Мне хотелось бы представить очередной пример использования Arduino в реальных задачах. Тут я представлю максимально простой, но реально работающий проект регулировки отопления дома с помощью электрокотла на базе Arduino. Я очень надеюсь, что эта статья поможет кому-то отбросить страхи и попробовать самостоятельно применить свои руки по назначению, это очень здорово тренирует руки, мозги и даёт редкое чувство удовлетворения созданием чего-то интересного. Начав работать с этим контроллером, я до сих пор нахожусь в некотором замешательстве от возможностей, открывающихся при его использовании.
История
Почему, собственно, Arduino? Простота, доступность, масса документации и библиотек. Как, наверное, многие, я долго присматривался к Arduino, с детства люблю всякие батарейки и моторчики, а тут новый уровень, полноценный язык программирования и куча возможностей ввода-вывода. Когда его начали выпускать наши “наиболее вероятные экономические партнёры”, цены на него упали до приемлемого уровня. В результате купил старт кит и, вдоволь наморгавшись светодиодами и индикаторами, поимел желание применить его где-то по хозяйству.
Что отапливаем
У меня бабушка живёт в деревенском доме под Москвой, там нет ни нормального водоснабжения, ни газа, ни отопления, а решение всех этих задач требует больших капиталовложений либо приложения рук. Вот тут и виделось место, где можно полноценно использовать arduino, есть где развернуться. Самый большой плюс деревенского дома в том, что он традиционно не большой и очень простой. Так и мой - типичный дом крестьянской семьи середины 20-го века, представляет из себя бревенчатый сруб с одной большой комнатой и кухней. Других отапливаемых помещений нет, что для нас плюс, достаточно поддерживать и контролировать температуру в единственной комнате.Отопление
Оборудование для отопления. Традиционно в доме было печное отопление. Одна “немецкая” печь в комнате (греет за счёт длинной извилистой трубы), вторая “русская” на кухне (греет за счёт больших размеров самой топки). Если кто-то витает в киношных представлениях, что печь это классно и к тому же натурально и романтично, то беру на себя смелость предположить, что эти люди никогда не жили в доме с печным отоплением. На самом деле, это не очень комфортно, неудобно и пожароопасно. Поэтому лет 5 назад был заказан и осуществлён проект по разводке простейшего двухтрубного отопления с газовым котлом. Питать котёл предполагалось из газовых баллонов.Впоследствии решено было систему модернизировать, добавить насос для принудительной рециркуляции теплоносителя и небольшой 2-киловаттный электрокотёл, чтобы не мучиться с разжиганием газа, когда ещё не очень холодно. Вся автоматизация сводилась к наличию большого рубильника на стене, когда становилось холодновато, его включали, а когда жарковато - выключали. Двух киловатт хватало где-то до температуры 0°C, дальше приходилось зажигать газ или печь, что было крайне неудобно.
Экономическая целесообразность
Перед тем как что-либо менять, естественно, было решено посчитать, имеет ли вообще вся эта задумка смысл. Просчитав по опыту расход газа из баллонов, прикинув ожидаемый расход дизтоплива, я пришёл к выводу, что в таких типах отопления нет никакого смысла при наличии достаточного количества электроэнергии. По цене баллоны выходили где то 6-7 тыс в месяц, дизтопливо, если покупать что-то палёное или летнее зимой, можно наэкономить до расхода 5 тысяч в месяц, при этом на чистой электроэнергии получалось 7 тыс. Прибавим сюда стоимость котла, постоянные таскания баллонов и запах от саляры, и станет ясно, что электричество куда проще и вовсе не дороже. Ещё, конечно, есть модные в последнее время пеллетные горелки, но они мне не подходили, так как они не умеют зажигаться сами и потому имеют минимальную мощность, при том совсем не малую (порядка 5кВт), которую 90% времени просто некуда девать, и требуют хотя бы 2 раза в неделю засыпать топливо, что иногда делать некому. Да и стоимость самих котлов на порядок больше предыдущих вариантов, поэтому они подходят для больших домов, где нужна большая мощность и большие затраты, а не в моём случае.Heavy hardware
Попытался прикинуть требуемую мощность исходя из расхода газа и других прикидок, получилось, что надо 4-5 кВт, с запасом 6. Обзор рынка показал, что существует модель электрокотла, аналогичная уже установленному, но с 3-мя нагревательными элементами по 2 кВт каждый. При том продавалась она без управления, что мне было даже удобнее и дешевле. Вообще, сам котёл это крайне простая конструкция, металлический цилиндр с входной и выходной трубами, сверху притянутая болтами крышка, в которой закреплены ТЭНы. Дополнительно в корпус врезаны 2 датчика, резистивный датчик температуры и датчик, замыкающийся при перегреве, оба от системы охлаждения авто. Теперь встал вопрос о электроэнергии. Моя ситуация упрощалась тем, что рядом с домом находится мастерская, к которой подведены 3 фазы (в народе - 380). Естественно, возник соблазн питать каждый ТЭН от своей фазы, поэтому был куплен и проложен в котельную специализированный 4-жильный кабель в металлической оплётке для подземной укладки. Кабель введён в щиток с последовательно включенными УЗО и блоком из 3-х автоматов по 10А. Далее кабель шёл уже непосредственно в щиток с arduino и уже оттуда к элетрокотлу.
Light hardware
Понятно, что управлять ТЭНами будем с arduino, вопрос - как? Придерживаясь принципа - чем проще, тем надежнее, будем их просто включать или выключать с помощью реле безо всяких переходных вариантов. Облазив алиэкспресс, нашёл блок реле для ардуино, который может управлять сразу 5-ю силовыми линиями. Одна беда, максимальный ток, который эти реле могут выдерживать - 10А, а у меня получается 2кВт / 220В ~ 9А. То есть практически максимум, а желательно иметь запас хотя бы 25%. Однако решил рискнуть. Реле честно продержались почти неделю, затем просто начали плавиться. Надо было что-то решать и быстро, ибо была зима и останавливать отопление было нельзя. Потому были прикуплены 30А реле, правда, с обмотками на 12В. Поэтому быстренько припаял к каждому реле по транзистору, чтобы включать их от 5В ардуино.Схема неплохо работала почти месяц, а потом я заметил, что дома как-то слишком жарко. Проверка показала, что одно реле “запало” в включенном положении. Постучал по нему - заработало опять, но хватило на несколько дней. Поменял его в надежде, что это брак, но уже через неделю то же самое случилось со 2-м реле. Поставив последнее запасное, отправился опять на али. Там были обнаружены специализированные реле для ардуино на 40А! Этих-то должно хватить наверняка, подумал я. Пара-тройка недель ожидания, и вот опять выкидываю транзисторы и ставлю новые реле с уже готовой обвязкой и индикацией. Радость была недолгой, недели через 2-3 опять залипшее реле. Начал изучать вопрос, оказывается, чтобы уменьшить нагрузку на реле и убрать искрение контактов, реле надо включать не как попало, а в момент, когда синусоида напряжения проходит через 0. Ну, в теории это можно сделать с помощью нашего же ардуино, только на подключить через делить все три фазы и смотреть напряжение. Проблема ещё и в том, что реле имеет некоторое время реагирования и, собственно, нам ещё надо его установить опытным путём. В общем, задачка не такая простая.
И тут я наталкиваюсь на так называемые Solid State Relay, проще говоря - электросхемка, собранная на мощном тиристоре, в корпусе, похожем на обычное реле. Из его плюсов - нет механики, ничего не залипнет. Не создаёт мощных ЭМ-помех, что важно для ethernet’a, о котором ниже. Они уже содержат схему, которая включает и отключает реле при проходе нуля. На реле есть индикатор включения. Ну и ещё они беззвучные, хотя для нашего случае это не так и актуально. После изучения инструкций и характеристик были заказаны SSR-40DA, что по-русски означает - твёрдотельное реле с постоянным управляющим током 3-5В и током нагрузки до 40А. Заодно решил немного отойти от принципа «проще-лучше» и сделать ещё контроль тока в ТЭНах. Это позволило бы узнать о перегоревшем ТЭНе/реле или отключении питания на одной из фаз. Добавил в заказ модуль контроля тока на 20А, хотя выглядели они хлипковато для такого тока (2.5 квадрата кабель даже не лез в их зажим). Когда реле и модули измерения тока пришли, оказалось, что реле достаточно громоздкие, поэтому было решено перенести всё, что связано с высоковольтной частью в новый ящик, а ардуино оставить в старом.
После первых экспериментов оказалось, что я совершенно забыл, что эти реле, так как собраны на тиристорах, довольно сильно греются. Через сутки работы реле нагревались так, что я не мог терпеть, держа на них палец, то есть градусов 60C, а это уже близко к критическим 80C. Опять полез на али, прикидывая, какие радиаторы приспособить, и тут узнал, что для этих SSR есть штатные радиаторы! На момент установки радиаторов также обнаружил, что один модуль контроля тока сам ток больше не пропускает, а со стороны платы видна подгорелая дорожка. Ещё один модуль также не вызывал уверенности, решил снять их все. В таком виде они всё же слабоваты и опасны, а толку от них не так и много. Проблему отключения фаз или ТЭНов пока отложил как не очень актуальную, за 3 года ни первого, ни второго не случалось не разу.
Теперь о ПО
Arduino
Сразу же в примерах был найден кусок, который позволял управлять средней мощностью, имея двоичное управление - вкл и выкл. Смысл простой, берём некое окно времени, скажем, 1 минута, и в цикле включаем либо выключаем нагрузку в зависимости от пройденного времени. То есть, если нам надо 50% мощности, то включаем нагрузку в первые 30 сек и выключаем в последние 30, затем цикл повторяется. Быстренько переделал это под 3 независимых реле, если мощность больше 33%, то включаю второе реле, если больше 66% - то третье, а первое включаю и выключаю по основному алгоритму. Теперь встаёт главный вопрос, а по какому алгоритму подбирать мощность? Будучи программистом по профессии сначала решил, что задачка довольно простая, холодно - добавляй, тепло - отбавляй, и попытался прикинуть всё это в уме.Оказалось, не так и просто. Полез смотреть, как это делают в продаваемых системах, оказалось, там всё либо максимально просто, как в утюге - +1C = выкл, -1 = вкл. Но тогда мы получаем почти 4C колебаний из-за инертности системы! Это слишком грубо, ибо мы можем получать данные с точностью до десятой доли градуса. Также посмотрел алгоритмы работы с использованием температуры уличного воздуха, они оказались достаточно простые и работали на готовых таблицах, которые были заранее зашиты и просто менялись в зависимости от теплопотерь дома. Копая глубже и глубже, я докопался до промышленных установок, в них повсеместно использовали алгоритмы PID-регуляторов. И, о слава популярности, оказывается, у Arduino есть бесплатная PID-библиотека!
Пару слов о том, что такое PID применительно к нашему случаю. Смысл алгоритма в том, что мы сообщаем ему требуемое значение некоторого параметра (температура внутри дома) и в цикле передаём текущее значение, а он выдаёт нам необходимое воздействие (мощность, которую надо подать на котёл). Не вдаваясь в подробности математической модели, как же он работает с точки зрения программиста. Итак, мы имеем температуру в комнате, пусть 20C, желательную температуру 22С, и даём их нашему PID-алгоритму.
Сам алгоритм имеет 3 независимые части, по имени P, I и D. Первая часть работает крайне просто, смотрит на разницу между желательной температурой и текущей температурами. То есть чем холоднее, тем большую мощность нам даст алгоритм. Вроде бы, этого и достаточно, но ведь у нас есть постоянные теплопотери дома, то есть, чтобы держать нужную температуру, нам надо постоянно давать какую-то мощность. То есть даже если температура в комнате равна заданной, нельзя отключать котёл, а надо как-то искать какую-то мощность, равную теплопотерям. А теплопотери меняются в зависимости от температуры на улице. Вот этим и занимается вторая часть под именем I. Алгоритм пытается подобрать мощность, при которой наша температура будет постоянной. И вроде тут-то уже точно всё, но нет.
Дело в том, что сам котёл, теплоноситель, а тем более дом имеют очень большую инертность. И если вы врубили котёл на 100%, то снижать мощность нужно куда раньше, чем температура достигнет желательной, иначе даже при полном отключении мы всё равно успеем перегреть комнату градуса на 2. То же самое при понижении температуры, добавлять мощность надо ещё до того, как температура дошла до нужной. Вот этим и занимается третья часть алгоритма D. Ну теперь, конечно, всё, осталось только понять, какой части давать какой вес, а вот этим занимаются множители каждой части, которые и надо подбирать. Кстати, подбор этих множителей - отдельная и довольно сложная математическая задача, я подбирал их “на глаз”, вспоминая сказанное выше. Сначала ставил все нули, кроме P, и подбирал его так, чтобы не началось само возбуждение. Потом добавлял I, а в конце и D.
Меряем температуру
Для измерения температуры всё на том же волшебном сайте были заказаны цифровые датчики температуры на базе DS18B20. Датчик сам по себе просто замечательный, его не надо ни калибровать, ни как-то настраивать, при этом он может мерить температуру с заданной точностью, а общается с Arduino по протоколу OneWier. То есть на 3 провода длиной до 50 метров можно вешать практически неограниченное число датчиков. При желании их можно даже не питать, а работать только по 2-м проводам (на самом деле, они питаются, но от провода с сигналом), но работают медленнее. В моём случае датчики я заказал в герметичном корпусе, а соединял обычной витой парой. Я поставил 3 датчика, один в котельной, один в доме, в комнате, и один на чердаке под потолком, чердак никак не отапливается и там я получаю температуру на улице.
Список закупленного железа
- Плата arduino. Я использовал UNO r3. Цена около 350 р.- Ethernet Shield, около 500 р.
- Витая пара (смотря сколько надо), бухта в 305м обойдётся около 4 тыс.
- Датчики температуры, около 200 р.
- Блок питания на 110-240 - 12В 2А, 420 р.
- Стабилизатор LM7805, где-то 20 р.
- Реле SSR-40DA 3 шт. по 330 р.
- Радиаторы для реле по 200 р.
То есть, не считая витой пары и самого котла, весь проект укладывается в 4 тысячи рублей.
Складываем данные в базу и показываем.
Но всё это, конечно, хорошо, но не стоять же постоянно с компьютером рядом с котлом, всё же хотелось бы знать о том, что происходит дома, удалённо через инет. У меня давно уже был самый простенький VPS сервер от majordomo для чего попало. На нём создал базу данных на MySQL для хранения данных о температуре.
Теперь нам надо как-то положить данные из arduino в эту базу. Для этого, естественно, понадобится как минимум связать arduino с интернетом, это не просто, а очень просто. Для этого нам и понадобится Ethernet Shield и его библиотека. В доме давно уже установлен простенький роутер со “свистком” сначала от megafon, а потом от yota. Тянем стандартную витую пару к роутеру и добавляем в программу передачу данных. Передача идёт через вызов странички на PHP с параметрами - данными. Создаём страничку с именем temp.php на нашем инет-сервере
Data upload error!
";} else {echo "";} mysql_close($connect); ?>После этого мы имеем данные о температурах и мощности работы котла, чтобы каждый раз не лазить в базу, а посмотреть последние данные, написал “временный” скриптик на php, но, как известно, нет ничего более постоянного, чем временные вещи, так им и пользуюсь.
gettemp.php
\n"; while ($line = mysql_fetch_array($result, MYSQL_NUM)) { echo "
Что хочется добавить в будущем
Конечно, это, в принципе, минимум, который однако позволяет сделать полноценное и достаточно удобное управление отоплением в небольшом доме. Хотя с некоторыми переделками его можно использовать и в многокомнатных и вообще строениях любой сложности, arduino может тут очень многое, если не всё. Именно в этом проекте хотелось бы добавить в будущем:- регулятор температуры. Хотя практика показала, что 22.5 это вполне оптимальное значение и в принципе не требует корректировки. Опять же, регулятор хотелось бы сделать удалённо от основного arduino, но для этого надо либо сложную схему, либо ещё один arduino. В общем, есть о чём подумать.
- Хотелось бы возможность не только читать температуру, но и менять параметры PID на лету. Возможно, сделать отдельно режим “первоначального прогрева”, а то параметр I долго нормализуется после каждого перезапуска программы.
- Хочется простенькое приложение под android, чтобы на телефоне не тыкать в мелкий браузер. Это самое простое и уже в процессе.
- Всё же подключить датчик температуры теплоносителя и передавать его данные, как и другие данные температуры.
- Сигнализация аварийных случаев. То есть автоматически определять потерю напряжения на линиях, отказ реле или ТЭНов.
- Сделать “карусель”, менять местами назначения ТЭНов. Иначе получается, что один ТЭН работает всегда больше других, и он в теории должен отказать первым. Надо просто время от времени менять PIN’ы в программке. Вроде просто, но никак не дойдут руки добавить.
#include
Автоматика для пивоварни на arduino
Всем доброго дня, сегодня тема будет просвещенна любителям настоящего ПИВА, а именно я хочу Вам рассказать как можно самому сделать неплохую автоматику для пивоварни, как сделать саму пивоварню, смотрите ссылочку под видео, как просто сделал я.Вот готовая автоматика которую я сделал на заказ, кому будет интересно как ее сделать самому, читайте статью до конца, я постараюсь наглядно Вам все показать и рассказать, если кто-то захочет заказать готовую, пишите в комментариях.
Подробно как выставлять параметры рецепта, а также как производить варку на данной автоматике, я расскажу и покажу в конце этой статьи.
Необходимые компоненты для сборки
Сейчас поговорим о том какие компоненты для сборки автоматики нам понадобятся:
- Корпус, я использовал пластиковый «КОРПУС Z3» светло-серый с размером: длина 110 мм, ширина 150 мм, высота 70 мм, заказывал с отверстиями для вентиляции. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!
Для оформления передней и задней панели, нам понадобится: скотч, малярный двух сторонний скотч, фото бумага. Бесплатная программа Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! (программа предназначена для рисования лицевых панелей корпусов), Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!
magtop.biz- Разъемы GX12-4 две штуки и GX20-4 также два. Один GX12-4 для подключения температурного датчика, второй для подключения насоса. Разъем GX12-4 один для подключения сети 220в, второй для подключения ТЭНА. Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок!
- Выключатель, можно взять любой, но можно по меньше.
Два светодиода, для индикации включения насоса и тэна.
- Вентилятор с решеткой для обдува и охлаждения твердотельного реле, я использовал 50х50х10мм Yoc 50 мм x 50 мм x 10 мм DC 12 В 0.1A 2Pin, и четыре болтика с гайкой на 3мм.
- Сердцем нашей автоматики является Arduino MEGA 2560 R3 с 3.2 TFT – дисплеем touch, а также шилд, переходная плата между Arduino и дисплеем. Лучше купить сразу нужный комплект в сборе, который заточен под мою прошивку, в ином случае просто запустить автоматику может не получится, это касается самого монитора. КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
Блок питания, я использовал на 9в 0,5А, более мощный блок питания нет смысла использовать, та и цена будет дороже. КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
- Твердотельное реле с радиатором, SSR 40A 3-32 В DC/90-480, будьте внимательны при покупке, цепь на управление нужно чтобы была от 3-32В, а то есть варианты с более высоким напряжением для цепей управления. КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
Модуль реле 5в на управление и 250в для силовой коммутации.КУПИТЬ МОЖНО ТУТ РЕЛЕ 5V
Часы реального времени, советую использовать DS3231 AT24C32 IIC КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
Пассивный зуммер модуль.КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
Датчик ds18b20, лучше использовать с кабелем и колбой из нержавейки.КУПИТЬ МОЖНО ТУТ
- Также дополнительно понадобится термоклей, двухсторонний скотч 3М, монтажный провод, кабель, вилка, припой. Ну наверное и все что нам будет нужно, ну и конечно немного терпения.
Подготовка корпуса
Начнем с корпуса, необходимо напечатать на принтере лицевую и заднюю этикетку нашего блока автоматики, готовый чертеж можно Ссылки могут видеть только зарегистрированные пользователи. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь для просмотра ссылок! .Распечатать можно сразу на простой бумаге, для отметки центров окружности бедующих отверстий нашей панели. После того как все отверстия перенесены на панель, придется немного постараться и все аккуратно вырезать, я с этим справился очень быстро используя мини дрель Dremel с насадками.
После того как Мы просверлим и обработаем все отверстия, приступим к печати лицевой и задней панели на фото бумаге. Далее вырезаем нашу панельку, оклеиваем двухсторонним скотчем, на задней части, и оклеиваем лицевую сторону простым скотчем, по желания можно использовать ламинатор, после приклеиваем к панельке корпуса.
Монтируем все разъемы на панель, выключатель, диоды, GX разъемы и вентилятор. Пол дела сделано.
Программирование контроллера
Следующим делом будем программировать наши плату ардуино. Вот здесь можете скачать все что вам понадобится, а именно программа 1.0.6, более ранние версии могут не принять скетч. В том же файле найдете все необходимые библиотеки. Как это делается, кто не знает я сейчас расскажу.Устанавливаем программу 1.0.6, находим папку Libreris, и меняем ее на ту что скачали с программой.
В программе 1.0.6 устанавливаем контроллер мега, и ком порт к которому она подключена, запускаем скачанную прошивку, и заливаем в контроллер.
После загрузки на экране появится кнопка ПУСК, жмем и наслаждаемся, наш контроллер готов к работе, осталось подключить оставшиеся модули, и в перед готовить пиво.
Подключение модулей
Первое с чего я начинал, это сборку передней панели, вставляем плату контроллера в сборе в переднюю панель, возле выключателя приклеиваю блок питания, один провод ‘’-» подпаиваю к ‘’-» ардуино, второй ‘’+» через выключатель к ‘’+» ардуино, сетевые провода блока питания подключаем к сетевому разъему или кабелю. На задней плате ардуино на термоклей приклеиваю часы реального времени, зуммер.На двухсторонний скотч клею управляющее реле насоса, для изоляции силовой части. Впаиваем подтягивающий резистор на 4,7 кОм от +5в до 12 пина. Припаиваем провода вентилятора к блоку питания, через выключатель. Крепить твердотельное реле к корпусу, так чтобы обеспечить хороший обдув ребер радиатора реле.
И так наша автоматика готова к работе.
Настройка рецепта
(Важно перед включением проверьте, чтобы ТЭН, НАСОС, датчик температуры были подключены – на силовых разъемах имеется высокое напряжение)Подключаем питание, включаем тумблер.
На экране отобразится надпись «ГОТОВИМ ПИВО» и «ПУСК», прозвучит звуковой сигнал.
Режим затирание
Жмем кнопку «ПУСК», переходим в меню «ЗАТИРАНИЕ», в первой графе выбираем необходимую пауз, выставляем согласно рецепта, температуру и время. Самая нижняя строка, «МЕШАУТ», по умолчанию стоит 78 градусов и время «0», при необходимости меняем значения, если оставить время «0» функция «МЕШАУТ» не задействуется.Режим кипячение
Жмем «ДАЛЕЕ». Переходим в режим «КИПЯЧЕНИЕ» в первой строке кипячение, задаем нужный параметр согласно рецепта.В второй строке «ВИРПУЛ» устанавливаем только температуру при охлаждении сусла (25-30 градусов)
Ниже строки внесения хмеля, задаем по рецепту. ГЛАВНОЕ при варке в установленное время внесения хмеля будет звучать сигнал, не пропустите.
Начало варки.
На экране видим действительную температуру воды, и кнопку «СТАРТ», жмем «СТАРТ», насос начнет прокачку с паузами, для удаления пузырьков воздуха из системы прокачки, после чего включится в работу, если температура воды для внесения солода мала, включится тэн.После набора температуры, до заданной, для внесения солода, прозвучит звуковой сигнал, отключится насос и тэн. После чего производим засып солода, и жмем «СТАРТ».
Далее автоматика произведет все температурные паузы, согласно установленного рецепта. По завершению режима затирания прозвучит звуковой сигнал, насос и тэн отключится. Удаляем дробину и переходим в режим кипячения.
Кипячение
На автоматике жмем «СТАРТ», пойдет набор температуры (по умолчанию установлено 96 градусов, при этой температуре сусло активно кипит), в случае если Вам нужно снизить активность кипения, делаем это с помощью стрелок PID регулятора вверх или в низ (уменьшаем или увеличиваем мощность тэна). Сигнал о внесении хмеля прозвучит согласно установленного рецепта.Вирпул
После окончания варки, автоматика перейдет в режим «ВИРПУЛ», охлаждаем сусло, на экране видим реальную температуру сусла.ПОДРОБНЕЕ В ВИДЕО
Автоматизация в современном обществе – необходимая мера, ведь в цифровой век крайне важно исключить человеческий фактор в различных производствах, чтобы стандартизировать и улучшить качество продукции. Существуют и сферы, где человеку просто не подвластно делать то, на что способны роботы, например, производство нано-материалов и микроплат.
Однако не только на производстве помогает автоматизация, но и обывателю она бывает полезна. Например, автоматика для пивоварни на ардуино позволяет значительно облегчить процесс производства продукта. Давайте же разберёмся, как автоматика для ректификации на ардуино и прочих вещей может помочь, и рассмотрим примеры.
Основные преимущества автоматизированных систем на основе микроконтроллера Arduino
Никто вам не запрещает спаять собственную плату и самому же её запрограммировать с помощью низкоуровневых языков. Однако автоматика на ардуино и готовых микроконтроллерах значительно облегчит весь процесс и сэкономит время. Ведь куда проще купить уже готовый продукт с набором библиотек и приспособить его под свои задачи. А доступная автоматика на ардуино мега 2560 может пригодиться во многих сферах жизни, от голосовых выключателей для умного дома и до электрических щеколд с детектором движения. Главные преимущества, которыми славится именно автоматика ардуино, это:
- Низкий порог вхождения. Нет необходимости получать образование инженера, достаточно просмотреть пару обучающих видео и иметь базу в программировании.
- Большое количество уже заготовленных библиотек. Ардуино применяется на просторах СНГ многими любителями робототехники, вплоть до того, что производство различной электроники становится их хобби. Соответственно, и в сети пользовательское сообщество крайне активно, размещает большое количество заготовок и готово вам помочь в решении любых проблем. Качество библиотек, из-за низкого порога вхождения, страдает, но никто не запрещает создать свою собственную, достаточно изучить семантику языка С++ или использовать уже готовые трансляторы.
- Большое количество периферии. Неважно, необходима вам автоматизация теплицы на ардуино или датчик освещённости, вы найдёте любые модули, вплоть до датчиков звука и распознавателей голоса. Да, часть плат стоит немалых денег, но всегда можно найти дешёвые аналоги, например, модуль wi-fi от сторонних производителей esp8269, стоящий в 10 раз дешевле официального.
- Большое количество информации. Любая проблема, с которой вы столкнулись, уже была у кого-то, и вы наверняка найдёте её решение в Гугле. Существует и полноценная литература, с которой можно ознакомиться.
Однако не стоит думать, что у Ардуино нет изъянов. Плата славится своей низкой производительностью. В особо сложных задачах и при большом количестве кода время отклика может достигать 1 секунды, что непозволительно для микроконтроллеров. Флеш-память у большинства модулей не превышает 1 Мб, чего недостаточно для создания нейросетей или использования медиафайлов. Конечно, можно подсоединить вспомогательную карту памяти, но это же увеличивает время отклика, забирает дополнительные ресурсы на её питание и делается полукустарным способом.
Однако простые автоматизированные системы, например, для варки пива или теплиц, не требуют и части тех ресурсов, что способна выдать плата. Соответственно, большинству пользователей эти недостатки покажутся бессмысленными. Если же вы решите собрать свой 3-Д принтер или более сложную конструкцию, стоит присмотреться к аналогам. Но и порог вхождения у конкурентов Ардуино будет куда выше.
Пример автоматизации процессов на основе мк Arduino
Простейшим примером автоматизации процесса может стать теплица на ардуино. Чтобы создать любую систему, стоит чётко расчертить задачи, которые та должна выполнять. На примере теплицы, это будет:
- Создание специального климата.
- Своевременное включение и выключение освещения.
- Своевременный полив растений и удержание влажности воздуха на одном уровне.
Исходя из этих задач, можно сразу подметить, что вам потребуется купить к основной плате:
- Датчик температуры. Он будет следить за тем, чтобы воздух не нагревался и не охлаждался, находясь в прописанных программой пределах. В случае изменения температуры плата будет включать кондиционер или электронные батареи.
- Датчик освещённости. Конечно, можно ограничиться программным решением и прикупить дорогостоящие лампы с имитацией дневного света. Но если вы хотите создать полноценную теплицу, то куда удобнее будет установить автоматический потолок, который будет контролироваться Ардуино.
- Датчик влажности. Здесь всё так же, как и с температурой, по прописанному сценарию, плата будет включать опрыскиватели и увлажнители воздуха, при необходимости.
Когда вы приобретёте все необходимые модули, останется лишь их запрограммировать. Ведь без кода, это всего лишь железяки, ни на что не способные.
Программирование мк Arduino для автоматизации процессов. Пример
Как и в прошлом пункте, для программирования важно разбить задачу на отдельные подпункты и выполнять последовательно. Программирование Ардуино происходит благодаря командам в интерфейсе АТ и АТ+, с помощью заготовленных библиотек. Соответственно, все сценарии прописываются в специальной среде на языке С++ и, прежде чем что-либо делать, посвятите время изучению его семантики. Помимо выполнения простых функций, система способна и на запоминание сценариев в флеш-память, что нам и необходимо в данном примере.
Не забывайте, что информация с каждого датчика поступает в реальном времени и в качестве переменных, однако вы можете ограничить время отклика, так как тратить ресурсы и замерять каждый параметр постоянно нет необходимости. Соответственно, выставите для каждого датчика время включения и отключения или установите время отклика на определённый промежуток.
Для чего же мне понадобилась автоматика?
Автоматика нужна для облегчения процесса , т.к. этот контроллер сам будет следить за температурой, поддерживать ее и поднимать до необходимой температурной паузы. Так же сигнализировать звуковым сигналом о необходимом вмешательстве, например, нужно засыпать солод или сделать йодную пробу.
Делать я свою автоматику решил из готового проект . Работает она на arduino, к нему подключается датчик температуры, два реле, дисплей и кнопки. Первое реле управляет ТЭНом, второе реле насосом. Насос для затирания очень удобен, т.к. отпадает необходимость за весь процесс затирания перемешивать затор (подробнее как варить пиво, рекомендую прочитать в моих ранних )
Первую автоматику я собрал с помощью модулей:
- Arduino mini- Блок из двух реле на 15А
- Дисплей 2004
- Температурный датчик
- 4 кнопки
- БП на 5 вольт
Удобство модульной сборки, только состоит в том, что достать все детали не составит труда и паять практически ничего не нужно. Но самый большой минус - это огромное количество проводов, а дешевое китайское реле создавало помехи на дисплее, по этому механическое реле пришлось заменить твердотельным.
Со временем я пришел к выводу, что надо собрать свою автоматику на чипе с 64кб памяти (у arduino mini всего 32 кб) на одной плате. Готового решения я не нашел, по этому сам стал создавать схему и в последующем плату для своей поделки.
Схема:
Схему разработал и рисовал так сказать на коленке и для себя, по этому возможны кое-какие недочеты, но схема полностью рабочая:
Плата:
Схему нарисовал, далее осталось нарисовать плату, сначала рисовал с помощью программы Sprint-Layout 6 , очень удобная, но маловато в ней функционал, по этому решил от нее уйти в сторону программы DipTrace и вот что у меня получилось:
Скачать исходники можно .
Как видно свою пивоварню я назвал QRBeer и это уже версия 0.5…
Плата готова, осталось ее как-то изготовить. Для этого я решил использовать . Почему именно им, а не ЛУТ? Просто решил испробовать для себя такую новую технологию, ЛУТ я уже испробовал, так сказать пощупал, не скажу, что мне она понравилась…
Фоторезист:
Для изготовления печатных плат с помощью фоторезиста понадобится:- Пленка для принтера
-
- УФ лампа
- Сода кальцинированная
УФ лампа
Для начала поделюсь информацией как я делал свою УФ лампу . Сначала хотел использовать готовую лампу, а потом решил собрать ее на шести 3Вт светодиодах:и куплены так же на тао:
Светодиоды приклеил на радиатор , хотя можно было их собрать на текстолите, сомневаюсь, что они перегрелись бы.
Вот что у меня получилось:
Изготовление платы
1. Итак, шаблон я подготовил, осталось его только распечатать на пленке. Как я писал выше нужна пленка для принтера, я испробовал пленку как для лазерного принтера, так и для струйного, лучший вариант получается только на пленке для струйной печати. Печатать нужно в негативе и в зеркальном отражении:
Шаблон я сразу заламинировал, что бы отпечатки пальцев и мусор легко можно был смыть.
2. Далее нужно зашкурить нашу будущую плату (фальгированный стеклотекстолит). Для этого подойдет слегка смоченная обычная губка или меламиновая губка:
3. После этой процедуры, медь ещё нужно обезжирить ацетоном:
Как видно на моем фото обезжиривал я обычной салфеткой, а ацетон я перелил в бутылочку от перекиси, так удобнее брать…
4. Следующим шагом нужно обрезать фоторезист под свою будущую плату слегка с запасом и аккуратно снять верхнюю защитную пленку, что бы не повредить его. Если фоторезист отечественный, отклеивать нужно матовую сторону, если китайский, то тут разницы нет…
5. Далее наклеиваем фоторезист на текстолит, что бы под фоторезистом не появились воздушные пузыри, иначе в таких местах дорожки не проявятся, обрезаем лишнее…
Процесс наклеивания фоторезиста напоминает наклеивание защитной пленки на телефон.
6. Когда фоторезист наклеен, текстолит с ним нужно пропусить через ламинатор 2-3 раза или воспользоваться теплым утюгом и проглаживать через лист бумаги сложенным в два раза:
Главное фоторезист не перегреть, а то получится вот так:
Если при наклеивании фоторезиста получился «косяк», то лучше его убрать (смыть или соскоблить) и заново наклеить, а то после травления платы будет печально… Я же убирать этот фоторезист не буду, покажу конечный результат.
7. Накладываем на текстолит с фоторезистом шаблон и прижимаем стеклом (я взял его от старой фоторамки), а на стекло устанавливаем груз:
8. Засвечиваем фоторезист с помощью УФ лампы. Моей лампы хватает примерно 2 минуты:
Как видно фоторезист который засветился поменял цвет со светло-синего до темно-синего, причем засвеченный фоторезист очень хрупкий.
9. Убираем стекло и шаблон. Лишний фоторезист можно (не обязательно) обрезать и аккуратно отделить пинцетом:
10. Следующим шагом следует щелочью смыть непроявившийся фоторезист, для этого берем 2 стакана воды и столовую ложку кальцинированной соды, хорошенько размешиваем. Отклеиваем верхнюю защитную пленку у фоторезиста и опускаем в щелочной раствор наш текстолит.
11. Берем кисточку и трем по фоторезисту в щелочи, постепенно непроявленный фоторезист смывается:
Щелочь можно не выливать, а оставить на следующую плату или для смывания фоторезиста после травления, но об этом чуть позже…
12. Травление платы:
Тут два способа доступнее всего: травление хлорным железом или перекисью+лимонная кислота и соль. Про хлорное железо писать не буду, а вот с помощью перекиси пожалуй опишу:
- 100 мл. перекиси водорода 3% - продается она в аптеке за 7-12 рублей
- 30 гр. лимонной кислоты (есть в любом продуктовом магазине)
- 1 ст. ложка соли (подойдет как мелкая так и каменная)
Все это смешивается в емкости и погружается туда плата с готовым фоторезистом, через некоторое время на плате появляются пузыри:
А через некоторое время «голая медь» полностью протравится:
Кстати, если травить в более высокой температуре, например у лампы накаливания или в водяной ванне, то тремя травления уменьшится, главное не переусердствовать, иначе лишнее протравится…
13. Убирать фоторезист удобнее всего в этой же щелочи, в которой смывали непротравленный фоторезист, минут через 20 он сам отпадет и ничего тереть не надо…
А вот и мои «косяки»:
Хоть и не значительные, но все же, а во всем виновата невнимательность, не заметил пузырьки воздуха под фоторезистом или перегрел…
Следующая плата у меня получилась «чистая»:
14. Далее сверлим отверстия и лудим плату:
15. Припаиваем все детали и отмываем от лишнего флюса:
Припаивал SMD компоненты китайской инфракрасной паяльной станцией, очень удобно:
Вот и все, самое сложное позади, осталось прозвонить дорожки на предмет короткого замыкания и приступить к программирования чипа.
Программирование atmega644
1. Для начала программирования нужно загрузить в него bootloader. Делается это не сложно с помощью Arduino UNO, но для начала нужно скачать и установить программу .2. Следующим шагом в установленную программу добавить или взять сразу готовую сборку:
3. Заливаем на UNO скетч ArduinoISP:
4. И подключаем к UNO нашу плату:
В соответствии инструкции скетча:
// pin name // slave reset: 10: // MOSI: 11: // MISO: 12: // SCK: 13:
Получается по моей схеме так:
5. Далее устанавливаем в настройках нашу плату и загружаем bootloader:
Если все удачно прошло, то увидим сообщение: «Запись загрузчика завершена»
На этом загрузка bootloader"a завершена, можно подключать дисплей, кнопки, датчик температуры и заливать
