Блок автоматического управления инкубатором. Новая версия

 

Блок автоматического управления инкубатором.

Новая версия.

 

  Данное устройство позволяет полностью автоматизировать процесс инкубации. При наличии такого прибора достаточно заложить в инкубатор отборное яйцо и один раз в неделю подливать воду в испаритель. Обо всём остальном разработанный прибор позаботиться самостоятельно! Подходит устройство к инкубаторам самых различных размеров: от бытовых на два десятка яиц, до промышленных на несколько тысяч яиц. Первая версия прибора была опубликована на этой странице, активно обсуждалась тут и заслужила множество положительных оценок.
Некая украинская компания (а может и не одна и не только украинская) не спрашивая согласия у автора сей разработки (то бишь меня) умудрились продать несколько десятков (а может уже и тысяч) блоков управления версии 1.хх как в самостоятельном виде, так и в составе готовых инкубаторов.
На сайте www.fermer.ru некие товарищи от имени автора так же начали производство устройств и их последующую продажу. Более того стали выдавать себя за авторов этого устройства. По требованию статья и ветка с обсуждением были удалены с данного сайта, однако кое-где кое-что всё таки осталось. Желающие воочию убедится в наглости и беспринципности русского ума могут посмотреть эту ветку.
На форуме радиокот в ветке разгорелись нешуточные страсти по поводу дальнейшей судьбы устройства. Я как автор был категорически против каких либо доработок блока управления, так как являюсь противником того, что бы на моих разработках и моим умом зарабатывали третьи лица, однако общественное давление взяло верх и я приступил к разработке версии 2.хх устройства, отличающегося более широкими функциональными возможностями по сравнению с первой версией. Для исключения не санкционированной торговли готовыми устройствами и нарушения моих авторских прав, в программу введена активация прошивки с привязкой к датчику температуры и влажности SHT-21D.
На текущий момент устройство управления инкубатором версии 2 доросло до версии 2.40. Дальнейшее описание работы устройства буду вести для версии для версии 2.40. Обсуждение устройства ведётся на форуме Радиокот в этой ветке.

 

Вкратце основные технические характеристики предлагаемого читателям устройства автоматического управления инкубатором: 


- точное поддержание заданной температуры (выбирается в диапазоне значений 4…99,9°С);
- точное поддержание заданной влажности (выбирается в диапазоне значений 5…99,9%);
- настраиваемый гистерезис поддержания температуры в диапазоне от 0,1 до 9,99°С с шагом 0,01°С;
- настраиваемый гистерезис поддержания влажности в диапазоне от 1 до 9,9% с шагом 0,1%;
- снижение мощности обогревателя и увлажнителя при достижении установленного значения температуры и влажности;
- 13 шагов регулировки мощности обогревателя и увлажнителя (0- 100%);
- выбор режимов работы раздельно для нагревателя и увлажнителя: с применением низкочастотного ШИМ или простое включение/отключение выходов реле без ШИМа;
- частота ШИМ 120 Гц.;
- возможность использования для управления нагревателем и увлажнителем как полевых транзисторов для управления нагрузками постоянного тока, так и оптопар с Zero Cross Detector для приборов на 230 В. переменного тока;
- тревожная светозвуковая сигнализация отклонения параметров микроклимата за пределы номинальных значений;
- раздельная установка порогов контроля аварийных значений для тревожной сигнализации и включения аварийного проветривания;
- установка пороговых значений влажности и температуры при выходе за которые включается сигнал тревоги;
- автоматический поворот лотков с яйцами по истечении заданного промежутка времени (устанавливается в диапазоне 1 минута – 6 часов);
- выбор режима работы поворота лотков: переключение рале поворота в противоположное состояние или поочерёдное включение реле поворота на заданное время для двигателей без концевиков для движения в каждую сторону;
- поворот лотков в противоположное состояние (реверс лотков) при нажатии на кнопку «+»;
- двустрочный буквенно-символьный ЖКИ дисплей;
- электронная регулировка яркости подсветки и контрастности дисплея;
- световая (светодиодная) и символьная (на дисплее) индикация текущих значений мощности обогревателя и увлажнителя;
- индикация на дисплее оставшегося до поворота лотков времени;
- периодическое включение проветривания инкубатора через заданное в меню время;
- задаваемая в меню продолжительность проветривания;
- автоматическое отключение нагревателя и увлажнителя при проветривании инкубатора по таймеру или в аварийном режиме;
- отключение тревожного сигнала при нажатии на кнопку «-»;
- отключаемая звуковая сигнализация подтверждения нажатий на кнопки управления;
- подключение дополнительных датчиков температуры DS18B20 в кол-ве до 4-х шт. для контроля температуры в особо важных точках инкубатора;
- просмотр показаний дополнительных датчиков температуры при кратковременном нажатии на кнопку «+».
- подстройка показаний температуры и влажности для компенсации ошибки основного датчика температуры и влажности SHT-21D ;
- автоматическая калибровка дополнительных датчиков температуры DS18B20 по основному датчику температуры SHT-21D по подстроенным показаниям последнего;
- напряжение питания устройства 9 – 15 В. постоянного тока, с возможностью работы от аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 12 В.;
-
регулировка контраста ЖКИ кнопками "+" и "-" и запоминание его уровня кнопкой "ОК" при неподключенном датчике SHT-21D (здорово помогает настроить контраст ЖКИ при первом включении устройства);
-
регулировки температуры только при помощи вентилятора при "зависшем" во включенном состоянии нагревателе или обогреве инкубатора керосиновой лампой, горячей водой и т.п. при отсутствии электроэнергии (помогает спасти яйца и зародышей при длительном отсутствии электричества и в аварийных ситуациях);- автоматическая калибровка дополнительных датчиков температуры DS18B20 по основному датчику температуры SHT-21D по подстроенным показаниям последнего;
- индикация на дисплее шкалы мощности работы нагревателя или вентилятора охлаждения (в аварийной ситуации).

Конструктивно устройство выполнено на базе микроконтроллера ATmega328 с любым буквенным индексом в нужном вам корпусе. В качестве основного датчика температуры и влажности может использоваться как оригинальный высокоточный SHT-21D, так и его аналоги HTU-21D и  Si7021. Обращаю внимание на наличие в названиях датчиков буквы "D"!!! При покупке датчика через популярные порталы интернет-торговли рекомендую сразу приобретать распаянную плату со стабилизатором напряжения и преобразователем уровней 3,3V <-> 5V для шины I2C. Это выходит не намного дороже по сравнению с ценой собственно датчика влажности, однако существенно упростит процесс сборки и наладки устройства.
В качестве ЖКИ-дисплея выбран недорогой ЖК-индикатор со встроенным контроллером HC1602AULT, который может быть с лёгкостью заменён на аналогичный. Следует лишь убедиться что расположение выводов приобретённого вами ЖКИ совпадает с выбранной вами для изготовления печатной платой. Особое внимание следует обратить на расположение выводов питания ЖКИ (выводы 1 и 2). У каждого производителя свои правила разводки ножек питания…
Принципиальная схема устройства в формате Splan7 имеется во вложении в конце поста. Там же размещены и все (ну или почти все) возможные варианты подключения устройства к оборудованию инкубатора и имеющиеся на момент написания статьи варианты разводки печатных плат и наклейка не переднюю панель устройства.
Обращаю ваше внимание на то, что микросхема DS1307 (DD1 по схеме), часовой кварцевый резонатор (ZQ1) и элементы резервного питания микросхемы часов (GB1 и C1) не используются в текущей версии и зарезервированы на будущее! Таким образом их можно не устанавливать!
Как уже писалось выше для согласования уровней напряжений датчика SHT-21D (или HTU-21D) необходимо применять конвертер уровней на полевых транзисторах. Желательно сразу приобретать датчик распаянный на плату со всем необходимым, например такой.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке ниже, а чертёжи печатных плат устройства и датчиков, а так же прошивки микроконтроллера и другие материалы можно скачать по ссылкам внизу статьи.

Схема подключения блока управления

 

Место размещения датчика должно быть как можно ближе к центру инкубатора.
Рекомендую помещать датчик в трубку диаметром 12-16 мм., которая опускается с верху до центра (или практически центра) инкубационной камеры вблизи передней стенки. Нижний конец трубки закрывается металлической или капроновой сеточкой с ячейкой размерами около 1 мм., во избежание попадания пуха и иных посторонних предметов. Верхний конец трубки так же закрывается сеточкой и выводится за пределы инкубационной камеры для обеспечения постоянной циркуляции нагретого воздуха из камеры через трубку с датчиком.

Как вариант для размещения датчика можно использовать пластиковую гильзу для химических анкеров (см. фото ниже).

 

Длина шлейфа для подключения датчика влажности не желательна более 0,5 метра. Для достижения наилучшей помехозащищённости подключение датчика необходимо производить плоским шлейфным кабелем с чередованием земляного провода (контакт GND на схеме) через один.

Подключение датчиков DS18B20 желательно с той же целью осуществлять экранированным проводом. Например витой парой в экране или симметричным микрофонным кабелем. Один из проводов витой пары используется как сигнальный, второй для питания датчика. Экран используется как общий провод схемы (контакт GND).

Фузе-биты микроконтроллера mega328 можно оставить по умолчанию. Программа версии 2.хх самостоятельно конфигурирует тактовый генератор для работы на частоте 8 МГц и включает сторожевой таймер.

Для желающих поковыряться с фузами можно посоветовать снять галочку CKDIV8 и включить BOD на напряжение 2,7V, включить WDT на всякий пожарный случай. Остальное лучше вообще не трогать.

При первом включении устройства для сброса параметров по умолчанию необходимо удерживать в нажатом состоянии кнопку «ОК». При этом в энергонезависимую память микроконтроллера будут записаны необходимые для нормальной работы устройства параметры. Без выполнения сброса настроек дисплей устройства, ввиду наличия электронной регулировки контрастности не будет отображать символы.

При включении устройства при использовании некоторых типов ЖКИ-дисплеев возможно появление слабоконтрастного изображения на ЖКИ, которое можно скорректировать после активации прошивки.

Для активации прошивки необходимо подключить к устройству датчик влажности и выполнить сброс настроек, как было указано выше, если он не был сделан до сих пор. Устройство отобразит серийный номер датчика влажности в верхней строке ЖКИ вида «ххх-ххх-ххх-ххх». Этот код необходимо сообщить мне посредством электронной почты servissistemy <пёсик> narod.ru, где «<пёсик>» необходимо заменить на соответствующий символ «@» - это защита от спама.

Для большинства посетителей форума данная процедура абсолютно безвозмездна и безболезненна. Для тех кто едва зарегистрировался в форуме или не принимал активного участия в развитии проекта условия активации будут указаны дополнительно. Иначе, извините никак. Не хочу допустить тиражирования устройств от моего имени, как это было с первой версией блока. Присланный мной в ответ на ваш запрос код вводится во вторую строку ЖКИ устройства при помощи кнопок «+» и «-». Переход к следующему числу кода осуществляется кнопкой «ОК». Если код введён верно устройство перейдёт к нормальному режиму работы и при последующих включениях не будет более спрашивать код. Данный код привязан только к датчику влажности и позволяет проверить работу множества готовых устройств с применением одного датчика влажности и температуры. При смене версии прошивки на последующую нет необходимости запрашивать новый код у автора, так как старый продолжает действовать и при апгрейде прошивки. Для того что бы при смене прошивки вовсе не вводить код активации достаточно установить перед перепрограммированием микроконтроллера фузе-бит EESAVE.

Для увеличения надёжности устройства и во избежание лишних активаций прошивок рекомендую всё же приобретать готовые платы с распаянными датчиками с нанесенной паяльной маской, как по ссылкам выше. Это позволит избежать коррозии проводников печатной платы и продлит надолго жизнь датчика. На текущий момент датчики у некоторых пользователей работают более 4-х лет без какого либо обслуживания или замены. А у меня в другом проекте уже более 7 лет в условиях улицы.

В рабочем режиме в верхней строке экрана отображаются текущие значение температуры и влажности, а в нижней строке поочерёдно следующая информация: оставшееся время до поворота лотков , установленные значения влажности и температуры, текущие значения мощностей обогревателя и увлажнителя в виде графической шкалы. Время через которое сменяется индикация на дисплее настраивается через меню.

При удержании кнопок «+» и «-» в течение трёх секунд устройство переходит в режим подстройки показаний термометра и гигрометра. В этом режиме рекомендуется (но не обязательно) подстроить показания температуры влажности по образцовым приборам при температуре близкой к температуре инкубации, так как любые датчики имеют некоторую фиксированную погрешность измерения. Для датчика SHT-21D она не превышает ±0,3 °С и 4% по влажности. В верхней строке дисплея отображаются измеренные датчиком значения, а в нижней строке мигает выбранный для изменения параметр. Нажатием кнопок «+» или «-» можно установить показания температуры и влажности по образцовым приборам. Разность показаний между истинными и измеренными параметрами микроклимата запоминается микроконтроллером и в дальнейшем корректируется с учётом внесённой поправки. Для выхода из меню калибровки датчика необходимо нажать кнопку «ОК», при этом разность значений будет сохранена в энергонезависимой памяти микроконтроллера. При этом показания дополнительных датчиков температуры DS18B20 автоматически «подгоняются» под установленные значения для основного датчика.

Для входа в меню основных настроек необходимо нажать и удерживать около 3-х секунд кнопку «ОК». Кнопками «+» и «-» осуществляется выбор пункта меню, а кратковременное нажатие кнопки «ОК» приводит ко входу в подменю настройки соответствующих параметров. Для выхода из меню необходимо так же удерживать кнопку «ОК» в течение примерно 3-х секунд. При отсутствии нажатий на кнопки управления выход из меню произойдёт автоматически по прошествии 30-ти секунд.

В подменю переход к настройке следующего параметра и запоминание текущего производится нажатием кнопки «ОК». Увеличение и уменьшение величины мигающего параметра осуществляется нажатием кнопок «+» и «-», соответственно. При удержании кнопок «+» и «-» в нажатом состоянии включается режим автоинкремента, при котором изменение регулируемого параметра будет происходить с гораздо большей скоростью…

В меню «Настройка звуковых сигналов» можно произвести включение или отключение сигналов подтверждения нажатия на кнопки, звукового сигнала подаваемого при повороте лотков и установить пороги срабатывания звуковой сигнализации при отклонении температуры и влажности от установленных изначально значений.

При желании к выходу тревоги можно подключить SMS-информатор об аварийном режиме работы устройства или любое другое оборудование.

В меню «Пороги аварийных режимов работы» задаются пороги при которых будет срабатывать светозвуковая сигнализация и контролироваться аварийные режимы. Аварийные пороги параметров задаются относительно установленных значений температуры и влажности в пределах ±9,9°С для температуры и ±25% для влажности.

В верхней строке дисплея отображаются заданные максимально допустимые значения превышения температуры и влажности над установленными, по достижении которых отключаются нагревательные элементы и включается вентилятор аварийного охлаждения.

В меню "Настройка охлаждения" настраивается регулировки температуры только при помощи вентилятора. При установке параметров "Мин=" или "Шаг=" равными "0" функция отключается. Вентилятор включается на время "Мин" при достижении установленного значения температуры "T=", а затем выключается на рассчитанное программой время. При каждом увеличении температуры на 1/12 от установленного гистерезиса "+t" время работы вентилятора увеличивается на установленное значение "Шаг". При достижении температуры равной Т + t вентилятор работает постоянно. Период включения вентилятора рассчитывается программно как Мин + 11*Шаг. При срабатывании аварии по перегреву или переувлажнению функция регулировки температуры вентилятором отключается и вентилятор работает постоянно до устранения аварийной ситуации. При работе программы регулировки температуры при помощи вентилятора шкала мощности температур Т=|||||| сменяется на указание мощности охлаждения O=||||||.

Если отсутствует датчик влажности то во время вывода надписи о его отсутствии возможна регулировка контраста ЖКИ кнопками "+" и "-" и запоминание его уровня кнопкой "ОК". Введено для облегчения настройки контраста при нестандартных ЖКИ.

Остальные пункты меню устройства интуитивно понятны и в особых пояснениях не нуждаются.

Плата устройства разработана таким образом, что бы её сборка не вызвала особых проблем даже у начинающего радиолюбителя и при этом обладала бы минимальными габаритными размерами.

Теперь ссылки на закачку:

1.    Прошивки микроконтроллера ATMega328 версий  v.2.32-2.40 (в том числе версии прошивок для дисплеев не поддерживающих кириллицу и без функции поддержания температуры вентилятором) в формате hex здесь;

2.      Все существующие схемы подключения в одном архиве тут;

3.   Рисунки печатных плат в формате lay где-то здесь.

 

Список использованных источников:

1.                  www.servissistemy.narod.ru – мой сайт с последними версиями разработок.

2.         http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=17&t=114371 – форум обсуждения устройства.

        

НА ГЛАВНУЮ