Diseño de acuarios con control automatizado de parámetros básicos: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Introducción Hoy en día, el cuidado de los acuarios marinos está disponible para todos los acuaristas. El problema de adquirir un acuario no es complicado. Pero para el soporte vital completo de los habitantes, protección contra fallas técnicas, mantenimiento y cuidado fácil y rápido, es necesario crear un acuario basado en los principios del soporte vital autónomo. Las modernas tecnologías patentadas permiten mantener a los habitantes submarinos de los mares y océanos en condiciones artificiales, lo más cerca posible de su hábitat natural. El sistema de automatización controla todos los procesos y equipos de soporte vital, proporciona una eficiencia sin precedentes y facilidad de manejo y mantenimiento de grandes complejos de acuarios y acuarios, alta confiabilidad y operación sin problemas, agua de alta calidad y, como resultado, una vida larga y saludable de animales marinos. Hay varias funciones generales de control y automatización, tales como: cambio automático de luz, simulación de condiciones de luz diurna, mantenimiento de la temperatura establecida, mejor mantenimiento del hábitat natural y enriquecimiento del agua con oxígeno. Las computadoras y los accesorios del acuario son esenciales para apoyar mejor la vida normal de la vida marina. Por ejemplo, en ausencia de una bomba de emergencia y en el caso de una avería de la bomba principal, después de unas horas, los animales marinos comenzarán a morir, por lo tanto, gracias a la automatización, podemos conocer la identificación de cualquier error. o averías. Para configurar los parámetros descritos manualmente, es necesario realizar muchas manipulaciones, realizar pruebas y ajustar el Equipo. La realización de análisis de agua a mano ya es el siglo pasado, hoy el Acuario Marino, en cuyas aguas cristalinas viven los animales marinos, que se distinguen por sus colores brillantes y comportamiento enérgico, no requiere cuidados especiales

Paso 1: hacer una tapa para un acuario

Haciendo una tapa para el tamaño del acuario, la tapa fue creada a partir de vidrio orgánico, ya que tiene propiedades adecuadas para el agua y la electrónica.

Primero medimos nuestro acuario, y según estas dimensiones inventamos una tapa, primero cortamos las paredes de la tapa, luego las pegamos con superpegamento y las espolvoreamos con soda por encima para una mejor estabilidad. Inmediatamente para una futura ventilación y un alimentador automático, cortamos un agujero rectangular con un tamaño de 50 mm por 50 mm.

Paso 2: análisis de componentes

Para el llenado elegimos el microcontrolador Arduino Mega más simple y económico, servirá como el cerebro de todo el proceso, luego se utilizará un servo drive para el alimentador automático, que a su vez se fijará a un cilindro con un orificio, para la iluminación tomaremos la tira de LED de programación y la programaremos para el amanecer y el atardecer, cuando al amanecer aumentará el brillo y al atardecer disminuirá gradualmente. Para calentar el agua, tome un calentador de agua de acuario normal y conéctelo a un relé que recibirá información sobre cómo encenderlo y apagarlo, para leer la temperatura, instale un sensor de temperatura. Para enfriar el agua, tome un ventilador e instálelo en la tapa del acuario, si la temperatura excede la temperatura establecida, el ventilador se encenderá a través de un relé. Para facilitar la lectura de la información y configurar el acuario, conectamos la pantalla LCD y los botones para configurar los valores del acuario. También se instalará un compresor, que funcionará constantemente y se apagará durante 5 minutos cuando se active el alimentador, para que la comida no se esparza por el acuario.

Pedí todas las piezas en Aliexpress, aquí hay una lista y enlaces a los componentes:

Alimente en ws2812 -

Reloj de tiempo real Ds3231-

LCD1602 LCD -

Módulo de relé de 4 canales -

Sensor de temperatura DS18b20 -

Módulo en IRF520 0-24v -

Botones -

Tablero de plataforma Mega2560 -

Servo -

Paso 3: Instalación del equipo del proyecto

Organizamos los componentes según nos convenga y los conectamos de acuerdo con el esquema, vea las imágenes.

Instalamos el microcontrolador ArduinoMega 2560 en la carcasa previamente ensamblada. El Arduino Mega se puede alimentar desde USB o desde una fuente de alimentación externa; el tipo de fuente se selecciona automáticamente.

La fuente de alimentación externa (no USB) puede ser un adaptador de CA / CC o una batería / batería recargable. El enchufe adaptador (diámetro - 2,1 mm, contacto central - positivo) debe insertarse en el conector de alimentación correspondiente en la placa. En caso de batería / alimentación de batería, sus cables deben estar conectados a los pines Gnd y Vin del conector POWER. El voltaje de la fuente de alimentación externa puede estar en el rango de 6 a 20 V. Sin embargo, una disminución en el voltaje de suministro por debajo de 7 V conduce a una disminución en el voltaje en el pin de 5 V, lo que puede causar un funcionamiento inestable del dispositivo. El uso de un voltaje superior a 12 V puede provocar un sobrecalentamiento del regulador de voltaje y dañar la placa. Teniendo esto en cuenta, se recomienda utilizar una fuente de alimentación con un voltaje en el rango de 7 a 12V. Conectamos la energía al microcontrolador usando una fuente de alimentación de 5V a través de los pines GND y 5V. A continuación, instalamos el relé para ventilación, calentador de agua y compresor (Figura 3.1), tienen solo 3 contactos, se conectan a Arduino de la siguiente manera: GND - GND, VCC - + 5V, In - 3. La entrada del relé está invertida, tan alto nivel en In apaga la bobina y bajo se enciende.

A continuación, montamos la pantalla LCD y el módulo de reloj en tiempo real, su conexión se muestra en el diagrama.

Los pines SCL deben estar conectados al conector analógico de 5 pines; Los pines SDA se conectan a enchufes analógicos de 6 pines. El riel superior del conjunto resultante actuará como el bus I2C y el riel inferior será el riel de alimentación. El módulo LCD y RTC se conectan a contactos de 5 voltios. Después de completar el último paso, la estructura técnica estará lista.

Para conectar el servo, se tomó un transistor IRF520 para pulsos de servo más silenciosos, el servo se conectó a través de un transistor y el transistor en sí se conectó directamente al Arduino

Para la iluminación se tomó una tira de LED WS2812. Conectamos los pines + 5V y GND al más y menos de la fuente de alimentación, respectivamente, conectamos Din a cualquier pin digital del Arduino, por defecto será el 6o pin digital, pero se puede utilizar cualquier otro (Figura 3.6). Además, es recomendable conectar la tierra del Arduino a la tierra de la fuente de alimentación. No es deseable usar el Arduino como fuente de energía, ya que la salida de + 5V solo puede proporcionar 800mA de corriente. Esto es suficiente para no más de 13 píxeles de la tira de LED. En el otro lado de la cinta hay una salida Do, se conecta a la siguiente cinta, lo que permite que las cintas se conecten en cascada como una. El conector de alimentación al final también está duplicado.

Para conectar un botón táctil normalmente abierto al Arduino, puede hacerlo de la manera más sencilla: conecte un conductor libre del botón a la alimentación o tierra, el otro a un pin digital

Paso 4: Desarrollo de un programa de control para controlar los parámetros principales

Descarga el boceto del programa

Arduino utilizando los lenguajes gráficos FBD y KOP, que son el estándar en el campo de la programación de controladores industriales.

Descripción del lenguaje FBD

FBD (Function Block Diagram) es un lenguaje de programación gráfico del estándar IEC 61131-3. El programa se forma a partir de una lista de circuitos ejecutados secuencialmente de arriba a abajo. Al programar, se utilizan conjuntos de bloques de biblioteca. Un bloque (elemento) es una subrutina, función o bloque de función (Y, O, NO, disparadores, temporizadores, contadores, bloques de procesamiento de señales analógicas, operaciones matemáticas, etc.). Cada cadena individual es una expresión compuesta gráficamente de elementos individuales. El siguiente bloque está conectado a la salida del bloque, formando una cadena. Dentro de la cadena, los bloques se ejecutan estrictamente en el orden de su conexión. El resultado del cálculo del circuito se escribe en una variable interna o se envía a la salida del controlador.

Descripción del lenguaje LAD

El diagrama de escalera (LD, LAD, RKS) es un lenguaje lógico de relés (escalera). La sintaxis del lenguaje es conveniente para reemplazar circuitos lógicos hechos con tecnología de relés. El lenguaje está dirigido a ingenieros de automatización que trabajan en plantas industriales. Proporciona una interfaz intuitiva para la lógica del controlador, que facilita no solo las tareas de programación y puesta en marcha en sí, sino también la rápida resolución de problemas en los equipos conectados al controlador. El programa de lógica de relé tiene una interfaz gráfica que es intuitiva e intuitiva para los ingenieros eléctricos, que representa operaciones lógicas como un circuito eléctrico con contactos abiertos y cerrados. El flujo o ausencia de corriente en este circuito corresponde al resultado de una operación lógica (verdadero - si fluye corriente; falso - si no fluye corriente). Los elementos principales del lenguaje son los contactos, que se pueden comparar en sentido figurado con un par de contactos de relé o un botón. Un par de contactos se identifica con una variable booleana y el estado de este par se identifica con el valor de la variable. Se hace una distinción entre elementos de contacto normalmente cerrados y normalmente abiertos, que se pueden comparar con los botones normalmente cerrados y normalmente abiertos en circuitos eléctricos.

Un proyecto en FLProg es un conjunto de placas, en cada una de las cuales se ensambla un módulo completo del circuito general. Para mayor comodidad, cada tablero tiene un nombre y comentarios. Además, cada tabla se puede plegar (para ahorrar espacio en el área de trabajo cuando se termina el trabajo) y expandir. Un LED rojo en el nombre de la placa indica que hay errores en el esquema de la placa.

El circuito de cada placa se ensambla a partir de bloques funcionales de acuerdo con la lógica del controlador. La mayoría de los bloques funcionales son configurables, con la ayuda de los cuales se puede personalizar su funcionamiento de acuerdo con los requisitos de este caso particular.

Además, para cada bloque funcional hay una descripción detallada, que está disponible en cualquier momento y ayuda a comprender su funcionamiento y configuración.

Al trabajar con el programa, el usuario no necesita escribir código, controlar el uso de entradas y salidas, verificar la unicidad de los nombres y la coherencia de los tipos de datos. El programa supervisa todo esto. También verifica la corrección de todo el proyecto e indica la presencia de errores.

Se han creado varias herramientas auxiliares para trabajar con dispositivos externos. Esta es una herramienta para inicializar y configurar un reloj en tiempo real, herramientas para leer direcciones de dispositivos en buses OneWire e I2C, así como una herramienta para leer y guardar códigos de botones en un control remoto IR. Todos ciertos datos se pueden guardar como un archivo y luego usarse en el programa.

Para implementar el proyecto, se creó el siguiente programa de actuación de servo para el alimentador y el controlador.

El primer bloque "MenuValue" redirige la información al bloque de menú para mostrar información en la pantalla LCD sobre el estado del servodrive.

En el futuro, la operación lógica "Y" le permite ir más allá o con la unidad de comparación "I1 == I2", es decir, el número preestablecido 8 será el mismo que en el módulo de reloj de tiempo real, luego el servo se enciende a través del gatillo, de la misma manera se hizo para encender el servo a las 20:00.

Para la conveniencia de girar automáticamente el servo a través de un botón, se tomó la función de lógica de disparo y el botón número 4 estaba destinado a ello, o la salida de información sobre la calma del servo al bloque de menú para mostrar información sobre el Pantalla LCD.

Si aparece una señal para que opere el servo, entonces se pasa al bloque llamado “Switch” y en un ángulo dado hace una rotación del variador y pasa a la etapa inicial a través del bloque “Reset”.

Listado de actuación del servo.

El compresor está siempre encendido y conectado al relé, cuando llega una señal a través del bloque "Servo On", luego pasa al bloque temporizador "TOF" y apaga el relé durante 15 minutos y transmite información sobre el estado del relé. en el menú.

Listado del termostato.

Conecte el sensor de temperatura a través de la biblioteca