Автоматизация морских систем при помощи платы Arduino

№71-1,

технические науки

В данной статье рассмотрена элементная база для платы Arduino с целью автоматизировать процессы, протекающие в морских системах.

Похожие материалы

Электронные технологии на сегодняшний день широко используются не только на производстве, но и в домашних условиях. Особенно актуальным данный вопрос является для людей, кто желает запустить морскую систему у себя дома. Но порой времени на поддержание такой системы не хватает и требуется ее автоматизировать, чтобы в аквариуме постоянно были благоприятные условия для жизни рыб и морских организмов. Для этого достаточно использовать светильник с правильным освещением с функцией «рассвет-закат», помпу течения, нагреватель и куллеры. При ручном управлении данными устройствами требуется постоянное участие владельца морской системы. Поэтому необходимо автоматизировать данный процесс. Наиболее удобным и наименее финансово затратным является контроллер, разработанный на основе платы Arduino, так как сама плата есть в свободной продаже по достаточно комфортной цене. Также существует множество датчиков и устройств, которые можно подключить к данной плате и автоматизировать весь процесс. Следовательно, созданный на основе Arduino акваконтроллер может быть уникальным устройством, которое даст владельцу морской системы полный контроль над всеми процессами такими как функция «рассвет-закат», которая позволяет плавно включать и выключать освещение, контроль температуры, функция «волна», позволяющая изменять интенсивность течения. Акваконтроллер удобнее реализовывать на основе платы Arduino Mega 2560, так как для данной аппаратной платформы существует достаточное количество расширений, иначе их называют шилдами, также предложены различные модули, которые можно легко подключить к Arduino и запрограммировать их. На сегодняшний день широко используется язык С++, который изучается студентами в высших профессиональных образовательных учреждениях. Именно подобный язык программирования, к которому добавлено множество библиотек, используется и в Arduino и называется Wiring — урезанная версия С++. Также существует множество литературы, уроков, пошаговых руководств по Arduino, что упрощает изучение данной платформы.

В качестве элементной базы для разработки контроллера можно использовать отладочный комплект Arduino Mega 2560, которая представлена на рисунке 1. Arduino Mega 2560 — это устройство на основе микроконтроллера ATmega2560, характеристики представлены в таблице 1.

Плата Arduino Mega 2560
Рисунок 1. Плата Arduino Mega 2560

Таблица 1. Характеристики Arduino Mega 2560

Наименование

Значение

1

Микроконтроллер

ATmega2560

2

Рабочее напряжение

3

Входное напряжение (рекомендуемое)

7-12В

4

Входное напряжение (предельное)

20 В

5

Цифровые входы/выходы

54 (14 из которых работают как ШИМ)

6

Аналоговые входы/выходы

16

7

Постоянный ток через вход/выход

40 мА

8

Постоянный ток для вывода 3.3В

50 мА

9

ОЗУ

8 КВ

10

Энергонезависимая память

4 КВ

11

Тактовая частота

16 MHz

Плата расширения mega Shield v2.2 для Arduino Mega 2560 представлена на рисунках 2 и 3. Характеристики указаны в таблице 2.

Дисплеи серии TFT работают от напряжения питания 3.3В, что делает невозможным их прямое подключение к контроллерам типа Arduino Mega . Плата расширения позволяет сохранить полный функционал модулей с сенсорным экраном TFT, а именно: работа с SD картой, работа с сенсором и одновременная работа с SD картой и сенсором. Для использования Touch LCD Shield для TFT дисплеев нужно на его основе собрать макет: подключить плату расширения в соответствии с разъемами к контроллеру Arduino Mega , подключить к плате расширения модуль с сенсорным экраном TFT, записать в контроллер нужные программы и библиотеки, подать на макет питание и начинать работу.

Таблица 2. Характеристики Arduino Mega Shield v2.2

Наименование

Значение

1

Одновременная работа с SD картой и сенсором

2

Работа с дисплеями с диагональю

2.4/3.2/4.3/5/7 дюймов

3

Напряжение питания

3.3 — 5.5В

4

Размеры (Д х Ш х В)

137 х 100 х 65 мм

5

Поддерживает передачу данных по каналам

8 или 16 бит

Mega Shield V2.2 — вид спереди
Рисунок 2. Mega Shield V2.2 — вид спереди
Mega Shield V2.2 — вид сзади
Рисунок 3. Mega Shield V2.2 — вид сзади

Выбор ЖК-дисплея

Одним из наиболее важных модулей для Arduino являются модули для отображения информации, дисплей показан на рисунке 4 и рисунке 5.

TFT-дисплей — вид спереди
Рисунок 4. TFT-дисплей — вид спереди
TFT-дисплей — вид сзади
Рисунок 5. TFT-дисплей — вид сзади

Собрать данные с модулей-датчиков и обработать данные недостаточно, информацию нужно где-то и отображать. Модули отображения информации в значительной мере расширяют возможности системы, ведь они не только могут использоваться для отображения информации, модули отображения могут использоваться и для управления системой, при этом на модуле отображения информации выводится меню для работы системы. Для данной системы можно выбрать модуль TFT-дисплей для Arduino. Характеристики дисплея представлены в таблице 3. 3.2-дюймовый TFT дисплей, может использоваться в любых встраиваемых системах, в которых требуется высококачественное цветное изображение и сенсорное управление.

Таблица 3. Характеристики TFT –дисплея

Наименование

Значение

1

Диагональ

3.2

2

Разрешение

320 х 240

3

Габаритные размеры

94 x 63мм

4

Соотношение сторон

4:3

5

Углы обзора верх/низ/лево/право

45/65/65/65

6

Рабочее напряжение

3.3В

7

Ток потребления

220мА

Датчик температуры

DS18B20 это цифровой измеритель температуры. Параметры контроля могут быть заданы пользователем и сохранены в энергонезависимой памяти датчика.

DS18B20 обменивается данными с микроконтроллером по однопроводной линии связи, используя протокол интерфейса 1-Wire.

Диапазон измерения температуры составляет от минус пятидесяти пяти до плюс ста двадцати пяти градусов Цельсия.

Существует два форм-фактора датчика DS18B20 которые представлены на рисунках 6 и 7.

Датчик температуры DS18B20
Рисунок 6. Датчик температуры DS18B20

Для измерения температуры воды в аквариуме можно использовать датчик во влагозащищенном корпусе. Подключение данного датчика показано в таблице 4.

Датчик температуры DS18B20 во влагозащитном корпусе
Рисунок 7. Датчик температуры DS18B20 во влагозащитном корпусе

Таблица 4. Подключение датчика температуры к Arduino

Провод датчика температуры

Подключение к Arduino

(номер пина)

1

Черный провод

GND

2

Красный провод

+5V

3

Белый или желтый провод

на любой из цифровых входов/выходов ардуино через резистор на 4.7 килоома

В результате, имея в наличии данную элементную базу, можно разработать на платформе Arduino Mega 2560 контроллер, который позволит автоматизировать процессы, протекающие в морской системе в домашних условиях.

Список литературы

  1. Аппаратная платформа Arduino [Электронный ресурс] :– Материалы по программированию Arduino. – Электрон. дан. – М. – Режим доступа к журн. : http://arduino.ru. – Загл. с экрана.
  2. Королев, А. Техническое описание DS 3231 [Электронный ресурс] :– Сайт "РЫНОК МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ". – Электрон. дан. – М. : 1998-2016. – Режим доступа к журн. : http://www.gaw.ru. – Загл. с экрана.
  3. Теро Карвинен, Киммо Карвинен, Вилле Валтокари. Делаем сенсоры: –проекты сенсорных устройств на базе Arduino.– Перевод И.Василенко. Изд-во: Вильямс. – 2015. – 448 с.