Realizziamo l'automazione per un birrificio su una scheda. Stiamo studiando atmega644. Realizziamo una tavola utilizzando il fotoresist. Sistemi automatizzati basati sul microcontrollore Arduino Automazione su arduino per rettifica e distillazione

Automazione dentro società moderna– una misura necessaria, perché nell’era digitale è estremamente importante eliminare il fattore umano in vari settori al fine di standardizzare e migliorare la qualità dei prodotti. Ci sono anche settori in cui gli esseri umani semplicemente non possono fare ciò di cui sono capaci i robot, ad esempio la produzione di nanomateriali e microcircuiti.

Tuttavia, l’automazione non aiuta solo nella produzione, ma può essere utile anche per la persona media. Ad esempio, l'automazione di un birrificio tramite Arduino può semplificare notevolmente il processo di produzione di un prodotto. Scopriamo come l'automazione per la rettifica su Arduino e altre cose può aiutare e guardiamo gli esempi.

I principali vantaggi dei sistemi automatizzati basati sul microcontrollore Arduino

Nessuno ti impedisce di saldare la tua scheda e programmarla tu stesso utilizzando linguaggi di basso livello. Tuttavia, l'automazione tramite Arduino e microcontrollori già pronti faciliterà notevolmente l'intero processo e farà risparmiare tempo. Dopotutto, è molto più semplice acquistare un prodotto già pronto con una serie di librerie e adattarlo alle proprie esigenze. E l'automazione conveniente su Arduino mega 2560 può essere utile in molti ambiti della vita, dagli interruttori vocali per una casa intelligente alle serrature elettriche con rilevatore di movimento. I principali vantaggi per cui l'automazione Arduino è famosa sono:

1. Bassa barriera all'ingresso. Non è necessario conseguire una formazione da ingegnere; è sufficiente guardare un paio di video formativi e avere basi di programmazione.
2. Un gran numero di biblioteche già preparate. Arduino è utilizzato in tutta la CSI da molti appassionati di robotica, al punto che la produzione di vari dispositivi elettronici diventa il loro hobby. Di conseguenza, la comunità di utenti online è estremamente attiva, pubblica un gran numero di spazi vuoti ed è pronta ad aiutarti a risolvere qualsiasi problema. La qualità delle librerie soffre a causa della soglia di ingresso bassa, ma nessuno vieta di crearne di proprie, basta studiare la semantica del linguaggio C++ o utilizzare traduttori già pronti;
3. Un gran numero di periferiche. Non importa se hai bisogno di un'automazione per serre basata su Arduino o di un sensore di luce, troverai qualsiasi modulo, inclusi sensori sonori e riconoscitori vocali. Sì, alcune schede costano un sacco di soldi, ma puoi sempre trovarle analoghi economici, ad esempio, un modulo Wi-Fi di produttori di terze parti esp8269, che costa 10 volte meno di quello ufficiale.
4. Molte informazioni. Qualsiasi problema che stai affrontando è già stato affrontato da qualcun altro e probabilmente troverai una soluzione su Google. C'è anche una letteratura completa che puoi consultare.

Non pensate però che Arduino non abbia difetti. La tavola è famosa per le sue basse prestazioni. In particolare compiti complessi e con una grande quantità di codice, il tempo di risposta può raggiungere 1 secondo, il che è inaccettabile per i microcontrollori. La memoria flash della maggior parte dei moduli non supera 1 MB, il che non è sufficiente per creare reti neurali o utilizzare file multimediali. Certo, è possibile collegare una scheda di memoria ausiliaria, ma questo aumenta i tempi di risposta, richiede risorse aggiuntive per alimentarla ed è fatto in modo semi-artigianale.

Tuttavia, i semplici sistemi automatizzati, ad esempio per la produzione della birra o le serre, non richiedono nemmeno una frazione delle risorse che il consiglio può fornire. Di conseguenza, la maggior parte degli utenti troverà queste carenze prive di significato. Se decidi di assemblare la tua stampante 3D o un progetto più complesso, dovresti dare un'occhiata più da vicino agli analoghi. Ma la barriera all’ingresso per i concorrenti di Arduino sarà molto più alta.

Un esempio di automazione dei processi basata sul microcontrollore Arduino

L'esempio più semplice di automazione dei processi può essere una serra che utilizza Arduino. Per creare qualsiasi sistema, vale la pena definire chiaramente i compiti che deve svolgere. Usando una serra come esempio, questo sarebbe:

1. Creazione di un clima speciale.
2. Accensione e spegnimento tempestivi dell'illuminazione.
3. Irrigazione tempestiva delle piante e mantenimento dell'umidità dell'aria allo stesso livello.

In base a queste attività, puoi immediatamente notare cosa dovrai acquistare per la scheda principale:

1. Sensore di temperatura. Garantirà che l'aria non si riscaldi o si raffreddi, rientrando nei limiti prescritti dal programma. Se la temperatura cambia, la scheda accenderà il condizionatore o le batterie elettroniche.
2. Sensore di luce. Naturalmente, puoi limitarti a una soluzione software e acquistare lampade costose che simulano la luce del giorno. Ma se vuoi creare una serra a tutti gli effetti, sarà molto più conveniente installare un soffitto automatico, che sarà controllato da Arduino.
3. Sensore di umidità. Qui tutto è uguale alla temperatura, secondo lo scenario prescritto, la scheda accenderà gli spruzzatori e gli umidificatori, se necessario.

Una volta acquistati tutti i moduli necessari, non resta che programmarli. Dopotutto, senza codice, questi sono solo pezzi di hardware che non sono capaci di nulla.

Programmazione di microcontrollori Arduino per l'automazione dei processi. Esempio

Come nel punto precedente, per la programmazione è importante suddividere l'attività in sottopunti separati ed eseguirli in sequenza. La programmazione di Arduino avviene grazie ai comandi dell'interfaccia AT e AT+, utilizzando librerie predisposte. Di conseguenza, tutti gli script sono scritti in un ambiente speciale in C++ e, prima di fare qualsiasi cosa, dedicano tempo allo studio della sua semantica. Oltre ad eseguire semplici funzioni, il sistema è anche in grado di memorizzare script nella memoria flash, che è ciò di cui abbiamo bisogno in questo esempio.

Non dimenticare che le informazioni provenienti da ciascun sensore arrivano in tempo reale e come variabili, ma puoi limitare il tempo di risposta, poiché non è necessario spendere risorse e misurare costantemente ciascun parametro. Di conseguenza, impostare il tempo di accensione e spegnimento per ciascun sensore o impostare il tempo di risposta per un determinato periodo.

Nel 2014 mi sono imbattuto in un video di un uomo che produceva birra dal concentrato di mosto di birra. Mi sono emozionato all'idea di fare la birra e poi è iniziato...
La produzione di birra con cibo in scatola è diventata poco interessante per me dopo la seconda volta e ho deciso di passare a quella integrale. Una volta ho preparato la birra a gas e ho capito che questo non era il mio metodo. Ho deciso di renderlo automatico. Le serate diventavano più interessanti. Ero così coinvolto nella programmazione che scrivevo fino alle 2-3 del mattino. Erano necessari test in condizioni reali. Nei cassonetti ho dissotterrato una caldaia e un bicchiere tagliato.

E questo è ciò che ho ottenuto

Ora ti dirò come realizzare tale automazione.
Per prima cosa abbiamo bisogno seguenti dettagli. Li ho comprati in Cina.
ssd1289 o ili9341.
Relè a stato solido per il controllo dell'elemento riscaldante (o schema elettrico)
Relè a stato solido per il controllo della pompa, (per una pompa accesa corrente alternata) o (DC)
Sensore termico o o
Alimentazione 7,5-9V 1A. Per esempio
Connettori per il collegamento di un sensore di temperatura e di una pompa e
(Di più )
(cicalino)
Resistenza da 4,7 kOhm

Circuito a bassa tensione

Circuito di potenza. Stai attento. Se non sei sicuro, affidati ai professionisti.

Prendiamo la sezione del filo in base alla potenza totale della pompa e dell'elemento riscaldante. Un elemento riscaldante solido richiede un radiatore perché... Non si scalda troppo. Mettiamo tutto in una scatola. Carichiamo il firmware, lo configuriamo e prepariamo la birra.

(istruzioni all'interno)

Ma le funzioni base non mi bastavano. E ho deciso di attivare il Wi-Fi. Ho acquistato un modulo ESP8266 su Aliexpress. Allo stesso tempo ho ordinato il modulo perché... I ragazzi del forum hanno davvero chiesto di implementarlo nel progetto (puoi farne a meno). E collegato secondo lo schema seguente

Per alimentare il modulo wifi abbiamo bisogno di una fonte di alimentazione da 5V. Non è possibile utilizzare Arduino. È possibile utilizzare un alimentatore separato o convertire 9 V in 5 V. Per fare ciò, puoi assemblare un semplice circuito con uno stabilizzatore di tensione o acquistarne uno già pronto dai cinesi. Ad esempio (ci sono molte altre opzioni).

Il prossimo passo è eseguire il flashing del nostro modulo con il firmware NodeMCU. Scaricamento. Lanciamo. Fare clic su Start e attendere il completamento del caricamento del firmware. Hai chiesto? È fantastico. Ora carichiamo lo script. Per questo abbiamo bisogno. Naturalmente ci sono altri programmi come . Ma non sono riuscito a farli funzionare con il mio modulo. In ESPlorer creiamo un nuovo file init.lua con il seguente contenuto:

Cambia il nome e la password della rete Wi-Fi con i tuoi. Imposta la velocità su 9600. Premi il pulsante "Apri" (se non si connette, può essere utile premere il pulsante di ripristino sul modulo). E fai clic su "Salva su ESP". Dopo aver scaricato lo script, il modulo dovrebbe connettersi al router. Puoi verificarlo accedendo al router e osservando i client DHCP. Se il tuo modulo non è visibile lì, qualcosa è andato storto.

L'interfaccia web contiene le seguenti funzioni.
1. Monitoraggio del processo. È possibile monitorare la temperatura, lo stato della pompa, l'ammostamento e le prestazioni della birra. L'interfaccia web è dotata di un allarme acustico.
2. Caricare le ricette nella memoria del controller e su un'unità flash.
3. Costruzione di un grafico globale dell'intero processo di cottura.

Accedi all'interfaccia web

Molte persone oggi sognano di vivere in una casa “intelligente”. Ma oggigiorno le soluzioni commerciali sono ripugnanti a causa del loro prezzo considerevole. Fortunatamente, puoi realizzare il tuo sistema domotico utilizzando componenti economici e facilmente reperibili.

IN questo materiale Verrà mostrato come controllare gli elettrodomestici, nel nostro caso le lampade, utilizzando un dispositivo Android e Arduino. Inoltre, anche se sei nuovo nella programmazione e non hai esperienza nella scrittura di programmi Android, sarai in grado di completare questo progetto senza problemi.

Il progetto richiederà alcuni elementi: una scheda Arduino o qualsiasi clone, un modulo di interfaccia Bluetooth TTL-UART con una tensione operativa di 5 V, diversi relè e un relativo driver (circuito di controllo) e, naturalmente, uno smartphone o tablet su Android.

Questo progetto comprende due parti separate: un circuito di controllo hardware e un'applicazione Android. La comunicazione tra il circuito di controllo e l'applicazione Android avviene tramite un'interfaccia wireless Bluetooth. I comandi ASCII vengono inviati dal telefono ad Arduino, che vengono ulteriormente decrittografati e rappresentati come comandi per accendere o spegnere uno specifico elettrodomestico.

Gli sviluppatori di applicazioni per dispositivi Android conoscono principalmente il linguaggio di programmazione Java, ma in questo caso la conoscenza di questo linguaggio non è richiesta, poiché esiste un ambiente di sviluppo online abbastanza semplice e comprensibile, App Inventor, creato al MIT. È stato creato appositamente per le persone che non capiscono la programmazione Java e offre la possibilità di assemblare visivamente un'applicazione da blocchi di operazioni. Ecco come appare il nostro programma Android:

Puoi scaricare il codice sorgente del programma, costituito da blocchi in App Inventor, e il programma stesso con l'estensione apk.

Ora è necessario assemblare il circuito, come mostrato nella figura seguente.

Tieni presente che la linea RX di Arduino deve essere collegata alla linea TX del modulo Bluetooth e la linea TX di Arduino deve essere collegata alla linea RX del modulo Bluetooth.

Per programmare la scheda Arduino è necessario avere installato l'IDE Arduino. Di seguito è riportato uno schizzo per Arduino.

const int led1 = 2; const int led2 = 3; const int led3 = 4; const int led4 = 5; byte serialeA; void setup() ( Serial.begin(9600); pinMode(led1, OUTPUT); pinMode(led2, OUTPUT); pinMode(led3, OUTPUT); pinMode(led4, OUTPUT); ) void loop() ( if (Serial. available() > 0) (serialA = Serial.read();Serial.println(serialA);) switch (serialA) ( caso 1: digitalWrite(led1, HIGH); break; caso 11: digitalWrite(led1, LOW); interruzione; caso 2: digitalWrite(led2, ALTO); interruzione digitalWrite(led2, BASSO); caso 4: digitalWrite(led4, ALTO);

Dopo aver registrato lo sketch in Arduino e installato l'applicazione per Android, è necessario connettersi al modulo Bluetooth dal telefono. Per fare ciò, accendi Arduino e il modulo Bluetooth e attiva il Bluetooth sul tuo telefono, rendendolo visibile anche a tutti i dispositivi. Successivamente potrai trovare questo modulo nell'elenco di ricerca di altri dispositivi Bluetooth. Inserisci il codice di abbinamento, che solitamente è "1234" o "0000".

In questo caso, il dispositivo che stai associando avrà un nome. Dopo l'abbinamento, accendere l'applicazione EG-HOME e premere il pulsante Bluetooth per selezionare il dispositivo accoppiato nel programma. Successivamente, il tuo telefono sarà collegato al circuito di controllo e premendo i pulsanti corrispondenti accenderai o spegnerai le lampade.

Perché avevo bisogno dell'automazione?

L'automazione è necessaria per facilitare il processo, perché... questo controller stesso monitorerà la temperatura, la manterrà e la aumenterà fino alla pausa di temperatura richiesta. Puoi anche utilizzare un segnale acustico per indicare l'intervento necessario, ad esempio se devi aggiungere malto o fare un test dello iodio.

Ho deciso di creare la mia automazione da progetto finito. Funziona su Arduino, ad esso sono collegati un sensore di temperatura, due relè, un display e pulsanti. Il primo relè controlla l'elemento riscaldante, il secondo relè controlla la pompa. La pompa di ammostamento è molto comoda perché... non è necessario mescolare il mosto durante l'intero processo di ammostamento (consiglio di leggere i miei precedenti per maggiori dettagli su come preparare la birra)

Ho assemblato la prima automazione utilizzando i moduli:

-Arduino mini
- Blocco di due relè da 15A
- Visualizzazione 2004
- Sensore di temperatura
- 4 pulsanti
- Alimentazione 5 volt
La comodità dell'assemblaggio modulare è che non è difficile ottenere tutte le parti e praticamente non è necessario saldare nulla. Ma lo svantaggio più grande è l'enorme numero di cavi e il relè cinese economico creava interferenze sul display, quindi il relè meccanico ha dovuto essere sostituito con uno a stato solido.

Col tempo sono giunto alla conclusione che dovevo costruire la mia automazione su un chip con 64 KB di memoria (Arduino Mini ha solo 32 KB) su una scheda. Non ho trovato una soluzione già pronta, quindi ho iniziato a creare io stesso un circuito e successivamente una scheda per il mio mestiere.

Schema:

Ho sviluppato e disegnato il diagramma, per così dire, in ginocchio e per me stesso, quindi sono possibili alcuni difetti, ma il diagramma funziona perfettamente:

Paga:

Ho disegnato il circuito, poi resta da disegnare il tabellone, prima l'ho disegnato utilizzando il programma Layout dello sprint 6, molto comodo, ma non ha abbastanza funzionalità, quindi ho deciso di spostarmi da esso verso il programma DipTrace e questo è quello che ho ottenuto:

Puoi scaricare i sorgenti.
Come puoi vedere, ho chiamato il mio birrificio QRBeer e questa è già la versione 0.5...

La tavola è pronta, non resta che fabbricarla in qualche modo. Per questo ho deciso di utilizzare . Perché loro e non LUT? Ho appena deciso di provarlo per me nuova tecnologia, ho già provato LUT, l'ho sentito, per così dire, non dico che mi è piaciuto...

Fotoresist:

Per realizzare circuiti stampati utilizzando il fotoresist avrai bisogno di:
- Pellicola per stampante
-
- Lampada UV
- Soda

Lampada UV

Innanzitutto, condividerò le informazioni su come ho realizzato il mio Lampada UV. Inizialmente volevo utilizzare una lampada già pronta, poi ho deciso di assemblarla utilizzando sei LED da 3W:
e acquistato anche su Tao:


Ho incollato i led al radiatore, anche se avrebbero potuto essere assemblati su un PCB, dubito che si sarebbero surriscaldati.
Ecco cosa ho ottenuto:

Produzione di schede

1. Allora, ho preparato il modello, non resta che stamparlo su pellicola. Come ho scritto sopra mi serve una pellicola per stampante, ho provato la pellicola sia per stampante laser che per stampante inkjet, migliore opzione Può essere prodotto solo su pellicola inkjet. È necessario stampare in negativo e immagine speculare:

Ho immediatamente laminato il modello in modo che le impronte digitali e i detriti potessero essere facilmente rimossi.
2. Successivamente dobbiamo levigare la nostra futura tavola (laminato in fibra di vetro). A questo scopo è adatta una spugna normale o una spugna di melammina leggermente inumidita:


3. Dopo questa procedura, il rame deve ancora essere sgrassato con acetone:


Come puoi vedere nella mia foto, l'ho sgrassato con un normale tovagliolo e ho versato l'acetone in una bottiglia di acqua ossigenata, quindi è più comodo da prendere...
4. Il passaggio successivo consiste nel tagliare leggermente il fotoresist per adattarlo alla futura scheda e rimuovere con attenzione la pellicola protettiva superiore per non danneggiarla. Se il fotoresist è domestico, è necessario rimuovere la parte opaca, se è cinese, non c'è differenza...
5. Successivamente, incolliamo il fotoresist sul PCB in modo che non compaiano bolle d'aria sotto il fotoresist, altrimenti le tracce non appariranno in tali punti, taglia l'eccesso...
Il processo di incollaggio del fotoresist è simile all'incollaggio di una pellicola protettiva su un telefono.


6. Quando il fotoresist è incollato, la textolite con esso deve essere passata attraverso una plastificatrice 2-3 volte oppure utilizzare un ferro caldo e stirare attraverso un foglio di carta piegato a metà:


La cosa principale è non surriscaldare il fotoresist, altrimenti risulterà così:


Se si forma uno "stipite" quando si incolla il fotoresist, allora è meglio rimuoverlo (lavarlo via o raschiarlo via) e incollarlo nuovamente, altrimenti dopo aver inciso la tavola sarà triste... Non lo rimuoverò questo fotoresist, ti mostrerò il risultato finale.
7. Posiziona una dima sul PCB con fotoresist e pressala con il vetro (io l'ho preso da una vecchia cornice per foto), e posiziona un peso sul vetro:


8. Illuminiamo il fotoresist utilizzando una lampada UV. La mia lampada dura circa 2 minuti:


Come puoi vedere, il fotoresist esposto ha cambiato colore da azzurro a blu scuro e il fotoresist esposto è molto fragile.
9. Rimuovere il vetro e la sagoma. Il fotoresist in eccesso può (facoltativamente) essere tagliato e separato attentamente con una pinzetta:


10. Il passo successivo è lavare il fotoresist non sviluppato con alcali, per fare ciò, prendere 2 bicchieri d'acqua e un cucchiaio di carbonato di sodio, mescolare bene. Stacca la pellicola protettiva superiore del fotoresist e immergi la nostra textolite in una soluzione alcalina.


11. Prendi un pennello e strofina tre pezzi di fotoresist nell'alcali, gradualmente il fotoresist non sviluppato viene lavato via:


Non puoi versare l'alcali, ma lasciarlo sul pannello successivo o lavare via il fotoresist dopo l'incisione, ma ne parleremo più avanti...
12. Incisione su tavola:
Esistono due metodi più accessibili: incisione con cloruro ferrico o perossido + acido citrico e sale. Non scriverò del cloruro ferrico, ma probabilmente lo descriverò usando il perossido:
-100 ml. perossido di idrogeno al 3%: viene venduto in farmacia per 7-12 rubli
- 30 gr. acido citrico(disponibile in qualsiasi negozio di alimentari)
- 1 cucchiaio. un cucchiaio di sale (andrà bene sia il sale fino che il salgemma)


Tutto questo viene mescolato in un contenitore e lì viene immersa la tavola con il fotoresist finito, dopo un po 'sulla tavola compaiono delle bolle:


E dopo qualche tempo, il “rame nudo” sarà completamente inciso:


A proposito, se avveleni di più alta temperatura, ad esempio con una lampada ad incandescenza o a bagnomaria, poi si ridurranno tre incisioni, l'importante è non esagerare, altrimenti si inciderà l'eccesso...
13. Il modo più conveniente per rimuovere il fotoresist è nello stesso alcali in cui è stato lavato via il fotoresist non inciso, dopo 20 minuti cadrà da solo e non è necessario strofinare nulla...

Ed ecco i miei “stipiti”:


Anche se non in modo significativo, la colpa di tutto è comunque la disattenzione, non ho notato bolle d'aria sotto il fotoresist o surriscaldamento...

Ho ottenuto la seguente scheda “pulita”:


14. Successivamente, pratica i fori e stagna la tavola:


15. Saldare tutte le parti e lavare via il flusso in eccesso:


Ho saldato componenti SMD con una stazione di saldatura a infrarossi cinese, molto comoda:

Questo è tutto, la parte più difficile è passata, non resta che inanellare i binari cortocircuito e iniziare a programmare il chip.

Programmazione atmega644

1. Per iniziare la programmazione, è necessario caricare il bootloader al suo interno. Questo non è difficile da fare usando Arduino UNO, ma prima devi scaricare e installare il programma.
2. Il passo successivo è aggiungere o portare immediatamente un assembly già pronto al programma installato:
3. Carica lo schizzo ArduinoISP sull'ONU:

4. E collega la nostra scheda a UNO:


Secondo le istruzioni dello schizzo:
// nome pin // reset slave: 10: // MOSI: 11: // MISO: 12: // SCK: 13:
Risulta secondo il mio schema in questo modo:

5. Successivamente, installa la nostra scheda nelle impostazioni e carica il bootloader:




Se tutto è andato bene, vedremo il messaggio: “Registrazione Bootloader completata”
A questo punto il caricamento del bootloader"a è completato, è possibile collegare display, pulsanti, sensore di temperatura e riempimento