Система автоматизированной очистки воздуха
Сравнение моек воздуха различных производителей. Структурная схема системы автоматизированной очистки воздуха. Разработка печатной платы блока управления. Прошивка микроконтроллера Atmega 328P. Анализ проектирования корпуса и тестирование прототипа.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | дипломная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 13.07.2020 |
Размер файла | 3,8 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»
МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ им. А.Н. ТИХОНОВА
Выпускная квалификационная работа
по направлению Инфокоммуникационные технологии и системы связи
студента образовательной программы бакалавриата «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»
Студент
П.А. Бугрова
Руководитель
И. А. Иванов
Москва 2020 г.
Аннотация
В данной выпускной квалификационной работе освещены этапы разработки прототипа системы автоматизированной очистки воздуха. Полученное устройство способно улучшить климат в квартире и качество воздуха. Ключевая особенность прибора заключается в интегрированной системе обеззараживания воздуха. Электрическая схема разработана на базе микроконтроллера Atmega328P в программном комплексе Proteus, а её топология в среде разработки печатных плат Dip Trace. Логика работы устройства написана на языке программирования C++ в среде разработки Arduino IDE. В трехмерном комплексе Autodesk Inventor спроектирована 3D модель корпуса устройства с пояснительными чертежами. Полученный прототип устройства протестирован на эффективность в жилом помещении.
Abstract
This final qualifying paper highlights development stages of a prototype system for automated air purification. The resulting device can improve the climate in the apartment and air quality. A key feature of the device is an integrated air disinfection system. The circuitry was developed based on the Atmega328P microcontroller in the Proteus software package, and its topology in the development environment of printed circuit boards Dip Trace. The logic of the device is written in the programming language C ++ in the development environment Arduino IDE. In the three-dimensional complex Autodesk Inventor, a 3D model of the device case with explanatory drawings was designed. The resulting prototype device is tested for efficiency in a residential area.
Список сокращений
1. АЦП - Аналого-цифровой преобразователь
2. МОП - Металл-оксид-полупроводник
3. ЭПРА - Электронный пускорегулирующий аппарат
4. LCD - Liquid Crystal Display
5. I2C - Inter-Integrated Circuit
6. ISP - In-System Programming
7. SS - Slave Select
8. MISO - Master In Slave Out
9. MOSI - Master Out Slave In
10. SCK- Serial Clock
11. DC - Direct Current
12. SPA - Data Lineвв
13. SCL - Clock Line
14. IDE - Integrated Development Environment
15. PCB - Printed Circuit Board
Оглавление
Введение
1. Обзор и анализ аналогов
1.1 Виды увлажнителей воздуха
1.2 Сравнение моек воздуха различных производителей
1.3 Сравнение рециркуляторов различных производителей
1.4 Постановка цели и этапов разработки
2. Разработка прототипа устройства
2.1 Структурная схема системы автоматизированной очистки воздуха
2.2 Разработка схемы электрической принципиальной
2.3 Разработка печатной платы блока управления
2.4 Разработка блока обеззараживания воздуха
2.5 Алгоритм работы устройства
2.6 Тестирование алгоритма работы
2.7 Прошивка микроконтроллера Atmega 328P
2.8 Проектирование корпуса
3. Тестирование прототипа в реальных условиях
3.1 Сборка прототипа
3.2 Результаты тестирования прототипа
Заключение
Список литературы
Приложение
Введение
В любое время года необходимо поддерживать благоприятный микроклимат в жилом помещении. В зимний период времени система отопления дома сильно сушит воздух (снижает уровень влажности), что вредно воздействует на организм человека: снижается концентрация и внимание, повышается общая усталость организма, ухудшается качество сна и падает иммунитет. При постоянном прибывание человека в помещении с низкой влажностью может привести к развитию аллергии или появлению симптомов астмы. В летнее время года повысить уровень влажности в квартире можно путем проветривания, однако данный способ не слишком эффективен, так как вместе с уличным воздух в помещении попадает пыль и выхлопные газы автомобилей. [1]
Для предотвращения пагубного влияния сухого воздуха на организм человека на рынке представлено многообразие различных решений, отличающихся между собой принципом работы, функционалом и стоимостью. Однако зачастую бюджетный прибор, обеспечивающий необходимый уровень влажности в квартире, не оправдывает затраченных средств: выходит из строя, портит мебель, не соответствует указанному функционалу, не подходит для людей с аллергическими заболеваниями. Все эти проблемы может решить устройство, способное на молекулярном уровне насытить воздух влагой, однако цены на такие приборы высокие.
В своей работе я освещу этапы разработки и создания с последующим тестированием производительности бюджетного прототипа вышеупомянутого устройства. Помимо контроля уровня влажности в прототипе предусмотрена функция для уничтожения микробов. Данная модификация позволит предотвратить распространения заболеваний, передающихся воздушно-капельным путем, среди жильцов.
1. Обзор и анализ аналогов
1.1 Виды увлажнителей воздуха
Для поддержания необходимого уровня влажности в квартире используют различные виды увлажнителей воздуха:
1. Традиционные увлажнители (эффект холодного пара или мойка воздуха) (рисунок 1):
Воздух в помещении увлажняется за счёт естественного испарения холодной воды. Вентилятор пропускает воздух через вращающийся пластиковый диск, с поверхности которого происходит испарение холодной воды и воздух, наполненный влагой, поступает обратно в помещение.[2]
Одним из основных преимуществ данного способа увлажнения является поддержание благоприятной для человека обстановки: уровень влажности соответствует температуре окружающей среды, то есть воздух не сможет поглотить больше молекул воды, чем предусмотрено при данной температуре. Например: при температуре +15?С для относительной влажности воздуха 55% количество водяного пара в воздухе может быть максимум 7,04 г/м3, а при той же температуре и 65% уровне влажности максимум 8,32 г/м3 водяного пара. [3] Более того, при использовании традиционного увлажнителя исключено образования белого налета на мебели, так как все примеси оседают в поддоне с водой вместе с пылью. Такой тип прибора потребляют примерно 20-50 Вт мощности при расходе 3,5-8 литров воды в сутки.[2]
Рисунок 1 - Структура традиционного увлажнителя.
2. Паровые увлажнители (рисунок 2):
Принцип действия увлажнителя сводится к закипанию воды в резервуаре с помощью нагревательного элемента. Прибор автоматически отключается, когда вода в поддоне полностью выкипает. Для контроля уровня влажности обязательно встраивается соответствующий датчик, который сигнализирует прибору о достижении оптимального уровня влажности, после чего прибор отключается, иначе может произойти переувлажнение воздуха. Существует вероятность получить ожог от нагретого пара, что является значительным недостатком, если в доме есть дети. Прибор имеет хорошую производительность порядка 700 миллилитров воды в час, что способствует быстрому увлажнению воздуха в помещении. Однако за высокую производительность приходится платить потребляемой мощностью 300-600 Вт. [2]
Рисунок 2 - Структура парового увлажнителя.
3. Ультразвуковые увлажнители (рисунок 3):
Вода из резервуара с водой попадает на ультразвуковую мембрану, где под действием высокой частоты расщепляется на мелкие капли. Встроенный вентилятор пропускает через капли воды сухой комнатный воздух и на выходе получится облако пара. В такого типа увлажнителях предусмотрен картридж для очистки воды от извести, однако его нужно регулярно менять, иначе вместе с увлажненным воздухом потребитель получит кальций, оседающий белым налетом на мебели. Кроме того, в поддон лучше всего заливать отфильтрованную воду, так как водопроводная вода значительно уменьшит срок службы вибрирующей мембраны. Потребляемая мощность 40-50 Вт при расходе воды 7-12 литров в сутки. [2]
Рисунок 3 - структура ультразвукового увлажнителя.
После обзора существующих видов увлажнителей воздуха, сравнения их принципов работы, а также достоинств и недостатков, было принято решение, что в основу дальнейшей разработки ляжет технология холодного испарения мойки воздуха, так как обладает рядом преимуществ по сравнению с паровыми и ультразвуковыми увлажнителями:
1. Безопасно для людей с аллергией: предварительная очистка воздуха от пыли и других мелких частиц.
2. Отсутствие белого налета на мебели: содержащиеся в воде примеси оседают в поддоне с водой, увлаженный воздух поступает в помещения без частиц кальция.
3. Нет привередливости к воде: традиционные увлажнители не требует предварительной фильтрации воды при заливе в резервуар.
4. Отсутствие расходных материалов: такой тип прибора не требует постоянной очистки и замены фильтра.
5. Безопасно для детей: ребёнок не может получить ожог, так как вода в поддоне холодная.
6. Отсутствует переувлажнение воздуха: естественное испарение воды происходит в соответствие с максимально допустим значение водяного пара в воздухе при заданной температуре окружающей среды.
1.2 Сравнение моек воздуха различных производителей
Рассмотрим самые популярные модели моек воздуха от известных производителей. Ключевыми показателями сравнения будут: цена, функционал, технические характеристики, площадь действия и габариты устройства.
1) Мойка воздуха Philips HU 5930/10 (рисунок 4)
· Площадь помещения: до 70кв.м
· Мощность: 11Вт
· Производительность (расход воды) 500мл/ч
· Уровень шума: 53Дб
· Размеры: 446x460x275 мм
Достоинства: 4 режима настройки уровня влажности (от 40% до 60% с шагом 10% и непрерывный режим увлажнения), 3 скорости работы вентилятора с возможностью установить автоматический режим, наличие таймера от 1 до 8 ч., четырёхступенчатая фильтрация воздуха, индикация температуры и влажности, а также низкого уровня воды в поддоне.
Недостатки: относительно высокая цена устройства 24000руб, небольшая емкость для воды всего 4л, несоответствие реальных размеров увлажняемой площади с заданными в паспорте устройства, дополнительные затраты на замену фильтров, неудобная конструкция резервуара для замены воды, нет предупреждения о достижении заданного уровня влажности.
Рисунок 4 - Philips HU 5930/10
2) Мойка воздуха Venta LW45 (рисунок 5)
· Площадь помещения: до 75кв.м
· Мощность: 8Вт
· Производительность (расход воды) 450 мл/ч
· Уровень шума: 45Дб
· Размеры: 450x330x300 мм
Достоинства: достаточный объём поддона с водой 10л, 3 скорости работы вентилятора, низкая потребляемая мощность, простая конструкция (нет дополнительных фильтров, только вентилятор и вращающийся барабан), индикация о низком уровне воды, увлажнение площади помещения свыше указанных значений. воздух печатный плата микроконтроллер
Недостатки: отсутствует встроенный датчик влажности (необходимо приобретать отдельно гигрометр), высокая стоимость 32000 руб., шумный вентилятор.
Рисунок 5 - Venta LW45
3) Мойка воздуха Sharp KC-D41RW/RB (рисунок 6)
· Площадь помещения: до 26 кв.м
· Мощность: 12Вт
· Производительность (расход воды) 440 мл/ч
· Уровень шума: 55Дб
· Размеры: 399x230x615 мм
Достоинства: трёхступенчатая фильтрация воздуха, дополнительная ионизация воздуха, мобильность передвижения за счёт встроенных колёсиков, датчики температуры и влажности, индикация низкого уровня воды и загрязнения фильтров, цена порядка 20000 руб, гарантия работы фильтров 10 лет.
Недостатки: маленький объём резервуара с водой 2,5 л., нет возможности задать необходимый уровень влажности, прибор увлажняет до 60% автоматически.
Рисунок 6 - Sharp KC-D41RW/RB
4) Мойка воздуха Winia AWM-40 (рисунок 7)
· Площадь помещения: до 28 кв.м
· Мощность: 11Вт
· Производительность (расход воды) 400 мл/ч
· Уровень шума: 30 Дб
· Размеры: 315x390x310 мм
Достоинства: низкая стоимость по сравнению с конкурентами 15000 руб., предупреждение о недостаточном уровне воды и загрязнении фильтров, дополнительная ионизация воздуха, ночной режим работы, удобная замена воды.
Недостатки: некорректная работа датчика влажности, плохая калибровка вентилятора, нет возможности отключить ионизацию, больший расход воды, чем указано производителем, нет функции установки необходимой относительной влажности воздуха, прибор автоматически увлажняет воздух до 60 %.
Рисунок 7 - Winia AWM-40
5) Мойка воздуха Ballu AW-320/AW-325 (рисунок 8)
· Площадь помещения: до 50 кв.м
· Мощность: 15Вт
· Производительность (расход воды) 300 мл/ч
· Уровень шума: 25 Дб
· Размеры: 392x410x295 мм
Достоинства: низкая цена устройства 10000 руб., низкий уровень шума, емкость для использования ароматических масел, отсутствие дополнительных затрат на замену фильтров, большая площадь дисков барабана, встроенный датчик влажности, 4 режима работы вентилятора, предупреждение о необходимости заменить воду в поддоне, функция установки уровня влажности от 40 % до 75 %
Недостатки: маленькая емкость для воды 5,7л., несоответствие увлажненной площади помещения с заданными значениями в паспорте прибора, неудобная круглая конструкция бака водой (сложно мыть поддон и менять воду), максимальный уровень влажности, поддерживаемый устройством 45%, некорректная работа встроенного гигрометра.
Рисунок 8 - Ballu AW-320/AW-325
Обзор аналогов моек воздуха выявил несколько основных недостатков: завышенная цена, некорректная работа датчика влажности, дополнительные расходы на замену фильтров, недостаточная емкость поддона с водой, несоответствие увлажненной площади с заявленной в техническом паспорте, отсутствие возможности установки требуемого уровня влажности.
1.3 Сравнение рециркуляторов различных производителей
Принцип действия рециркулятора сводится к бактерицидному воздействию ультрафиолетовых ламп, размещённых в корпусе устройства. В корпусе обычно размещён вентилятор, засасывающий воздух для дальнейшего обеззараживания ультрафиолетовым излучением. Данный способ обеззараживания воздуха обеспечивает почти 100% защиту от микроорганизмов и вредных бактерий.[4] Для обзора выбраны модели рециркулятора-облучателя с закрытым типом корпуса, так, как только при такой конструкции прибора человек может находиться в помещении во время действия ультрафиолетового излучения (таблица 1).
Таблица 1 - Рецеркуляторы
Технические особенности/функционал |
Armed СН111-115 |
Defender 2-15 compact |
ОРУБп-3-5 КРОНТ Дезар 7 |
|
Размеры, мм |
110Ч410Ч105 |
600х160х122 |
1210х370х580 |
|
Уровень шума, дБ |
40 |
30 |
40 |
|
Производительность, мі/ч |
30 |
60 |
110 |
|
Потребляемая мощность, Вт |
20 |
55 |
100 |
|
Электропитание, В/Гц |
220/50 |
220/50 |
220/50 |
|
Количество и тип Уф ламп |
Лампа TUV 1 шт, Мощность 15Вт |
Лампа TUV 2 шт, Мощность 15Вт |
Лампа TUV 5 шт, Мощность 15Вт |
|
Срок службы УФ-ламп, ч |
8000 |
8000 |
9000 |
|
Вес, кг |
1,35 |
4 |
10,5 |
|
Наличие вентилятора |
есть |
нет |
есть |
|
Наличие таймера работы УФ-ламп |
есть |
есть |
есть |
|
Цена, руб |
9150 |
7500 |
15000 |
Исходя из таблицы 1 можно сделать вывод, что существенно данные модели отличаются лишь стоимостью и потребляемой мощность, что напрямую зависит от количества ультрафиолетовых ламп, размещенных в корпусе рециркулятора. Первые две модели предназначены для применения не только в медицинских учреждениях, но и в образовательных заведениях. Последняя модель представляет собой промышленный передвижной рециркулятор, его высокая мощность говорит о применения в специализированных больничных помещениях, где требуется большая проходимость обеззараженного воздуха в единицу времени.
1.4 Постановка цели и этапов разработки
Разрабатываемая система автоматизированной очистки воздуха будет представлять собой гибрид мойки воздуха и рециркулятора воздуха.
Для того чтобы будущая система очистки воздуха могла конкурировать с другими аналогами в ней будет предусмотрено автоматическое изменение режима работы в соответствии с уровнем влажности. У пользователя будет возможность пользоваться ночным режимом работы на более низких мощностях. Помимо этого, будет учтена оптимальная емкость резервуара с водой 10-15 л. В устройстве не будет системы дополнительной фильтрации, что значительно удешевит его разработку, и полностью сократит дополнительные затраты на обслуживание системы. В верхней части системы очистки воздуха будет закреплена бактерицидная лампа, работающая в автономном режиме с заданным интервалом времени и периодом работы.
Таким образом, разрабатываемая система очистки воздуха будет представлять собой синтез мойки воздуха и рециркулятора с корректировкой недостатков рассмотренных аналогов.
Стадии разработки прототипа:
1. Разработка структурной схемы системы
2. Разработка электрической принципиальной схемы и составление элементной базы
3. Разработка печатной платы
4. Разработка системы обеззараживания
5. Создание алгоритма работы системы
6. Прошивка микроконтроллера
7. Проектирование корпуса
8. Создание и тестирование прототипа устройства
2. Разработка прототипа устройства
2.1 Структурная схема системы автоматизированной очистки воздуха
Структурная схема устройства предназначенного для комплексной очистки воздуха и его увлажнения представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Структурная схема разрабатываемой системы
Центральным узлом системы является блок управления, состоящий из микроконтроллера Atmega 328P, обладающего низким энергопотреблением и при этом высоким быстродействием [5]. Микроконтроллер корректирует скорость вращения кулера и мотора постоянного тока. Кроме этого, он управляет временем включения и выключения ЭПРА, который в свою очередь обеспечивает безопасную работу бактерицидной лампы. Вывод информации на дисплей также осуществляет Atmega328P. Блок управления принимает решения о изменение информации, отображённой на дисплей, основываясь данных с датчика уровня воды и температуры и влажности.
Для питания системы используется блок питания на +12В, от него напрямую питаются кулер и DC мотор. На блок управление напряжение питания поступает со стабилизатора и составляет +5В, также от стабилизированного напряжения питается дисплей и датчик температуры и влажности. Питание бактерицидной лампы осуществляется от сети 220В.
2.2 Разработка схемы электрической принципиальной
Принципиальная электрическая схема системы автоматизированной очистки воздуха с учетом внешних модулей и устройств представлена на рисунке 10.
Рисунок 10 - Принципиальная электрическая схема
В качестве управляющего устройства выбран микроконтроллер Atmega328P (U1). Для повышения быстродействия к микроконтроллеру подключён внешний кварцевый резонатор (X1) с обвязкой в виде конденсаторов (С1, С2), стабилизирующих его работу. Конденсатор C3 является сглаживающим фильтром питания микроконтроллера. Для перезагрузки к выводу reset подключена кнопка через подтягивающий резистор (R1).[5]
Датчик температуры и влажности DHT11 (U2) передаёт данные микроконтроллеру через цифровой вывод PB0 за счёт встроенного АЦП, питается от напряжения 5В. Между шиной данных и питания подключен подтягивающий резистор для обеспечения уровня логической 1 при передаче данных. Датчик получает показания о температуре окружающей среды с помощью встроенного термистора. Изменения влажности датчик отслеживает с помощью двух пластинок электродов, между которыми влагоудерживающая пластина. DHT 11 отслеживает показания влажности за счёт изменения сопротивления электродов. [6]
Датчик уровня воды подсоединен к цифровому выводу PD7, который сконфигурирован как вход с подтягиванием сигнала до уровня логической 1. Принцип работы датчика основан на замыкание и размыкание встроенного геркона.
Вывод информации обеспечивает LCD 1602 (LCD1). В дисплеи встроена синяя подсветка экрана, за которую отвечает светодиод (D5). Обмен данными между дисплеем и микроконтроллером происходит по протоколу данных I2C, что даёт существенное сокращение линий подключения дисплея к микроконтроллеру. Дисплей подключен к Atmega328P через расширитель портов (U6). Таким образом, передача данных происходит по шине данных SDA и шине синхронизации SCL [7]. Напряжение питание дисплея 5В.
Для управления мощной индуктивной нагрузкой такой как компьютерный кулер (Кулер1, Кулер2) и мотор постоянного тока (DC мотор) в устройстве используются транзисторные ключи на МОП транзисторе IRF1010E (Q1, Q2). Данная модель способна выдержать большие токи и имеет низкое сопротивление исток-сток, за счёт чего рассеиваемая мощность на транзисторе в открытом состояния составляет не более 2 Ватт. Благодаря низкому пороговому напряжению уже при 2-4В транзистор полностью открыты. Таким образом, управлять транзисторным ключом можно даже при малых значениях ШИМ сигнала от микроконтроллера. Резисторы R3, R6 защищают транзистор от самопроизвольной активации. Для защиты выводов микроконтроллера от обратных токов при закрытии и открытие транзисторов в разрыв к затвор подключены резисторы R2, R5. Для защиты транзисторов от токов самоиндукции параллельно нагрузки подключены выпрямительные диоды 1N4007 (D2, D3).[8][9]
Питание схемы обеспечивает блок питания на 12 В и 2 А. На микроконтроллер поступает напряжение 5 В с выхода стабилизатора напряжения LM7805 (U4), в обвязку которого входят два конденсатора (С4,С5), фильтрующие входной и выходной сигнал, и выпрямляющий диод 1N4007 (D1) [10]. Для питания кулеров предусмотрено два напряжение питания 5В со стабилизатора напряжения (U3) и 12В от блока питания. Выбор напряжения питания осуществляется переключателем, который замыкает или размыкает соответствующие линии питания. В обвязку стабилизатора U3 входит шунтирующий выпрямительный диод 1N4007 (D4). Подключение D4 с выхода на вход защищает выход стабилизатора от напряжения 12В при замыкании переключателя на первом выводе. DC мотор питается напрямую от 12В.
Компонентная база системы автоматизированной очистки воздуха приведена в таблице 2.
Таблица 2 - Компонентная база
№ |
Тип элемента |
Наименование |
Технические параметры |
Особенности |
Цена,руб |
|
1 |
Датчик |
DHT11 |
Питание:3,5-5,5В Ток питания в режиме измерения: 0,3мА Ток питания в спящем режиме: 60мкА |
Измеряемая темп.: 0-50?С±2 ?С Измеряемая влажн: 20-95%±5% Частота опроса не превышает 1ГЦ Встроенный АЦП |
140 |
|
2 |
Датчик |
Поплавковый датчик уровня воды |
Макс. напряжение: 100В Макс.ток: 500мА |
Рабочая температура: -20…80 ?С Работа датчика основана на проверки замыкания электрической цепи |
185 |
|
3 |
Дисплей |
LCD1602A |
Диагональ:2,5 дюйма Питание:5В |
На экране отображается 2 строки каждая по 16 символов ASCII |
200 |
|
4 |
Микроконтроллер |
Atmega328P-PU |
Напряжение питание:1,8-5,5В Flash-память:32КБ АЦП:6 Ч 10 bit EEPROM:1024Б |
Корпус: DIP-28 |
290 |
|
5 |
Вентилятор |
IceWind GS7025 |
Напряжение:12В Рабочий ток:0,17А Уровень шума:31дБ |
Габариты:70Ч70 мм Частота:2800об/мин |
2Ч150 |
№ |
Тип элемента |
Наименование |
Технические параметры |
Особенности |
Цена,руб |
|
6 |
ЭПРА |
Osram QT-ECO 1x4-16 S |
Напряжение:220В Мощность лампы:7Вт Класс защиты: I |
Количество ламп: до 4шт. Габариты:80 Ч40Ч 22 мм |
676 |
|
7 |
Лампа бактерицидная |
Osram HNS S/E 7W 4P 2G7 |
Мощность:7Вт Тип уф-излучения: UVC |
Цоколь: 2G7 Длина:112 мм |
490 |
|
8 |
Стабилизатор напряжения |
LM7805CT |
Макс. вх напряжение:40В Вых. Напряжение:5В Макс. Ток нагрузки:1А |
Корпус: to-220 |
2Ч43 |
|
9 |
Диод |
1N4004 |
Макс. обратное напряжение:480В Макс. прямой ток: 1А Макс. прямое напряжение: 1В |
Кремниевый выпрямительный диод Корпус: do204al |
4Ч2 |
|
10 |
Конденсатор |
Нет |
Емкость: 22пФ Напряжение:50В |
Керамический дисковый конденсатор |
2Ч8 |
|
11 |
Конденсатор |
Нет |
Емкость: 0,1мкФ |
Керамический дисковый конденсатор |
8 |
|
12 |
Конденсатор |
К50-35 |
Емкость:100мкФ Напряжение:50В |
Электролитический алюминиевый конденсатор |
2Ч39 |
|
13 |
Конденсатор |
К50-35 |
Емкость:10мкФ Напряжение:50В |
Электролитический алюминиевый конденсатор |
2Ч13 |
|
14 |
Кварцевый резонатор |
HC-49S |
Резонаторная частота:16МГц Нагрузочная емкость:32пФ |
Корпус: HC-49S |
20 |
|
15 |
Транзистор |
IRF1010E |
Напряжение сток-исток:60В Макс. ток:79А Сопротивление канала в открытом состоянии:12мОм Напряжение открытия затвора:2-4В |
N-канальный МОП- транзистор Корпус:TO-220AB |
2Ч66 |
|
16 |
Резистор |
Нет |
Сопротивление:100Ом Можность:0,25Вт |
Резистор углеродистый |
2Ч4 |
|
17 |
Резистор |
Нет |
Сопротивление:10кОм Можность:0,25Вт |
Резистор углеродистый |
2Ч4 |
|
18 |
Разъём питания |
Нет |
Ток питания постоянный |
Проводной разъём питания для штекера 2,5-5,5 мм |
57 |
№ |
Тип элемента |
Наименование |
Технические параметры |
Особенности |
Цена,руб |
|
19 |
Переключатель фиксированный |
RS-103-16C |
Напряжение:250В Ток:15А |
Переключатель трехконтактный вкл-выкл-вкл |
54 |
|
20 |
Кнопка |
SWT-6 |
Напряжение: 24В Ток:0,2А |
Тип: тактовая Способ монтажа: сквозной |
8 |
|
21 |
Гнездо |
PBS-4 |
Ток:2,5А Напряжение 250В Выдерживаемое напряжение:1500В |
Тип: DIP |
8 |
|
22 |
Гнездо |
PBS-3 |
Ток:2,5А Напряжение 250В Выдерживаемое напряжение:1500В |
Тип: DIP |
2Ч8 |
|
23 |
Гнездо |
PBS-4 |
Ток:1А Напряжение 250В Выдерживаемое напряжение:1500В |
Тип: DIP |
8 |
|
24 |
Клеммник винтовой |
XY301V-A-2P |
Напряжение: 250В |
Шаг между контактами 5мм |
7 |
|
25 |
Твердотельное реле |
SSR-40DA |
Ток:40А Напряжение:24-480В Управляющее напряжение: 4-32В |
Однофазное реле |
600 |
|
26 |
Двигатель постоянного тока |
SHE2L |
Ток:2А |
Корпус металлический |
400 |
|
27 |
Радиатор |
нет |
Габариты: 25x15x11 мм |
Ребристый охладитель |
3x23 |
|
28 |
Блок питания |
нет |
Ток:2А Напряжение выходное:12В |
Размеры разъёма: 5.5x2.1 мм |
319 |
|
Итого:4217 руб. |
2.3 Разработка печатной платы блока управления
Для питания узла управления будет использоваться блок питания на 12 В. В качестве микроконтроллера в схеме на рисунке 11 был выбран Atmega328P из-за низкого энергопотребления. Выпрямительный диод D1 используется для корректировки полярности питания. Стабилизатор напряжения LM7805 U2 на выходе выдаёт постоянное напряжение 5 В, а конденсаторы С1 и С2 в обвязке стабилизатора используются для предотвращения его самовозбуждения [10]. Кнопка SB1 используется для перезагрузки микроконтроллера и подключена к соответствующей ножке Atmega328P. Обвязка микроконтроллера включает в себя внешний кварцевый резонатор Y1 на 16 МГц и два керамических конденсатора С3, С4.
Для управления кулерами и двигателем постоянного тока используются два транзисторных ключа на МОП- транзисторах. Кулеры могут работать в двух режимах напрямую от источника питания +12В и от +5V от стабилизатора напряжения U3.
Отдельно предусмотрены выводы MISO MOSI SCK Reset для возможности прямо на плате загружать обновленный код для работы системы автоматизированной очистки воздуха.
Для питания датчика и дисплея сделаны два вывода +5В, а также есть выводы с выходным напряжением +12В и вывод in c напряжением примерно +11В, данный вывод защищен от обратной полярности с помощью диода. Дополнительные выводы питания предназначены для модернизации системы, а именно подключения дополнительных кулеров при необходимости повысить производительность устройства. (рисунок 11)
Рисунок 11 - Принципиальная схема узла управления
Трассировка печатной платы была выполнена в системе автоматизированного проектирования DipTrace PCB Layout. Предварительно разрабатывалась принципиальная схема (рисунок 11) в DipTrace Shematic, после чего она была импортирована в редактор печатных плат. Полученная печатная плата двухслойная односторонняя. Вся разводка сделана в нижнем слое (рисунок 12). Ширина шин земли и питания составляет 0,6 мм, а у остальных дорожек 0,5 мм. Такая ширина выбрана для предотвращения падения напряжения и нагрева проводников. Для отвода тепла от стабилизаторов напряжения и транзисторов предусмотрено соответствующее место на плате под радиаторы [11]. Размеры печатной платы 64Ч73 мм.
Рисунок 12 - Трассировка печатной платы в нижнем слое
Для возможности выбора режима работы кулера предусмотрено 3 вывода для монтажа переключателя. Параллельно диодам D2 и D3 будут подключены кулеры и двигатель постоянного тока, для этого размещены винтовые клеммники. Для подключения датчиков, дисплея и реле сделаны выводы от соответствующих ножек микроконтроллера. Разъёма питания находится рядом с выводами переключателя и подключен к шине питания 12 V и земли. Медная заливка сделана и в нижнем и верхнем слое для использования в качестве низкоимпедансного проводника для сети земли (рисунок 13) [11].
Рисунок 13 - Трассировка печатной платы с учетом заливки в нижнем и верхнем слое
2.4 Разработка блока обеззараживания воздуха
Дезинфекции воздушных масс в системе автоматизированной очистки воздуха происходит под воздействием ультрафиолетового излучения. В качестве источника такого излучения выступает бактерицидная лампа, напрямую подключённая к ЭПРА, которая в свою очередь питается от сети. В разрыв между ЭПРА и сетью питания устанавливается твердотельное реле для управления процессом включения и выключения лампы. Для управления один выход реле подключается к общей земле, а второй к выводу микроконтроллера. Подробная схема включения представлена на рисунке 14.[14]
Рисунок 14 - Схема включения блока обеззараживания воздуха
При выходе лампы из строя ЭПРА блокирует подачу питания на неё. Кроме того, ЭПРА обеспечивает безопасный плавный нагрев лампы перед включением.
В качестве ключа управления лампой было выбрано твердотельное реле, так как в отличии от электромагнитного реле, в нем полностью отсутствует механическое переключение, что значительно повышает срок службы и отсутствие “щелчка” в момент срабатывания. Выбранная модель твердотельного реле способно выдержать ток до 25 А на своих выводов, что обеспечивает двойной запас, если сравнивать с пиковым током в момент включения бактерицидной лампы. Управляющее напряжение на реле находится в диапазоне от 3 В до 32 В, что даёт возможность управлять работой бактерицидной лампы через реле используя микроконтроллер Atmega328P, у которого управляющие напряжение 5 В. [14]
Для управления временем работы бактерицидной лампы в среде разработки Arduino IDE создано два виртуальных таймера. Первый определяет период времени, в который лампа находится выключенной, а именно 2 час. Второй таймер включается по истечению 2 часа на 30 минут, тем самым определяя время работы лампы. При отключении системы автоматизированной очистки воздуха от источника питания, таймеры обнуляются, и при последующей подаче питания таймеры запускаются заново. (Приложение 1)
Тестирования корректного срабатывания таймеров проведено в системе моделирования Proteus, где был собран стенд управления твердотельного реле, в роли которого выступает светодиод. Стенд включает: микроконтроллер Atmega328P c внешним генератором частоту X1 и кнопкой перезапуска, стабилизатор напряжения LM7805 c минимальной обвязкой. На вход стабилизатора поступает 12 В постоянного напряжения, которые на выходе преобразуется в напряжение питания микроконтроллера 5 В. (Рисунок 15)
В Proteus на микроконтроллер можно подгрузить бинарный код, выгруженный из Arduino IDE, с расширением .hex, а также настроить внешний кварцевый резонатор на нужную частоту для правильного отсчёта времени. Для проведения тестов было выбран период ожидания работы 20 секунд, а время работы 10 секунд. Результаты тестирования таймеров показаны на рисунках 15, 16, 17.
Рисунок 15 - Первое включение светодиода
Рисунок 16 - Время выключение светодиода
Рисунок 17 - Второе включение светодиода
По результатам тестирования видно, что светодиод включается каждые 20 секунд на 10 секунд. Исходя из этого можно сделать вывод, при подключении реле таймеры будут работать корректно, так как для управления светодиодом необходимо 5 В на выводе микроконтроллера, что соответствует управляющему напряжение для реле.
2.5 Алгоритм работы устройства
Разработанный алгоритм работы устройства предоставлен на рисунке 18 в виде блок схемы. Алгоритм выполняется блоком управления. (Приложение 2)
Рисунок 18 - Блок схема алгоритма работы устройства
Вначале программы вводятся все необходимые переменные для работы:
· hum= переменная влажности, где будет хранится показатели относительной влажности с датчика DHT11.
· waterlevel= переменная для считывания значения с датчика уровня воды, которая может принимать два значения логического 0 или 1.
· humMin, humMax= нижняя и верхняя граница относительной влажности благоприятная для здоровья человека.
· minfanSpeed, minmotSpeed, maxfanSpeed, maxmotSpeed= переменные минимальной и максимальной скорости вращения кулеров и двигателя.
Переходим в цикл настройки, который выполняется один раз при запуске программы или перезагрузке. В данной процедуре выполняется задержка 1 секунда для определения датчика DHT11, а затем считывается значение влажности.
После чего переходим к бесконечному циклу работы, где первоначально устанавливается задержка 0,1 секунду для определения датчика уровня воды. Затем полученное значение влажности в процедуре настройки с датчика температуры и влажности проходит ряд условий, где сравнивается с максимальным и минимальным значением влажности, заданным предварительно.
В первом условие проверяется значение с датчика уровня воды, если оно равно логической 1, то и кулеры, и мотор прекращают работать, а на дисплей выводится надпись “SOS”, что символизирует о необходимость долить воды, а именно уровень воды находится на нижней границе допустимой для корректной работы устройства. Если значение с датчика уровня воды логический 0, то переходим к следующему условию. Второе условие выполняется если влажность с датчика меньше нижней границы относительной влажности, при этом кулер и мотор будут работать на максимальных скоростях. Если второе условие не выполняется переходим к следующему. В третьем условии влажность датчика должна быть между нижней и верхней границей относительной влажности, тогда скорость кулера и двигателя уменьшается от своего максимального значения пропорционально увеличению показателей влажности с датчика. Если третье условие не выполняется переходим к следующему. Последнее условие устанавливает скорость вращения кулеров и двигателя на минимально допустимую, если показатели влажности больше верхней границы относительной влажности.
После проверки условий на соответствие влажности переходим к условию с таймером, который каждые 2 секунды считывает значения температуры и влажности. Полученное значение влажности при выполнении условий таймера будет сравнивать с границами влажности в каждой новой итерации бесконечного цикла. В конце цикла выводятся на дисплей значения температуры и влажности с DHT11. Для корректного отображения данных на дисплеи срабатывает задержка 0,2 секунды. После этого все итерации цикла выполняются заново.
2.6 Тестирование алгоритма работы
Перед пайкой печатной платы необходимо убедится в корректном выполнение условий алгоритма работы системы автоматизированной очистки воздуха. Принципиальная схема разрабатываемого устройства предварительно собрана на макетной плате. Для вывода значений ШИМ, передающихся кулеру и мотору, использовался монитор последовательного порта, который выводил данные при выполнение каждой интеграции цикла.
Стандартная частота ШИМ Atmega328P составляет 488 Гц. При подаче низкого уровня сигнала ШИМ на стандартной частоте будет характерный писк от кулера и мотора. Для устранения данной проблемы на выводах управления кулером и мотором необходимо было повысить частоту ШИМ сигнала до 31,4 кГц, чтобы избежать попадание в слышимый человеческим ухом диапазон частот. Для повышения необходимо поменять значения регистров встроенного в микроконтроллер таймера.[5]
Максимальное значение ШИМ сигнала для DC мотора 170, для кулера 200, а минимальное 100 и 135 соответственно. Результаты представлены в таблице 3.
Условия сравнения влажности:
· Влажность в помещении меньше минимально допустимой = красный
· Влажность в помещении в заданных границах влажности = зеленый
· Влажность в помещении больше максимально допустимой = желтый
Условие проверки уровня воды: датчик не тонет = серый.
Таблица 3 - Значения ШИМ
ШИМ кулеру |
ШИМ DC мотору |
|
200 |
170 |
|
200 |
170 |
|
168 |
135 |
|
140 |
106 |
|
135 |
100 |
|
135 |
100 |
|
142 |
107 |
|
158 |
125 |
|
168 |
135 |
|
171 |
139 |
|
176 |
144 |
|
179 |
148 |
|
174 |
142 |
|
171 |
139 |
|
171 |
139 |
|
173 |
141 |
|
173 |
141 |
|
176 |
144 |
|
174 |
142 |
|
179 |
148 |
|
189 |
158 |
|
196 |
165 |
|
199 |
169 |
|
200 |
170 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
Исходя из значений в таблице можно сделать вывод, что при значении влажности больше или меньше заданных границ срабатывают соответствующие условия, помеченные желтым и красным цветом соответственно. Если влажность находится внутри заданных границ наблюдается понижение ШИМ сигнала при повышении влажности и повышения ШИМ при снижении значения влажности. Данная закономерность отображена зеленым цветом. При получении сигнала логической единицы с датчика уровня воды и мотор, и кулер перестают работать, о чем говорит значения ШИМ сигнала, выделенные серым цветом.
2.7 Прошивка микроконтроллера Atmega 328P
Для настройки блока управления была собрана на макетной плате схема, представленная на рисунке 19. Все необходимые компоненты перечислены в таблице 4.[12]
Рисунок 19 - Принципиальная схема для прошивки загрузчика в микроконтроллер
Таблица 4 - Компоненты
Название |
Обозначение |
|
Микроконтроллер Atmega 328P |
U1 |
|
Керамический дисковый конденсатор 22пкФ |
С1, С2 |
|
Керамический дисковый конденсатор 0,1мкФ |
С3 |
|
Резистор 10кОм |
R1 |
|
Кварцевый резонатор 16МГц |
Х1 |
Для взаимодействия блока управления со средой разработки Arduino IDE нужно записать в память микроконтроллера соответствующий загрузчик, с помощью которого можно будет напрямую заливать код в микроконтроллер через плату Arduino UNO. Загрузчик зависит от модели микроконтроллера, так как в плате Arduino UNO используется микроконтроллер Atmega328P, то для прошивки подойдет встроенный загрузчик для платы Arduino UNO.
Для повышения скорости выполнения операций на микроконтроллере используется кварцевый резонатор на 16МГц. Дисковый конденсатор на 0,1мкФ между шиной питания и земли уменьшает пульсации от источника питания. Резистор на 10кОм подключается к выводу Reset и шине питания для предотвращения самопроизвольного срабатывания вывода Reset, что приводит к перезагрузке микроконтроллера, что в свою очередь может повлиять на процесс загрузки скетча в микроконтроллер.
Выводы MISO и MOSI организуют передачу данных от микроконтроллера Atmega328P к плате Arduino UNO. Вывод SCK синхронизирует передачу данных между двумя устройствами. Вывод SS платы подключенный к Reset на микроконтроллере предназначен для включения и выключения процесса передачи данных. [13]
Первый этап -- это сборка схемы согласно рисунку 19, но без подключения к плате. Затем необходимо настроить внутренний программатор ISP Arduino UNO для этого в среде разработке выбирается программатор “Arduino as ISP” и загружается из встроенных примеров скетч “ArduinoISP”. Теперь плата настроена в качестве программатора. Осталось подключить необходимые провода и прошить загрузчик с помощью соответствующей команды в инструментах среды разработки. Для загрузки скетча используется команда “Загрузить через программатор”. [13]
Основные преимущества такого метода загрузки кода в микроконтроллер: отсутствие дополнительных устройств, таких как внешние программаторы, и уменьшение размеров разрабатываемого устройства с сохранением всех функций среды разработки Arduino UNO за счёт применения не готовой платы, а отдельного микроконтроллера с минимальной обвязкой.
2.8 Проектирование корпуса
Для создания корпуса была выбрана система трёхмерного проектирования Autodesk Inventor. Данная программа позволяет создать полный цикл проектирования: создание 2D эскиза, а затем преобразование эскиза в 3D модель, после чего сборка устройства из различных 3D моделей и на основе полученной трехмерной модели устройства создание чертежей. Поддерживается формат чертежей DWG для чтения в Autocad. Также есть возможность распечатать созданный проект на 3D принтере. Встроено автоматическое изменение размеров во всех связанных с деталью проектах. Еще одним преимуществом является возможность получить лицензию на пользования данным инструментом для трехмерного проектирования по студенческой подписке на два года бесплатно.
Корпус системы автоматизированной очистки воздуха состоит из трёх съёмных частей (рисунок 20). Крепления частей корпуса осуществляют выступы на нижних гранях каждой части и соответствующие канавки на верхних гранях. Нижняя часть, где расположен вращающийся барабан для очистки и увлажнения воздуха, выполняет функцию резервуара с водой. За счёт выбранной конструкции крепления без труда можно заменить воду в резервуаре для воды, а также промыть его и барабан. Для вращения барабана необходимо дополнительно разместить шарикоподшипники на выступающем цилиндрическом стержне (рисунок 22), а также закрепить DC мотор на задней грани нижней части корпуса. Датчик уровня воды крепится на боковую грань нижней части корпуса системы. Устойчивости корпуса обеспечивают ребра жесткости в нижней части конструкции. В средней части расположены полочки для размещения бактерицидной лампы, ЭПРА, а также управляющего устройства. На боковой и задней грани предусмотрены крепления для проводов. Для выхода увлажненного воздуха встроены решетки на задней и передней грани средней части корпуса. Разъём питания расположен на задней грани средней части корпуса. Для забора воздуха на крышке корпуса также предусмотрена решетка, в которой будет размещен кулер. Дисплея вставляется в крышку корпуса в соответствующий разъём. Такая конструкция корпуса позволит легко производить техническое обслуживание всех компонентов системы автоматизированной очистки воздуха. Чертежи корпуса и подробные размеры представлены на рисунке 21.
Рисунок 20 - Корпус системы автоматизированной очистки воздуха
Рисунок 21 - Чертёж корпуса системы автоматизированной очистки воздуха
Проектирование вращающего барабана (рисунок 22) выполнено с учетом размеров корпуса. Барабан служит для ускорения процесса насыщения воздуха влагой, а также способствует очистки от мелких частиц. Лопасти барабана расположены на цилиндрическом стержне. Внутри стержня основания размещен цилиндрический стержень меньшего диаметра и большей длины для крепления барабана в корпусе. На переднем внешним диске сделана выемка для крепления ГРМ ремня от DC мотора. Чертежи барабана и подробные размеры представлены на рисунке 23.
Рисунок 22 - Вращающийся барабан
Рисунок 23 - Чертёж вращающегося барабана
Для эргономичности печатной платы и защиты её компонентов от влаги смоделирован корпус (рисунок 24), который будет размещен на внутренней полочке корпуса устройства. Размеры корпуса чуть больше габаритов печатной платы для размещения проводных соединений. Крышка корпуса платы съёмная, для дополнительной фиксации предусмотрено винтовое крепление. Расположение печатной платы внутри корпуса вертикальное.
Рисунок 24 - Корпус печатной платы
3. Тестирование прототипа в реальных условиях
3.1 Сборка прототипа
Принципиальная схема управляющего блока устройства была собрана на макетной плате как показано на рисунке 25.
Микроконтроллер можно перезагрузить с помощью кнопки. Для технического обслуживания устройства предусмотрено поверхностное подсоединение кулеров и мотора с помощью соответствующих парных выводов. Габариты макетной платы 7Ч9 см.
Рисунок 25 - Управляющий блок устройства
В качестве корпуса платы был выбран контейнер для еды размерами 10Ч18 см. На крышке корпуса вырезаны разъёмы для LCD дисплея и кнопка управления режимами работы кулеров. Для удобства подключения датчиков, кулеров и мотора предусмотрено квадратное отверстие, которое также служит для отвода тепла. Разъём питания встроен на стенки корпуса. Внутри корпус проклеен изолентой для обеспечения изоляции между компонентов платы. Расположение корпуса показано на рисунке 26.
Контейнер объёмом 15 литров (рисунок 26) был выбран корпусом устройства, куда будет заливаться вода. По периметру расположены отверстия диаметров 0,5 мм для выхода увлажненного воздуха. На крышке корпуса расположены два кулера для забора неувлажнённого воздуха. Для устойчивости каждый из кулеров закреплен на крышке корпуса с помощью двух винтов. Внутри корпуса на цилиндрическом стержне расположен вращающийся барабан, изготовленный из 30 предварительно зашкуренных CD дисков. Диски закреплены с двух сторон тугими резинками. Внутри корпуса цилиндрический стержень, с одной стороны, опирается на клипсу для крепления труб, а другая его часть проходит на сквозь корпуса, где изнутри стержень закреплен резинкой, а снаружи таким же образом на нем закреплен вал для вращения барабана. Вал сделан из трех склеенных между собой CD дисков, где у среднего диаметр меньше на 2 мм, чем у внешних. Вал барабана и ролик мотора соединены с помощью привода, которым является денежная резинка. DC мотор закреплен внутри корпуса на 4 винта. Движения вала мотора приводит в движение вращающийся барабан.
Рисунок 26 - Прототип системы автоматизированной очистки воздуха
Датчик температуры и влажно крепится на одной из стенок корпуса немного ниже отверстий выхода увлажненного воздуха. Датчик уровня воды расположен на боковой стенке корпуса на минимальной высоте, при которой барабан уже не касается воды.
3.2 Результаты тестирования прототипа
Проверка работоспособности прототипа и его эффективности проводилась в помещении 10 м2. Для сравнения показателей эффективности выбран ультразвуковой увлажнитель фирмы MARTA. Время тестирования каждого устройства составляет 40 минут. Прототип и ультразвуковой увлажнитель тестировались с промежутком во времени, для снижения значения уровня влажности в помещении. Снятия показаний в обоих случаях проводились раз в 30 секунд. Полученные результаты отображены на рисунке 27.
Рисунок 27 - График изменения влажности для увлажнителя и прототипа
За 40 минут прототип устройства повысил влажность в помещении на 9%, а ультразвуковой увлажнитель на 8%. Колебание измерений в обоих случая обусловлено неравномерностью распределения увлажненных масс воздуха в помещении. В случае ультразвукового увлажнителя амплитуда колебаний больше, так как чувствительность датчика влажности выше. У датчика DHT11 опрос показаний происходит не чаще чем каждые 2 секунды и из-за этого амплитуда колебаний меньше.
В целом прототип показал результат немного лучше ультразвукового увлажнителя. Преимуществом прототипа также является отсутствие конденсата на полу, который остаётся после использования увлажнителя и может привести к рассыханию покрытия пола. Кроме функции увлажнения прототип включает в себя функцию очистки воздуха от мелких частиц, которые остаются в виде осадка на дне корпуса устройства. Уровень шума обоих устройств примерно на одном уровне.
Заключение
На первом этапе выполнения выпускной квалификационной работы был проведен обзор и анализ существующих аналогов на рынке, которые используют схожие методы улучшения качества воздуха и его очистки. На основе выявленных преимуществ и недостатков были сформулированы основные функции разрабатываемого устройства, его особенности и габариты.
Второй этап включал в себя проектирование структурной схемы, отражающей взаимодействие всех блоков будущей системы. Затем, на основе полученных связей основных блоков, была разработана принципиальная схема устройства и его печатный узел.
Третий этап полностью отражает алгоритм работы системы, а также метод первоначальной прошивки микроконтроллера для работы с ним в среде разработки Arduino IDE.
На четвертом этапе была разработана схема подключения бактерицидной лампы к микроконтроллеру. После чего написана логика работы, протестированная в реальном времени в программном комплексе Proteus.
Пятый этап был посвящён созданию 3D моделей корпуса устройства, корпуса печатного узла и барабана, который ускоряет процесс увлажнения воздуха и его очистки. Ко всем моделям сделаны сопроводительные чертежи.
Завершающий этап заключался в создание рабочего прототипа устройства и проверки его производительности. Эффективность устройства сравнивалась с ультразвуковым увлажнителем. Более эффективным по результатам тестирования оказался разработанный прототип.
Список литературы
1. The Effects of Humidity on the Human Body.
2. Типы увлажнителей воздуха.
3. Физика увлажнения воздуха.
4. Руководство Р 3.5.1904-04. Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха в помещении. Взамен руководства Р 3.1.683-98; введ. 2004-03.04.
5. ATmega328 - 8-bit AVR Microcontrollers.
6. Как работают датчики температуры и влажности DHT11 и DHT22, и их взаимодействие с Arduino.
7. Шина I2C. Основные понятия.
8. Управление мощной нагрузкой.
9. Как управлять вентилятором.
10. LM7800 - 1.5-A, 30-V, linear voltage regulator.
11. DipTrace. Руководство пользователя / Под ред. Novarm Ltd, 2016.
12. Подключение и прошивка микроконтроллера ATmega328P-PU с помощью Arduino ISP программатора.
13. Обзор шины SPI и разработка драйвера ведомого SPI устройства для embedded Linux (Часть первая, обзорная).
14. Что такое твердотельное реле и как его правильно использовать.
Приложение
Код для блока обеззараживания воздуха
Код для блока управления
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Конструкция преобразователя тока блока питания системы кондиционирования воздуха. Система распределения питания. Методы подавления помех в системе распределения питания при проектировании многослойных печатных плат. Описание модернизированной платы.
дипломная работа [3,9 M], добавлен 03.01.2018Описание структурной схемы и принцип работы USB-ионизатора. Выбор радиоэлементов и их технические параметры. Разработка и изготовление печатной платы. Технический процесс сборки и монтажа узлов средств вычислительной техники. Внешний вид устройства.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 29.04.2011Разработка структурной и принципиальной схемы, проектирование изготовления печатной платы. Расчёт потребляемой мощности и температурного режима блока, проектирование его корпуса. Чертёж основания блока устройства и сборочный чертёж блока устройства.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.11.2012Разработка и описание аппаратной части автоматизированной сигнализации по GSM каналу при рассмотрении возможных вариантов её реализации. Принципы и основные элементы системы. Разработка платы центрального блока устройства и технической документации.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 14.12.2010Структурная схема микропроцессорной системы управления. Разработка принципиальной схемы блока чтения информации с датчиков. Алгоритм работы блока обмена данными по последовательному каналу связи. Электрические параметры системы, листинг программы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 21.11.2013Разработка автомобильной системы видеонаблюдения: анализ технического задания, сравнение с аналогами; структурная схема. Выбор элементной базы; конструкторско-технологический расчет печатной платы, проектирование в САПР P-CAD; монтаж системы, SMT сборка.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 12.12.2010Электрическая принципиальная схема устройства автоматической тренировки аккумулятора. Выбор элементной базы. Разработка схемы электрической принципиальной. Размещение компонентов на печатной плате. Разработка алгоритма программы микроконтроллера.
дипломная работа [670,2 K], добавлен 20.10.2013Блок изделия и электрическая принципиальная схема. Экономическое обоснование варианта сборки блока. Разработка технологического процесса изготовления печатной платы. Выбор технологического оборудования и оснастки. Система автоматизации при производстве.
курсовая работа [523,8 K], добавлен 07.06.2021Характеристика технологического процесса нагрева проволоки в термотравильном агрегате ТТА №3. Расчетное обоснование выбора элементов автоматики разрабатываемой системы управления подачей воздуха в термотравильный агрегат. Определение затрат на проект.
дипломная работа [478,7 K], добавлен 19.05.2015Проектирование шахматных часов с функцией будильника. Создание и разводка печатной платы на основе микроконтроллера при помощи программы Proteus, выбор его архитектуры. Разработка схемы и программного кода. Тестирование прототипа на макетной плате.
дипломная работа [41,0 M], добавлен 22.01.2016