Терморегуляция теплицы – востребованное устройство в сельском хозяйстве и на садовых участках. Оно позволяет автоматизировать процесс нагрева или охлаждения воздуха внутри теплицы. Большинство растений требует определенной температуры воздуха. Данное устройство позволяет поддерживать идеальный температурный баланс и в следствии чего увеличить урожайность культур.
Основная проблема всех данных устройств на рынке – это цена и не совершенность. Один только актуатор для форточки стоит порядка 1500 рублей. А если взять в расчет еще электронный блок управления то выйдет около 4000 рублей.
Я предлагаю более простое устройство выполняющее функции проветривания и регуляции температуры по меньшей цене
Перед устройством стоят задачи
1. Определять температуру с выводом на дисплей
2. Запускать и отключать вентилятор по установленной заранее температуре
1. Обзор существующих решений
Терморегулятор Salus Controls 091FLRF
Программируемый недельный комнатный термостат. Имеет два значения изменения температуры Комфортная и экономичная. Беспроводной.
Используется для включения/выключения системы отопления (охлаждения) (котел, насос, сервопривод и т.д.) при изменении температуры воздуха в обогреваемом (охлаждаемом) помещении. Его работа заключается в контроле температуры воздуха в обогреваемом (охлаждаемом) помещении в соответствии с серией настроек.
Автоматически поддерживает нужную температуру когда вы дома, и понижает ее в целях экономии, когда вы спите или в Ваше отсутствие.
Позволяет задать два уровня температуры: "экономный" и "комфортный" в диапазоне от +5 до +30°C с шагом 0,2°C.
На каждый день недели присваивается своя программа (таймер), в которой назначаются временные периоды кратные 1 часу для поддержания либо "экономного", либо "комфортного" режимов.
Данный беспроводной недельный терморегулятор подходит для управления любыми газовыми и электрическими котлами, которые имеют клеммы для подключения комнатного термостата, а также для нагревательных приборов и кондиционеров.
Особенности 091FLRF
Возможность работать в автоматическом, ручном и безопасном режимах;В терморегуляторе предусмотрено 9 независимых программ для регулировки системы отопления;3 уровня регулировки температуры:
дневной комфортный, ночной экономный, защита от замерзания;
Термостат может использоваться для работы системы в режиме нагревания или охлаждения;
Яркий, информативный жидкокристаллический дисплей с подсветкой, отображающий настройки:
день недели, время, значение текущей температуры, номер активной программы, режим работы, заряд батареи;
Функция «защиты от замерзания»;
Возможность ручной настройки температуры;
Термостат состоит из программатора и приемника, связанных между собой при помощи радиочастотного сигнала RF с возможностью смены уникального кода адреса радиочастотного сигнала;
091FLRF может работать в автоматическом, ручном или безопасном режимах;
Интегрированная подставка с двумя углами наклона гарантирует удобное использование на горизонтальных поверхностях;
Экономия электроэнергии до 30%;
Современный стильный дизайн;
Легкое программирование, монтаж и обслуживание;
Возможность изменения настроек гистерезиса (точности диапазона переключения);
Рабочая частота 868МГц гарантирует очень устойчивую и надежную связь с приемником;
Простое изменение коммуникационного кода при помощи переключателей
Ringder TC-220 - терморегулятор и электронный таймер в одном корпусе.
Внимаение данная модель влажностью не управляет. Отличное решение для тех, кому нужен терморегулятор с точным поддержанием температуры! В данной модели реализован режим управления нагревом или охлаждением. А встроенный таймер будет следить за включением и отключением света. Особенности: Голубой ЖК-дисплей, простое управление Температура регулируется на 0.1 °C Два таймера можно установить в течение 24 часов Использует встроенный часы реального времени для управления светом таким образом моделируя день и ночь как в реальных условиях Может быть установлен с отдельным день и ночь время температура Три вида датчиков температуры, отключение функции доступны Может быть использован в сухой и влажной среде Подсветка автовыключение, если без работы в течение 10 минут Небольшой размер
Преимущество моей разработки это простота сборки и более дешевая цена по сравнению с аналогами.
Разработка принципиальной схемы.
Для разработки принципиальной схемы я воспользовался программой Proteus 8.7, что бы убедиться в том, что устройство работает правильно.
Мне понадобилось:
1) Дисплей LCD1602;
2) Модуль I2C PCF8574;
3) Датчик температуры DHT11
4) Реле на 12V
5) Плата Arduino UNO;
6) Соединительные провода;
7) USB для прошивки платы .
8) Вентилятор
Плата Arduino UNO
Вместо микроконтроллера я выбрал плату Arduino UNO. У платы есть все необходимые компоненты для обеспечения работы микроконтроллера. Достаточно подключить USB кабель к компьютеру и подать питание.
Arduino — это электронный конструктор и удобная платформа быстрой разработки электронных устройств, для новичков и профессионалов. Платформа пользуется огромной популярностью во всем мире благодаря удобству и простоте языка программирования, а также открытой архитектуре и программному коду. Устройство программируется через USB без использования программаторов.
Рассылаемые в настоящее время версии могут быть заказаны уже распаянными. Информация об устройстве платы (рисунок печатной платы) находится в открытом доступе и может быть использована теми, кто предпочитает собирать платы самостоятельно. Микроконтроллеры ATmega328 дёшевы и стоят около 200 рублей.
У Arduino Uno:
1) 14 цифровых портов входа-выхода ( 6 из них поддерживают режим ШИМ модуляции);
2) 6 аналоговых входов;
3) частота тактирования 16 МГц;
4) USB порт;
5) разъем питания;
6) разъем внутрисхемного программирования;
7) кнопка сброса.
.
Технические характеристики.
Тип микроконтроллера
ATmega328P
Напряжение питания микроконтроллера
5 В
Рекомендуемое напряжение питания платы
7 – 12 В
Предельно допустимое напряжение питания платы
6 – 20 В
Цифровые входы-выходы
14 (из них 6 поддерживают ШИМ)
Выходы ШИМ модуляции
6
Аналоговые входы
6
Допустимый ток цифровых выходов
20 мА
Допустимый ток выхода 3,3 В
50 мА
Объем флэш памяти (FLASH)
32 кБ (из которых 0,5 кБ используется загрузчиком)
Объем оперативной памяти (SRAM)
2 кБ
Объем энергонезависимой памяти (EEPROM)
1 кБ
Частота тактирования
16 мГц
Длина платы
68,6 мм
Ширина платы
53,4 мм
Вес
25 г
DHT11
Температурный датчик DHT11 – цифровой датчик состоящий из термистора и емкостного датчика влажности. Наряду с невысокой стоимостью DHT11 имеет следующие характеристики : питание осуществляется от 3.5-5V определение температуры от до 50 градусов с точностью 2 градуса. Определение влажности от 20% до 95% с 5% точностью.
Термистор – это термический резистор , сопротивление которого изменяется с температурой, увеличение температуры приводит к падению его сопротивления. По сути термистор – это термометр сопротивления, изготовленный на основе смешанных оксидов переходных металлов . Относится к измерительной технике и может быть использован для автоматического измерения температуры в различных средах.
Емкостный датчик влажности – это конденсатор с переменной емкостью , который содержит токопроводящие обкладки из медной фольги на текстолите. Этот конденсатор заключен в герметичный чехол, поверх которого расположен влагопоглощающий слой. При попадании частиц воды на этот слой, меняется его диэлектрическая проницаемость ,что приводит к изменению емкости конденсатора.
Разработка программы устройства
Код программы:
#include <DHT.h> // подключаем библиотеки
#include <LiquidCrystal_I2C.h
#include <Wire.h>
#define DHTPIN 8 // указываем номер разъема датчика
#define RELAY 2 // указываем номер разъема реле
int crit = 40; //вводим переменную
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // управление экрана
DHT dht(DHTPIN, DHT11);
void setup() // настройка программы
{
pinMode (2, OUTPUT); // пин 2 на выход
digitalWrite(2, LOW); // реле выкл
delay(300); // задержка
dht. begin(); //включаем датчик температуры
Serial.begin (9600);
lcd.init(); // инициализация ЖК дисплея
lcd.backlight(); // включение подсветки дисплея
lcd.home(); //вначало дисплей
lcd.setCursor(0,1); // ставим курсор на место 1
}
void loop() // основная часть программы
{
delay(1000); // задержка
float t = dht.readTemperature(); //Считываем температуру в переменную "t"
lcd.setCursor(5, 1); // текущая температура на экране
lcd.print("Temp="); // отображает текущую
lcd.print(t); // выводим t на экран
delay(1000); //задержка
if (t <= crit) digitalWrite(2,LOW); //условие
else digitalWrite(2,HIGH);
Выбор среды программирования.
Основа языка программирования модуля Arduino — это язык Си (скорее Си++).
Любая программа — это последовательность двоичных чисел. А программирование — это умение правильно записывать правильные последовательности двоичных чисел. Достаточно давно для записи программ стали использовать специальные средства, которые называются языками программирования.
Ближе всего к записи программы с помощью двоичных чисел, язык ассемблер. Для него характерно соответствие команд языка двоичным командам, понятным процессору. Но кодирование программ на ассемблере требует больших усилий и ближе к искусству, чем к формальным операциям. Более универсальны и легче в применении языки высокого уровня, как Бэйсик или Си.
В языке программирования СИ++ легко найти нужную библиотеку.
Моделирование рабочего устройства
Устройство я смоделировал в программе Proteus, что бы проверить работу.
Proteus — пакет программ для автоматизированного проектирования электронных схем.
Пакет представляет собой систему схемотехнического моделирования, базирующуюся на основе моделей электронных компонентов, принятых в PSpice. Отличительной чертой пакета PROTEUS является возможность моделирования работы программируемых устройств: микроконтроллеров, микропроцессоров, DSP и проч. Библиотека компонентов содержит справочные данные. Дополнительно в пакет PROTEUS входит система проектирования печатных плат. Пакет Proteus состоит из двух частей, двух подпрограмм: ISIS — программа синтеза и моделирования непосредственно электронных схем и ARES — программа разработки печатных плат. Вместе с программой устанавливается набор демонстрационных проектов для ознакомления.
Заключение:
В данной курсовой работе мне было предложено решить вопрос с терморегуляцией теплицы. С использованием термодатчика и реле с дисплеем.
Я собрал устройство терморегуляции теплицы ,которое очень пригодится для использования в сельскохозяйственной отрасли . Оно имеет преимущества по сравнению с аналогами . Данная тема очень важна для развития всей отрасли, т.к. без терморегуляции замедляется рост растений и количество плодов.
Устройство собрано в среде Proteus. Программа для устройства написана на языке С++. Разработанное мной устройство полностью соответствует техническому заданию.