Контроллер управления температуры и влажности. Температурные контроллеры

Спасибо за столь обширный комментарий!

Сначала по поводу конкретного девайса, что бы было понимание его назначения. Он разрабатывался как "концентратор" датчиков DHTxx, которые, к сожалению, не имеют возможности работы по шине (в отличие от тех же DS18B20). Поэтому, изначально я вообще не планировал прикручивать к нему дисплей, а только передавать данные на сервер. Но что бы просто посмотреть температуру на улице или в доме, открывать каждый раз браузер не очень удобно, поэтому и появилась "панель оперативного контроля". А так можно организовать мониторинг и без этой "прокладки" и завести датчики DHTxx сразу на GPIO Raspberry Pi.

Если реализовывать Ваш вариант (с возможностью управления нагрузкой по введенным уставкам температуры и влажности), я бы делал девайс немного иначе. Это должен быть модуль, имеющий вход для подключения одного датчика, 1-2 выхода управления нагрузкой, дисплей, кнопки программирования уставок и интерфейс связи с сервером.

Теперь насчет деградации датчиков. На самом деле это очень интересный вопрос, с похожей ситуацией (правда немного в другой плоскости), мне пришлось столкнуться в своей профессиональной деятельности. Поэтому позволю себе небольшое отступление:
На работе мы уже давно пытаемся внедрить систему мониторинга высоковольтного оборудования на тяговых подстанциях. Есть много "контор", которые бодро обещают создать подобную систему и рассказывают, какие параметры необходимо снимать с оборудования для создания такого мониторинга.
Т.е. поставим вам дополнительные датчики, проложим связь, соберем информацию на сервер…и тут наступает коллапс, когда объясняешь им, что на современных подстанциях мы и так собираем всю эту информацию в АСУ ТП. А дальше-то что с ней делать? Никто не может предложить вменяемую математическую модель (выходную функцию) которая показывала бы тенденцию старения оборудования. Кроме того, здесь очень много зависит от внешних факторов. Например, лежит снег на вводах трансформатора или идет дождь, сопротивление изоляции вводов в этом случае уменьшается. Но это ведь не деградация, следовательно, здесь необходимо учитывать погодные условия, причем только измерением температуры и влажности тут не обойтись. И таких взаимосвязанных факторов огромное количество.

Ваше предложение контролировать деградацию датчиков по уходу показаний одного из датчиков от значения "среднего по больнице", имеет, конечно, право на жизнь. Но нужно учитывать, что датчики должны быть предварительно откалиброваны и должны находиться в абсолютно одинаковых условиях по отношению к внешним факторам. Если обеспечить такие идеальные условия (что в реальных условиях всегда проблематично), то реализация подобного алгоритма вполне возможна.

Температурные контроллеры предназначены для регулирования температуры в рамках автоматических систем управления различными производственными процессами.

Основное распространение получили температурные контроллеры на базе ПИД-регуляторов. Контроллеры отличаются вариантами регулирования параметров и особенностями работы.

Современные модели температурных контроллеров с ПИД-регуляторами снабжены светодиодной индикацией, выполняющей различные функции:

отображение текущего значения измеряемого параметра,
отображение заданного в настройках значения,
отклонение текущего значения от заданного в абсолютных числах или процентах,
индикация состояний работы прибора,
аварийная сигнализация.

Большая часть моделей терморегуляторов позволяет встраивать контроллеры в шкаф управления или монтировать на DIN-рейку. Для простоты монтажа некоторые варианты имеют бескорпусные модификации.

Область применения контроллеров температуры

Температурные контроллеры применяются практически во всех современных отраслях промышленности для контроля различных процессов температурной обработки:

системы горячего водоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования зданий и помещений,
сушильные камеры, промышленные печи различного назначения,
холодильные установки,
системы пожароохранной и аварийной сигнализации,
термическая обработка различных материалов: термопластоавтоматы, вулканизаторы, сварочное оборудование и многое другое.

Многие контроллеры помимо термодатчиков могут работать с другими видами измерительных приборов: датчиками давления, расхода, влагомерами, датчиками тока, датчиками положения задвижки, углового положения и т.д.

Это позволяет применять контроллеры температуры в металлургической отрасли, машиностроении, производстве станков и оборудования, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, сфере ЖКХ, добывающей и перерабатывающей промышленности.

Назначение контроллеров температуры

Терморегуляторы обеспечивают различные температурные процессы: нагревание, охлаждение, поддержание заданного параметра и т.д. Температурные контроллеры встраиваются в автоматические управляющие системы и осуществляют регулирование заданных параметров с помощью управления исполнительным оборудованием.

Также контроллеры могут работать с другими видами датчиков, например, давления, тока, влажности и другими, для управления соответствующими параметрами технологических процессов.

Преимущества температурных контроллеров

Современные температурные контроллеры в зависимости от конкретной модели могут иметь различные преимущества:

одновременное измерение и регулирование уровня температуры,
высокая точность работы,
различные варианты управления параметрами, включая ПИД-регулятор,
широкий модельный ряд,
возможность многоканального измерения,
одновременное управление процессами нагревания и охлаждения,
управление различными параметрами производственных процессов: давлением, расходом, свойствами тока, микроклиматом и т.д.

Возможные недостатки работы с термоконтроллерами

Основным недостатком температурных контроллеров является точность измерения и регулирования. На этот показатель влияет используемый датчик температуры, а также возможности самого прибора. Для процессов, требующих высокой точности управления, следует выбирать модели с минимальной погрешностью и возможностью работы с высокоточными датчиками.

Принцип работы температурных контроллеров

Принцип работы температурного контроллера заключается в получении входного сигнала с датчика температуры и формировании сигнала управления оборудованием на базе величины полученного значения измеряемого параметра. В зависимости от особенностей работы выходного сигнала, управляющий сигнал может формироваться различным способом.

Для того, чтобы обеспечить стабильную влажность воздуха и температуры в помещениях с длительным или постоянным пребыванием в них человека, требуется постоянный мониторинг этих помещений на предмет вышеупомянутых показателей. Сделать это можно в отдельности – с помощью влагомера и термометра, однако лучше всего для таких целей подойдёт прибор, совмещающий возможность сразу двух измерений. Одним из таких универсальных устройств является модель измерителя SF469B.

Прибор SF469B исправно осуществляет климат-контроль обеих параметров – влажности и температуры воздуха, и успешно применим как в обычных помещениях, так и в условиях достаточно агрессивных – например, в теплицах и холодильных камерах.

В комплектацию SF469B входят внешние датчики, соответственно, температуры и влажности. При необходимости прибор может осуществлять контроль в непрерывном режиме, а в случае, если эти показатели превысят заранее установленные значения, то сработает звуковая сигнализация. Это значит, что к прибору пора присоединять соответствующие климатические системы: увлажнения либо осушения, охлаждения либо обогрева. Схемы подключения этих систем, как правило, прилагаются к комплектации прибора, а также их можно легко найти и скачать в интернете.

Зачем поддерживать стабильную влажность и температуру воздуха?

Не каждый знает, чем, помимо возможного простого дискомфорта, могут грозить частые значительные смещения нормальных параметров влажности и температуры воздуха. Между тем, слишком сухой воздух чреват опасным пересушиванием слизистых оболочек в организме человека, размножением патогенных бактерий и т. д. А предельно высокая влажность – отличная среда для образования грибка и активации жизнедеятельности палевых клещей. А аномальные температуры, как говорится, лишь добавляют масла в огонь.

Кроме того, показатели, выходящие за пределы нормы, вредят и оборудованию, материалам, продуктам питания и иным предметам, произведённым человеком. Это влечёт за собой порой огромные материальные убытки, а если речь идёт об испорченных продуктах питания, то даже чревато отравлениями. Всё это и многое другое делает приборы, подобные модели измерителя SF469B, востребованными в самых различных условиях.

Джек и Хосе, пара прекрасных хомячков, жили со мной более 100 дней и ночей. Их мягкая и белая шерсть давала мне покой и тепло, особенно во время программирования зимними вечерами.

Но на прошлой неделе произошла трагедия. Холодный воздух пришел из Сибири, и в Шэньчжэне сильно снизилась температура и влажность. Такая погода продлилась 10 дней. Температура держалась на уровне 10 градусов, и я сильно замерзал каждый день. Однако случилось страшное: Джек и Хосе, они покинули меня навсегда…

Это был печальный полдень. После их похорон, по пути домой, у меня появилась новая идея: я должен сделать домик с теплым полом и системой кондиционирования воздуха для моих будущих новых друзей.

Шаг 1: Подготовка модулей

Как специалист по разработке программного обеспечения я не очень хорошо разбираюсь в аппаратных средствах. Поэтому я решил применить наиболее удобную для использования платформу - Arduino.

После поисков в сети Интернет я выбрал следующие модули:

Контроллер Crowduino: совместимая платформа Arduino, с некоторыми обновленными функциями для удобства использования.
Датчик температуры и влажности и резистор номиналом 4,7 кОм. Этот датчик мне нужен для передачи в контроллер текущих значений температуры и влажности.
LCD шилд с кнопками . С помощью данного LCD я смогу визуально контролировать текущую температуру и влажность.
2-канальный релейный модуль . Поскольку модуль Ultrasonic Nebulizer использует питание более 5 В, я использовал релейный модуль для контроля включения/выключения Ultrasonic Nebulizer.
Модуль Ultrasonic Nebulizer для увеличения влажности воздуха.
Шилд с винтовыми клеммами , данный шилд помогает мне удобно соединять провода.
Тепловая пластина: данная тепловая пластина работает как нагреватель для домика домашних питомцев.
Некоторое количество проводов.

В основном датчик температуры и влажности передает данные о том, как холодно вокруг, в контроллер Crowduino. Если контроллер Crowduino “считает”, что очень холодно, тогда он подключает тепловую пластину, чтобы согреть хомяка или модуль ultrasonic nebulizer для начала кондиционирования воздуха.

Шаг 2: Измерение температуры и влажности

Базовое подключение всех модулей (Crowduino, датчика температуры, релейного модуля и т.д.) показано на рисунке выше.

Сначала, подсоедините датчик температуры и влажности AM2302 к плате контроллера Crowduino. Используя проволочную перемычку, подсоедините выводы питания датчика AM2302 к выводам Vcc и GND контроллера Crowduino, далее подсоедините вывод “SIG” датчика AM2302 к A1 Crowduino.

Примите во внимание, что необходимо установить нагрузочный резистор 4,7 кОм между выводом “SIG” датчика AM230 и Vcc. В действительности вы можете найти множество других модулей температуры и влажности, в которые встроен нагрузочный резистор. В этом случае вам не нужно добавлять нагрузочный резистор самостоятельно, что упрощает дальнейшую сборку.

Шаг 3: Подсоедините реле к контроллеру Crowduino, для контроля модуля ultrasonic nebulizer и тепловых пластин.

Подсоедините выводы “IIN1”и “IN2” 2-канального релейного модуля к выводам A4 и A5 контроллера Crowduino (или к шилду с винтовыми клеммами), далее подключите питание к релейному модулю с помощью проволочных перемычек. Таким способом Crowduino может отдельно контролировать 2 реле для включения/выключения питания модуля ultrasonic nebulizer и тепловых пластин.

И, наконец, подсоедините модуль ultrasonic nebulizer и тепловые пластины к реле. Для модуля ultrasonic nebulizer, я отрезал его положительный проводник и подсоединил один его конец к выводу “COM” реле1 (вывод в середине). Далее второй конец я подсоединил к выводу ”NO” реле1. Для тепловых пластин будет легче припаять их выводы к DC гнезду. Подключите реле2 аналогичным способом, как для модуля ultrasonic nebulizer.

После подключения основные аппаратные средства для нового домика хомяков готовы.

Для контроля текущей температуры и влажности я добавил к своей системе LCD шилд с кнопками. Подсоедините шилд с кнопками к шилду с винтовыми клеммами. Фактически данный шилд является опциональным, поскольку не всем требуется визуальное отображение текущих значений температуры и влажности.

Загрузите нижеуказанную программу и откройте ее на вашем Arduino IDE.

В данной программе я установил пороговое значение температуры величиной 9 градусов, а пороговое значение влажности в значение 45. То есть, когда температура, измеренная датчиком, ниже 9 градусов, контроллер crowduino будет контролировать релейный модуль для подачи питания на тепловые пластины, чтобы обогревать хомяков; когда относительная влажность упадет ниже 45% включится модуль ultrasonic nebulizer для увеличения влажности воздуха.

Естественно, если необходимо изменить пороговое значение температуры или влажности, просто измените параметры "temLowTrigger" и "humLowTrigger" температуры и влажности для включения тепловой пластины и модуля ultrasonic nebulizer.

Шаг 5: Тестирование и установка

Когда система работает, текущие значения температуры и влажности можно контролировать с помощью LCD шилда с кнопками.

Поместите тепловую пластину на дно домика хомяка. Также добавьте немного древесной муки, поскольку она позволяет сохранять тепло в домике и служит как одеяло. Тепловая пластина будет активирована, когда температура упадет ниже 9 градусов и останется включенной вплоть до температуры 40 градусов. Поместите модуль ultrasonic nebulizer в воду на глубину около 0,3 метра. Модуль активируется, когда относительная влажность упадет ниже 45%.

После тестирования, система работает превосходно. Тепловая пластина начнет нагрев, если температура низкая, при этом модуль ultrasonic nebulizer также начнет работать. При этом будет мигать светодиодный индикатор.

Я думаю, благодаря этой системе мой будущий хомяк будет просто счастлив!