Термостат влагомер

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тюменский индустриальный университет»

Институт промышленных технологий и инжиниринга

Кафедра «Физики, методов контроля и диагностики»

Кафедра «Физика и методы неразрушающего контроля»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Основы программирования приборов и систем

На тему: «Термостат влагомер»

Выполнил:

Студент группы ПМКбп-17-1

Абускаев А.И.

Тюмень 2020

Оглавление

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Выбор компонентов

1.2 Удаленное управление

2. Сборка

2.1 Спайка

2.2 Настройка Blynk

2.3 Корпус

3. Код программы

Список используемой литературы

Приложение А

Приложение В

Введение

микроконтроллер сеть температура влажность

В настоящее время в микропроцессорной технике выделился самостоятельный класс интегральных схем - микроконтроллеры, которые предназначены для встраивания в приборы различного назначения.

Использование микроконтроллеров в различных изделиях не только приводит к улучшению всех показателей (стоимость, надежность, потребляемая мощность, габариты) и позволяет многократно сократить сроки разработки и отодвинуть сроки старения изделий, но и придаёт им принципиально новые потребительские качества: расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность и т.д.

Цель работы: создание максимально гибко настраиваемого контроллера температуры и влажности.

Задачами данной работы является:

1) Создание физической модели контроллера;

2) Разработка кода;

3) Реализация удаленного управления МК через сеть Wi-Fi.

1. Литературный обзор

1.1 Выбор компонентов

На данный момент в интернете широкий ассортимент микроконтроллеров, отличающихся как производительностью, так и функционалом. В выборе учитывались такие параметры как простота, надежность, компактность и самое главное доступность, по мимо всего перечисленного важным моментом является наличие Wi-Fi идеален для данной работы ESP8266, на базе которой лучше всего подходит Wemos D1 mini

Рисунок 1 Wemos D1 mini

Рисунок 2 ESP8266

Датчик температуры и датчик влажности вместе занимают 2 пина, и приобретать необходимо оба, что естественно неудобно, по этой причине предпочтительнее измерять температуру и влажность одним датчиком. Из таковых простым в использовании и доступным является DHT11

Рисунок 3 DHT11

Выбор дисплея - дело вкуса каждого, конкретно в данной работе использовался жидкокристаллический дисплей 1602 с шиной I2C, из-за идеального баланса между компактностью и информативностью

Рисунок 4 LCD 1602 I2C

1.2 Удаленное управление

Для реализации удаленного управления микроконтроллером с телефона придумано множество различных способов: через соединение Bluetooth, с помощью сетей Wi-Fi, отправкой SMS сообщений, и др.

В проекте необходима возможность контроля с любой точки мира, таким образом Bluetooth соединение не подходит, так же желательно минимизировать затраты на обслуживание, следовательно, установка SIM карты с доступом к сети интернет в данном случае так же не подходит, а Wi_Fi идеально подходит, так как сети Wi-Fi есть везде и подключение устройства не требует никаких дополнительных затрат.

Управление через Wi-Fi предоставляют такие сервисы как MQTT, Blynk, Virtuino и другие, они предлагают в использование облачный сервер и передачу данных между микроконтроллером и телефоном, в данном проекте использовался Blynk благодаря его красивому дизайну, удобному управлению и гибкой настройки интерфейса, так же небольшие проекты вроде этого абсолютно бесплатны, что играет немаловажную роль.

2. Сборка

2.1 Спайка

Принципиальная схема находится в приложении А

Обычно при покупке дисплея в него уже впаян модуль I2C, что облегчает задачу. В процессе спайки необходимо учесть то что модуль I2C соединяется с нашей платой Wemos D1 mini следующим способом: VCC > 3V3, GND > GND, SCL > D1, SDA > D2.

Рисунок 5 Подключение дисплея

DHT11 необходимо подключить согласно рисунку 6, соединить сигнальный пин с питанием через резистор, а второй пин оставить свободным.

Рисунок 6 Подключение DHT11

Но для удобства можно приобрести готовую плату с установленным резистором и с 3 выходами.

Рисунок 7 Готовая плата DHT11

В схеме предусмотрено подключение управляющего реле, но в данном демонстрационном варианте для наглядности работоспособности схемы используются светодиоды. Подключение производится без нагрузки, длинную ножку на цифровой пин, короткую - на землю.

В связи с тем, что закрепить неподвижно плату Wemos'а невозможно, было принято решение добавить в схему отдельный разъем питания, который был напрямую проведен к контакту 5В и на землю. Напряжение подаётся из блока питания зарядки для телефона через USB шнур.

2.2 Настройка Blynk

В приложении дается возможность бесплатно расположить несколько элементов.

Здесь как для температуры, так и для влажности уместились ползунки, управляющие порогами включения и выключения, индикатор работы реле, и два индикатора текущего состояния, один в виде шкалы, другой цифровой.

Каждый компонент настраивается отдельно. В настройках необходимо ввести отображаемое имя, выбрать цвет, рабочий диапазон и самое главное выбрать виртуальную переменную для связи с сервером, на данном премере это V5. Остальные настройки игнорируются.

Рисунок 8 дисплей в Blynk и настройки компонентов

2.3 Корпус

В программе Autodesk Fusion 360 смоделирован корпус для 3D печати, добавлены в него вырез под питание и отверстия для того чтобы исключить помехи в измерениях датчиком. В крышке корпуса были добавлены крепежные отверстия для того чтобы надежно закрепить дисплей и кнопки к корпусу

Рисунок 9 Корпус

После моделирования все части отправляются на 3D печать PETG пластиком.

Рисунок 10 Итоги моделирования

3. Код программы

Весь код в приложении В, здесь более подробно представлены ключевые моменты.

Рисунок 11 Blynk в коде

На 44-45 строках происходит считывание данных с датчика, и на 46-47 корректирование, в данном случае датчик давал ошибку в температуре на 5 градусов. Далее идет отправка полученных значений с помощью виртуальных переменных, задаем на V0 температуру, а на V1 влажность, так же отправляются значения порогов включения и выключения. Необходимо отправлять данные с задержкой, чтобы не нагружать контроллер с сервером. Поэтому в код был добавлен таймер с интервалом в одну секунду.

Рисунок 12 Таймер в коде

В коде предусмотрено два режима работы для каждого реле, на случай если необходимо контролировать температуру посредством его нагревания и, если необходимо его остужать, точно так же для влажности, для увлажнения и осушения, это зависит от того как были указаны пороги включения и выключения.

Рисунок 13 Цикл работы

Список используемой литературы

1. А.В.Столяров «Введение в язык Си++.».

2. Майк МакГрат «Программирование на С для начинающих.».

3. Петин В.А. «Проекты с использованием контроллера Arduino.».

4. Саймон Монк «Программируем Arduino.».

5. Нил Колбан «Книга Колбана о ESP8266».

6. https://www.wemos.cc/en/latest/d1/d1_mini.html (Официальный сайт Wemos)

7. https://arduinoplus.ru/7-prilozhenii-arduino-na-android/ (приложения для удаленного управления)

8. https://www.wemos.cc/en/latest/_static/files/sch_d1_mini_v3.0.0.pdf (Даташит Wemos)

9. https://lesson.iarduino.ru/page/urok-4-podklyuchenie-lcd1602-po-i2c-k-arduino (Подключение LCD1602 по I2C к Ардуино)

Приложение А

Принципиальная схема прибора:

Приложение В

Скетч:

Размещено на Allbest.ru