edw 2003 12 s54, Literatura techniczna, Czasopisma, Elektronika Dla Wszystkich, edw podf
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
F orum
Czytelników
A k w a r i o w y
k o m b a j n
Dla posiadacza akwarium bardzo ważne jest,
aby temperatura wody była utrzymywana na
stałym określonym poziomie. Za niska lub za
wysoka może przyczynić się do śmierci da-
nego gatunku ryb. Bardzo ważną też jest
sprawa odpowiedniego oświetlenia i napo-
wietrzania akwarium. Proponowany układ to
prawdziwy kombajn, który ma następujące
możliwości:
- umożliwia sterowanie dołączonymi urzą-
dzeniami w trybie 24-godzinnym,
- odczytuje temperaturę oraz steruje grzałką,
by utrzymać ustawioną temperaturę,
- alarmuje o stanach „min” oraz „max” tem-
peratury,
- alarmuje o zbyt niskim poziomie wody
w akwarium,
- umożliwia podawanie dziennie do
dwóch dawek pokarmu,
- umożliwia załączanie i wyłączanie oświe-
tlenia o wprowadzonych godzinach,
- steruje pompką o dwóch zadanych godzi-
nach włączenia i wyłączenia,
- dodatkowy przycisk umożliwia włączenie
lub wyłączenie oświetlenia w dowolnym mo-
mencie,
- zapewnia pracę w trybie automatycznym
oraz ręcznym,
- wyposażony został także w alarm dźwięko-
wy oraz optyczny.
- Praca ręczna umożliwia ręczne sterowanie
światłem, pompką oraz dozownikiem pokar-
mu. Przy pracy ręcznej grzałka jest sterowa-
na automatycznie.
- Wykorzystanie układu
watchdoga zapobiegło skut-
kom, do jakich mogłyby dojść po
zawieszeniu się programu.
- Czytelny wyświetlacz LCD umożliwia pro-
stą obsługę sterownika.
- Wprowadzone parametry przechowywane
są w pamięci EEPROM, dzięki czemu jest
możliwe ich odtworzenie po włączeniu urzą-
dzenia.
- Dodatkowe awaryjne zasilanie umożliwia
pracę zegara podczas krótkotrwałych zani-
ków zasilania.
- Podczas braku napięcia zasilającego układ
nie wykonuje wielu czynności oraz przecho-
dzi w stan IDLE, dzięki czemu pobór prądu
ze źródła awaryjnego nie jest duży.
Rys. 1
54
Elektronika dla Wszystkich
Forum Czytelników
- Sterowanie elektrod mierzących poziom
wody zmiennym przebiegiem przyczyniło
się do ograniczenia występowania efektu
elektrolizy.
Te wszystkie możliwości uzyskano dzięki
sterowaniu mikroprocesorowemu. Cały pro-
gram sterujący zmieścił się w pamięci o po-
jemności 4k, w którą to wyposażony został
mikrokontroler AVR AT90S4433. Sterownik
umożliwia pomiar temperatury z dokładno-
ścią do 1
o
C, co w zupełności wystarczy. Czas
włączenia i wyłączenia dołączonych urzą-
dzeń, może być ustawiany z dokładnością do
godziny, nie ma potrzeby sterowania z do-
kładnością do minut.
kazany na schemacie opcjonalny LM335. Po
zastosowaniu LM335 wymagana jest tylko
zmiana procedury odczytywania temperatu-
ry. Cały sterownik zasilany jest stabilizowa-
nym napięciem z wyjścia stabilizatora U3
poprzez diodę D1. Napięcie z anody diody
D1 służy do zasilania napędu serwo oraz jest
badane przez mikrokontroler, dzięki czemu
będzie on wiedział, kiedy braknie głównego
zasilania. Dla zmniejszenia poboru prądu na
podstawie tego sygnału ograniczana jest pra-
ca mikrokontrolera. Sterownik poprzez D2
zasilany jest z awaryjnego źródła napięcia,
przez co możliwe jest utrzymanie poprawnej
pracy zegara. Dioda D2 zapobiega przepły-
wowi prądu do baterii, natomiast kondensa-
tory C1-C4 filtrują napięcia zasilające układ.
Potencjometr P1 umożliwia ustawienie kon-
trastu wyświetlacza LCD. Diody LED D7-
D9 dodatkowo sygnalizują stan przekaźni-
ków. Oprogramowanie zawarte w mikrokon-
trolerze zostało napisane w bardzo popular-
nym w naszym kraju BASCOM AVR i zaj-
muje pełne 4k pamięci.
Szczegółowy opis programu, program,
listingi i rysunek płyty czołowej można
ściągnąć ze strony internetowej EdW
z działu FTP.
procesora do podstawki. Dodatkowo na płyt-
ce należy wykonać zworkę przewodem, łą-
cząc ze sobą punkty oznaczone jako A1.
Przed całkowitym uruchomieniem sterowni-
ka warto sprawdzić poprawność napięcia za-
silającego mikrokontroler. Jeżeli jest prawi-
dłowe, można włożyć procesor do podstaw-
niki i włączyć układ. Powinien od razu dzia-
łać poprawnie, przy czym wymagana jest
jedna regulacja - kontrastu wyświetlacza,
której należy dokonać potencjometrem P1.
Jeżeli całość działa poprawnie, układ można
umieścić w pasującej obudowie KM-60, na-
klejając na jej przód płytę czołową przedsta-
wioną na
rysunku 3
. Można się nią także po-
służyć do wycięcia i wywiercenia potrzeb-
nych otworów w płycie czołowej obudowy.
Warto z tyłu obudowy umieścić wyłącznik
zasilania oraz gniazdo bezpiecznikowe.
Jako elektrody mierzące poziom wody
można zastosować kawałki grubszego drutu,
które przy za niskim poziomie wody powin-
ny być wynurzone. Można je przyczepić do
spinaczy od bielizny, które będzie można ła-
two przypiąć do szyby akwarium. Więcej
problemów może przysporzyć wykonanie
obudowy czujnika. Potrzebne będą do tego
celu metalowa rurka oraz wosk. Rurkę nale-
ży z jednej strony zatkać pewną ilością wo-
sku, po czym po jego ostygnięciu można
włożyć czujnik temperatury i zalewając go
woskiem, zatkać rutkę od góry. Zamiast wo-
sku można użyć także innych substancji, jak
choćby klejów dwuskładnikowych. Tak
przygotowany termometr jest już gotowy do
pełnienia swoich obowiązków.
Do rozwiązania pozostał jeszcze problem
dozownika pokarmu, którym może sterować
napęd serwo. W EdW 12/97 rozwiązanie jed-
nego z zadań Szkoły Konstruktorów doty-
czyło w całości zagadnień akwarystycznych.
Znalazło się tam kilka ciekawych rozwiązań
sterowników i dozowników pokarmu. Wy-
brałem z nich najciekawszy i moim zdaniem
najlepszy, który się sprawdzi w swojej roli
ibędzie najmniej awaryjny. Jest on także ła-
twy w budowie. Proponowany szkic dozow-
nika ze wspomnianej Szkoły Konstruktorów
przedstawia
rysunek 4
. Do tak skonstruowa-
nego dozownika należy dołączyć serwo,
które będzie odpowiednio przesuwało rucho-
mą częścią dozownika. Do budowy dozowni-
ka można użyć części metalowych lub drew-
nianych zabezpieczonych lakierem przed
wilgocią. Zamiast trochę droższego czujnika
DS1820 można zastosować LM335, wyko-
rzystując przy tym wewnętrzny przetwornik
A/C mikrokontrolera. Przy jego zastosowa-
niu należy całkowicie zmienić procedurę od-
czytu temperatury. Przy czym odczytana
i przeliczona wartość z przetwornika powin-
na być zapisana do zmiennej „T”. Jeżeli będą
prośby, to napiszę taką procedurę do obsługi
termometru LM335. Jako źródło napięcia
rezerwowego można zastosować niewielką
Opis układu
Schemat ideowy akwariowego kombajnu
znajduje się na
rysunku 1
.Głównym ele-
mentem sterującym jest mikrokontroler AVR
o symbolu AT90S4433. Mikrokontroler ten
został wybrany ze względu na większą liczbę
portów oraz ze względu na pamięć progra-
mu, która dla niego wynosi 4k. Cały port PB
mikrokontrolera został wykorzystany do ste-
rowania wyświetlaczem LCD, natomiast
część portu PD steruje przekaźnikami wyko-
nawczymi. Pin PD3 steruje dozownikiem po-
karmu, do którego dołączony jest napęd se-
rwo. Na pinie PD.4 występuje przebieg pro-
stokątny, który poprzez C9 podawany jest na
jedną z elektrod mierzących poziom wody.
Jeżeli obie elektrody dołączone do Z2 znaj-
dują się w wodzie, przebieg prostokątny
przechodzi do drugiej elektrody i dalej przez
C8. Sygnał z C8 steruje bramką tranzystora
MOSFET T5. Na jego drenie pojawia się od-
wrócony sygnał prostokątny. Przy braku po-
łączenia elektrod z wodą na dre-
nie T5 utrzymuje się cały czas
stan wysoki dzięki wewnętrzne-
mu rezystorowi, który podciąga
pin PD2 do dodatniej szyny zasi-
lania. Pin PD1 steruje poprzez
tranzystor T4 buzzerem, nato-
miast przyciski S1-S4 umożli-
wiają sterowanie wszystkimi
funkcjami sterownika. Dioda
D3, wraz z rezystorem ograni-
czającym prąd R2, jest sygnali-
zatorem sytuacji alarmowych.
Elementy C5, C6 oraz X1 są od-
powiedzialne za taktowanie mi-
krokontrolera, natomiast kon-
densator C7 za jego poprawne
zerowanie. Jako termometr zo-
stał wykorzystany dokładny
czujnik temperatury DS1820,
z którego odczyt jest możliwy
po popularnej jednoprzewodo-
wej magistrali. Dodatkowy prze-
twornik A/C, w jaki został wy-
posażony mikrokontroler, umoż-
liwia stosowanie także innych
czujników temperatury jak po-
Montaż i uruchomienie
Sterownik należy zmontować na płytce dru-
kowanej przedstawionej na
rysunku 2
. Mon-
taż należy rozpocząć od wlutowania kilku
zworek, przechodząc dalej do elementów
najmniejszych i kończąc na włożeniu mikro-
Rys. 2 Schemat montażowy
Elektronika dla Wszystkich
55
Forum Czytelników
baterię litową, której napięcie 3V utrzyma
mikrokontroler przy prawidłowej pracy pod-
czas braku głównego napięcia zasilającego.
Mogą to też być dwa lub trzy ogniwa 1,5V,
przy czym napięcie zasilania awaryjnego nie
powinno być większe od 4,5V.
Parametry, jakie można ustawić po naci-
śnięciu przycisku „Ustaw”, są następujące:
1. „Temp”, czyli zadana temperatura wody,
można zmieniać ją w zakresie od 20 do
35
o
C przyciskiem „Zmień 1”.
2. „Tmin”, czyli za niska temperatura, która
ma powodować alarm. Można ją zmieniać
w zakresie od 15 do 40
o
C przyciskiem
„Zmień 1”. Powinna ona być mniejsza od
ustawień temperatury maksymalnej.
3. „Tmax”, czyli za wysoka temperatura,
która ma powodować alarm. Można ją zmie-
niać w zakresie od 15 do 40
o
C przyciskiem
„Zmień 1”. Powinna ona być większa od
ustawień temperatury minimalnej.
4. „P:1 on:, on:”, czyli godziny podania po-
karmu. Pierwszą godzinę można wprowadzić
przyciskiem „Zmień 1”, a drugą przyciskiem
„Zmień 2”. Zakres zmian wynosi od 0 do 25
godzin, przy czym wartość 25 oznacza brak
podania pokarmu.
5. „P:2 on:, off:”, czyli godziny pierwszego
włączenia i wyłączenia pompki. Przycisk
„Zmień 1” ustawia wartości godzin dla „on”,
natomiast przycisk „Zmień 2” dla „off”. War-
tości 25 oznaczają brak sterowania, ponie-
waż nie ma takiej godziny.
6. „P:3 on:, off” oznacza to samo co dla
punktu 5, tyle że umożliwia drugie włączenie
lub wyłączenia pompki. Przykładowo usta-
wienie w punkcie 5 może załączać pompkę
od 9 do 12, a ustawienie w punkcje 6 od go-
dziny 6 do 20.
7. „L: on:, off:”, czyli godziny włączenia
iwyłączenia oświetlenia. Znaczenie przyci-
sków „Zmień 1” oraz „Zmień 2” jest takie sa-
mo jak dla punktów 5 oraz 6.
8. Znak „*” na wyświetlaczu świadczy
omożliwości ustawienia zegara. Przyciskiem
„Zmień 1” ustawia się mi-
nuty, natomiast przyci-
skiem „Zmień 2” godziny.
Kolejne przyciśnięcie
przycisku „Ustaw” powo-
duje wyjście z trybu usta-
wień. O wyjściu z trybu
ustawień świadczy pierw-
szy znak na wyświetlaczu,
który może być „A” albo
„M” w zależności od try-
bu sterowania. Sterownik
cały czas powinien praco-
wać w tym trybie. Nie po-
winno się go zostawiać
przy którymś z ustawień.
Na koniec nie pozostało
mi nic innego jak życzyć
udanej i jak najbardziej
zautomatyzowanej
hodowli rybek.
Wykaz elementów
Rezystory
R1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7k
Ω
R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470
Ω
R3-R5,R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
R6-R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .560
Ω
R10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1M
Ω
P1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k
Ω
PR leżący
Obsługa
Obsługa sterownika i ustawienie potrzeb-
nych parametrów są bardzo łatwe. Poniżej
opisana została obsługa sterownika, zarówno
dla trybu automatycznego, jak i manualnego.
Kondensatory
C1,C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF ceramiczny
C7-C9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF
C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470µF/25V
C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100µF/16V
C5,C6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33pF
Tryb Manualny:
O pracy sterownika w trybie manualnym
świadczy litera „M” na pierwszej pozycji
wyświetlacza.
- Przycisk „Pokarm” umożliwia dawkowanie
pokarmu.
- Przycisk „Pompa” umożliwia włącza-
nie/wyłączanie pompki.
- Przycisk „Światło” umożliwia włącza-
nie/wyłączanie oświetlenia.
Tryb manualny może się przydać, gdy po-
trzebne jest ręczne sterowanie wspomniany-
mi urządzeniami. Temperatura wody jest re-
gulowana samoczynnie, bez względu na wy-
brany tryb pracy urządzenia. Ponieważ tem-
peratura jest ustawiana w trybie automatycz-
nym sterownika, trzeba pamiętać o tym, aby
po pierwszym włączeniu układu ją zmienić.
Półprzewodniki
B1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Mostek 1A okrągły
D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4001
D2,D-D6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED 3mm czerwona
D7-D9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED 3mm zielona
T1-T4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
T5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BS107
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .AT90S4433
U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .DS1820
U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM7805
W1 .Wyświetlacz alfanumeryczny LCD 2x16 znaków
Tryb automatyczny:
- Przycisk „Światło” umożliwia włącza-
nie/wyłączania oświetlenia.
- Przycisk „Kasuj” kasuje alarm dźwiękowy.
- Przycisk „Ustaw” wprowadza sterownik
w tryb ustawień, przy czym każde przyciśnię-
cie tego przycisku wyświetla kolejny parametr.
Inne
BT1 . . . . . . . . . .Gniazdo na baterię litową CR2032
S1-S3 . . . . . .Mikrostyki jak w układzie modelowym
lub podobne
S4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Przełącznik hebelkowy
TR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Transformator TS2/56
X1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Kwarc 8MHz
Z1,Z2,Z4-Z6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Złącza ARK2
Z3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Goldpin 1x3
PK1-PK3 . . . . . . . . . . . . . . .Przekaźnik RM96/12V
Q1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Piezo z generatorem
Obudowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .KM-60
Rys. 3 Płyta czołowa (skala 50%)
Rys. 4 Szkic dozownika
Marcin Wiązania
56
Elektronika dla Wszystkich
[ Pobierz całość w formacie PDF ]