Thiết kế hồ cá với điều khiển tự động các thông số cơ bản: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Ngày nay, mọi người chơi thủy sinh đều có thể sử dụng dịch vụ chăm sóc cá cảnh biển. Vấn đề mua lại một bể thủy sinh không khó. Nhưng để hỗ trợ cuộc sống đầy đủ của cư dân, bảo vệ khỏi các lỗi kỹ thuật, bảo trì và chăm sóc dễ dàng và nhanh chóng, cần phải tạo một bể cá dựa trên các nguyên tắc hỗ trợ cuộc sống tự trị. Các công nghệ hiện đại được cấp bằng sáng chế cho phép giữ cư dân dưới nước của biển và đại dương trong điều kiện nhân tạo - càng gần với môi trường sống tự nhiên của họ càng tốt. Hệ thống tự động hóa kiểm soát tất cả các quy trình và thiết bị hỗ trợ sự sống, mang lại hiệu quả chưa từng có và dễ dàng quản lý và bảo trì các tổ hợp bể cá và bể cá lớn, độ tin cậy cao và vận hành không gặp sự cố, nước chất lượng cao và kết quả là tuổi thọ lâu dài và khỏe mạnh của động vật biển. Có nhiều chức năng chung khác nhau để điều khiển và tự động hóa, chẳng hạn như: chuyển đổi ánh sáng tự động, mô phỏng điều kiện ánh sáng ban ngày, duy trì nhiệt độ cài đặt, duy trì môi trường sống tự nhiên tốt hơn và làm giàu oxy trong nước. Máy tính và phụ kiện hồ cá rất cần thiết để hỗ trợ tốt hơn cho cuộc sống bình thường của sinh vật biển. Ví dụ, trong trường hợp không có máy bơm khẩn cấp và trong trường hợp máy bơm chính bị hỏng, sau một vài giờ, động vật biển sẽ bắt đầu chết, do đó, nhờ tự động hóa, chúng ta có thể biết về việc xác định bất kỳ lỗi nào. hoặc sự cố. Để cấu hình các thông số được mô tả theo cách thủ công, bạn cần thực hiện rất nhiều thao tác, thực hiện kiểm tra và điều chỉnh Thiết bị. Thực hiện phân tích nước bằng tay đã là thế kỷ trước, ngày nay Thủy cung Biển, trong làn nước trong vắt, nơi các loài động vật biển, được phân biệt bởi màu sắc tươi sáng và hành vi năng động, sống, không cần chăm sóc đặc biệt

Bước 1: Làm nắp đậy cho bể cá

Làm nắp cho kích thước của bể cá, nắp được tạo ra từ thủy tinh hữu cơ, vì nó có các đặc tính phù hợp với nước và thiết bị điện tử.

Đầu tiên, chúng tôi đo bể cá của mình, và theo các kích thước này, chúng tôi tạo ra một cái nắp, đầu tiên chúng tôi cắt các thành của nắp, sau đó dán chúng bằng keo siêu dính và rắc chúng với soda lên trên để ổn định hơn. Ngay lập tức để thông gió trong tương lai và một khay nạp tự động, chúng tôi cắt một lỗ hình chữ nhật với kích thước 50mm x 50mm.

Bước 2: Phân tích cú pháp các thành phần

Để làm đầy, chúng tôi đã chọn bộ vi điều khiển đơn giản nhất và rẻ nhất Arduino Mega, nó sẽ đóng vai trò là bộ não của toàn bộ quá trình, sau đó một bộ truyền động servo sẽ được sử dụng cho bộ nạp tự động, lần lượt nó sẽ được cố định vào một hình trụ có lỗ, để chiếu sáng, chúng tôi sẽ lấy dải đèn LED lập trình và lập trình cho mặt trời mọc và lặn, khi bình minh, độ sáng sẽ tăng lên và vào lúc hoàng hôn, độ sáng sẽ giảm dần. Để làm nóng nước, bạn hãy lấy máy nước nóng hồ cá thông thường kết nối với rơ le sẽ nhận thông tin tắt mở máy, để đọc nhiệt độ, hãy lắp cảm biến nhiệt độ. Để làm mát nước, bạn hãy lấy một chiếc quạt và lắp vào nắp của bể cá, nếu nhiệt độ vượt quá nhiệt độ cài đặt, quạt sẽ bật thông qua một rơ le. Để dễ dàng đọc thông tin và thiết lập bể cá, chúng tôi kết nối màn hình LCD và các nút với nó để đặt các giá trị của bể cá. Một máy nén cũng sẽ được lắp đặt, sẽ hoạt động liên tục và sẽ tắt trong 5 phút khi bộ nạp được kích hoạt, để thức ăn không tràn ra bể cá.

Tôi đã đặt hàng tất cả các bộ phận trên Aliexpress, đây là danh sách và liên kết đến các bộ phận:

Nguồn cấp dữ liệu trên ws2812 -

Đồng hồ thời gian thực Ds3231-

LCD1602 LCD -

Mô-đun chuyển tiếp 4 kênh -

Cảm biến nhiệt độ DS18b20 -

Mô-đun trên IRF520 0-24v -

Các nút -

Bảng nền tảng Mega2560 -

Servo -

Bước 3: Lắp đặt thiết bị dự án

Chúng tôi sắp xếp các thành phần thuận tiện cho chúng tôi và kết nối chúng theo sơ đồ, xem hình ảnh.

Chúng tôi cài đặt vi điều khiển ArduinoMega 2560 vào hộp đã lắp ráp trước đó. Arduino Mega có thể được cấp nguồn từ USB hoặc từ nguồn điện bên ngoài - loại nguồn được chọn tự động.

Nguồn điện bên ngoài (không phải USB) có thể là bộ chuyển đổi AC / DC hoặc pin / pin có thể sạc lại. Phích cắm bộ chuyển đổi (đường kính - 2.1mm, tiếp điểm trung tâm - dương) phải được cắm vào đầu nối nguồn tương ứng trên bo mạch. Trong trường hợp nguồn pin / ắc quy, dây của nó phải được kết nối với chân Gnd và Vin của đầu nối POWER. Điện áp của nguồn điện bên ngoài có thể nằm trong khoảng từ 6 đến 20 V. Tuy nhiên, điện áp nguồn giảm xuống dưới 7V dẫn đến giảm điện áp ở chân 5V, có thể khiến thiết bị hoạt động không ổn định. Sử dụng điện áp quá 12V có thể dẫn đến quá nhiệt của bộ điều chỉnh điện áp và làm hỏng bo mạch. Với lưu ý này, bạn nên sử dụng nguồn điện có điện áp trong khoảng từ 7 đến 12V. Chúng tôi kết nối nguồn với vi điều khiển bằng nguồn điện 5V thông qua chân GND và chân 5V. Tiếp theo, chúng ta lắp rơ le cho hệ thống thông gió, máy nước nóng và máy nén (hình 3.1), chúng chỉ có 3 tiếp điểm, chúng được kết nối với Arduino như sau: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. Ngõ vào rơ le được đảo ngược, mức cao như vậy bật In sẽ tắt cuộn dây và bật mức thấp.

Tiếp theo, chúng tôi gắn màn hình LCD và mô-đun đồng hồ thời gian thực, kết nối của chúng được hiển thị trong sơ đồ.

Các chân SCL phải được kết nối với đầu nối 5 chân tương tự; Chân SDA kết nối với ổ cắm 6 chân analog. Đường ray trên cùng của cụm kết quả sẽ hoạt động như bus I2C và đường ray dưới cùng sẽ là ray trợ lực. Mô-đun LCD và RTC kết nối với các tiếp điểm 5 volt. Sau khi hoàn thành bước cuối cùng, cấu trúc kỹ thuật sẽ sẵn sàng.

Để kết nối servo, một bóng bán dẫn IRF520 đã được sử dụng để tạo xung servo êm hơn, servo được kết nối thông qua một bóng bán dẫn và bản thân bóng bán dẫn được kết nối trực tiếp với Arduino

Để chiếu sáng, một dải LED WS2812 đã được sử dụng. Chúng tôi kết nối các chân + 5V và GND với cộng và trừ của nguồn điện, tương ứng, chúng tôi kết nối Din với bất kỳ chân kỹ thuật số nào của Arduino, theo mặc định nó sẽ là chân kỹ thuật số thứ 6, nhưng bất kỳ chân nào khác cũng có thể được sử dụng (Hình 3.6). Ngoài ra, bạn nên kết nối đất của Arduino với mặt đất của nguồn điện. Không nên sử dụng Arduino làm nguồn điện vì đầu ra + 5V chỉ có thể cung cấp dòng điện 800mA. Điều này là đủ cho không quá 13 pixel của dải đèn LED. Ở phía bên kia của băng có một cửa thoát Do, nó kết nối với băng tiếp theo, cho phép các băng được xếp tầng như một. Đầu nối nguồn ở cuối cũng được nhân đôi.

Để kết nối nút tact thường mở với Arduino, bạn có thể làm theo cách đơn giản nhất: kết nối một dây dẫn miễn phí của nút với nguồn hoặc đất, dây còn lại với chân kỹ thuật số

Bước 4: Phát triển chương trình kiểm soát để kiểm soát các thông số chính

Tải xuống bản phác thảo cho chương trình

Arduino sử dụng ngôn ngữ đồ họa FBD và LAD, là tiêu chuẩn trong lĩnh vực lập trình bộ điều khiển công nghiệp.

Mô tả của ngôn ngữ FBD

FBD (Sơ đồ khối chức năng) là một ngôn ngữ lập trình đồ họa của tiêu chuẩn IEC 61131-3. Chương trình được hình thành từ một danh sách các mạch được thực hiện tuần tự từ trên xuống dưới. Khi lập trình, các tập hợp các khối thư viện được sử dụng. Một khối (phần tử) là một chương trình con, hàm hoặc khối chức năng (AND, OR, NOT, bộ kích hoạt, bộ định thời, bộ đếm, khối xử lý tín hiệu tương tự, các phép toán, v.v.). Mỗi chuỗi riêng lẻ là một biểu thức được cấu tạo bằng đồ thị từ các phần tử riêng lẻ. Khối tiếp theo được kết nối với đầu ra của khối, tạo thành một chuỗi. Trong chuỗi, các khối được thực thi nghiêm ngặt theo thứ tự kết nối của chúng. Kết quả của phép tính mạch được ghi vào một biến bên trong hoặc được đưa vào đầu ra của bộ điều khiển.

Mô tả ngôn ngữ LAD

Sơ đồ bậc thang (LD, LAD, RKS) là một ngôn ngữ logic chuyển tiếp (bậc thang). Cú pháp của ngôn ngữ thuận tiện cho việc thay thế các mạch logic được thực hiện trên công nghệ rơ le. Ngôn ngữ này được nhắm mục tiêu đến các kỹ sư tự động hóa làm việc trong các nhà máy công nghiệp. Cung cấp giao diện trực quan cho logic của bộ điều khiển, không chỉ hỗ trợ các tác vụ lập trình và vận hành chính nó, mà còn khắc phục sự cố nhanh chóng trong thiết bị được kết nối với bộ điều khiển. Chương trình logic rơ le có giao diện đồ họa trực quan và trực quan cho các kỹ sư điện, biểu diễn các hoạt động logic giống như một mạch điện có các tiếp điểm đóng và mở. Dòng chảy hoặc không có dòng điện trong mạch này tương ứng với kết quả của một hoạt động logic (đúng - nếu dòng điện chạy; sai - nếu không có dòng điện chạy). Các yếu tố chính của ngôn ngữ là các tiếp điểm, có thể được ví von một cách hình tượng như một cặp tiếp điểm chuyển tiếp hoặc một nút. Một cặp địa chỉ liên hệ được xác định bằng một biến boolean và trạng thái của cặp này được xác định bằng giá trị của biến. Người ta phân biệt được phần tử tiếp xúc thường đóng và thường mở, có thể so sánh với nút thường đóng và nút thường mở trong mạch điện.

Một dự án trong FLProg là một tập hợp các bảng, trên mỗi bảng có một mô-đun hoàn chỉnh của mạch chung được lắp ráp. Để thuận tiện, mỗi bảng đều có tên và nhận xét. Ngoài ra, mỗi bảng có thể được thu gọn (để tiết kiệm không gian trên khu vực làm việc khi công việc hoàn thành) và mở rộng. Một đèn LED màu đỏ trong tên bảng chỉ ra rằng có lỗi trong sơ đồ bảng.

Mạch của mỗi bảng được lắp ráp từ các khối chức năng phù hợp với logic của bộ điều khiển. Hầu hết các khối chức năng đều có thể định cấu hình, với sự trợ giúp của hoạt động của chúng có thể được tùy chỉnh phù hợp với các yêu cầu trong trường hợp cụ thể này.

Ngoài ra, đối với mỗi khối chức năng còn có một mô tả chi tiết, có sẵn bất cứ lúc nào và giúp hiểu hoạt động và cài đặt của nó.

Khi làm việc với chương trình, người dùng không cần viết mã, kiểm soát việc sử dụng các đầu vào và đầu ra, kiểm tra tính duy nhất của tên và tính nhất quán của các kiểu dữ liệu. Chương trình giám sát tất cả điều này. Cô ấy cũng kiểm tra tính đúng đắn của toàn bộ dự án và chỉ ra sự hiện diện của các lỗi.

Một số công cụ phụ trợ đã được tạo ra để làm việc với các thiết bị bên ngoài. Đây là một công cụ để khởi tạo và thiết lập đồng hồ thời gian thực, công cụ để đọc địa chỉ thiết bị trên các bus OneWire và I2C, cũng như công cụ để đọc và lưu mã nút trên điều khiển từ xa IR. Tất cả dữ liệu nhất định có thể được lưu dưới dạng tệp và sau này được sử dụng trong chương trình.

Để thực hiện dự án, chương trình khởi động servo sau đã được tạo cho bộ nạp và bộ điều khiển.

Khối đầu tiên “MenuValue” chuyển hướng thông tin đến khối menu để hiển thị thông tin trên màn hình LCD về trạng thái ổ đĩa servo.

Trong tương lai, phép toán logic "AND" cho phép bạn tiến xa hơn hoặc với đơn vị so sánh “I1 == I2”, tức là số đặt trước 8 sẽ giống như trên mô-đun đồng hồ thời gian thực, sau đó là servo được bật thông qua trình kích hoạt, theo cách tương tự đã được thực hiện để bật servo lúc 20:00.

Để thuận tiện cho việc tự bật servo thông qua một nút, chức năng logic kích hoạt đã được thực hiện và nút số 4 được sử dụng cho nó hoặc xuất thông tin về độ êm của servo tới khối menu để hiển thị thông tin trên Màn hình LCD.

Nếu một tín hiệu xuất hiện cho servo hoạt động, thì anh ta đi đến khối được gọi là "Công tắc" và ở một góc nhất định thực hiện một vòng quay của biến tần và đi đến giai đoạn ban đầu thông qua khối "Đặt lại".

Danh sách khởi động servo.

Máy nén luôn bật và kết nối với rơ le, khi có tín hiệu đi qua khối “Servo On”, nó sẽ đi đến khối hẹn giờ “TOF” và tắt rơ le trong 15 phút và truyền thông tin về trạng thái của rơ le. trong menu.

Danh sách bộ điều nhiệt.

Kết nối cảm biến nhiệt độ thông qua thư viện