upc eetac_1

Projecte P8: Introducció als automatismes digitals


 Regulació de la humitat del sòl d'una torreta (sensor 1)

1. Adquisició de la humitat del sòl

La Figura 1, adaptada d'aquesta referència, representa ben bé el sistema de reg de la torreta.  Les especificacions d'aquest projecte són ben senzilles, simplement s'ha de regar la planta quan es detecti que el sòl està sec. La bomba a d'aturar-se en detectar que el sòl està moll. Una millora del control implicaria adormir el circuit durant un dia per estalviar energia o bé, alternativament usar un temporitzador que el desconnecti per força temps una vegada s'hagi completat el reg.

Fig. 1. Idea del sistema

Podeu usar el sensor descrit al projecte 6.3 per començar a organitzar aquest projecte.

 

2. Accionament de la bomba

Pel que fa a la bomba, podeu adquirir un model (Amazon) com que funcioni entre 3 V i 4,5 V com el representat a la Figura 2.

Bomba

Fig. 2. Bomba d'aigua de 3 W per aquaris i experimentació. La bomba, tal com els motors DC, admet una regulació de cabal d'aigua aplicant un senyal rectangular amb cicle de treball variable.

Preneu de referència un circuit com el del projecte 5_3 per obtenir el circuit driver que donarà suficient potència a la bomba d'aigua.  A la Figura 3 teniu un possible circuit basat en transistor de potència NMOS. Bàsicament es tracta d'un interruptor (obert/tancat) electrònic.

Driver NMOS

Fig. 3. Circuit excitador del motor basat en un transistor NMOS. La tensió VIN serà ajustable al valor que ens convingui.

 

3. Control automàtic del reg

En tenir muntat el sensor i la bomba d'aigua, ja es pot procedir a ampliar el programa per tal que aconseguim el control del reg tal com s'ha especificat.

- Exemple de circuit en Proteus (esquema). Exemple de codi de programa per començar a experimentar.


 Regulació de la humitat del sòl d'una torreta (sensor 2)

1. Sensor analògic i digital

Si canviem de sensors, segurament haurem de realitzar petites variacions al projecte. Per exemple la Figura 4 representa l'esquema d'un altre sensor que poden trobar fàcilment en aquesta referència.

PCB del sensor

Fig. 4. Esquema del sensor que té sortides analògica i digital. Bàsicament un divisor de tensió amb resistències (una d'elles és el sensor) i un comparador que estableix un llindar a partir del qual ens imaginarem terra seca o mullada.

Sensor

Podem analitzar-lo i simular-lo en Proteus per veure quina mena de funcionament té. Aquí teniu l'esquema de tot el muntatge.

circuit ICON

Fig. 5. Esquema del muntatge simulat en Proteus.

A més, hem de desenvolupar el programa, que adaptarem del muntatge anterior. Comproveu que us funciona una vegada compilat i descarregat a la targeta Arduino.

Realitzeu ampliacions addicionals com ara un interruptor per arrencar i parar el sistema, o bé afegiu una pantalla LCD que permeti representar el missatges que s'envien al port sèrie del PC. D'aquesta forma, l'equip funciona amb més autonomia, sobretot si li continueu afegint més prestacions com ara alimentació amb bateries recarregables a partir de cel·les solars i temporitzadors que només el deixin posar en marxa per exemple mitja hora al dia (és a dir, que deixin dormir -sleep- el circuit moltes hores per estalviar energia).

- Ampliació #1. Projecte d'exemple amb pantalla LCD.

LCD display with I2C adapter
LCD

Fig. 6. Fotografia (davant-darrere) i esquema amb el xip PCF8514 d'interfície I2C d'una pantalla LCD de 2 files i 16 caràcters que ens representa missatges ASCII com en el port sèrie.

Aquest és el projecte en Proteus amb e programa. Com que l'Arduino té poques connexions i la interfície LCD necessita 7 cables, millor que usem un adaptador bus I2C per reduir la comunicació a simplement serial data SDA (AN4) i serial CLK SCL (AN5). A més, el bus I2C té el gran avantatge que es comparteix amb altres sensors i actuadors usant cadascun d'ells una direcció diferent.

Per a cada dispositiu electrònic cal cercar la biblioteca de funcions adequada per poder compilar el programa. Per exemple aquesta NewLiquidCrystal_lib que ja conté la Wire. Referència. Per compilar correctament el programa font, heu d'instal·lar prèviament aquest parell de biblioteques de funcions al lloc habitual del vostre disc dur:

C:\Users\elvostrenom\Documents\Arduino\libraries 

 


Regulació ON/OFF de temperatura d'un recinte

0. Tutorial

Per veure com funciona un control de temperatura estudiem un projecte. Analitzeu aquest circuit i el corresponent programa d'exemple. Simulació en Proteus

Dibuixeu el diagrama de flux d'operacions i control del programa. 

Esquema icon

Fig. 1. Esquema inicial. Fixeu-vos simplement en el sensor i la sortida LED8. Si el LED8 està activat vol dir que el ventilador funciona per refredar el recinte.

 

1. Adquisició de temperatura

A partir del tutorial anterior i altres materials que pugueu trobar, com ara els diversos elements de la targeta desenvolupada a P5 i el programa del projecte 6.2.

Llegiu la temperatura del sensor LM35 i visualitzeu-la a través del port sèrie.

- Circuit

- Diagrama de flux d'operacions i control. Traducció del diagrama de flux a llenguatge Arduino.

 

Fig.2.

Una variació seria usar el sensor LM34 que està calibrat en graus Fahrenheit (10 mV/°F) i representar la temperatura  en °C.  Obteniu la formula.

 

2. Generació d'un parell de temperatures de referència amb un interruptor

 Generem una variable de programa Temp_ref que prengui valors equivalents a un parell de temperatures. La tria de la temperatura es farà a través un interruptor de 2 posicions. T1, T2. Per exemple, si Temp_ref = '0' --> 35 °C, Temp_ref = '1' --> 55 °C.

 - Circuit

- Diagrama de flux d'operacions i control del programa. Traducció del diagrama de flux a llenguatge Arduino.

 

 

Fig. 3.

Una variant seria utilitzar un potenciòmetre i generar una variable analògica que calibrada representi d'una banda a l'altra de la temperatura a la qual s'ha de controlar el recinte.

3. Generació d'un senyal PWM per excitar la càrrega de potència. 

Per comprovar com podem controlar la temperatura a què s'escalfa la resistència de càrrega, excitem el transistor de potència en què hi ha la càrrega R11_4 amb una ona PWM. Provem amb un parell de cicles de treball (DC) diferents.

Podem monitoritzar el cicle de treball (duty cycle, DC) del senyal aplicat al control de la càrrega usant un LED a través d'una altra sortida de l'Arduino i també visualitzar-lo amb l'oscil·loscopi. Quina és la frequència de sortida del senyal rectangular modulat en amplada de polsos?

- Circuit

- Diagrama de flux d'operacions i control del programa. Traducció del diagrama de flux a llenguatge Arduino.

 

 

Fig. 4.

 

4. Control ON/OFF de la temperatura  

Llaç de realimentació negativa de control de temperatura. Reguleu la temperatura de la resistència de potència a les dues consignes establertes per l'interruptor.

- Circuit

- Diagrama de flux d'operacions i control del programa. Traducció del diagrama de flux a llenguatge Arduino.

 

 

Fig. 5.

 

 

5. Control millorat: cicle d'histèresi al voltat de la temperatura de consigna  

Implementeu un control amb un cicle d'histèresi de 4 °C al voltant de la temperatura de consigna. Per exemple, si la temperatura de referència és 33 °C, La potència s'aplicarà a la càrrega fins que arribi a 35 °C. La càrrega no es tornarà a connectar fins que la temperatura baixi per sota de 31 °C. Una millora addicional consisteix a regular linealment el cicle de treball mentre el sistema es troba dintre de la finestra d'histèresi. Teniu la discussió d'aquestes idees aquí on es programa la mateixa aplicació des del vessant d'una màquina d'estats finits.

- Circuit

- Diagrama de flux d'operacions i control del programa. Traducció del diagrama de flux a llenguatge Arduino.

 

 

Fig. 6.

 

Altres referències similars

 

 

Altres materials d'interès

-