Файл: Проект автоматизации систем микроклимата гидропонной установки.docx

Чтобы получать значения температуры и влажности необходим соответствующий датчик. Датчик DHT11 состоит из двух частей из гидрометра и емкостного датчика температуры. Гигрометр измеряет влажность воздуха. Также в датчике присутствует контроллер, который выполняет аналого-цифровые преобразования для передачи цифрового сигнала на микроконтроллер.

Таблица 3. Точность измерения датчика DHT11.

Точность измерения влажности	± 3 %RH (в диапазоне 20…80 %RH)
Точность измерения давления	± 1.0 hPa (в диапазоне 300…1100 hPa)
Точность измерения температуры	± 0.5 °C (в диапазоне -40…+85 °C)

Модуль рассчитан на использование в различных проектах. Поэтому он занимает немного места и расходует мало энергии.

Для автоматической прогонки воды в гидропонной установке необходимо создавать давление в системе, для этого необходим насос это одна из главных составляющих системы водоснабжения. Предназначен для обеспечения принудительного движения жидкости по замкнутому контуру, а также рециркуляции. При расчете производительности насоса, работающего в циркуляционной системе, следует учитывать только потери на трение в трубопроводе. Высота системы не имеет значения, так как жидкость, например, вода, которая подается насосом в подающий трубопровод, толкает воду также в обратном направлении. Поэтому можно использовать относительно небольшую мощность насоса для обеспечения циркуляции рабочей жидкости.

Для установки режима освещения используется датчик DS1302 - часы реального времени (RTC), с его помощью зададим режим работы светильников.

Для дистанционного управления микроклиматом применяется в системе Ethernet Shield это плата расширения, с помощью которой возможно управление устройствами через сервер и интернет.

Ethernet Shield основан на чипе W5100, данный шилд работает с использованием библиотеки Arduino Ethernet library.

На плате шилда присутствует слот для micro SD карты. Это нужно для того, чтобы можно было хранить большее количество информации и загружать веб-сайты с самого Arduino. Для использования micro SD карты нужно использовать дополнительную библиотеку. Ethernet Shield связывает Arduino с сервером при помощи сети интернет или Wi-Fi роутера. Вся информация будет выводиться на телефон с помощью платформы remote XY.

При продолжительном подключении Ethernet шилда к запитанному Arduino существенно нагревается чип шилда. Для продолжительного использования необходимо установить охлаждение, вентилятор.

---

1.4 Принцип работы

Система работает от сети 220 вольт, подключенный через дифференциальный автомат, а через однополюсной автомат подключается блок питания на 12 вольт, для питания ламп и управленческой схемы.



Рисунок 5. Электроснабжения электрооборудования микроклимата.

При включении питания микроконтроллер принимает сигнал RESET, который определяет начальную синхронизацию встроенного калибруемого генератора. Узел программирования получает сигналы синхронизации от синхронизатора и управляет работой счетчика команд и FLASH-памятью программ.



Рисунок… Схема подключения микропроцессора и механизмов.

Регистр команд содержит команду, которая выбирается из FLASH-памяти программ для выполнения. Дешифратор команд по коду операции определяет, какая команда должна выполняться. Далее происходит последовательная выборка и исполнение команд в соответствии с алгоритмом работы.

При выборе команд на дисплее происходит прерывание и управление предается соответствующему обработчику прерывания, где по алгоритму происходит установка нужного режима. Заданные значения температур и влажности сохраняются в соответствующих РОН при выборе режима работы.

Используя систему разработки и обслуживания мобильных графических интерфейсов для управления контроллерами со смартфона или планшета – RemoteXY создадим интерфейс программы. В состав ПО входят:

- редактор мобильных графических интерфейсов для контроллеров;

- мобильное приложение RemoteXY, позволяющее подключаться к контроллеру и отображать графические интерфейсы.

Конфигурация графического интерфейса хранится в контроллере. При подключении нет никакого взаимодействия со сторонними серверами для того, чтобы загрузить графически интерфейс. Конфигурация графического интерфейса загружается в мобильное приложение из контроллера.

Используя элементы управления, индикации и оформления создаться интерфейс мобильной программы системы микроклимата. В онлайн-редакторе разрабатывается и наглядно размещается на экране элементы показаний влажности и температуры, графики и кнопки управления системой.

Графический интерфейс является одним из способов общения между пользователем и программой. Компоненты разработанного интерфейсы показаны в таблице 4.

---

Таблица 4. Компоненты разработанного интерфейса.

№	Наименование	Описание
1	Средства отображения информации	Элементы, воспринимаемые оператором и предназначенный для получения информации с датчиков (температуры и влажности)
2	Командные режимы	Служат для введения в автоматический или в ручной режим работы систем освещения и полива, а также для их отключения

Управление микроконтроллерным устройством осуществляется со смартфона или планшета, используя разработанный графический интерфейс.

Для создания алгоритмов работы системы требуется ее визуализировать с помощью языка программирования FBD, с ее помощью создаться программа, использующаяся для программирования логических реле, и части промышленных контроллеров.

ПО FLProg создает прошивки для плат Arduino с помощью графического языка, который является стандартным в области программирования промышленных контроллеров.

Для работы алгоритма создается встроенный блок RemoteXY, в описание блока вписывается полученный исходный код программы для микроконтроллера, полученный в онлайн ПО. На рисунке 5. показана блок схемы управления Remote XY в ПО FLprog.



Рисунок 5. Блок схема управления Remote XY в среде программирования FLprog.

Получившуюся схема, компилируется и загружается в плату Arduino. После мобильное приложение RemoteXY подключается к Arduino.

1.5 Принципиальная схема автоматического управления микроклиматом теплицы по нескольким параметрам

Алгоритм разрабатываемой программы предназначен для реализации следующих функциональных возможностей:

1.Контроль температуры в теплице;

2. Контроль влажности в теплице;

3. Обеспечение удобного управления микроклиматом в теплице;

4. Возможность устанавливать различные типы микроклимата в теплице для выращивания разных видов культур.

В следяще-управляющую систему входят электроконтактный термометр ТК-6, двухпозиционный камерный влагорегулятор ВДК, электроконтактный флюгер и шкаф управления. Электроконтактные термометры используются в качестве датчиков температуры. Датчики температуры и влажности размещены в шкафчике, который устанавливают в центре теплицы на высоте 1,5 – 2 м от пола. Микропереключатель флюгера, размещенного на крыше, в зависимости от направления ветра выдает импульс на включение вентиляции левой или правой подветренной стороны верхних фрамуг теплицы.

---

Исполнительные устройства управления температурой содержат один калорифер, установленный у торцевой стены теплицы, два электромагнитного вентиля, открывающиго доступ теплоносителю в калориферы, и узел вентиляции теплиц с приводом для фрамуг.

В устройства управления влажностью входят электромагнитные вентили с трубопроводами, насосная станция и распылители. Элементы управления электрооборудованием размещены в шкафах. Обозначения усилительных и управленческих органов показано в таблице 1.

Таблица 1. Обозначения усилительных и управленческих органов.

№	Наименование	Описание
Органы управления
1	ОУ	Объект управления (теплица)
2	ВО1, ВО2	Воспринимающие органы датчиков температуры SK1…SK3
3	CO1, CО2	Сравнивающие органы датчиков температуры SK1…SK3
4	ВО3, СО3	Воспринимающий и сравнивающий органы датчика влажности Sf
5	ПО1, ПО2	Программные органы, реле времени КТ1
Усилительные органы
6	УО1	Реле KV2
7	УО2	Реле KV3
8	УО3	Реле KV1
9	УО4	Реле KV4
10	УО5	Реле KV5
11	УО6	Реле KV6
12	УО7	Магнитные пускатели КМ3 иКМ5
13	УО8	реле KV7
14	УО9	Магнитные пускатели КМ6
15	УО10	Магнитный пускатель КМ1
16	ИО1	Исполнительный орган, электродвигатели лебедок М2 и М3
17	ИО2	Электродвигатели вентиляторов и калориферов М4 и М5
18	ИО3	Электродвигатель М1 водонасосной станции.

Принципиальная схема автоматического управления микроклиматом теплицы показана в Приложении А.

---

Продолжительность дневного и ночного режимов теплицы устанавливаются посредством программного реле времени, которое своим контактом КТ1 переключает через реле KV1 термометр. Термометр SK1 настраивают на верхний, а термометр SK2 на нижний предел управления температурой. Когда температура станет ниже допустимой, размыкаются контакты SK3 отключают реле KV3, в результате чего срабатывает реле KV7 и включает пускатель KM6. В работу вводятся электродвигатель M4 вентилятор калорифера и открываются электромагнитный вентиль YA2. Вентиль ставятся на механические защелки и пропускают теплоноситель в калорифер. По достижении заданной температуры контакт SK3 замыкается, остальные элементы возвращаются в исходное положение. Вентиль снимется с защелок с помощью электромагнита YA3 и закрывается.

Когда температура достигает максимального допустимого значения, замыкаются контакт SK1 и включается реле KV2. В результате в зависимости от положения контактов флюгера SA2 срабатывают реле KV5 и включает пускатель KM3 двигателя М2 лебедок, связанных тросами с фрамугами правой или левой стороны теплицы. Степень открытия форточек определяется положением концевых выключателей SQ1 и SQ2, которые в определенный момент размыкают цепь тока и останавливают двигатели.

Если температура снизилась до заданной, то реле KV2 отключается и обесточивает реле KV5. При этом включаются магнитные пускатели KM2 реверса электродвигателей M2 и форточки закрываются, а двигатели отключаются концевыми выключателями SQ1.

Автоматическое управление влажностным режимом происходит следующим образом. Контакт KT2 программного реле времени выдает в дневное время через определенный интервал импульсы заданной длительности на включение системы увлажнения. Дождевание произойдет, если влажность в теплице ниже установленной, при которой замыкаются контакты датчика влажности Sf, и срабатывает реле KV4. Реле KV4 подает питание на магнитный пускатель KM1 электродвигателя M1 водонасосной станции и электромагнитный вентиль YA1, открывающий доступ воды к распылителям. Дождевание прекращается при размыкании контактов KV2, и схема возвращается в исходное положение. О работе каждого реле сигнализируют соответствующие лампы HL1…HL8. Термометр SK5 аварийной сигнализации через реле KV8 включает звонок HA и лампу HL8, когда температура станет недопустимо низкой.

Таблица 2. Обозначение элементов функционально-технологической схемы.

№	Обозначение	Описание
1	1-1	Первичный измерительный преобразователь для измерения влажности, (датчик влажности Sf) установленный по месту;
2	1-2	Прибор, задающий программу продолжительности дождевания (реле времени КТ2);
3	1-3	Пусковая аппаратура для управления электродвигателем водонасосной станции (магнитный пускатель КМ1);
4	1-4	Электродвигатель водонасосной станции М1;
5	1-5	Закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи
6	2-1, 2-2	Приборы для измерения температуры, бесшкальные с контактным устройством (электроконтактные термометры SK1 и SK2);
7	2-3	Прибор, задающий дневной или ночной режим (реле времени КТ1);
8	2-4	Пусковая аппаратура для управления электродвигателями вентиляторов (магнитный пускатель КМ6);
9	2-5	Электродвигатели вентиляторов калориферов (М4 и М5);
10	2-6	Закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала (электромагнитный вентиль YA2 и YA4);
11	2-7	Калорифер.

---