Главная страница
Навигация по странице:

  • ДНаТ-100 Apollo 4

  • Курсовая работа 1.1. План работы системы


    Скачать 4.97 Mb.
    НазваниеПлан работы системы
    Дата23.03.2023
    Размер4.97 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаКурсовая работа 1.1.docx
    ТипПлан работы
    #1009603
    страница2 из 4
    1   2   3   4


    Таблица 1.
    Датчики серии MQ и газы, которые они определяют. В связи с тем, что мы выбираем датчик для определения возникновения пожара в автоматизированную теплицу, оптимальным вариантом послужит датчик MQ-2. Он определит концентрацию углеводородных газов (пропан, метан, н-бутан), дыма (взвешенных частиц, являющихся результатом горения) и водородав окружающей среде. Датчик можно использовать для обнаружения утечек газа и задымления. Изображение датчика на рисунке 4.


    Рисунок 4

    Датчики контроля системы автоматического полива, а также исполнительные механизмы системы автоматического управления

    В процессе моделирования автоматизированной теплицы была выявлена необходимость использования датчика уровня воды. Данных датчика необходимо два, так как один датчик является измерителем уровня воды в резервуаре системы автоматического полива, второй датчик измеряет уровень воды в поддоне, для включения откачного насоса из поддона в основной резервуар. Датчик уровня воды предназначен для определения уровня воды в различных емкостях, где недоступен визуальный контроль, с целью предупреждения переполнения емкости водой через критическую отметку.

    Конструкции датчиков уровня воды могут быть различными – поплавковые, погруженные, врезные. Данный датчик воды – погруженный. Чем больше погружение датчика в воду, тем меньше сопротивление между двумя соседними проводами. Датчик имеет три контакта для подключения к контроллеру.

    Рассмотрим каждый из них:

    • + – питание датчика;

    • - – земля;

    • S — аналоговое значение.

    На вывод S подается аналоговое значение, которое можно передавать в контроллер для дальнейшей обработки, анализа и принятия решений. Датчик имеет красный светодиод, сигнализирующих о наличие поступающего на датчик питания.

    Рассмотрим технические характеристики данного датчика уровня воды:

    • напряжение питания — 3.3—5 В;

    • ток потребления — 20 мА;

    • выход — аналоговый;

    • зона обнаружения — 16×30 мм;

    • размеры — 62×20×8 мм;

    • рабочая температура - 10 — 30 °С.

    Так как форма зоны обнаружения ограничена, так же появляется ограничение глубины используемых резервуаров. Следует отметить, что определение точного уровня воды в резервуаре системы автоматического полива не является обязательным условием при монтаже и подборе деталей для полива. Достаточно будет разместить его в верхней части резервуара, для определения переполнения, однако такое возможно только при постороннем добавлении воды в поддон, откуда откачивается вода в резервуар системы полива при сообщении датчиком уровня воды в поддоне о необходимости включения откачного насоса.

    Датчик уровня воды изображен на рисунке 5.


    Рисунок 5
    Для создания системы автоматического полива необходимо создавать давление в системе подачи воды, и использовать распылитель. Для равномерного орошения почвы, необходимо использование, нескольких распылителей, в зависимости от площади поверхности почвы. В проектируемой теплице ввиду используемых размеров, достаточно пары распылителей типа “Капельницы” Распылитель и клапан изображены на рисунке 6, 7 соответственно.

    Рисунок 6


    Рисунок 7
    В качестве клапана перекрывающего поступление воды на распылитель существует большое количество вариантов. Учитывая отсутствие необходимости большой пропускной способности клапана, подойдут даже самые дешевые варианты клапанов. Электромагнитный клапан состоит из эластичной мембраны, расположенной в центре, которая имеет жесткое металлическое кольцо и через пружину соединена с плунжером. При подаче напряжения на управляющие контакты, под воздействием магнитного поля катушки, плунжер поднимается вверх и снимает усилие с мембраны, которая моментально поднимается и открывает клапан, открывая при этом трубопровод для дальнейшего протекания жидкости. При закрытии (отсутствии магнитного поля), подпружиненный плунжер опускается и с усилием прижимает мембрану, через кольцо к уплотнительной поверхности.

    Так как насос подачи жидкости на распылитель будет включаться синхронно с включением клапана, клапану не придётся удерживать избыточное давление, в связи с этим в качестве клапана был выбран нормально закрытый клапан китайской разработки, не имеющий названия.

    Характеристики клапана:

    • напряжение питания – 12 вольт

    • Удерживаемое давление – до 0,8mpa

    • Пропускная способность – 20 л\мин при давлении 0.8 mpa.

    • Потребление тока – 0,03А

    Распылитель типа “Капельница” обладает небольшими габаритами, и состоит из минимального числа деталей. Задачей распылителя является распределение жидкости, поступившей во вход на маленькие отверстия расположение на корпусе распылителя. Благодаря такой конструкции увеличивается площадь полива. С увеличением давления в системе длинна струи жидкости из распылителя будет увеличиваться, охватывая большую площадь.
    Источники света

    В качестве источника освещения будет использована дуговая натриевая лампа трубчатого типа, ДНаТ. Рассмотрим сравнение ДНаТ и светодиодного (LED) источника света.

    ДНаТ - Натриевая газоразрядная лампа (НЛ) — электрический источник света, светящимся телом которого служат пары натрия с газовым разрядом в них. Поэтому преобладающим в спектре света таких ламп является резонансное излучение натрия; лампы дают яркий оранжево-жёлтый свет. Этаспецифическая особенность НЛ (монохроматичность излучения) вызывает при освещении ими неудовлетворительное качество цветопередачи. Из-за особенностей спектра и существенного мерцания на удвоенной частоте питающей сети НЛ применяются в основном для уличного освещения, утилитарного, архитектурного и декоративного. Оранжево-жёлтый спектр излучения натриевых ламп имеет особое преимущество для уличного освещения в условиях тумана. Для внутреннего освещения производственных площадей используется в случае, если нет требований к высокому значению индекса цветопередачи источника света.

    Однако, длинна волны, советующая оранжево-жёлтому цвету света, приходится на первый пик фотосинтеза у растений. Длина волны в таком случае составляет 610-720нм. Поэтому использования данной лампы в качестве источника света для растений является оптимальным решением.

    Несмотря на свои особенности, натриевые лампы являются одним из самых эффективных электрических источников света. Светоотдача натриевых ламп высокого давления достигает 150 люмен/ватт, низкого давления — 200 люмен/ватт. Срок службы натриевой лампы — до 28,5 тыс. часов.

    Светодиодные или ЛЕД-лампы – самый приемлемый по всем параметрам вариант для создания светового режима для растений: они обладают наименьшим энергопотреблением и высоким КПД большой ресурс – эксплуатации одной ЛЕД-лампы может длиться до 50 тысяч часов. Компактные размеры, для освещения растений на полках или нишах, а так же выращиваемых на можно использовать специальные светодиодные ленты. Обладают такими качествами как высокая безопасность и полная экологическая чистота. Светодиодные лампы могут вырабатывать только волны полезного спектра (красные, синие, оранжевые), что позволяет, с одной стороны, сократить расход энергии за счет отсутствия генерации «лишних» волн, с другой – реально регулировать развитие растения, замедляя или ускоряя его, что особенно важно в промышленном цикле. Кроме выбора типа фито лампы, очень важно правильно выбрать её мощность – на 1 м2 освещаемой площади должно приходиться не меньше 70 Вт. Кроме того, следует учесть, что чем ближе лампа будет приближена к растению, тем больше и полнее будет эффект подсвечивания. Но при этом следует учитывать негативные воздействие теплового излучения, поэтому оптимальное расстояние – порядка 20-25 см.

    В качестве светодиодного источника рассмотрим готовый вариант светодиодной лампы, специально для выращивания растений – Apollo 4. Так как источник света подбирается с целью полной замены естественного источника света на искусственный, следует рассчитывать на избыточное освещение, нежели недостаточное, называемое досветкой растения. Сравнительная таблица 2 ДНаТ – 100 и Apollo 4.





    ДНаТ-100

    Apollo 4

    Стоимость

    3000р

    14900р

    Энергопотребление

    100W

    140W

    Сложность монтажа

    Высокая

    Низкая

    Срок службы

    До 28 тысячи часов

    До 60 тысяч часов

    Минимальная эффективная площадь освещения

    0.5квм

    0.5квм

    Класс безопасности

    Отсутствует

    IP65

    Необходимость дооборудования комплекта

    Отражатель при использовании трубчатой лампы

    Не требуется

    Светоотдача

    10000 люмен

    450000 люмен


    Сравнительная таблица 2
    Из сравнительной таблицы можно отметить высокую стоимость светодиодной лампы, а также явное преимущество перед лампой ДНаТ по всем рассматриваемым параметрам. Однако в данном проекте одним из важного условия является стоимость сборки, учитывая данный фактор, выбор сделан в пользу ДНаТ.

    На рисунке 8 изображена лампа ДНаТ, на рисунке 9 изображена лампа Apollo 4.


    Рисунок 8

    Рисунок 9
    Устройства вывода информации

    Для осуществления возможности настроек автоматизированной теплицы, а также для визуализации показателей датчиков необходим дисплей, работающий с использованием шины I2C, с подсветкой и возможностью отображения символов. В качестве дисплея был выбран LCD 2004 Жидкокристаллический индикатор MT–20S4A–I изготовленный на базе серийно выпускаемого индикатора MT–20S4A–I. В жидкокристаллическом индикаторе MT–20S4A–I встроен контроллер INF8574A, аналог PCF8574A, позволяющий управлять индикатором по шине I2C. Использование шины I2C является одним из главных критериев при выборе дисплея, так как данный тип подключения использует минимальное количество портов на процессоре платформы, Arduino NANO.

    Дисплей может работать в трёх режимах:

    • 8-битный режим — используются младшие и старшие биты (DB0-DB7);

    • 4-битный режим — используются только младшие биты (DB4-DB7);

    • I²C режим — данные передаются по протоколу I²C/TWI. Адрес дисплея 0x38.

    Использовать четырёхбитный или восьмибитный режим в данном дисплее не целесообразно. Ведь главное достоинство этой модели именно возможность подключения с использованием I2C шины. Дисплей имеет 18 контактов для питания логики, взаимодействия с подсветкой и управляющей электроники.
    Таблица выводов обозначена в таблице 3


    Выводы

    Обозначение

    Описание

    1

    GND

    Общий вывод (земля)

    2

    Vcc

    Напряжение питания (3,3—5 В)

    3

    Vo

    Управление контрастностью

    4

    RS

    Выбор регистра

    5

    R/W

    Выбор режима записи или чтения

    6

    E

    Разрешение обращений к индикатору (а также строб данных)

    7

    DB0

    Шина данных (8-ми битный режим)(младший бит в 8-ми битном режиме)

    8

    DB1

    Шина данных (8-ми битный режим)

    9

    DB2

    Шина данных (8-ми битный режим)

    10

    DB3

    Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)(младший бит в 4-х битном режиме)

    11

    DB4

    Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)

    12

    DB5

    Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)

    13

    DB6

    Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)

    14

    DB7

    Шина данных (8-ми и 4-х битные

    режимы)

    15

    +LED

    + питания подсветки

    16

    –LED

    – питания подсветки

    17

    SDA

    Последовательная шина данных

    18

    SCL

    Последовательная линия тактирования


    Таблица 3
    Следует отметить наличие библиотеки для работы с данным дисплеем в составе базовых библиотек Arduino IDE. В данную библиотеку входит две страницы сгенерированного знакогенератора которые состоят из различных символов и букв. Суммарное количество которых равняется 512 знаков. Каждый из знаков имеет свой код в шестнадцатеричной системе исчисления. На рисунке 1.8 изображены две страницы знакогенератора, так как ограничения по количеству страниц знакогенератора отсутствуют, есть возможность генерации собственных пользовательских знаков, используя минимальный элемент дисплея, матрицу 5*8 точек. Однако рассматриваемый дисплей не поддерживает возможность отображения на экране знаков из нескольких страниц одновременно. Следует так же отметить что I2C шина является дополнительным элементом к дисплею, так как изначальная проектировка предполагала использование четырёхбитный или восьмибитный режим отображения символов.

    Характеристики дисплея LCD 2004:

    • напряжение питания: 3,3—5 В;

    • максимальный ток потребления: 1,4 мА;

    • потребляемый ток подсветки: 120 мА;

    • индикация: 4 строки по 20 символов. Символы отображаются в матрице 5×8 точек;

    • габариты: 98.60.13 мм.

    Графическое изображение дисплея с установленным модулем I2C продемонстрировано на рисунке 10

    Рисунок 10

      1. План работы системы



    Система будет состоять из самой платы Arduino Nano, нескольких датчиков, и дисплея для отображения данных полученных с датчиков. Датчик температуры и влажности воздуха устанавливается на расстоянии 20 сантиметров от лампы, датчик влажности почвы погружается непосредственно в субстрат, датчик задымления и газа устанавливается на потолке теплицы, датчик уровня воды устанавливается в поддон. Лампа ДНаТ располагается по центру потолка, на расстоянии от него 10 сантиметров, подвод проводов осуществляется специальными хомутами, имеющими крепление к стене. Дроссель и ИЗУ ДНаТ расположить вне теплицы, максимально низко. Два распылителя воды для полива расположить по краям горшка, учитывая диаметр разбрызгивания воды. Электрический клапан необходимо установить максимально близко к распылителю по линии подачи воды, для избежание вытекания жидкости, оставшейся в шлангах после закрытия клапана подачи воды. Все датчики соединены с платой, которая будет считывать с них показания. При срабатывании определённых датчиков, срабатывают определённые исполнительные механизмы.

    Вентиляция работает в паре с освещением, однако при выключении освещения, осуществляется контроль за влажностью и температурой воздуха, благодаря чему, на основании заданных параметров включается вытяжной вентилятор.

    Режим автополива регулируется временными таймерами. Также система автоматического полива предусматривает слежение за влажностью почвы, с помощью датчика влажности почвы, на основании показаний которого возможен полив растения.

    Рассмотрим подробнее возможности платы Arduino Nano V3.0, входы, выходы, алгоритмы подключения модулей и способы подключения питания.

    Arduino Nano – одна из самых малоразмерных плат Arduino. Является полным функциональным аналогом Arduino Uno – так же работает на чипе ATmega328P, однако существуют варианты на Atmega 168, но с меньшим форм-фактором. Из-за своих габаритных размеров плата часто используется в проектах, в которых важна компактность. На плате отсутствует вынесенное гнездо внешнего питания. Arduino Nano работает через разъём Micro-USB остальном параметры совпадают с моделью Arduino Uno.

    Плата изображена на рисунке 11.

    Рисунок 11
    Arduino Nano на базе ATmega328P – имеет 26 портов ввода вывода, из которых 8 аналоговые входы, несмотря на это они могут использоваться как цифровые выходы, 14 цифровых входов и выходов из которых 6 могут работать как широтно-импульсный модулятор (ШИМ), еще два задействованы под использование шины I2C и 3 под SPI шину.

    Подробную схему входов и выходов можно увидеть на рисунке 12.

    Рисунок 12. Схема контактов платы Arduino Nano

    Для подключения платы Arduino к ПК используется Микросхема FTDI FT232RL. В процессе установки связи формируется эмулируемый последовательный COM-порт. Драйвера и всё необходимое программное обеспечение включено в пакет Arduino IDE. В пакет программного обеспечения Arduino IDE также входит специальная программа, позволяющая считывать и отправлять на плату простые текстовые данные. При передаче данных компьютеру через USB на плате будут мигать светодиоды RX и TX, однако при последовательной передаче данных посредством выводов 0 и 1 данные светодиоды не задействуются. Библиотека SoftwareSerial позволяет реализовать последовательную связь на любых цифровых выводах Arduino Nano. В микроконтроллерах ATmega328 и ATmega168 также реализована поддержка последовательных интерфейсов I2C (TWI) и SPI. В программное обеспечение Arduino входит библиотека Wire, позволяющая упростить работу с шиной I2C. Более подробная информация об I2C шине написана в документации.

    AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() c параметром «EXTERNAL».

    Breadboard (макетная (монтажная) беспаечная плата). Основное назначение такой платы — конструирование и отладка прототипов различных устройств. Состоит данное устройство из отверстий-гнезд с шагом 2,54мм либо кратным ему. Макетные платы бывают различных размеров, но в большинстве случаев они состоят из одинаковых блоков, рисунок 13. Слева и справа находится по две линии питания: здесь все отверстия в столбце соединены между собой. Прорезь по средине предназначена для установки и удобного извлечения микросхем в DIP-корпусах. DIP корпус (англ. dual in-line package, также DIL) - применяется для микросхем, микросборок и некоторых другихэлектронных компонентов. Корпуса такого типа отличаются прямоугольной формой и наличием двух рядов выводов по длинным сторонам.


    Рисунок 13. Breadboard
    Беспаечные монтажные платы используют как для создания простых электросхем, так и для сложных проектов.

    Еще одна сфера применения breadbord'ов - проверка новых деталей и компонентов - например, микросхем (ICs).

    Как и всем электронным устройствам, на Arduino необходимо напряжение питания. Arduino Nano может быть запитан через кабель Mini-B USB, от внешнего источника питания с нестабилизированным напряжением 6-20В (через вывод 30) либо со стабилизированным напряжением 5В (через вывод 27). Устройство автоматически выбирает источник питания с наибольшим напряжением. В качестве внешнего источника питания (не USB) может использоваться любой сетевой AC/DC-адаптер или аккумулятор/батарея.

    Напряжение внешнего источника питания может быть в пределах от 6 до 20 В. Однако, уменьшение напряжения питания ниже 7В приводит к уменьшению напряжения на выводе 5V, что может стать причиной нестабильной работы устройства. Использование напряжения больше 12В может приводить к перегреву стабилизатора напряжения и выходу платы из строя. С учетом этого, рекомендуется использовать источник питания с напряжением в диапазоне от 7 до 12В.

    Выводы питания:

    • VIN: вход для внешнего питания, используется при отсутствии питания от разъема USB. Напряжение, поступающее в Arduino непосредственно от внешнего источника питания. Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, когда устройство запитано от внешнего адаптера;

    • 5V: используется для питания МК и других компонентов. На этот вывод поступает напряжение 5В от стабилизатора напряжения на плате, вне независимости от того, как запитано устройство: от адаптера (7 - 12В), от USB (5В) или через вывод VIN (7 - 12В). Запитывать устройство через выводы 5V или 3V3 не рекомендуется, поскольку в этом случае не используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы из строя. Максимальный выходной ток составляет 800 мА;

    • 3V3: вывод 3.3В, через него поступает напряжение от стабилизатора напряжения на плате. Максимальный выходной ток составляет 150 мА;

    • GND: выводы земли.

    Так как для питания насоса, создающего давление в системе автоматического полива, требуется большее напряжение и ток, чем заявлено в документации необходимо использовать сильноточные релейные модули, с гальванической развязкой линии управления от силовой. Так же, для работы лампы ДНаТ требуется подключение внешнее питание.

    1.4 Техническое задание

    Техническое задание на разработку информационной системы автоматизированной теплицы.

    Составлен на основе ГОСТ 34.602-89 «Техническое задание на создание автоматизированной системы»

    1. Общие сведения.

    1.1. Название организации-заказчика. ИП “Варовин С.Н.” магазин розничной торговли “Ясень”.

    1.2. Название продукта разработки (проектирования).

    Автоматизированная теплица на основе микроконтроллера, датчиков и исполнительных механизмов.

    1.3. Назначение продукта.

    Автоматизированное выращивание овощей и фруктов. Наблюдение и регулировка таких параметров как: влажность воздуха, влажность почвы, длительность светового дня, регулировка температуры воздуха, обеспечение поступления свежего воздуха в теплицу.

    1.4. Плановые сроки начала и окончания работ.

    Начало работ по созданию системы – 10 ноября 2019. Конец работ по созданию системы – 10 февраля 2020.

    2. Характеристика области применения продукта.

    2.1. Процессы и структуры, в которых предполагается использование продукта разработки.

    Автоматизированное производство продуктов питания для розничной продажи в своём магазине.

    2.2. Характеристика персонала (количество, квалификация, степень готовности).

    Персонал должен состоять из одного человека квалификации пользователь. (Программист – при изменении, модификации программы. После провести тестирование). Сохранять целостность и не допускать повреждения микроконтроллера, датчиков и соединительных проводов при установке. Знать правила пользования и эксплуатации электроприборов.

    3. Требования к продукту разработки.

    3.1. Требования к продукту в целом.

    Простота установки, настройки. Цена. Гибкость и масштабируемость.

    3.2. Аппаратные требования. Микроконтроллер и датчики: датчик влажности почвы, датчик температуры и влажности воздуха, датчик освещённости пьезоизлучатель для звукового оповещения. Исполнительные механизмы: вентилятор канальный вытяжной, лампа мощностью свыше 50вт, система капельного полива, реле для установки и разрыва соединений в электросетях.

    3.3. Указание системного программного обеспечения (операционные системы, браузеры, программные платформы и т.п.).

    Windows, Arduino IDE.

    3.4. Указание программного обеспечения, используемого для реализации.

    Windows, Arduino IDE.

    3.5. Для сетевых систем – особенности реализации серверной и клиентской частей.

    3.6. Форматы входных и выходных данных.

    Входные данные

    Показания температуры и влажности – дробное число. Гигрометр — целое число от 0 (потоп) до 1023 (сухо). Значение датчика двери — 0 (геркон замкнут — двери закрыты) и 1 (геркон разомкнут — двери открыты), датчик уровня воды в баке системы капельного полива – дробное число от 0 до 100.

    Выходные данные

    Дисплей 2004 LCD отображающий: показания температуры воздуха виде десятичной дроби, показания влажности воздуха в процентном виде, показатель влажности почвы в процентном виде, информационные сообщения.

    3.7. Источники данных и порядок их ввода в систему (программу), порядок вывода, хранения.

    Круглосуточный слежение за состоянием среды вокруг растения внутри теплицы датчиками. Источники данных — сами датчики. Код скетча хранится в постоянно запоминающем устройстве (ПЗУ) — flash-памяти. Во время работы устройства, значения датчиков хранятся в переменных, которые в свою очередь находятся в энергонезависимой памяти— EEprom в виде нулей и единиц (двоичная система исчисления), что позволяет не терять настройки после перезагрузки или отключения питания от системы.

    3.8. Порядок взаимодействия с другими системами, возможности обмена информацией.

    LCD дисплей для отображения текущих параметров, настроек

    3.9. Меры защиты информации.

    Код микроконтроллера изменяется только непосредственно при физическом контакте с подключением платы к компьютеру.

    Сам микроконтроллер будет находится в закрытом помещении исключая повреждение от погодных условий или несанкционированного доступа.

    4. Требования к пользовательскому интерфейсу.

    4.1. Общая характеристика пользовательского интерфейса.

    LCD дисплей.

    4.2. Размещение информации на экране, дизайн экрана.

    Двухцветный LCD дисплей, прямоугольной формы, размещённый на единой печатной плате с платформой Arduino Nano

    4.3. Особенности ввода информации пользователем, представление выходных данных.

    5. Требования к документированию.

    5.1. Требования к содержанию отдельных документов.

    В правилах работы с системой должны указаны схемы подключения, настройки и способах проверки (тестирования). Общий перечень датчиков и используемых компонентов системы (состав).

    6. Порядок сдачи-приемки продукта.

    Проверка работы. Передача продукта и документации.

    1. Практическая часть



    2.1 Установка датчиков
    Важным этапом проектирования автоматизированной системы является макетирование. Для наглядности схем будем использовать программу Fritzing. Программа позволяет в графическом режиме моделировать сборку разрабатываемой системы.

    Первым этапом сборки системы является подключение самой платы Arduino Nano к питанию. В качестве источника питания используется блок питания AC-DC 220 вольт – 12 вольт. Пиковым значением выходного тока, производителем указано, 15А – Рисунок 14.

    Рисунок 14
    Платформа Arduino Nano предполагает подключение к нестабилизированному источнику питания 5-20В, однако для стабильной работы необходимо подключение к стабилизированному источнику с напряжением 5В. В качестве понижающего стабилизатора используется преобразователь DC-DC LM2596. У данного преобразователя предусмотрена регулировка выходного напряжения. Регулировка напряжения осуществляется при помощи подстроечного резистора, установленного на модуле. Входное напряжение 3.2 - 40 В, выходное 1.25 - 35 В, которое всегда меньше входного. Максимальный выходной ток до 3А при условии достаточного охлаждения. Подключив к питанию Arduino Nano начнём подключение датчиков. На платеArduino присутствует контакт для подключения питания на датчики, однако использование данного контакта приведёт к повышенной нагрузке на встроенный стабилизатор. По этой причине подключение датчиков и механизмов следует делать непосредственно к источнику питания Arduino. Рассмотрим подключение датчика температуры и влажности воздуха.

    Рисунок 15
    На рисунке 15 изображено графическое представление подключенной платформы Arduino Nano и датчика температуры и влажности воздуха.

    Следующим этапом макетирования системы будет установка дисплея. Так как дисплей управляется шиной I2C подключение управляющих контактов необходимо осуществлять в точно обозначенные контакты на плате Arduino.

    Датчик температуры и влажности, дисплей подключённые к плате Arduino Nano – рисунок 16

    Рисунок 16
    Следующим этапом макетирования является установка аналоговых датчиков. В качестве выводов, принимающих сигналы с аналоговых датчиков, были выбраны выводы A0-A3 включительно. Аналоговые датчики так, как и все, требует внешнего подключения питания 5 вольт.

    На схематичном изображении подключения аналоговых датчиков, датчик MQ-2 заменён на MQ-3, в связи с отсутствием в базе элементов первого. Однако схемотехника полностью идентичная, разница заключается только в чувствительных элементах. Подавать питание на датчики можно напрямую с платы Arduino, однако использование источника питания на прямую для подачи напряжения на датчики гарантирует стабильную работу системы и отсутствие вероятности выхода из строя основной платы микроконтроллера.

    На датчике влажности почвы присутствует потенциометр, регулирующий пороговое значение, сравниваемое компаратором LM393 со значением, полученным с датчика. В случае если значение, установленное потенциометром, окажется ниже полученного с датчика на плате датчика засветится светодиод. Схематичное изображение подключения аналоговых датчиков изображено на рисунке 17.

    Рисунок 17
    Для коммутации сильноточных цепей необходимо использовать реле. Реле бывают выполнены в качестве релейного модуля, содержащего в себе один или несколько реле, а также радиодеталей, осуществляющих гальваническую развязку между управляющими контактами и силовыми. Реле может управлять практически чем угодно, но проблемы возникают именно с индуктивной нагрузкой, причём как постоянного, так и переменного тока. При резком включении и отключении индуктивной нагрузки создаётся выброс, напряжение которого может в несколько раз превышать напряжение питания цепи, этот выброс провоцирует электромагнитные наводки в электрических цепях, которые приводят к сбоям в работе микроконтроллера и других компонентов. Индуктивной нагрузкой являются моторы, приводы, помпы, соленоиды, электромагниты, соленоидные клапаны. По этой причине не рекомендуется использование обычных реле без обвзяки. Для коммутации цепей переменного тока рекомендуется использование твердотельных реле, так как обычные реле работают по принципу замыкания контактов. При больших мощностях в момент замыкания происходит искрение, что приводит к подгоранию контактов, уменьшению площади соприкосновения контактных площадок. В результате происходит нагревание реле, что опасно возникновением пожара. Следует учесть, что твердотельные реле так же нагреваются, однако данное явление проявляется на более высоких мощностях, и не связано с ухудшением характеристик реле.

    Рассмотрим схематичное подключение реле к плате. В качестве сигнальных выводов обозначены контакты D2-D5. На схеме изображено подключение релейного модуля с двумя реле, двух твердотельных реле средней мощности, для подключения вытяжного вентилятора и лампы. Схема подключения проиллюстрирована на рисунке 18

    Рисунок 18
    1   2   3   4


    написать администратору сайта