας ρολογιού πραγματικού χρόνου, και στη συνέχεια το σερβο είναι ενεργοποιημένο μέσω της σκανδάλης, με τον ίδιο τρόπο έγινε για να ενεργοποιήσετε το σερβο στις 20:00.

Για τη διευκόλυνση της αυτόματης ενεργοποίησης του σερβο μέσω ενός κουμπιού, η λειτουργία λογικής σκανδάλης ελήφθη και ο αριθμός κουμπιού 4 προοριζόταν για αυτήν, ή η έξοδος πληροφοριών σχετικά με την ηρεμία του σερβο στο μπλοκ μενού για την εμφάνιση πληροφοριών στο Οθόνη LCD.

Εάν εμφανιστεί ένα σήμα για να λειτουργήσει το σερβο, τότε πηγαίνει στο μπλοκ που ονομάζεται "Διακόπτης" και σε μια δεδομένη γωνία κάνει μια περιστροφή της μονάδας και πηγαίνει στο αρχικό στάδιο μέσω του μπλοκ "Επαναφορά".

Λίστα ενεργοποίησης σερβο.

Ο συμπιεστής είναι πάντα ενεργοποιημένος και συνδεδεμένος με το ρελέ, όταν ένα σήμα έρχεται μέσω του μπλοκ "Servo On", μετά πηγαίνει στο μπλοκ χρονοδιακόπτη "TOF" και απενεργοποιεί το ρελέ για 15 λεπτά και μεταδίδει πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του ρελέ στον κατάλογο.

Λίστα του θερμοστάτη.

Συνδέστε τον αισθητήρα θερμοκρασίας μέσω της βιβλιοθήκης