Un saluto a tutti gli amanti del microcontrollore fai da te. Se sei un felice proprietario di un acquario domestico, allora forse questo articolo ti interesserà. In esso, descriverò in dettaglio l'intero processo di creazione di un semplice ma molto utile acquacontroller fatto in casa, progettato per facilitare la vita del proprietario di un piccolo mondo sottomarino.
Come sapete, qualsiasi progetto di successo inizia con la preparazione di specifiche tecniche. Di seguito sono riportati i requisiti e le funzioni di base che volevo ottenere dall'acquacontroller:
- basso costo e disponibilità dei componenti;
- tempo personalizzabile per accendere e spegnere la luce nell'acquario;
- modalità di alimentazione (il filtro si spegne e si avvia automaticamente dopo 15 minuti);
- l'inclusione di un programma di alimentazione;
- misurazione della temperatura e dell'umidità dell'aria ambiente (come aggiunta);
- visualizzazione della data, ora e altri parametri correnti sul display LCD;
- gestione e impostazioni dei parametri tramite il menu tramite 4 pulsanti (Su, Giù, Ok, Annulla);
- tempo personalizzabile per accendere e spegnere la luce nell'acquario;
- modalità di alimentazione (il filtro si spegne e si avvia automaticamente dopo 15 minuti);
- l'inclusione di un programma di alimentazione;
- misurazione della temperatura e dell'umidità dell'aria ambiente (come aggiunta);
- visualizzazione della data, ora e altri parametri correnti sul display LCD;
- gestione e impostazioni dei parametri tramite il menu tramite 4 pulsanti (Su, Giù, Ok, Annulla);
Sulla base di quanto sopra, è nato il circuito mostrato in Figura 1.
Figura 1 - Schema elettrico dell'acquacontrollore
L'elemento principale è la scheda Arduino ProMiniacquisito in Cina. Come si è scoperto in seguito, è stato installato un controller ATMega168 invece di ATMega328. Questo mi ha fatto armeggiare con l'ottimizzazione del programma, dal momento che si è rivelato troppo pesante per questo controller a causa della metà della memoria flash.
Per la visualizzazione delle informazioni è stato scelto un noto display LCD a 2 righe da 16 caratteri. Nel progetto è collegato a Arduino su un bus dati a 4 fili.
Un sensore digitale è responsabile della misurazione della temperatura e dell'umidità. DTH11. Per esigenze domestiche è sufficiente. In realtà, non ha uno scopo specifico e viene aggiunto semplicemente come aggiunta al quadro generale.
Per controllare la lampada fluorescente e il filtro, ho usato due canali simistor su un gruppo di opto-simistor MOC3063 e simulatore di potenza BT137-600E. Questo ci ha permesso di liberare il circuito dei relè meccanici, per i quali per qualche motivo non provo simpatia.
Pulsanti di gestione - orologio normale, senza fissaggio.
Bene, poiché tutte le impostazioni sono legate a un periodo di tempo specifico, il dispositivo deve necessariamente contenere un orologio in tempo reale.In questo caso, ho usato il modulo TinyRTC basato sul microcircuito DS1703. Il modulo è controllato dal protocollo I2C e contiene un connettore per l'installazione di una batteria, che consente di salvare la data e l'ora allo spegnimento. L'alimentazione del modulo esterno è mostrata nella foto n. 2
Foto n. 2 - modulo orologio in tempo reale
Quindi, i requisiti sono definiti, lo schema viene elaborato: puoi andare alla fase di progettazione del circuito stampato. Il servizio online EasyEda mi ha aiutato a far fronte con successo a questo compito. Per non disturbare con i fori, ho deciso di posizionare tutti i binari e i componenti che trasportano corrente nello strato superiore. Avendo distorto un po 'i dettagli nell'editor, ho ottenuto un design PCB con solo tre jumper. L'aspetto del tabellone può essere visto nella figura 3.
Figura 3 - L'aspetto del circuito stampato di aquacontrol
Chi desidera ripetere il progetto può scaricare il file PCB da questo link:
Visualizza file online:
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Quindi, a quali punti dovresti prestare attenzione. resistenza R4 e R8 - gemello, tutto il resto è realizzato SMD alloggiamento 1206. I pulsanti dell'orologio hanno dimensioni 12x12. La scheda ha anche un convertitore di tensione cinese 220 V / 5 V., il cui aspetto è mostrato nella foto n. 4.
Foto n. 4 - convertitore di tensione 220 V / 5 V.
Lo schermo LCD e il modulo dell'orologio in tempo reale sono progettati per essere montati su rack integrati, il cui ruolo ho svolto con successo tagliando i tasselli di plastica.
Su questo, tutte le funzionalità dell'installazione sono definite e non resta che trasferire la scheda dallo schermo del monitor al nostro mondo fisico. Per questo è stato scelto un metodo ben noto. LUT, implicando la presenza di una stampante laser e ferro. Per coloro che non hanno familiarità con questa tecnologia del futuro, il processo di creazione di un circuito stampato nel mio bagno sarà descritto di seguito.
Quindi, per cominciare, cerca qualsiasi rivista con pagine lucide o un foglio di carta fotografica. Stampiamo il modello di scheda sulla stampante laser, senza dimenticare di capovolgerlo. Prepariamo un pezzo di vetro-texalite rivestito di alluminio in base alle dimensioni del bianco e maciniamo la superficie di rame con carta smerigliata a grana fine per brillare. Dovrebbe essere qualcosa del genere (foto numero 5).
Foto n. 5: la lavagna è pronta per la traduzione del disegno
Successivamente, giriamo la stampa sulla pellicola e la applichiamo al PCB. Successivamente, guidiamo la carta con un ferro caldo per circa 3 minuti. Il tempo di riscaldamento qui può variare a seconda della temperatura del ferro e dell'esperienza dell'esecutore di questo rituale segreto. Questo sembra visivamente simile a questo (foto n. 6):
Foto n. 6 - trasferimento dell'immagine sulla superficie della lamina
Dopo che la carta è stata saldamente aderita al PCB, spegnere il ferro da stiro e lasciare raffreddare la scheda. Ora è necessario rimuovere con attenzione lo strato di carta e allo stesso tempo non danneggiare il toner appiccicoso. Affinché il caso abbia successo, la carta deve essere inumidita e rimossa rotolando con la punta delle dita. Questo processo è mostrato più chiaramente nella foto n. 7.
Foto n. 7 - rimozione della carta dal circuito
A volte capita che in alcuni punti il toner semplicemente non si attacchi. In questo caso, queste aree possono essere completate con un pennarello indelebile. La foto n. 8 mostra la lavagna dopo aver rimosso la carta. Si noti che nella parte in alto a sinistra non c'è parte della figura, che verrà successivamente ripristinata con il metodo sopra.
Foto n. 8 - cartone dopo aver rimosso la carta
Quando tutti i momenti spiacevoli vengono eliminati, puoi iniziare l'attacco. Per questo, ho usato una soluzione di cloruro ferrico, come una delle opzioni più convenienti e sicure. Dopo aver inciso la scheda, sciacquarla accuratamente con un solvente per rimuovere il toner dalle tracce. Quindi di nuovo puliamo con una carta vetrata fine, sgrassare e stagno. Il risultato è mostrato nella foto n. 9.
Foto n. 9: la scheda è pronta per installare i componenti radio
Una delle fasi principali è stata completata. La fase successiva è l'installazione e la saldatura di componenti radio. Questo è un processo creativo e puramente individuale. Se hai domande, sono pronto a rispondere nei commenti, ma ora ti mostrerò solo quello che ho ricevuto (foto 10):
Foto n. 10 - una scheda con componenti sigillati
Come ho scritto sopra, il display e il modulo dell'orologio sono sollevati sopra la scheda con rack di plastica fatti di tasselli per una rapida installazione, e i loro contatti sono saldati alla scheda con fili sottili.Il sensore di temperatura e umidità viene visualizzato separatamente nella parte superiore del dispositivo. Secondo me, con questa disposizione, le letture saranno più accurate. Per i canali di illuminazione e il filtro, due prese esterne sono visualizzate nella parte inferiore della scheda. Inoltre, l'altezza dei pulsanti era insufficiente, quindi ho intenzione di aumentarli con boccole di plastica. Dopo alcune manipolazioni, il dispositivo assume un aspetto quasi finito, mostrato nella foto n. 11.
Foto n. 11 - acquacontrollore senza alloggiamento
Prima di sigillare la parte superiore della custodia, è necessario scrivere il firmware Arduino ProMini. Per fare ciò, ho inserito dei pin sulla scheda collegati ai contatti VCC, GND, RX e TX. Per programmare Arduino ProMini utilizzo più semplice Programmatore USB, ma questo non era disponibile. Il suo ruolo è stato svolto con successo da un'altra commissione Arduino uno con il controller rimosso. Non entrerò nei dettagli di questo processo, dal momento che ci sono molti articoli su questo argomento su Internet. Darò solo la foto n. 12 per chiarezza.
Foto n. 12 - preparazione per il firmware
Ora parliamo del programma stesso. All'accensione, viene visualizzata la schermata principale. Visualizza informazioni su data, ora, temperatura e umidità attuali. Inoltre, vengono visualizzati diversi caratteri speciali a seconda dello stato corrente del sistema, vale a dire: la luce è accesa - l'icona del sole; luce spenta - icona luna; filtro attivo - icona filtro; l'alimentazione è in corso - icona di pesce. Quando si fa clic su OK, l'utente accede a un menu in cui è possibile configurare parametri come:
- modalità di controllo dell'illuminazione. In questa sezione, è possibile accendere e spegnere la luce manualmente selezionando la voce di menu corrispondente e anche impostare gli orari di accensione e spegnimento programmati.
- modalità di controllo del filtro. Consente di accendere e spegnere il filtro manualmente, selezionare la funzione "alimentazione" (fedding) e impostare il programma di alimentazione. In modalità alimentazione, il filtro si arresta e ripristina automaticamente dopo 15 minuti.
- impostazione della data corrente.
- impostazione dell'ora corrente. I dati di data e ora sono registrati nel modulo orologio e quando si spegne l'alimentazione, non vengono resettati se su di esso è installata una batteria.
Per una migliore comprensione, la figura 13 mostra la struttura del menu.
- modalità di controllo dell'illuminazione. In questa sezione, è possibile accendere e spegnere la luce manualmente selezionando la voce di menu corrispondente e anche impostare gli orari di accensione e spegnimento programmati.
- modalità di controllo del filtro. Consente di accendere e spegnere il filtro manualmente, selezionare la funzione "alimentazione" (fedding) e impostare il programma di alimentazione. In modalità alimentazione, il filtro si arresta e ripristina automaticamente dopo 15 minuti.
- impostazione della data corrente.
- impostazione dell'ora corrente. I dati di data e ora sono registrati nel modulo orologio e quando si spegne l'alimentazione, non vengono resettati se su di esso è installata una batteria.
Per una migliore comprensione, la figura 13 mostra la struttura del menu.
Figura №15 - struttura del menu dell'acquacontrollore.
Scarica il firmware per Arduino Pro Mini e tutte le librerie necessarie possono essere questo link
Dopo aver scritto il programma sul microcontrollore, è possibile chiudere il caso e procedere ai test in condizioni reali. Trascorse circa una settimana di attività prima di scrivere questo articolo. L'acquacontrollore ha funzionato perfettamente senza alcun malfunzionamento, salvandomi dal tirare costantemente le forche se necessario per nutrire il pesce o spegnere le luci. Il risultato dei miei sforzi è mostrato nella foto n. 16.
Foto n. 16 - Aquacontroller in funzione