Влаштування підтримки мікроклімату в зимовому саду - домашня метеостанція. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори

 Коментарі до статті

Пропонований пристрій розроблений для підтримки мікроклімату в зимовому саду, де вирощуються субтропічні рослини. З його допомогою підтримуються умови, необхідні для їх нормального розвитку: температура, вологість повітря та тривалість світлового дня. Додатково воно може вимірювати зовнішню температуру та атмосферний тиск, накопичувати та відображати у вигляді графіків інформацію про їх зміни протягом року.

Пристрій забезпечує автоматичне керування системою водяного опалення приміщення, зволожувачами повітря, засобами примусової вентиляції, електроприводами двох рулонних віконних штор, засобами досвітлення рослин. Фактично воно реалізує частину функцій так званого "розумного будинку" і може бути застосоване для керування мікрокліматом у будь-якому приміщенні.

Одночасно пристрій виконує роль домашньої метеостанції. Воно фіксує зовнішню температуру та атмосферний тиск (щогодини), абсолютні мінімуми та максимуми зовнішньої температури та атмосферного тиску за поточну добу, середні щодобові значення зовнішньої температури та атмосферного тиску протягом поточного року, абсолютні мінімуми та максимуми зовнішньої температури та атмосфер із зазначенням їх дат. На екрані індикатора виводяться графіки зміни метеопараметрів за поточну добу або за будь-який квартал поточного року.

Основні технічні характеристики

• Температура у приміщенні,ºC.......0...+50
• Температура зовнішнього повітря, ºС.......-50...+50
• Атмосферний тиск, мм Hg .......225...825
• Відносна вологість повітря в приміщенні, %.......40...70
• Похибка вимірювання кліматичних параметрів: температури в приміщенні, ^оЗ .......±1
• температури зовнішнього повітря, ^оЗ .......±1
• атмосферного тиску, мм Hg.......±1,3
• відносної вологості повітря у приміщенні, % .......±4,5
• часу сходу та заходу Сонця, мін .......±5
• Точність підтримання параметрів клімату в приміщенні: температури, ^оЗ.......±1
• вологості повітря, % .......-5...+1
• тривалості підсвічування рослин, хв .......±1
• Число каналів управління: опаленням ....... 1
• вентиляцією ....... 1
• зволоження повітря ....... 1
• досвіткою рослин ....... 1
• віконними шторами: автоматично ..... 1
• вручну ....... 2
• Здатність навантаження каналів управління, В, ВА (А): опаленням.......~230, 200
• вентиляцією.......~230, 200
• зволоження повітря .......~230, 200
• досвіткою рослин .......~230, 200
• віконними шторами .......5 (1,3)

Зовнішній вигляд пульта керування пристроєм показано на рис. 1. У ньому є два працюючих спільно мікроконтролери: ATmega32-16PU (основний) і ATtiny2313A-PU (управління шторами). На рис. 2 зображено основна частина його принципової схеми, що реалізує всі функції, крім управління шторами.

Рис. 1. Зовнішній вигляд пульта керування пристроєм

Рис. 2. Основна частина принципової схеми пристрою (натисніть для збільшення)

Годинник реального часу на мікросхемі DD1 (DS1307) забезпечує програму мікроконтролера DD2 інформацією про поточну дату і час. У цій мікросхемі є 56 байт оперативної пам'яті загального призначення, які програма мікроконтролера DD2 використовує для зберігання інформації про добові зміни температури зовнішнього повітря та атмосферного тиску, а також про задані параметри пристрою.

Для мікросхеми DD1 передбачено джерело резервного живлення - літієвий елемент G1 CR2032, що дозволяє зберігати хід годинника та інформацію в оперативній пам'яті без основного живлення. Елемент встановлений у "вертикальний" утримувач CH74-2032.

Інформація про стан навколишнього середовища надходить у програму мікроконтролера DD2 з датчиків атмосферного тиску B1 HP03M [1], температури та вологості повітря у приміщенні В2 SHT10 [2], температури зовнішнього повітря BK1 DS18B20.

Мікросхема DD1 та датчик B1 пов'язані з мікроконтролером DD2 за інтерфейсом I²C, утвореному лініями SCL (PD4) та SDA (PD3). При цьому для датчика B1, що працює з тривольтними логічними рівнями передбачені перетворювачі цих рівнів. На лініях SCL і SDA вони двонаправлені (5 В↔З) на транзисторах VT1 (VT2) і резисторах R9, R17 (R10, R18). Перетворювачі рівнів сигналів MCLK і XCLR - односпрямовані (5 В→З В) у вигляді дільників напруги R6R5 та R1R2 відповідно.

Зв'язок із датчиком температури та вологості повітря В2 мікроконтролер веде по лініях PD1 та PD2. Датчик температури зовнішнього повітря BK1 має інтерфейс 1-Wire, обмін із ним організований по лінії PD0 мікроконтролера.

Для подачі в необхідних випадках звукових сигналів використаний п'єзокерамічний випромінювач HA1 сигнал управління яким мікроконтролер формує на лінії PD7.

Для відображення інформації застосований графічний РКІ WG240128B-TML-TZ#000 (HG1) з роздільною здатністю екрану 240x128 пкс. Його обслуговують порти B та C мікроконтролера DD2. Істотна перевага цього індикатора - вбудована резистивна сенсорна панель, що істотно спрощує реалізацію органів управління. Панель обслуговують лінії PA0-PA3 мікроконтролера DD2.

Щоб мінімізувати проникнення перешкод ланцюга живлення, на аналогові вузли мікроконтролера DD2 воно подано через фільтр L1C3.

Підстроювальним резистором R24 встановлюють необхідну контрастність зображення на екрані РКІ, а добіркою резистора R21 - яскравість його підсвічування.

Управління виконавчими пристроями здійснюється за допомогою симісторних комутаторів, що забезпечують гальванічну розв'язку ланцюгів управління ними від мережі живлення. Ці комутатори ідентичні, тож розглянемо роботу лише одного з них. Управляючий сигнал з виходу PA5 мікроконтролера DD2 через резистор R3 надходить на діод сімісторного оптрона U1 MOC3063. Цей оптрон має вузол визначення моменту проходження прикладеного до фотосимістору напруги через нуль, тому відкривання фотосимістора та керованого ним силового симістора VS1 відбувається саме в цей момент. Це забезпечує мінімальний рівень комутаційних перешкод.

Щоб підтримувати у приміщенні необхідні умови освітлення, програма мікроконтролера DD2 формує команди управління положенням рулонних віконних штор. Частина схеми пристрою, відповідальна управління шторами, зображено на рис. 3. Тут є другий мікроконтролер (DD3). Обмін інформацією між мікроконтролерами відбувається лініями РА6 і РА7 (DD2) і PD0, PD1 (DD3).

Мал. 3. Частина схеми пристрою, відповідальна за керування шторами (натисніть , щоб збільшити)

Вузол управління шторами дозволяє за допомогою електроприводу змінювати положення двох рулонних штор або автоматично за командами, сформованими мікроконтролером DD2, або вручну за командами оператора. При цьому в автоматичному режимі положення обох штор змінюється синхронно, а в ручному режимі можливе роздільне керування кожною з них.

В автоматичному режимі крок переміщення штори дорівнює половині обороту її валу, в режимі ручного керування в потрібне положення штори встановлює користувач за допомогою кнопок SB1-SB4.

Електропривод лівої штори складається з електродвигуна M2, датчика верхнього положення цієї штори B3 та датчика числа обертів її валу B4. У приводі правої штори встановлено відповідно електродвигун M1 та датчики B5 та B6.

Датчики B3-B6 є магніточутливими мікросхемами на ефекті Холла SS441A [3]. На валах та полотнах штор для дії на них встановлені постійні магніти. Світлодіоди HL1-HL4 служать індикаторами спрацьовування датчиків, що значно полегшує налагодження вузла. При бажанні після завершення налагодження ці світлодіоди можна замінити перемичками, а опір резисторів R35-R38 збільшити так, щоб струм через кожен з них струм не перевищував 5 ... 10 мА.

Як електродвигуни M1 і M2 застосовані мотор-редуктори постійного струму Gekko MR25-275, що широко використовуються в робототехніці. Вбудований в них редуктор з передавальним числом 1:275 забезпечує момент, що крутить, на вихідному валу 330 н·см, що дозволяє піднімати і опускати рулонні штори з масою полотна до 10 кг.

Мікроконтролер DD3 управляє двигунами через двоканальний драйвер DA2 L298N, видаючи на нього три керуючі сигнали: напрями обертання, що формується на лінії PB6 одночасно для обох штор, і дозволу роботи кожного з двигунів, що формуються на лініях OC1A та OC1B. Останні є послідовності імпульсів, модульованих за тривалістю, що дає можливість змінювати швидкість переміщення штор.

Режим керування шторами задають вимикач SA1. У ручному режимі (вимикач розімкнуто) користувач керує шторами за допомогою кнопок SB1 (права вниз), SB2 (права вгору), SB3 (ліва вниз) та SB4 (ліва вгору). В автоматичному режимі (вимикач SA1 замкнутий) кнопки SB1-SB4 заблоковані, а команди управління положенням штор надходять на лінії PD0 та PD1 мікроконтролера DD3 від мікроконтролера DD2.

Дросель L2 призначений для придушення перешкод, що проникають у ланцюг живлення пристрою від працюючих електродвигунів. Він має бути розрахований на струм не менше 2,5 А.

Пристрій живлять напругою 5 від імпульсного джерела живлення PS-15-5 (5, 2,8 А). Струм споживання від нього (при вимкнених двигунах приводу штор) – близько 90 мА. Необхідна для живлення датчика B1 напруга 3,3 отримують за допомогою інтегрального стабілізатора DA1 L78L33.

Креслення основної друкованої плати пристрою зображено на рис. 4. Розміщення деталей у ньому показано на рис. 5. Для мікроконтролерів DD2 і DD3 на платі встановлюють панелі з огляду на те, що роз'ємів для програмування мікроконтролерів на ній не передбачено. У панелі мікроконтролера DD2 видалені висновки 12 та 13.

Рис. 4. Креслення основної друкованої плати пристрою

Рис. 5. Розміщення деталей на платі

Щоб встановити на плату датчик HP03M (B1), пази на бічних поверхнях його підкладки впаюють відрізки лудженого одножильного дроту діаметром 0,4...0,8 мм (мал. 6), їх вільні кінці вставляють в отвори друкованої плати і припаюють до її контактним майданчикам. Для датчика SHT10 (B2) доцільно виготовити невелику перехідну друковану плату за кресленням, показаним на рис. 7.

Мал. 6. Датчик HP03M (B1)

Рис. 7. Друкована плата

Мікросхему L298N (DA2) слід забезпечити невеликим тепловідведенням з площею охолоджувальної поверхні 20...30 см². Тепловідведення для симісторів VS1-VS4 не передбачені, тому комутована ними потужність не повинна перевищувати 200 ВА. Для більш потужного навантаження симістори повинні мати відповідні тепловідведення.

Пристрій зібрано в типовому корпусі електрощитка. Поза основною платою знаходяться датчики B2-B6, а також джерело напруги живлення 5 В. Індикатор HG1, вимикач SA1 і кнопки SB1-SB4 розміщені на знімній передній панелі корпусу і підключаються до основної плати роз'ємами.

Слід мати на увазі, що висновки сенсорної панелі індикатора оформлені у вигляді надплоського FPC кабелю, призначеного для з'єднання з роз'ємом FFC. Оскільки індикатор розташований на панелі корпусу, довжини цього кабелю (8 см) для з'єднання з платою недостатньо. Він підключений до неї через подовжувач - плоский кабель довжиною 10 см, дроти якого з одного боку припаяні до штирів роз'єму FFC, а з іншого - встановлений роз'єм BLS-4 для підключення до друкованої плати.

Магнітні датчики B3-B6 встановлені попарно на двох однакових друкованих платах, виготовлених за кресленням, показаним на рис. 8. Ці плати розміщені біля штор та з'єднані кабелями з роз'ємами X15 та X16 основної плати. Виконавчі пристрої підключають до гнізда Х4, X5, X10, X11, X13, X14. Джерело напруги 5 являє собою окремий вузол, розміщений на власній друкованій платі.

Рис. 8. Креслення друкованої плати

Особливості конструкції виконавчих пристроїв

Підсвічування рослин може проводитися як спеціальними фітосвітильниками, так і звичайними, призначеними для освітлення приміщення, якщо інтенсивність та спектр їхнього випромінювання підходять для рослин. В останньому випадку необхідно ретельно продумати схему включення світильників, щоб не вийшло, що один і той же провід світильника його вимикачем буде з'єднаний з фазним проводом мережі, а через роз'єм Х4 - з нейтральним проводом, що призведе до аварії.

Для забезпечення в приміщенні необхідної вологості повітря можна використовувати побутові зволожувачі (один або декілька, залежно від площі приміщення). Зволожувач має бути найпростішим, без убудованих засобів контролю вологості. Вимикач на корпусі зволожувача повинен бути постійно увімкнений, асетевий шнур підключений до гнізда Х5. Пристрій буде включати і вимикати зволожувач.

Для керування водяним опаленням у розрив труби, що подає в систему гарячу воду, встановлений клапан Danfoss RAV8 з нормально відкритим термоелектричним приводом Danfoss TWA-V NO 230 V. Напруга живлення приводу 230 В, потужність споживання - всього 1 Вт. Завдяки тому, що клапан нормально відкритий, за відсутності на приводі напруги керування система опалення буде включена. Це виключить заморожування рослин взимку внаслідок несправності пристрою або відсутності напруги в мережі живлення.

Система вентиляції приміщення може містити як припливний, так і витяжний вентилятор або їх комбінацію. Загальна потужність вентиляторів не повинна перевищувати 200 ВА.

Автор використовував штори, виготовлені на основі віконних рулонних штор із ручним ланцюговим приводом (рис. 9). Їх випускають різних розмірів і з різним забарвленням полотна та продають у багатьох магазинах. Так як основне завдання штор у літньому саду - знизити приплив тепла в приміщення за рахунок екранування сонячного випромінювання, доцільно вибирати їх зі світлим (що добре відображає світло), але в той же час щільним (з малим світлопропусканням) полотном. У цьому випадку штори будуть найефективнішими. Ширину штори вибирають виходячи з повного перекриття нею віконного отвору, а довжину - на 40...50 см більше за висоту вікна.

Рис. 9. Штори

Штора складається з металевого валу діаметром 25 мм, на якому намотане полотно штори. В отвори валу з двох сторін вставлені пластикові втулки, осі яких вільно обертаються в отворах кронштейнів, за допомогою яких вся конструкція кріпиться до стіни.

На правій втулці розміщений механізм приводу штори, який дозволяє піднімати та опускати її полотно за допомогою кулькового ланцюга. Щоб забезпечити штору електроприводом, цю втулку слід доопрацювати. З неї знімають закріплену кришкою, після чого знімають зі шківа кульковий ланцюг. З зовнішнього торця втулки видаляють металевий вал з елементами гальмівної системи, за допомогою якого закріплена в отворі кронштейна.

Гальмівна система не дає можливості полотну розмотуватися під власною вагою. У шторі з електроприводом функцію гальма виконує редуктор електродвигуна, який завдяки великому числу передавального створює значний гальмуючий момент при передачі зусилля в напрямку від полотна до двигуна.

Мотор-редуктори Gekko MR25-275 продають у магазинах робототехніки. Там же були придбані перехідні втулки для з'єднання валів мотор-редукторів з механізмами, що приводяться ними в дію, а також циліндричні магніти діаметром 3 і висотою 3 мм і прямокутні магніти розмірами від 10x10 до 20x20 мм товщиною 3...4 мм. З металевих куточків 40x60 мм завдовжки 40 мм з товщиною полиць 2,5 мм були виготовлені кронштейни для кріплення мотор-редукторів до стіни.

Зняту зі штори втулку зі шківом для приводного ланцюга довелося доопрацювати згідно з рис. 10. У її зовнішньому торці просвердлені два отвори з різьбленням М3 для гвинтів із потайними головками, якими закріплена перехідна втулка для валу мотор-редуктора. У пазі шківа, в якому раніше знаходився кульковий ланцюг, діаметрально протилежно просвердлені два отвори діаметром 3,5 та глибиною 6 мм.

Рис. 10. Доробка втулки зі шківом для приводного ланцюга

З пар стрижневих магнітів довжиною 3 мм виготовлені магніти діаметром 3 та довжиною 6 мм. Кожна пара стрижнів з'єднана протилежними полюсами, і на неї одягнений і злегка прогрітий відрізок термоусаджувальної трубки діаметром 3 мм. На жаль, готових магнітів потрібного розміру знайти не вдалося, тому й довелося збирати кожен із двох менших. Отримані магніти вклеєні в отвори шківа врівень з його зовнішньою поверхнею. При обертанні валу штори повинні впливати на магнітний датчик його напівоборотів.

З металевого куточка виготовлений кронштейн для кріплення двигуна-редуктора до стіни. На полиці куточка мають бути просвердлені отвори для валу мотор-редуктора та його кріпильних гвинтів. Отвір для валу повинен знаходитися на такій самій відстані від поверхні куточка, що кріпиться до стіни, як і у заводського кронштейна на протилежному кінці валу.

У підошві куточка просвердлено два отвори для його кріплення до стіни. Їх слід розташовувати подалі від поздовжньої осі мотор-редуктора, інакше при встановленні кронштейна на стіну можливі труднощі.

Штору слід закріпити на стіні приблизно на 15 см вище від верху віконного отвору. Робити це доцільно в наступній послідовності:

- закріпити мотор-редуктор на виготовленому для нього кронштейні;

- встановити праву та ліву (допрацьовану) втулки в отвори валу штори. Слід мати на увазі, що полотно штори має намотуватися на вал з боку стіни та вікна;

- Зібрати штору на горизонтальній поверхні (наприклад, на підлозі), вставивши вал правої втулки в отвір заводського кронштейна, а вал мотор-редуктора - в центральний отвір перехідної втулки, встановленої на допрацьованій лівій втулці, і закріпити гвинтом, що є в перехідній втулці;

- виміряти відстані між отворами, призначеними для кріплення кронштейнів до стіни;

- за результатами вимірів розмітити на стіні отвори, просвердлити їх та вставити в отвори дюбелі;

- зняти із зібраної конструкції правий кронштейн та закріпити його на стіні, користуючись підготовленими отворами;

- акуратно підняти частину зібраної штори, що залишилася, вставити вал правої втулки в отвір встановленого на стіні кронштейна;

- закріпити на стіні кронштейн із мотор-редуктором, користуючись підготовленими отворами.

Вигляд встановленої штори електроприводу представлений на рис. 11. Тепер можна подати на мотор-редуктор постійну напругу 5 В у різній полярності та перевірити рух полотна штори в обох напрямках.

Рис. 11. Вид встановленої штори з боку електроприводу

Друковану плату з магнітними датчиками встановіть на стіну під валом штори, як показано на рис. 12. Датчик обертів валу (B4 або B6) повинен перебувати під шківом із магнітами. Мінімальна відстань від магніту до корпусу датчика має бути 3...5 мм. Подавши харчування на плату, поверніть штори. Якщо проходження кожного магніту над датчиком супроводжує спалах світлодіода – все нормально. В іншому випадку слід зменшити відстань від магніту до датчика, підгинаючи його висновки.

Рис. 12. Друкована плата з магнітними датчиками

Далі налаштуйте датчик верхнього положення штори. Для цього полотно штори приведіть у положення, яке вважатиметься верхнім. Зазвичай воно відповідає повністю відкритому отвору вікна. На полотні штори з боку стіни помістіть прямокутний магніт навпроти датчика. На рис. 11 можна бачити кільцевий магніт (підійде і будь-який інший), що утримує прямокутний на полотні в процесі регулювання. Світла пляма вище за нього - світлодіод, що просвічує крізь полотно.

Якщо світлодіод не вмикається, підгинаючи висновки датчика, зменшіть відстань між ним та магнітом. Потім опустіть полотно штори до вимкнення світлодіода та знову підніміть до його увімкнення. Якщо положення штори в момент увімкнення світлодіода не збігається з необхідним верхнім положенням, слід підкоригувати положення магніту на полотні. По завершенні регулювання приклейте магніт до полотна у знайденому місці клеєм "Момент".

Остання дія - підрахунок числа напівоборотів валу штори, за яке її полотно перейде з верхнього (відкритого) в нижнє (закрите) положення. Воно залежить від висоти вікна і його значення в кожному конкретному випадку можуть відрізнятися. Методика тут проста – підрахунок числа спалахів світлодіода у процесі закривання штори. Запам'ятайте це число, надалі його потрібно занести в програму мікроконтролера. Після цього мотор-редуктор та плату датчиків можна підключити до основної плати пристрою.

Загальна інформація про алгоритми роботи пристрою

Для нормального розвитку субтропічних рослин потрібно світловий день тривалістю приблизно 12 год. Однак у багатьох регіонах нашої країни протягом значної частини року він значно коротший. Наприклад, на широті Москви його мінімальна тривалість – близько 7 год.

Для управління досвітком рослин пристрій на початку кожної доби обчислює час сходу Тв і заходу Тз Сонця в точці свого розміщення (широта та довгота цієї точки записані в програмі) і на підставі цієї інформації обчислює поточну тривалість світлового дня Тсв. У програмі зберігається задане користувачем значення необхідної тривалості світлового дня Тсв.тр. Якщо Тсв < Тсв.тр, то обчислюється різницю між ними: Δ = Тсв.тр - Тсв. Це проміжок часу, який має бути збільшена поточна тривалість світлового дня. Вранці пристрій включає досвітку на Δ/2 раніше за схід Сонця і вимикає її в момент сходу. Увечері воно включає підсвічування в момент заходу Сонця і вимикає його через Δ/2 після заходу. Використано алгоритм розрахунку сходу та заходу Сонця, заснований на наведеному в [4].

Необхідну вологість повітря в приміщенні користувач задає меню в межах 40...70 %. Якщо вологість стала меншою від необхідної на 5 %, пристрій включає зволожувач і вимикає його після досягнення встановленого значення.

Для нормального розвитку рослин у приміщенні має підтримуватись певна температура. При цьому не можна підтримувати в ньому постійну температуру протягом усього року - рослини також мають "поняття" про пори року, причому кожен сезон повинен мати свою середню температуру повітря, що відповідає субтропічному клімату.

Щоб виконати цю вимогу, EEPROM мікроконтролера DD2 записує закон зміни температури в приміщенні по місяцях протягом року. Він містить значення комфортної та мінімально допустимої температури для кожного місяця згідно з табл. 1.

Таблиця 1

Керуючи роботою системи опалення, вентиляції та віконними шторами, пристрій прагне підтримувати в приміщенні температуру, що відрізняється від комфортної не більше ніж на 1 ^оС. На практиці, однак, цей допуск вдається витримати лише в холодну пору року, коли працює загальнобудинкова система опалення. В решту часу, при надмірному припливі тепла до приміщення, пристрій прагне не допустити перевищення комфортної температури.

Якщо температура в приміщенні з якихось причин впала нижче мінімально допустимої, пристрій приблизно раз на хвилину подає серії з трьох коротких звукових сигналів.

Обмін інформацією між двома мікроконтролерами відбувається лініями, що з'єднують висновок 34 (PA6) DD2 з висновком 2 (PD0) DD3 і висновок 33 (PA7) DD2 з висновком 3 (PD1) DD3. Мікроконтролер DD2 – провідний, а DD3 – ведений.

У вихідному стані висновки PA7 і PA6 ведучого налаштовані як входи, а лінії PD1 і PD0 веденого можуть перебувати в одному зі станів, наведених у табл. 2. У стані готовності веденого до прийому лінії PD1 та PD0 сконфігуровані як входи, а рівні логічної одиниці на них підтримують резистори R30 та R31.

Таблиця 2

Якщо ведений перебуває у стані готовності, ведучий може генерувати запит на зчитування поточного становища штор чи команду зміну становища штор. В обох випадках відбувається пересилання одного байта. При відповіді на запит у цьому байті закодовано поточне положення штори - на скільки півобертів, рахуючи від верхнього положення, вона опущена. У байті команди на зміни положення штор у старшому розряді байта зазначено напрямок переміщення (1 - опустити, 0 - підняти), а в решті - число напівоборотів переміщення.

При видачі запиту на зчитування положення штор ведучий конфігурує свої висновки PA7 і PA6 як виходи і на 20 мс встановлює на них код 01. Після цього він переконфігурує висновки в режим входів (при цьому рівні логічної одиниці на лініях утримують резистори R30 і R31) і чекає байт інформації від веденого.

Ведений, дочекавшись повернення виведення PD0 в одиничний стан, конфігурує свої висновки PD1 і PD0 як виходи і починає передачу. Інформацію він передає послідовним кодом лінії PD0, супроводжуючи кожен розряд синхроімпульсом по лінії PD1. Після завершення передачі ведений конфігурує свої висновки PD1 і PD0 як входи.

Щоб подати команду зміни положення штор, ведучий конфігурує висновки PA7 і PA6 як виходи і на 20 мс встановлює код код 00, після чого починає передавати байт команди, формуючи його послідовний код на виведенні PA6 і супроводжуючи кожен розряд синхроімпульсом на висновку PA7. По завершенні передачі ведучий конфігурує свої висновки PA7 та PA6 як входи.

Ведений, отримавши кодову комбінацію 00, перетворюється на режим прийому команди. Завершивши прийом, він конфігурує свої висновки PD1 і PD0 як виходи, встановлює на них код 10 ("Не готовий до прийому") і починає виконання команди, попередньо перевіривши її вміст на допустимість. Якщо під час перевірки в команді виявлено неприпустиме значення, воно буде замінено таким, що знаходиться в допустимих межах. Виконавши команду, ведений знову перетворюється на стан готовності.

Алгоритм роботи мікроконтролера DD2 у спрощеному вигляді можна уявити складеним із вкладених циклів: річного, добового, годинного, регулювання температури та основного.

На початку чергового року перевіряється коректність його зміни. Справа в тому, що значення в регістрі року може змінитися не тільки внаслідок його природної зміни, а й з інших причин. Наприклад, при збої чи несправності мікросхеми годинника реального часу. Несвоєчасний "Новий рік" загрожує тим, що метеодані, накопичені в EEPROM за час, що минув з початку поточного року, будуть знищені.

Перевірка коректності зміни року вважається успішно виконаною, якщо рік, що настав, на одиницю більше попереднього. Щоб мати можливість перевірити це, в процесі встановлення дати значення року завантажується як в регістр мікросхеми годинника реального часу, так і в EEPROM мікроконтролера, звідки вибирається як контрольний під час перевірки.

Якщо перевірка пройшла успішно, програма оновлює контрольне значення року в EEPROM та стирає минулорічні метеодані. В іншому випадку, вміст EEPROM залишається незмінним, а замість назви дня тижня програма виводить на індикатор повідомлення "ПОМИЛКА РОКУ" і продовжує працювати.

На початку кожної доби програма розраховує усереднену за добу значення температури зовнішнього повітря та атмосферного тиску. Ці відомості заносяться до чергових осередків області EEPROM, що зберігає метеодані за поточний рік. Перевіряється, чи не потрібне оновлення максимальних та мінімальних за поточний квартал значень зовнішньої температури та атмосферного тиску. Якщо потрібно, значення EEPROM, що зберігаються, будуть оновлені.

Обнуляються осередки ОЗУ годинника реального часу, що зберігають інформацію про добовий перебіг зовнішньої температури та атмосферного тиску. З EEPROM зчитується інформація про допустиму температуру у приміщенні. Потім розраховуються моменти сходу та заходу Сонця, поточна тривалість світлового дня, моменти включення та вимкнення засобів досвітлення рослин.

При наступі чергової години програма заносить до осередків ОЗУ годинника реального часу значення зовнішньої температури та атмосферного тиску, виміряні наприкінці попередньої години. Вона оновлює графіки добового перебігу температури та атмосферного тиску.

У циклі регулювання температури програма керує роботою систем опалення, вентиляції та положенням віконних штор. Вихідні дані для регулювання - температура в приміщенні, її градієнт, стан та доступність для керування систем опалення та вентиляції, а також віконних штор.

На відміну від розглянутих вище циклів, що виконуються програмою з постійною періодичністю, період повторення циклу регулювання користувач може змінювати в межах від 2 до 30 хв. Справа в тому, що зміна температури в приміщенні під впливом засобів її регулювання відбувається не миттєво, а з деякою затримкою, яка залежить від ряду факторів, наприклад, від теплоємності приміщення та ефективності засобів регулювання. Тому у кожному конкретному випадку оптимальний період виконання цього циклу необхідно підібрати експериментально.

І, нарешті, основний цикл, який програма повторює з періодом близько секунди. У цьому циклі вона зчитує та відображає інформацію з датчиків температури, вологості, тиску та з годинника реального часу, управляє зволожувачем, включає та вимикає досвітку рослин, опитує органи управління. За виконання відповідних умов із головного циклу викликаються розглянуті вище цикли.

Програма мікроконтролера DD3 при його включенні передусім піднімає штори у верхнє положення. Вважається, що їхнє положення було довільним і невідомим програмі, а для коректного управління вона повинна мати точку відліку, якою і служить верхнє положення штор. Така ж дія виконується і при переведенні системи управління шторами з ручного в автоматичний режим, оскільки і в цьому випадку штор програма вважає невідомим.

У режимі ручного управління програма встановлює лініях зв'язку з мікроконтролером DD2 код 00 (ознака ручного управління) і далі постійно перевіряє стан кнопок SB1-SB4. Залежно від нього вона формує сигнали керування двигунами електроприводів штор. Під час руху полотен штор програма контролює стан датчиків їхнього верхнього положення. Якщо штора піднімається, спрацювання датчика блокує подальший підйом. А ось при опусканні штори ніякого програмного контролю її положення немає (його неможливо достовірно організувати при наборі датчиків), тому користувач здійснює цей контроль візуально, зупиняючи штору в потрібний момент.

У режимі автоматичного керування програма конфігурує висновки PD0 та PD1 як входи та постійно перевіряє їх стан. При виявленні запиту від ведучого програма ідентифікує його вигляд і або передає інформацію про поточне положення штор, або приймає команду зміну становища. Якщо прийнята команда вимагає опустити штору, то в першу чергу перевіряється на допустимість. Сенс перевірки в тому, щоб не дати можливості опустити полотно нижче за допустимий рівень - як уже було зазначено вище, ніяких датчиків нижнього положення штор у пристрої немає. Алгоритм перевірки простий - поточне положення штори (кількість напівоборотів валу від верхнього положення) програма підсумовує число напівоборотів, що міститься в команді. Якщо результат перевищує збережене у програмі максимально допустиме значення, то прийняте значення обмежується. При підйомі штор перевірка не потрібна, тому що у будь-якому випадку він буде зупинений сигналом датчика верхнього положення.

У програмі передбачено обов'язкове піднесення штор після заходу Сонця, оскільки у темний час доби вони не виконують теплозахисні функції.

Інформація, що відображається на індикаторі

При включенні пристрій працює у режимі відображення основної інформації (рис.13). На індикатор виведено поточну дату, час і день тижня, тривалість світлового дня на поточну добу, атмосферний тиск, температура в приміщенні та на вулиці, вологість у приміщенні. Показано встановлені користувачем режими керування опаленням, вентиляцією та шторами.

Рис. 13. Інформація, що відображається на індикаторі

Праворуч нагорі відображено поточний стан керованих пристроїв: "Вн" - вентиляції, "Від" - опалення, "Св" - засобів досвітлення рослин, "Ув" - зволожувача повітря. Якщо пристрій увімкнено, його позначення обведено рамкою. На рис. 13 - це опалення та досвітка рослин.

У нижній правій частині екрана виведено графік добового ходу зовнішньої температури або атмосферного тиску (на вибір користувача). Правіше графіка в прямокутних рамках розміщені максимальне (вгорі) і мінімальне (внизу) значення параметра, що відображається на графіку, за минулу частину доби.

Три області екрана є сенсорними кнопками управління. На рис. 13 вони обведені червоними рамками (на екрані таких рамок немає). Натисканням на середню кнопку можна вибрати параметр, що виводиться на графік (атмосферний тиск або зовнішню температуру), а натисканням на праву кнопку перевести індикатор в режим відображення метеоданих, накопичених за минулу частину поточного року.

Вигляд екрана індикатора у цьому режимі подано на рис. 14. Оскільки роздільна здатність екрана недостатня для відображення інформації за весь рік, вона виводиться поквартально. У верхній частині екрана виведено номер кварталу (у рамці) та значення абсолютних максимумів та мінімумів зовнішньої температури та атмосферного тиску за вибраний квартал із зазначенням дат, у які вони були зафіксовані.

Рис. 14. Вигляд екрана індикатора

У середній частині екрану розташований графік зміни усереднених за добу значень зовнішньої температури та атмосферного тиску протягом кварталу. Крива тиску виведена потовщеною лінією, температури – тонкою. За промовчанням при вході в цей режим відображаються дані за поточний квартал. До інших кварталів переходять за допомогою екранних кнопок "ПЕРЕД" і "СЛІД", а натисканням на екранну кнопку "ВИХ" повертаються в режим відображення основної інформації. Якщо в пам'яті пристрою дані за вибраний квартал відсутні, на екрані буде виведено повідомлення "НЕМАЄ ДАНИХ".

сервісне меню

За допомогою цього меню задають значення параметрів, які використовуються під час роботи пристрою. Воно дає можливість встановити:

- поточні дату, час та день тижня;

- Часовий пояс місця розташування пристрою в годиннику щодо UTC. Ця інформація потрібна для обчислення часу сходу та заходу Сонця;

- потрібну тривалість світлового дня в інтервалі 10...20год з дискретністю 1 год;

- необхідну вологість повітря в приміщенні в інтервалі 40...70% з дискретністю 1%;

- режим використання системи опалення "Ручний" або "Автомат". У режимі "Автомат" система опалення працює згідно з програмою, в режимі "Ручний" керування не ведеться, термоелектричний привід знеструмлений, а клапан, що управляє, відкритий. Радіатори опалення приміщення постійно підключаються до загальнобудинкової системи опалення. Цей режим доцільно включати у літній період, коли опалення не потрібно;

- режим використання системи вентиляції "Вимкнено" або "Автомат";

- Період повторення циклу регулювання температури в межах 2...30 хв з дискретністю в 1 хв.

Крім того, меню надає можливість стерти з пам'яті інформацію про добовий перебіг зовнішньої температури та атмосферного тиску. Цю операцію слід виконувати при першому увімкненні пристрою, а також після зміни елемента резервного живлення мікросхеми годинника реального часу. Інакше в осередках ОЗУ цієї мікросхеми будуть знаходитися випадкові, які не мають нічого спільного з реальними значеннями, на підставі яких програма побудує добовий графік. Що ще гірше, ці непередбачувані значення увійдуть до річної статистики.

Входять у меню натисканням на ліву екранну кнопку (див. мал. 13). Екран індикатора набуде вигляду, показаного на рис. 15. У рамці буде виведено назву параметра та його поточне значення. Є екранні кнопки вибору параметрів "ПЕРЕД" і "СЛІД", зміни поточного параметра "+" і "-", а також виходу з меню зі збереженням параметрів "ВИХ". Вийти з меню можна будь-якої миті, перебирати всі параметри не обов'язково, достатньо відкоригувати тільки потрібні.

Рис. 15. Вигляд екрана індикатора

Особливості підготовки програм для мікроконтролерів

Внаслідок нестачі програмної пам'яті мікроконтролера DD2 продати через меню всі сервісні функції пристрою не вдалося. Інакше висловлюючись, деякі параметри доводиться ставити у тексті програми перед її компіляцією. Правда, таких параметрів лише три, і їх не потрібно змінювати в процесі використання пристрою. Це географічні координати (широта і довгота) місця використання пристрою, а також число імпульсів датчика напівоборотів валу штори, необхідних для переміщення полотна з крайнього верхнього в крайнє нижнє положення. Остання кількість має бути внесена і в програму мікроконтролера DD3.

З цієї причини прикладені автором до статті завантажувальні (.hex) файли програм можуть бути повноцінно використані лише за умови, що пристрій знаходиться на відстані не більше 70...100 км від Москви (у програмі вказані її координати), а віконні штори опускаються вниз за 25 півобертів валу. За інших випадках тексти програм необхідно коригувати.

Щоб це зробити, на початку вихідного тексту програми мікроконтролера DD2 (файл klimat_mega.bas) знайдіть після оголошення змінних рядки:

La = 55.5 'Широта (град.)

Lo = 37.5 'Довгота (град.)

Stepmax =25 'Кількість кроків

та замініть у них значення змінних потрібними. На початку вихідного тексту програми мікроконтролера DD3 (файл klimat_tiny.bas) знайдіть рядок

Stepmax = 25 'Кількість кроків

та замініть у ній число 25 числом кроків (напівоборотів) для своєї штори. Після цього відкомпілюйте обидві програми та завантажте коди з отриманих hex-файлів у мікроконтролери.

Порядок програмування мікроконтролерів

Програмування мікроконтролера DD2 (ATmega32-16PU) слід виконувати у наступній послідовності:

1. Запрограмуйте конфігурацію мікроконтролера відповідно до табл. 3.

2. Завантажте в мікроконтролер коди з файлу Init_Mega.hex і запустіть програму. Вона підготує до роботи EEPROM мікроконтролера - завантажить інформацію з табл. 1 і очистить область розміщення метеоданих протягом року (якщо мікроконтролер вже використовувався, там може бути інформація, записана попередніми програмами).

3. Через п'ять-десять секунд завантажте у мікроконтролер відкомпільовану робочу програму.

Програмування мікроконтролера DD3 особливостей немає. Його конфігурація має відповідати табл. 4.

Таблиця 3

Таблиця 4

Файли друкованих плат та програми мікроконтролерів можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/09/clim.zip.

література

1. HP03 Series of calibrated sensor module. HP03M. - URL: hoperf.com/upload/sensor/H P03M.pdf
2. Datasheet SHT1 x (SHT10, SHT11, SHT15). Humidity and Temperature Sensor. - URL: datasheetlib.com/datasheet/709656/sht10_crouzet.html.
3. SS400 Series Temperature Compensated Digital Hall-Effect Sensor ICs. - URL: sensing.honeyweN.com/honeyweN-sensmg-ss400-series-product-sheet-009050-3-en.pdf?name=SS441A.
4. Sunrise/Sunset Algorithm Example. - URL: williams.best.vwh.net/sunrise_sunset_example.htm.

Автор: О. Савченко

Дивіться інші статті розділу Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Вимірювач частоти та потужності мікрохвильового випромінювання 53151A 18.01.2006 Фірма AGILENT TECHNOLOGIES представила новий прилад – вимірювач частоти та потужності мікрохвильового випромінювання 53151А. Діапазон вимірюваних частот від 50 МГц до 26 ГГц. Частота та потужність можуть вимірюватися одночасно з одного входу. Прилад може працювати від мережі, і від батарей. Має стандартні інтерфейси GPIB та RS-5.

Інші цікаві новини:

▪ Бджоли та математика

▪ Годинник Huawei Watch D з тонометром та ЕКГ

▪ Бездротовий DVD-привід для смартфонів

▪ Falcon Heavy готується до запуску

▪ Носитий пристрій, що реагує на думки людини

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Біографії великих вчених. Добірка статей

▪ стаття Білі раби. Білі негри. Крилатий вислів

▪ стаття Чому великі морські кораблі мають у носовій підводній частині округле потовщення? Детальна відповідь

▪ стаття Водій електровізка, електрокара. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Домашня служба часу. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Програматор мікросхем FLASH-пам'яті. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024