Модель комнатной теплицы, управляемой компьютером
Ваше мнение об этом проекте будет полезно его автору. Приглашаем Вас присоединиться к его обсуждению на форуме.
Модель комнатной теплицы, управляемой компьютером
Авторы проекта:Кирилл Тузов (15 лет)
Дмитрий Харьковский (14 лет)
Цель данной работы; Подобрать все компоненты системы, собрать макет и разработать программу управления.
Обсуждение проекта
Итак;
Вот из чего это собрано
Управляет всей системой обычный компьютер (ноутбук, автомобильный или любой другой, совместимый с IBM PC).
В ходе наших работ мы собрали компьютер на материнской плате VIA EPIA с малым потреблением и питанием от источника с напряжением 12 В постоянного тока (но это отдельная история )))
Для передачи управляющих сигналов от компьютера к системам теплицы и получения информации от датчиков используется плата K8055 компании Velleman (здесь она описана подробнее)
она имеет 5 цифровыхвхода, 2 аналоговых входа, 8 цифровых выходов и 2 аналоговых выхода. Подключается к компьютеру через интерфейс USB. Для наших целей вполне подходит.
Для управления внешними устройствами (вентиляитором, увлажнителем, нагревателем и т.д.) используется блок реле NK150 (Мастер Кит), управляющие входы которого подключаются к плате интерфейса (K8055)
Температуру воздуха в теплице измеряет резистивный датчик. Мы нашли у себя какой-то датчик из одного набора Мастер Кит с неизвестными нам характеристиками и провели его калибровку (об этом чуть ниже). Датчик крепится изнутри к стенке теплицы.
Вентилятор проветривает внутренний объем теплицы через специальные отверстия. Это нужно для доступа свежего воздуха, охлаждения и снижения избыточной влажности воздуха (для чего также устанавливается датчик влажности, который можно найти в недорогой китайской цифровой метеостанции)
Подсветка включается при недостаточном внешнем освещении - в нашей теплице это светодиодная полоска (причем в полоске светодиоды трех цветов чтобы имитировать реальный солнечный свет в разное время суток (это, конечно необязательно, вполне достаточно белых светодиодов, просто такая полоска была под руками).
Нагреватель подкладывается под лоток с землей и управляется блоком реле, поддерживая заданную температуру (что позволяет выращивать растения даже в прохладных подсобных помещениях
Итак - калибровка датчика температуры.
Ниже показан собранный для этого стенд, состоящий из
- компьютера (он считывает и показывает на экране измеренные значения сопротивления датчика при разных температурах)
- Интерфейсной платы K8055 (преобразует сопротивление датчика в цифровой код и посылает это значение в компьютер)
- Датчика температуры, подключенного к интерфейсной плате (через дополнительный постоянный резистор сопротивленией 4,7 Ком выход датчика дополнительно подключен к источнику напряжения +5В для того, чтобы датчик работал как одно плечо делителя напряжения, значение которого и измеряется
- Цифровой термометр с внешним датчиком - в качестве контрольного прибора, показывающего точную температуру измеряемого тела
- Само измеряемое тело, в качестве которого мы использовали элемент Пельтье (при подаче на него напряжения в зависимости от величины и полярности напряжения его поверхность либо охлаждается либо нагревается до разных температур. При отсутствии элемента Пельтье можно использовать, например нагретый чайник и пластиковый аккумулятор холода из морозильника (см. ниже)
- Источник питания с возможностью изменять выходное напряжение - для питания элемента Пельтье (макс. напряжение 15 В)
Плотно прислоняем и приматываем скотчем наш датчик и датчик контрольного цифрового термометра к измеряемой поверхности рядом друг с другом
И неплохо бы обратную сторону элемента Пельтье прислонить к теплоотводящему радиатору для отвода лишнего тепла или холода с его противоположной поверхности
На картинке ниже красным обведен дополнительный постоянный резистор , включенный между выходом нашего датчика и напряжением +5 В от источника питания платы
А вот так можно измерять низкие температуры без элемента Пельтье, используя аккумулятор холода из морозильника
После сборки стенда, его включения и запуска программы управления (демонстрационная программа прилагается к набору платы K8055) видим на экране вертикальную линейку аналогового входа (мы подключились ко входу 2 с синим столбиком, показывающим текущее значение напряжения на входе, к которому подключен датчик. При изменении температуры высота этого столбика изменяется пропорционально изменению температуры датчика.
Процесс калибровки выглядит так:
Нагреваем рабочее тело (элемент Пельтье или, к примеру воду в чайнике до максимально возможного в теплице - например 60 градусов Цельсия).
Проверяем показания цифрового термометра и записываем то значение, которое показывает наша программа (Цифпы под синим столбиком). Цифры на экране программы отображают не входное напряжение, а некое относительное число, изменяющееся в пределах от 0 до 255 при изменении входного напряжения от 0 до 5 В. Да нам и достаточно записывать это относительное число.
Составляем таблицу значений, в левой колонке которой записываем текущую температуру, в правой - цифры из программы.
Уменьшаем температуру (снижаем напряжение на элементе Пельтье или ждем пока чайник будет остывать) и снова записываем показания и так до комнатной температуры. После чего либо меняем полярность включения элемента Пельтье либо безем охлажденный аккумулятор холода (или просто кусок льда) из морозилки и продолжаем измерения для низких температур.
В результате двух - трех повторов этой процедуры мы получим таблицу значений, которую будем использовать в нашей управляющей программе.
Похожим образом можно откалибровать и датчик влажности.
После чего собираем всю конструкцию.
- Датчик влаги подключаем к аналоговому входу 1
- Датчик температуры -к аналоговому входу 1
- Красные светодиоды подсветки - к цифровому выходу 1
- зеленые - к цифровому выходу 2
- синие - к цифровому выходу 3
- нагреватель через реле к цифровому выходу 4
- вентилятор через реле к цифровому выходу 5
- увлажнитель через реле к цифровому выходу 6
На этом этапе наш макет собран и готов для разработки и отладки программы управления.
Но об этом - в следующей части (если это будет интересно посетителям ЛАБОРАТОРИИ).