mega-humidifier

Проект автоматического увлажнителя воздуха.

Сделан для курсов "Практикум по цифровому производству" и "Микроконтроллеры" в МФТИ ФРКТ 4 семестр.

Цель проекта

Разработка автоматического увлажнителя для улучшения микроклимата в квартире

Задачи проекта

1. Изучить теоретическую литературу по данному вопросу.
2. Изучить существующие аналоги.
3. Продумать и создать модель испарителя.
   • Разработать конструкцию данного устройства и необходимые элементы взаимодействия с окружающей средой.
   • Провести расчеты характеристик модели.
   • Подобрать нужные материалы.
   • Собрать модель.
4. Провести испытание полученного устройства.
5. Рассчитать производительность и КПД устройства с помощью данных полученных экспериментально.
6. Улучшить устройство с учётом ошибок начальной версии.
7. Разработать технику безопасности и инструкцию по пользованию прибором.
8. Сравнить характеристики самодельного прибора с магазинным экземпляром.
9. Сделать выводы, продумать дальнейшее усовершенствование модели.

Инструкция/Функционал:

1. Включить в сеть электропитания.
2. Проверить экран на наличие вывода данных и включения вентилятора и испарителя.
3. На экран выводится: реальное время, примерное время окончания работы цикла увлажнителя, показания влажности и температуры.
4. Запуск увлажнителя - фиксированное время. На паузу увлажнителем можно поставить нажатием кнопки, чтобы продолжить работу нужно нажать её повторно. В это время будет выводится только реальное время и статус - “Пауза”.
5. Изменение скорости работы вентилятора и мощности испарения происходит за счет двух вращательных регуляторов.
6. По окончанию работы выводится сообщение об окончании и звучит оповещающий сигнал. Чтобы перезапустить увлажнитель и начать новую сессию, нужно нажать один раз на белую кнопку.

Практическая часть

Конструкционная (механическая) часть

Были изучены аналоги увлажнителей и выбран вариант сборки всех частей в одной ёмкости. Ёмкость представляет из себя пластиковый контейнер, с высокими стенками и ручками, вместимость - 4.5 литра размером 17.5x17x21 см

В крышке контейнера вмонтирован вентилятор (60x60x15 см) для вентиляции и создания нагнетания воздуха. Таким образом поток воздуха насыщается водой, проходя через увлажнитель, и испаряясь выходит из увлажнителя. Также вмонтирована направляющая конструкция(60x60x??? см), чтобы пар выходил под углом 45 градусов.

Электроника размещена в отдельной пластиковом корпусе. Все элементы закреплены вместе на ???

Корпус для электроники а также направляющая конструкция были смоделированы(исходники в ./stl), а затем распечатаны на 3D принтере.

Электрическая (модульная) часть

Питание всех модулей осуществляется через блок питания AC/DC IN: 100-200V, OUT: 24V & 1A.

Испаритель воды получает 24В (номинальные) при этом регулируемые через ШИМ. Также подача питания на него регулируется MOSFET транзистором.

Остальные элементы имеют номинал 10В, поэтому используется понижающий преобразователь DC-DC.

На вентилятор подается 10В через ШИМ и MOSFET транзистор.

Схема питания модулей:

Схема (выполнена в Fritzing) подключения датчиков к Arduino Nano(лежит в ./schemes):

Датчики и элементы:

• Arduino Nano
• Вентилятор 10В
• Испаритель 24В
• Светодиодный модуль KY-016
• Звуковой модуль KY-006
• MOSFET транзистор IRF520N x2
• ШИМ регулятор XK-1074 x2
• Датчик влажности DHT11
• Тактовая кнопка KY-004
• DC-DC преобразователь MP1584
• Модуль реального времени RTC DS1307
• Дисплей LCD 1602 I2C

Код прошивки выполнен в программе Arduino IDE(исходный код в ./scripts).

Использовались библиотеки(продублированы в ./libs):

• для модуля часов реального времени RTC
• для датчиков влажности
• для дисплея с шиной I2C
• для использования шины I2C(стандартная)

Основные функции и задачи Arduino:

1. Управление работой увлажнителя (а именно испарителя и вентилятора) с помощью MOSFET транзисторов.
2. Создание интерфейса для более удобного управления пользователем увлажнителя с помощью вывода информации на дисплей и управления модулями с помощью кнопок и регуляторов.
3. Измерение и мониторинг показателей микроклимата в квартире (влажность и температура).
4. Контроль работы с помощью индикации, а также сигнализировании пользователя о завершении работы с помощью звукового модуля.

Описание кода:

1. Использованные библиотеки: для датчика влажности (stDHT.h), для дисплея (LiquidCrystal_I2C.h), для модуля часов реального времени (iarduino_RTC.h) и стандартная библиотека (Wire.h).
2. Для большинства модулей написаны отдельные функции: для датчика влажности, для MOSFET и пьезоэлемента, для модуля часов реального времени.
3. Процесс представляет из себя лимитированная по времени сессия работы. В коде прописывается время продолжительности работы и автоматически после определенного времени увлажнитель отключает нагреватель и выводит на экран надпись END OF WORK. PRESS <RESET>. Чтобы обновить сессию и заново запустить процесс, нужно нажать на кнопку Reset.
4. В процессе работы увлажнителя на дисплей выводится реальное время и показания влажности и температуры, а также время до конца сессии (работы увлажнителя). Также есть индикация (светодиод), который светит красным цветом или зеленым в зависимости от того оптимальная ли влажность или нет.Границы также можно указать в коде.
5. Реализована функция "Паузы", т.е. можно нажатием кнопки Button приостановить (и продолжить повторным нажатием) работу испарителя и вывод данных на дисплей. Таким образом можно остановить работу увлажнителя простым нажатием кнопки на неопределенное время. В процессе паузы выключены реле, светодиод горит синим цветом и на дисплее выводится надпись PAUSE и время.

Экспериментальный расчет

???

Результаты

???