Войти на сайт Зарегистрироваться

КУПИТЬ
МЫ ПРИНИМАЕМ
ПОЧИТАТЬ
ИНФО


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

teplica1.JPG

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)

teplica2.JPG

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)

teplica3.JPG

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.

teplica4.JPG

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)

teplica5.JPG

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).

teplica6.JPG

Нагреватель подкладывается под лоток с землей и управляется блоком реле, поддерживая заданную температуру (что позволяет выращивать растения даже в прохладных подсобных помещениях

teplica7.JPG

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)

teplica8.JPG

Плотно прислоняем и приматываем скотчем наш датчик и датчик контрольного цифрового термометра к измеряемой поверхности рядом друг с другом

teplica9.JPG

И неплохо бы обратную сторону элемента Пельтье прислонить к теплоотводящему радиатору для отвода лишнего тепла или холода с его противоположной поверхности

teplica10.JPG

На картинке ниже красным обведен дополнительный постоянный резистор , включенный между выходом нашего датчика и напряжением +5 В от источника питания платы

teplica11.JPG

А вот так можно измерять низкие температуры без элемента Пельтье, используя аккумулятор холода из морозильника

teplica12.JPG

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.

teplica13.JPG

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
Ручное управление теплицей может производиться через управляющие окна (чек боксы) на второй сверху линейке программы, обведенной красным. Окна на ней отображаются по порядку следования цифровых портов вывода. Поставив галку в нужное окно Вы можете включить этот выходили убрав ее оттуда - выключить (например включая и выключая вентилятор в окне цифрового выхода 5)

teplica14.JPG

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).