Простой Arduino-контроллер "чайника" - от макета до готового изделия

В какой-то мере эта тема является продолжением темы уважаемого ZORS, ARDUINO для автоматизации аквариума . По крайней мере, в том, что касается контроллера, который делаю я, пользуясь наработками, схемами и критикой из той темы.
Идея иметь некоторое контролирующее аквариум устройство у меня имелась давно. Устройство, которое обслуживало бы основные потребности аквариума (контроль света, температуры, СО2, возможно рН и подачу УДО) и было бы относительно простым в сборке и гибким для приспособления к своим индивидуальным нуждам.
Про платы Arduino я впервые прочитал пару лет назад точно, но как-то не решался приступить к ее изучению. Причем, если железо и схемы "чаво-куда-воткнуть" для меня еще более менее не страшны (закон Ома не менялся последние лет 150), то вот программная часть, прямо скажу, отталкивала, ибо я боялся не разобраться. По образованию и профессии я весьма далек от программирования. Последний раз году в 1989-90 в школьном кружке работал на Бейские и (могу ошибиться) на Фортране.
Толчком послужила тема, которую я уже указал, где ТС и другие участники все подробно разжевали и в рот положили, ну а проглотить - это уже дело индивидуальное.
Вот о процессе глотания и пойдет речь. Ну, в смысле, что у меня получилось из ардуины.

Для начала была куплена плата Arduino UNO R3 (оригинальная, на радиорынке, причем недешево, на e-bay гораздо дешевле) и блок из 4-х реле (там же на радиорынке). Потом с e-bay были заказаны:
1. Часы RTC на микросхеме ds1307. Не самый лучший выбор, т.к. в схеме нет термокомпенсации и часики убегают. Например мои до 36-40 сек/сут спешат, что потребовало некоторых танцев с бубном в программе. На будущее планирую покупать на микросхеме ds3231 с термокомпенсацией, например такие .
2. Плата I2C и дисплей 2*16. Простенько, зато надежно. Можно было бы дисплейчик и побольше, типа 4*20. От "тачскринов" и цветных дисплеев типа Nokia сознательно отказался: на этапе освоения техники нужно что-то простое.
3.Драйверы для ЛЭДов MW LDD 1000(H), ток до 1 А, с функцией диммирования, ради которой все и затевалось, если честно. Постройка самого светильника пока только в планах и будет описана отдельно, но опыт использования ЛЭДов для акваса уже имеется Светильник для 20 л нано Диоды уже пришли, это Cree XML 6500К и 4000К.
4. Термодатчик ds18b20 с гидроизоляцией.
5. Резисторы-проводочки-плАтки и прочая мелочь. Что-то есть в хозяйстве, что-то прикупил.
Для начала нужно поставить себе цель, а что собственно контроллер должен делать. Не скажу, что цели у меня были полностью поставлены в начале работы, но по мере ее продвижения все начало более-менее вырисовываться. Техническое задание вышло следующим:
1. Управление светом с диммированием по двум каналам (для "утра-вечера" и "дня").
2. Управление ЭМ-клапаном СО2, который подается из аппарата Киппа на основе соды и лимонки.
3. Управление кулерами для охлаждения воды. Нагревание воды грелкой в наших южных широтах менее актуален. Опционально и по мере опытов - возможность охлаждения радиаторов диодов.
4. Делать вышеперечисленное в ручном и автоматическом режиме с отбражением на экране состояния контроллера.

Изменено 2.5.14 автор Дядька-рыбомор

Программу для компиляции скачал с официального сайта, с руссификатором, последняя версия 1.0.5. У меня, кстати, os linux ubuntu, компилятор встал без проблем (а вот на старом добром win xp капризнячал, на win-7 все ОК)

Программаная часть в итоге вышла такой скачать можно тут. Конечно, написано корявенько, но работает. По предыдущим замечаниям кое-что изменил, например ввел тип данных boolean для переменных типа "flag", оптимизировал отображения названия месяцев и дней недели (убрал цепочки "ифов" т.е. управляющих операторов if). Довольно замысловатым и запутанным вышло управление меню экрана и переключение некоторых кнопок. Думаю со временем упростить, т.е. опять же уйти от цепочек операторов if....else if.....else к операторам типа switch.....case.
Управляющие кнопки подключены у меня как к цифровым пинам (2 и 3), так и к аналоговому входу А0. Общую идею подключения кнопок взял тут . Опробовал для себя на будущее 2 способа: через подтягивающий резистор 10 ком к цифровому пину (понятно, что 1 кнопка на 1 пин) и при помощи АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) на резисторах к входу А0, по сути это обычный делитель напряжения. Тут можно кнопок сколь угодно много на 1 вход, главное точно подобрать номиналы резисторов и измерить падение напряжение на них. У меня в хозяйстве нашлись резисторы 2,2 ком и 4,7 ком. Измерил падение U в цепи кнопки (на подтягивающем резисторе 10 ком), и по этому U ввел в программу значения аналогового сигнала. Например, падение U 3,2 В в цепи с резистором 4,7 ком. Берем за 100% 4,8 В на ардуине (у меня, вообще 5.0 В должно быть в идеаале) и 1024 бита на входе А0 (от 0 до 1023), производим действие 3,2:4,8*1023=682 бита, т.е. уровень аналогового сигнала задаем как >680(или 675) && . В этом диапазоне и будет срабатывать кнопка.
Всего кнопок 5 (нумерация кнопок произвольная, просто для примера).
№1. Вкл/выкл диода подсветки экрана. Она просто замыкает контакты на плате I2C, там где обычно джампер стоит. Это чтобы экран не светился все время.
№2 При ее нажатии время RCT приводится к 21:00:00. Это для периодической коррекции часиков по сигналам программы "Время" по ТВ. Реальная польза от зомбоящика . В принципе у меня программно реализована коррекция (минус 1 сек каждые 38 мин, итого -38 сек/сут). За игры со временем отдельной спасибо ZORS.
№3 Кнопка "Меню экрана". Тут поясню с фотками.
Когда ардуина грузится, выводится что-то типа "хэллоуворда" , ну типа слава мне любимому . Так, нефункциональное баловство.

Дядька-рыбомор

сообщение arch07
только вот выключение подсветки странно реализовано - я по времени бездействия (5 минут) собираюсь отключать.

Дядька-рыбомор

сообщение arch07

Дядька-рыбомор

На строковом да:
lcd.backlight() - вкл
lcd.noBacklight() - выкл

Дядька-рыбомор

arch07

Пока ардуина на макете работает с целью выявления багов программы (а скетч я все еще корригирую), займусь мат.частью, т.е "железом".
Для начала нашел на радиорынке неплохие тактовые кнопки. Ход у них очень мягкий, в отличие от "квадратиков", есть пружинка, а еще при помощи гайки они легко и аккуратно фиксируются на корпусе прибора.

Кроме того, прикупил на рынке подходящий корпус, экран помещается как влитой. Недорого, всего 100 руб.


Изменено 8.5.14 автор Дядька-рыбомор

Драйверы светодиодов будут получать питание от AC/DC блока питания 19V 4,7А (блок питания MW для ноутбуков). Кулеры для охлаждения воды и радиаторов будут запитаны от этого блока через отдельные преобразователи DC/DC на основе LM317, схема простейшая (гуглите сами, в инете их масса), на макете она заработала сразу.

Пока еще не решил до конца, как запитать саму ардуину: от отдельной USB-зарядки от старого телефона на 5 V, или опять-таки - от общего блока питания через DC/DC 19-5V.
Дальше занялся печатной платой для драйверов и DCDC конвертеров. ЛУТ не владею, программами для разводки плат тоже, так что делал как в пионерском детстве - на бумажечке с линейкой и карандашом. Дорожки рисовал черным цапонлаком, смывал его жидкостью для снятия лака с ногтей, который с большим недоумением выдала мне жена. Им, женщинам, нас не понять. Вот начало процесса

Вот травим помалу и наносим разметку для радиодеталей

Решил, как назову прибор. Есть iPAD, iPHONE (и даже iПОЖ от Шаца и Пушного). Я решил назвать iAQUA.
Учитывая относительно большой ток (1А) для питания драйверов, дорожку "-19V" сделал довольно широкой, а "+19V" и разводку на сами диоды думаю сделать проводом навесным монтажом. (Кстати, знающие люди - подскажите, может "-" тоже лучше проводом продублировать, или дорожка ток 1 А выдержит?).
Разместил на плате детали. Драйверы поставлю через клеммники "мама", чтобы из не впаивать и легко в случае чего можно было бы поменять. Для связи платы с внешним миром использую клеммники разных размером.

Кстати, травил по-старинке - гидратом треххлорного железа. Но буквально вчера обнаружил способ перекись+лимонка+поваренная соль (ссылка ). На днях попробую для небольшой платы АЦП на резисторах для подключения кнопок.

Изменено 9.5.14 автор Дядька-рыбомор

Продолжаю репортаж о постройке ардуины.
Выходные прошли очень продуктивно: в перерывах между поздравлениями дедушки жены (в Сталинграде воевал!) и шашлыком с напитками всякими удалось многое доделать. Прежде всего плату АЦП с кнопками. Вот она

Травил плату новым для меня способом: Н2О2 3% + лимонная к-та + NaCl. Все прекрасно получилось, а главное - ингридиенты очень дешевые, безопасные и легко доступные. Ну, это кому интересно.
Далее наступил этап запихивания в коробочку. Долго думал, как платы закрепить внутри корпуса, и при этом чтоб было по минимуму столярно-слесарных работ. Покопался в залежах кладовки (где все "нужное!!!", как объясняю жене), и нашел действительно нужное. От ремонта осталась двусторонняя клеющая лента на толстой мягкой подложке (такую используют, например, мебельщики). Держит на "ура". Вот на кусочках ленты и приклеил платы ардуины с шилдом, плату реле и плату АЦП. А потом соединил шлейфами.

На макетной плате - второй датчик ds18b20 без гидроизоляции для радиаторов диодов. Одна из кнопок (на длинных проводках) будет вынесена на заднюю панель (это кнопка коррекции времени "21:00").
Соединяем половинки

Включаем - у получаем результат. Ура!

Оба термодатчика показывают практически одинаковую Т, разница 2-3 десятых градуса максимум, и то потому что изолированный датчик более инертен, как мне кажется.

Дальнейшие работы: проектирование задней стенки с выводами. Плата с драйверами будет стоять на самом светильнике. Все еще не решил с питанием - от USB, как сейчас, или через DC/DC конвертер 19V-5V.
Скетч и скриншоты мен. экрана обязательно выложу, только подправлю комментарии.
Таким образом, этот проект практически завершен.

Дядька-рыбомор

сообщение arch07

Дядька-рыбомор

Кнопочки зачетные. А они с "кликом"?

Корпус впечатляет. тока хоть зажигалку бы рядом - а то масштаб трудно оценить, хотя судя по плате достаточно компактный.

Дядька-рыбомор

Чем ближе продвигаешься к намеченной цели, тем больше возникает непредвиденностей, особенно если учесть "чайниковость" ТС, т.е. меня.
Решил запитать ардуину через dc/dc конвертер на основе линейного стабилизатора на 5 вольт 7805 (схемы гуглите, их масса). Я совсем не был готов, что эта зараза с тремя ногами так греется. Т.е. ожидал, что греется, но что ТАК! И это при конвертации 19-5 V и при токе потребления ардуины (со всей включенной периферией) около 360 мА. В общем, падение напряжения в 14 вольт для этого стабилизатора чувствительно. Радиатор спасает, но только на макете, т.к. в корпус я его не засуну. Придется продолжать питаться от USB (в качестве БП для самой ардуины - зарядка от телефона Sony (5 V, 800 мА).
Похожей неожиданностью закончилось и подключение кулеров через конвертер на LM317. Достаточно ощутимо греется, хотя радиатора в виде полоски аллюминия вполне достаточно (конвертаци тока 19V - 12V, потребление тока кулерами около 60-70 мА.)
Короче, следующий проект ардуины для нано-аквариумов буду начинать именно с силовой части, тем более что планирую все компоненты разместить на DIY-шилде к ардуино-нано.
Кстати, собрал сегодня релейный блок. Для него потребовалось реле на 5 вольт, транзистор BC337 (можно в принципе хоть кт315б, у нег правда ток коллектора меньше), пара резисторов 2.2 ком и 1 ком, диод 1n4007, маломлщный светодиод для индикации работы.

Дядька-рыбомор

сообщение dkozyrev

Или искать входной БП на напряжение 7-9В.

Чем ближе продвигаешься к намеченной цели, тем больше возникает непредвиденностей

Большое спасибо вам за тему. Очень нравится ваш подход к делу. Хотелось бы уточнить как вы подключали кнопки? Нет возможности начертить схему так как делает Z0RS? И зачем к датчикам температуры нужны "подтягивающие резисторы термодатчика и кнопок"?

сообщение Bwzs
Хотелось бы уточнить как вы подключали кнопки? ... И зачем к датчикам температуры нужны "подтягивающие резисторы термодатчика и кнопок"?

Очередной отчет за неделю (работа не дает двигаться быстрей).

Дядька-рыбомор

Скетч можно скачать тут .
Схему лектрическую прЫнципиальную можно скачать тут в формате PDF
Комментарии и скриншоты на подходе.