close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Сучков Павел Сергеевич. Разработка интеллектуальной системы управления вытяжной вентиляцией с контролем качества воздуха

код для вставки
Орел 2018г
Графическая часть проекта состоит из следующих чертежей:
1 Структурная схема автоматизированной системы
А3;
2 Принципиальная электрическая схема системы
А3;
3 Функциональная схема автоматизации
А3;
4 Математическая модель работы объекта автоматизации
А3;
5 Алгоритм работы системы в виде блок-схемы
А1;
6 Настройка и тестирование системы
А1;
7 Графики показателей эффективности и результаты апробации
математической модели
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
А2.
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
5
В современное время в развитии народного хозяйства ставится задача
повышения эффективности общественного производства, опираясь на
научно-технический процесс и использование максимума имеемых резервов.
Данная задача связывается и с оптимизацией проектных решений. Их цель
состоит в создании условий для повышения эффективности вкладываемых в
производство денежных средств, их окупаемость и гарантии прироста
продукции. Улучшение условий труда и отдыха рабочих на производстве,
повышение производительности труда, выпуск качественной продукции
могут обеспечить системы вентиляции воздуха. Они создают благоприятный
климат на производстве, осуществляют контроль над его состоянием, что
позволяет
повысить
эффективность
трудопроизводства.
Одним
из
необходимых условий труда и отдыха на производстве и в местах отдыха
является обеспечение качественного воздухообмена в местах нахождения
людей.
В настоящее время обеспечение требуемого качества воздуха является
необходимым
условием
в
любом
помещении.
Сильное
ухудшение
экологической обстановки, большое увеличения числа автомобилей и
огромные тучи смога в часы пик в больших городах ставят под вопрос
комфортное проживание в мегаполисе. Но современная техника не стоит на
месте. Самое простое, что возможно установить в помещении это приточная
вентиляция.
Как
правило,
приточные
вентиляционные
решетки
устанавливают рядом с наружными стенами. В данном случае воздух
подается со стороны окон. Вследствие этого, мы добиваемся того, что свежий
воздух проходит через всю комнату и двигается по коридору к вытяжной
решетке. Свежий воздух ‒ это одно из непременных условий нашей жизни. В
среднем человек вдыхает около двадцати тысяч литров воздуха в день.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
9
Для
нормального
самочувствия
и
работоспособности
человеку
необходим природный воздух, насыщенный озоном, ионами и фитонцидами.
К сожалению, предусмотренная в большинстве жилых помещений
система не гарантирует необходимый для нормальной жизнедеятельности
воздухообмен. Вследствие этого система вентиляции предусмотрена для
создания комфортных условий в помещениях разного предназначения.
Целью данной работы является разработка интеллектуальной системы
управления вытяжной вентиляцией в помещении с контролем качества
воздуха. Данная система должна контролировать параметры микроклимат в
заданном пространстве (температуру и уровень влажности), обеспечивать
поступление свежего воздуха с помощью вентилятора и отображение
измеряемых величин на экране для визуального контроля над состоянием
микроклимата.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
‒ произвести анализ объекта автоматизации;
‒
спроектировать
и
собрать
макет
разрабатываемой
системы
управления вытяжной вентиляцией с контролем качества воздуха;
‒ реализовать программное обеспечение для функционирования
данной системы;
‒ произвести запуск, тестирование и анализ полученной системы.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
10
Современные системы вентиляции не только обновляют воздух в
помещении, они могут также очищать подаваемый воздух, увлажнять его,
нагревать или охлаждать до нужной температуры, создавая в помещении
наиболее комфортные для человека условия.
Системы вентиляции классифицируются по следующим основным
признакам:
‒ по способу перемещения воздуха - естественная или искусственная
(механическая) система вентиляции;
‒ по назначению - приточная или вытяжная;
‒ по зоне обслуживания - местная или общеобменная;
‒ по конструктивному исполнению - наборная или моноблочная.
вентиляторов, двигателей, приводов и т.п.). Перемещение воздуха в ней
происходит за счёт разности температур, давления наружного воздуха и
воздуха в помещении, ветрового давления. Естественная вентиляция
существует во всех многоэтажных домах - это система вертикальных каналов
(воздуховодов) с вентиляционными решётками на кухнях и в санузлах.
Воздуховоды выводятся на крышу, там на них установлены специальные
насадки - дефлекторы, которые усиливают отсасывание воздуха за счёт силы
ветра. Приток свежего воздуха должен осуществляться через щели в дверях и
оконных проёмах, открытые форточки. Эффективность работы естественной
вентиляции очень сильно зависит от случайных факторов - направления
ветра, температуры воздуха. Кроме того, воздуховоды со временем
забиваются грязью, пылью, мусором, а приток свежего воздуха заметно
уменьшается после установки в квартирах пластиковых окон. [2]
В механических системах вентиляции используется оборудование и
электроприборы,
позволяющие
перемещать
воздух
на
значительные
расстояния, а также при необходимости очищать и нагревать его.
Механические
системы
способны
обеспечить
нужный
уровень
воздухообмена независимо от внешних условий, но и стоят они недёшево, и
затраты электроэнергии на их работу могут быть довольно большими.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
12
На
практике
часто
используется
так
называемая
смешанная
вентиляция, то есть одновременно естественная и механическая. Так,
например, иногда достаточно бывает установить небольшие вентиляторы в
вентиляционные каналы на кухне и в санузле. Существуют "умные"
вентиляторы с автоматическим управлением, например, вентилятор для
ванной, включающийся, когда уровень влажности превысит установленный
предел, вентилятор для туалета, подсоединяемый к выключателю света. А
для улучшения приточной вентиляции можно установить в фурнитуру окна
или в стену приточные клапаны, через которые, за счёт разницы давления и
температуры, будет поступать воздух с улицы. Клапан обычно оборудован
диафрагмой, регулирующей количество поступающего воздуха. Он может
также содержать фильтр для очистки поступающего воздуха, понижать
уровень шума.
Приточная система служит для подачи в помещение свежего воздуха.
Приточный воздух может подвергаться специальной обработке - очистке,
нагреванию, увлажнению. Вытяжная система удаляет из помещения
отработанный воздух. Обычно в помещении предусматриваются как
приточные, так и вытяжные системы; их производительность должна быть
сбалансирована, иначе будет образовываться недостаточное или избыточное
давление, что приведет к неприятному эффекту «хлопающих дверей».
В помещениях может быть также предусмотрена только вытяжная или
только приточная система вентиляции. В этом случае воздух поступает в
данное помещение снаружи или из смежных помещений через специальные
проёмы. А также удаляется из данного помещения наружу или перетекает в
смежные помещения. Как приточная, так и вытяжная вентиляция могут
устраиваться на рабочем месте (местная вентиляция), или для всего
помещения (общеобменная вентиляция).
Наиболее
распространёнными
являются
наборные
системы
вентиляции. Они собираются как конструктор из отдельных элементов
(вентилятора, фильтра, шумоглушителя, воздуховодов и т.д.), причём
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
13
элементы эти могут быть от разных производителей. Наборная система
может быть спроектирована для любого помещения, от небольшой квартиры
до целого здания, но грамотно рассчитать и спроектировать её сможет только
специалист.
Моноблочная
установка
это
-
готовая
система
вентиляции,
находящаяся целиком в одном корпусе. В моноблочной системе нередко
установлен рекуператор – устройство, в котором происходит теплообмен
холодного
приточного
воздуха
с
тёплым
воздухом,
удаляемым
из
помещения, что позволяет экономить от 30 до 90% электроэнергии.
Установка моноблочной системы занимает несколько часов и не требует
большого количества расходных материалов, но её удастся вписать далеко не
в каждое помещение.[3]
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
14
1.2 Актуальность автоматизированной системы
В последнее время широко обсуждается вопрос об автоматизации
систем вентиляции и кондиционирования. Свежий воздух в помещении ‒ это
залог хорошего самочувствия человека, повышения работоспособности и
комфорта в конкретном помещении. В последнее время, с развитием
промышленности, ростом городом, количества автомобилей, изменения
климата
на
Земле
меняется
температурный
режим,
усложняется
климатический прогноз вследствие непредсказуемости поведения погоды в
данный момент. Все эти факторы, разумеется, влияют и на состав воздуха,
как в помещениях, так и вне них. Поэтому система автоматической
вентиляции и кондиционирования должна иметь способность адаптироваться
к конкретным
условиям климата,
подстраиваться под необходимый
температурный режим и своевременно обеспечивать нужный воздухообмен
для деятельности человека в помещении.
Все вышесказанное прямо говорит о том, что разрабатываемая система
управления вытяжной вентиляцией является актуальной на сегодняшнее
время, а если учесть предполагаемое изменение климатических условий в
будущем, то такая система будет являться востребованной ещё долгое время.
Данная система управления позволит осуществлять следующие задачи:
‒ производить измерения температуры и уровня влажности в
конкретном замкнутом пространстве и выводить эти параметры на экран для
визуального восприятия;
‒ осуществлять их регулировку посредством включения в систему
управляемого вентилятора, который должен осуществлять необходимый
воздухообмен для поддержания заданных параметром;
‒ в дальнейшем возможна установка датчика угарного газа для
контроля над его концентрацией в помещении, а также осуществлять
регулировку уровня концентрации.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
15
Таким образом, эта система позволит регулировать микроклимат в
конкретном месте с целью обеспечения установленных требований к
качеству воздуха в помещении. Во введении было сказано, что качество
воздуха напрямую влияет на работоспособность человека и его общее
состояние. Это ещё раз подтверждает актуальность разрабатываемой
системы управления вытяжной вентиляцией с контролем качества воздуха.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
16
1.3
Математическое
моделирование
процесса
работы
объекта
автоматизации
Для того, чтобы обеспечить необходимые параметры микроклимата в
конкретном помещении необходимо подобрать оборудование вентиляции,
которое
будет
способно
обеспечить
эти
условия
для
обеспечения
благоприятных условий труда и отдыха в помещении. В нашем случае расчёт
должен проводиться для вентилятора, как для исполнительного устройства,
осуществляющего воздухообмен.
Возьмём три параметра, характеризующие вентилятор:
1 Производительность вентилятора ‒ данный параметр определяет
количество воздуха, перемещаемого вентилятором в единицу времени.
(1.1)
где V ‒ это объем помещения, в котором необходимо осуществлять
воздухообмен;
t ‒ время.
2
Напор
‒
вентилятора
создаваемое
вентилятором
давление,
возникающее при перекачке воздуха.
(1.2)
где L ‒ расход воздушных масс, м3/с, рассчитывается по формуле:
(1.3)
где V ‒ объём помещения;
N ‒ кратность воздухообмена;
a1, а2 и a3 ‒ параметры микроклимата, влияющие на напор
вентилятором. В нашем случае это a1 = температура, a2 = уровень влажности
и a3 = уровень концентрации угарного газа, применяются как безразмерные
величины в сотых долях. Примем их равными 25, 35 и 30 соответственно,
исходя из требований по СНиП.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
17
3 Мощность вентилятора ‒ этот параметр характеризует количество
энергии, которое необходимо для перемещения воздуха.
(1.4)
где Q ‒ производительность вентилятора;
H ‒ напор вентилятора. [5]
В качестве
примера
произведём
расчёт для
помещения
типа
мастерская, общей площадью 6,76 м 2 и объёмом около 20 м3 с наличием
рабочего места. План помещения представлен на рисунке 1.1
Рисунок 1.1 ‒ План мастерской
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
18
Для начала рассчитаем производительность вентилятора по формуле
данные
(1.1).Подставляя
об
объеме
помещения
можно
рассчитать
производительность вентилятора за час
(1.5)
Далее можно рассчитать напор вентилятора. В первую очередь
необходимо рассчитать расход воздушных масс. Чтобы определить кратность
воздухообмена, воспользуемся таблицей СНиП.
Таблица 1.1 ‒ Кратность воздухообмена для бытовых помещений
Наименование помещения
Кратность воздухообмена
Жилая комната
3 м3/ч на 1м2 жилых помещений
Кухня
6-8
Ванная комната
7-9
Душевая
7-9
Туалет
8-10
Прачечная
7
Гардеробная комната
1,5
Кладовая
1
Гараж, мастерская
4-8
Погреб
4-6
Возьмём значение для мастерской, равное 6. Исходя из этого, получим:
(1.6)
Подставляя полученные значения в формулу (1.2) получим:
(1.7)
Получив значения производительности вентилятора и его напора
можно рассчитать мощность по формуле (1.4):
(1.8)
Проведя данные расчёты можно сделать вывод, что для поддержания
необходимых параметров микроклимата, а именно температуры, влажности и
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
19
концентрации угарного газа, равных 25℃ 35% и 30 ppm соответственно
необходим вентилятор производительностью 20 м3/ч, напором в 108 Па и
мощностью в 2,16 кВатт. Это будут оптимальные условия микроклимата в
помещении.
Учитывая динамику изменения температуры, влажности и угарного
газа, можно проследить изменения параметров вентиляторов, подставляя в
формулу (1.2) различные значения параметров микроклимата. Допустим,
состояние температуры, уровня влажности и уровня концентрации угарного
газа в трёх случаях составили следующие значения:
(1.9)
Подставляя эти значения в формулу (1.7) получим следующие
значения:
‒ при a1=20, a2=30, a3=25 H=90 Па;
‒ при a1=25, a2=35, a3=30 H=108 Па;
‒ при a1=30, a2=40, a3=35 H=126 Па.
Затем можно рассчитать мощность по формуле (1.4), учитывая
значения, полученные выше:
‒ при Н=90 Па; N=1,8 кВатт;
‒ при H=108 Па; N=2,16 кВатт;
‒ при H=126 Па; N=2,52 кВатт.
Если
допустить
данные
условия
микроклимата
пограничными
условиями (a1=20…30, a2=30…35, a3=25…35), то для обеспечения этих
условий необходимо иметь вентилятор с мощностью 1,8…2,5 кВатт и с
напором 90…126 Па.
В зависимости от метеорологических условий, внешних воздействий на
микроклимат, его параметры могут изменяться с разной скоростью. При
повышении температуры уровень влажности будет падать, если скорость
изменения температуры и влажности будет выше, чем предполагается, то
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
20
установка может не успеть довести параметры микроклимата в помещении
до установленных в программе. Таким образом, в зависимости от скорости
изменения параметров система должна выбрать решение, когда ей
среагировать на изменения параметров и включить вентилятор для
обеспечения заданных уровней температуры и влажности.
Также при различных условиях и мероприятиях, проводимых в
мастерской, скорость повышения концентрации угарного газа может
различаться.
Проведя измерения температуры, уровня влажности и концентрации
угарного газа за определённое время, получили результаты, представленные
на рисунках 1.2 ‒ 1.4
23,5
Температура, ℃
23
22,5
22
21,5
21
20,5
20
19,5
0
1
2
3
4
5
t,ч
Рисунок 1.2 ‒ Изменение температуры
Исходя из графика, можно предположить, что скорость роста
температуры составляет 2℃/ч. Чтобы рассчитать скорость изменения
температуры за час достаточно вычесть из текущего значения предыдущее:
(1.10)
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
21
40
Уровень влажности, %
35
30
25
20
15
%
10
5
0
0
1
2
3
4
5
t, ч
Рисунок 1.3 ‒ Изменение уровня влажности
Из графика видно, что скорость изменения уровня влажности
составляет 5%/ч. По аналогии с предыдущим графиком формула расчёта
скорости изменения влажности следующая:
(1.11)
КонцентрацияСО, ppm
45
40
35
30
Ряд1
25
20
0
1
2
3
4
5
t, ч
Рисунок 1.4 ‒ Изменение концентрации СО
Из графика видно, что скорость изменения концентрации угарного газа
составляет 5ppm/ч. Формула для расчёта скорости изменения концентрации
угарного газа будет следующая:
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
22
(1.12)
Пусть данные скорости будут являться оптимальными для помещения.
Если же скорость одного из этих параметров будет выше исходной, то в
таком случае система должна отреагировать заранее и включить вентилятор,
чтобы успеть привести параметры микроклимата в установленную норму.
Таким образом, данная математическая модель не только учитывает
параметры микроклимата (температуру, уровень влажности и концентрацию
угарного газа), но и также скорость их изменения. То есть система может
предугадать
возможность
позднего
реагирования
на
резкий
скачок
параметров и включить вентилятор заранее.
Следует отметить, что при росте температуры уровень влажности
падает. Это связано с тем, что при росте температуры воздух становится
суше, соответственно уровень влажности снижается.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
23
Рисунок 2.1 ‒ Платформа Arduino Uno
Arduino Uno может получать питание через подключение USB или от
внешнего источника питания. Источник питания выбирается автоматически.
Внешнее питание (не USB) может подаваться через преобразователь
напряжения
AC/DC
(блок
питания)
или
аккумуляторной
батареей.
Преобразователь напряжения подключается посредством разъема 2.1 мм с
центральным положительным полюсом. Провода от батареи подключаются к
выводам Gnd и Vin разъема питания.
Платформа может работать при внешнем питании от 6 В до 20 В. При
напряжении питания ниже 7 В, вывод 5V может выдавать менее 5 В, при
этом
платформа
может
работать
нестабильно.
При
использовании
напряжения выше 12 В регулятор напряжения может перегреться и
повредить плату. Рекомендуемый диапазон от 7 В до 12 В.
Выводы питания:
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
25
‒ VIN. Вход используется для подачи питания от внешнего источника
(в отсутствие 5 В от разъема USB или другого регулируемого источника
питания). Подача напряжения питания происходит через данный вывод;
‒ 5V. Регулируемый источник напряжения, используемый для питания
микроконтроллера и компонентов на плате. Питание может подаваться от
вывода VIN через регулятор напряжения, или от разъема USB, или другого
регулируемого источника напряжения 5 В;
‒ 3V3. Напряжение на выводе 3.3 В генерируемое встроенным
регулятором на плате. Максимальное потребление тока 50 мА;
‒ GND. Выводы заземления.
Пины Ардуино используются для подключения внешних устройств и
могут работать как в режиме входа (INPUT), так и в режиме выхода
(OUTPUT). К каждому входу может быть подключен встроенный резистор
20-50 кОм с помощью выполнения команды pinMode () в режиме
INPUT_PULLUP. Допустимый ток на каждом из выходов – 20 мА, не более
40 мА в пике.
Для удобства работы некоторые пины совмещают в себе несколько
функций:
‒ пины 0 и 1 — контакты UART (RХ и TX соответственно);
‒ пины c 10 по 13 – контакты SPI (SS, MOSI, MISO и SCK
соответственно);
‒ пины A4 и A5 – контакты I2C (SDA и SCL соответственно).
Микроконтроллер ATmega328 располагает 32 кБ флэш памяти, из
которых 0.5 кБ используется для хранения загрузчика, а также 2 кБ ОЗУ
(SRAM) и 1 Кб EEPROM.(которая читается и записывается с помощью
библиотеки EEPROM).
Каждый из 14 цифровых выводов Uno может настроен как вход или
выход, используя функции pinMode(), digitalWrite(), и digitalRead(), . Выводы
работают при напряжении 5 В. Каждый вывод имеет нагрузочный резистор
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
26
(по умолчанию отключен) 20-50 кОм и может пропускать до 40 мА.
Некоторые выводы имеют особые функции:
‒ последовательная шина: 0 (RX) и 1 (TX). Выводы используются для
получения (RX) и передачи (TX) данных TTL. Данные выводы подключены к
соответствующим
выводам
микросхемы
последовательной
шины
ATmega8U2 USB-to-TTL;
‒ внешнее прерывание: 2 и 3. Данные выводы могут быть
сконфигурированы на вызов прерывания либо на младшем значении, либо на
переднем или заднем фронте, или при изменении значения. Подробная
информация находится в описании функции attachInterrupt();
‒ ШИМ: 3, 5, 6, 9, 10, и 11. Любой из выводов обеспечивает ШИМ с
разрешением 8 бит при помощи функции analogWrite();
‒ SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Посредством данных
выводов осуществляется связь SPI, для чего используется библиотека SPI;
‒ LED: 13. Встроенный светодиод, подключенный к цифровому
выводу 13. Если значение на выводе имеет высокий потенциал, то светодиод
горит.
На платформе Uno установлены 6 аналоговых входов (обозначенных
как A0…A5), каждый разрешением 10 бит (т.е. может принимать 1024
различных значения). Стандартно выводы имеют диапазон измерения до 5 В
относительно земли, тем не менее имеется возможность изменить верхний
предел посредством вывода AREF и функции analogReference(). Некоторые
выводы имеют дополнительные функции:
‒ I2C: 4 (SDA) и 5 (SCL). Посредством выводов осуществляется связь
I2C (TWI), для создания которой используется библиотека Wire.
Дополнительная пара выводов платформы:
‒ AREF. Опорное напряжение для аналоговых входов. Используется с
функцией analogReference();
‒
Reset.
Низкий
микроконтроллер.
Изм. Лист
№ докум.
уровень
Обычно
Подпись Дата
сигнала
применяется
на
для
выводе
перезагружает
подключения
кнопки
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
27
перезагрузки на плате расширения, закрывающей доступ к кнопке на самой
плате Arduino.
Платформа программируется посредством ПО Arduino. Из меню Tools
>
Board
выбирается
«Arduino
Uno»
(согласно
установленному
микроконтроллеру). Подробная информация находится в справочнике и
инструкциях.
Микроконтроллер ATmega328 поставляется с записанным загрузчиком,
облегчающим
запись
новых
программ
без
использования
внешних
программаторов. Связь осуществляется оригинальным протоколом STK500.
Имеется возможность не использовать загрузчик и запрограммировать
микроконтроллер через выводы ICSP (внутрисхемное программирование).
Подробная информация находится в данной инструкции.
Технические характеристики:
‒ микроконтроллер: ATmega328;
‒ рабочее напряжение: 5 В;
‒ входное напряжение (рекомендуемое): 7-12 В;
‒ входное напряжение (предельное): 6-20 В;
‒ цифровые Входы/Выходы: 14 (6 из которых могут использоваться
как выходы ШИМ);
‒ аналоговые входы: 6;
‒ постоянный ток через вход/выход: 40 мА;
‒ постоянный ток для вывода: 3.3 В 50 мА;
‒ флеш-память: 32 Кб (ATmega328) из которых 0.5 Кб используются
для загрузчика;
‒ ОЗУ: 2 Кб (ATmega328);
‒ EEPROM: 1 Кб (ATmega328);
‒ тактовая частота 16 МГц.
Для снятия показаний температуры и влажности был выбран датчик
влажности и температуры.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
28
DHT11 ‒ это цифровой датчик влажности и температуры, состоящий из
термистора и емкостного датчика влажности. Также датчик содержит в себе
АЦП для преобразования аналоговых значений влажности и температуры.
Датчик DHT11 не обладают высоким быстродействием и точностью, но зато
прост, недорог и отлично подходят для обучения и контроля влажности в
помещении. Внешний вид представлен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 ‒ Датчик влажности и температуры DHT11. Внешний вид
Технические характеристики:
1 Питание: DC 3,5 – 5,5 В;
2 Ток питания:
‒ в режиме измерения 0.3mA;
‒ в режиме ожидания 60μA.
3 Определение влажности 20–80 % с точностью 5 %;
4 Определение температуры 0–50 °С с точностью 2 %;
5 Частота опроса не более 1 Гц (не более одного раза в 1 сек.);
6 Размеры 15,5´12´5,5 мм.
Датчик имеет 4 вывода стандарта 2,54 мм (рисунок 2.3):
‒ 1 — VCC (питание 3–5 В);
‒ 2 — DATA (вывод данных);
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
29
‒ 3 — не используется;
‒ 4 — GND (земля).
Рисунок 2.3 ‒ Распиновка датчика
Между выводами питания и вывода данных необходимо разместить
резистор. Рекомендуемый номинал 10 кОм , если расстояние от датчика к
контроллеру небольшое, для расстояния больше 20 метров рекомендуется
резистор номиналом 5,1 кОм. [7]
Для измерения концентрации угарного газа был выбран датчик MQ7.Основным источником выделения СО является сгорание углеродного
топлива при недостаточном количестве кислорода. Углерод «не догорает» и
вместо углекислого газа CO2, в атмосферу выбрасывается угарный газ CO.
Он чрезвычайно ядовит, но при этом не обладает ни цветом, ни запахом.
Попав в помещение с угарным газом, вы только по косвенным симптомам
поймете, что подвергаетесь воздействию яда. Пользу этого датчика
переоценить трудно и он широко применяется в схемах автоматизации.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
30
Рисунок 2.4 ‒ Внешний вид датчика
Основным рабочим элементом датчика является нагревательный
элемент, за счет которого происходит химическая реакция, в результате
которой получается информация о концентрации газа. Поэтому во время
работы сенсор будет горячим. Для получения стабильных показаний новый
сенсор необходимо один раз прогреть (оставить включённым) в течение 48
часов. После этого стабилизация после включения будет занимать около
минуты.
Выдаваемый
датчиком
аналоговый
сигнал
пропорционален
концентрации угарного газа. Показания датчика подвержены влиянию
температуры и влажности окружающего воздуха. Поэтому в случае
использования датчика MQ7 в изменяющейся среде, при необходимости
получения точных показаний, понадобится реализовать компенсацию этих
параметров.
Технические характеристики:
1 Напряжение питания: 5 В;
2 Потребляемый ток: 160 мА;
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
31
3 Диапазон чувствительности: 10 – 1000 ppm;
4 Напряжение нагревателя: 1,5 – 5В;
5 Время накала нагревателя: 60 – 90 сек;
6 Сопротивление нагревателя: 31 Ом;
7 Мощность нагревателя: 350 мВт;
8 Сопротивление датчика: 2 – 20 кОм;
9 Стандартные рабочие условия:
‒ температура: -10 ~ +50°C;
‒ влажность: ≤95\%RH;
‒ концентрация кислорода: 21\% (стандартные условия);
10 Габариты модуля: 22 х 22 х 17 мм;
11 Вес модуля: 5 г.
Датчик имеет 4 вывода стандарта 2,54 мм:
1 VCC — питание 5 В);
2 GND — земля;
3 D0 — цифровой вывод;
4 A0— аналоговый вывод.
Рисунок 2.5 ‒ Распиновка датчика
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
32
A0 – аналоговый вывод, при подключении к аналоговому входу
контроллера.
D0 – цифровой выход, который переключается в режим HIGH при
превышении некоего порога концентрации угарного газа.
Для отображения данных об измеряемых параметрах был выбран
дисплей LCD 1602. Его внешний вид представлен на рисунке 2.4.
Для вывода текстовой информации различного содержания удобно
применять символьные дисплеи в виду их распространённости и простоты
использования. В основе большинства таких дисплеев лежит контроллер
HD44780, который позволяет подключаться к дисплею по 4 или 8 линейной
шины данных и 3-х линий управления.
Данный монохромный дисплей построен на базе HD44780 контроллера
имеет опциональную подсветку и может отображать 2 строки по 16
символов. Разрешение символов — 5x8 точек.
Рисунок 2.6 ‒ Внешний вид дисплея
Технические параметры:
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
33
‒ напряжение питания: 5 В;
‒ размер дисплея: 2.6 дюйма;
‒ тип дисплея: 2 строки по 16 символов;
‒ цвет подсветки: синий;
‒ цвет символов: белый;
‒ габаритные размеры: 80мм x 35мм x 11мм.
На дисплее имеется 16pin разъем для подключения. Выводы
промаркированы на тыльной стороне платы.
Назначение контактов (рисунок 2.5):
‒ VSS: «-» питание модуля;
‒ VDD: «+» питание модуля;
‒ VO: вывод управления контрастом;
‒ RS: выбор регистра;
‒ RW: выбор режима записи или чтения (при подключении к земле,
устанавливается режим записи);
‒ E: строб по спаду;
‒ DB0-DB3: биты интерфейса;
‒ DB4-DB7: биты интерфейса;
‒ A: «+» питание подсветки;
‒ K:
«-» питание подсветки. [8]
Рисунок 2.7 ‒ Распиновка дисплея
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
34
В качестве исполнительного элемента вентиляции был выбран
обыкновенный компьютерный кулер Arctic Cooling F8.
Гидродинамический вентилятор Cooling F8 от компании Arctic, при
своих небольших размерах позволяет поддерживать внутренний климат
системы в пределах допустимых уровней температуры. Каждая единица
продукции представленной компании проходит многочисленные серии
проверок перед тем как попасть на рынок, поэтому после приобретения
Cooling F8 вы получаете высококачественный вентилятор, время безотказной
работы которого составляет 40000 часов. Стартовое напряжение данной
модели составляет 5 В, а максимальное напряжение – 12 В, что является
одним из лучших результатов на рынке комплектующих. Благодаря особой
аэродинамической конструкции, Arctic удалось снизить уровень шума до
отметки в 22.5 дБ при максимальной скорости вращения 2000 оборотов в
минуту.
Как
уже
указано
выше,
Arctic
Cooling
F8
оснащен
гидродинамической системой вращения, что делает указанную серию одной
из самых надежных среди конкурентов от других производителей. Помимо
практичных решений представленный вентилятор имеет в своем арсенале и
запоминающийся дизайн – его лопасти выполнены в белом цвете и имеет
стильную форму.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
35
Рисунок 2.8 ‒ Внешний вид кулера
Технические характеристики:
1 Общие параметры:
‒ модель ‒ Arctic Cooling F8;
‒ цвет каркаса ‒ черный;
‒ цвет крыльчатки белый;
‒ Количество вентиляторов в комплекте 1.
2 Конструкция:
‒ размер вентилятора ‒ 80 x 80 мм;
‒ толщина вентилятора ‒ 25 мм;
‒ тип подшипника ‒ скольжения (гидродинамический);
‒ количество лопастей вентилятора ‒ 9;
‒ особенности конструкции ‒ аэродинамическая конструкция;
‒ подсветка ‒ нет.
3 Технические характеристики:
‒ минимальная скорость вращения ‒ 850 об/мин;
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
36
‒ максимальная скорость вращения ‒ 2000 об/мин;
‒ воздушный поток на максимальной скорости, CFM ‒ 31 CFM;
‒ максимальный уровень шума ‒ 22.5 дБ;
‒ время безотказной работы ‒ 40 000 ч.
4 Питание и подключение:
‒ тип разъема питания ‒ 3-pin;
‒ переходники в комплекте ‒ нет;
‒ стартовое напряжение ‒ 5 В;
‒ максимальное рабочее напряжение ‒ 12 В;
‒ максимальный ток 160 мА;
‒ регулировка оборотов ‒ ступенчатая.
Для подключения вентилятора к контроллеру и управления им было
выбрано реле 5V Relay Module KY-019. Это 1-канальный модуль реле,
который имеет один вывод нормально-замкнутый и один вывод нормальноразомкнутый. Его внешний вид представлен на рисунке 2.8
Рисунок 2.9 ‒ Внешний вид реле
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
37
Может работать с разными платами для быстрого прототипирования, в
том числе и Arduino.
Обозначение выводов (рисунок 2.8):
‒ крайний вывод с меткой «S» – управление;
‒ средний вывод с меткой «+» – +5V;
‒ крайний вывод с меткой «-» – GNG;
‒ вывод с меткой «NC» – Нормально-замкнутый контакт реле;
‒ вывод с меткой «NO» – Нормально-разомкнутый контакт реле;
‒ вывод с меткой «COMMON» – Общий контакт реле.
Рисунок 2.10 ‒ Распиновка реле
Технические характеристики:
1 Управляющий сигнал: +3.5 ‒ 12В постоянного напряжения;
2 Переменное напряжение:
‒ ток: 10А;
‒ напряжение: 250В.
3 Постоянное напряжение:
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
38
‒ ток: 10А;
‒ напряжение: 20В.
4 Размеры (Д/Д с пинами/Ш/В): 33мм/37мм/25мм/18мм.
Данный
следующим
комплект
образом:
оборудования
контроллер
взаимодействует
Arduino
Uno
между собой
является
главным
устройством, к которому подключаются все элементы. Датчики DHT11 и
MQ-7 подключаются к контроллеру и передают на него данные о
температуре, влажности и концентрации угарного газа в помещении, дисплей
служит для отображения получаемых данных, вентилятор подключается к
контроллеру посредством реле KY-019, с помощью которого будет
осуществляться включение и отключение вентилятора в зависимости от
данных, получаемых с датчиков. Данная схема работы изображена на
структурной схеме (рисунок 2.11).
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
39
Изм. Лист № докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной системы
управления вытяжной вентиляцией в помещении с контролем качества
воздуха»
Рисунок 2.11 ‒ Структурная схема автоматизированной системы
ист
40
Л
2.2 Разработка принципиальной электрической и функциональной схем
автоматизированной системы
В данной автоматизированной системе главную роль выполняет
контроллер Arduino Uno. Плата питается от кроны напряжением +9V.
К контроллеру Arduino Uno подключены следующие устройства:
дисплей LCD 1602, датчик температуры и влажности DHT11, датчик
угарного газа MQ-7 и вентилятор Arctic Cooling F8 через управляющий
модуль реле Relay Module KY-019. Питание дисплея, модуля реле и датчиков
подключено
к
питанию
контроллера
+5V.
Питание
вентилятора
подключается к источнику питания +12V через управляющий модуль реле.
Дисплей подключен к контроллеру следующим образом: питание
дисплея подключается к пинам контроллера VCC и GND с выводов дисплея
VDD и VSS соответственно. К пинам Arduino Uno D4, D5, D6 и D7
подключена шина данных дисплея, состоящая из соответствующих выводов.
Посредством этой шины осуществляется запись данных на дисплей с
контроллера в 4-битном режиме. Вывод дисплея Contrast подключен
потенциометр номиналом 10 кОм, благодаря которому можно регулировать
контрастность дисплея. Вывод дисплея подключен к пину D2 контроллера
Arduino Uno, данное подключение осуществляет передачу информации о
том, какой вид данных будет записан или прочитан. Вывод дисплея RW
подключен к GND, осуществляя, таким образом, переключение дисплея в
режим записи данных и команд, получаемых с контроллера Arduino Uno.
Вывод дисплея Enable подключен к пину Arduino Uno D3. Данное
подключение осуществляет операцию выполнения записи или чтения данных
и команд. С помощью выводов LED+ и LED- подключается подсветка
дисплея, на вывод LED+ подключен резистор номиналом 220 Ом.
Датчик DHT11 подключен к питанию Arduino Uno, а вывод DATA
подключен к пину D8 Arduino Uno, с помощью которого осуществляется
считывание с датчика информации об измеренной температуре и влажности.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
41
На пин D9 Arduino Uno подключен вывод модуля реле Signal, через
который осуществляется управление включением и отключением реле. На
вывод модуля реле NC подключен минус источника питания +12V. К выводу
модуля COMMON подключен вывод GND вентилятора. А вывод +12V
подключен к плюсу источника питания +12V.
Датчик MQ-7 подключен к питанию Arduino Uno, а аналоговый вывод
датчика подключен к пину А0 на контроллере. С помощью данного
подключения осуществляется считывание информации о концентрации
угарного газа в измеряемой среде.
Схема подключения всех элементов системы приведена на рисунке
2.10.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
42
Изм. Лист № докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной системы
управления вытяжной вентиляцией в помещении с контролем качества
воздуха»
Рисунок 2.12 ‒ Принципиальная электрическая схема автоматизированной системы
ист
43
Л
На функциональной схеме автоматизации изображено положение
датчиков
в
разработанной
автоматизированной
системе.
Приборы
прикреплены к макету вентиляционного канала из ДВП.
Датчик температуры и влажности, датчик угарного газа, а также
модуль реле обозначены как местные приборы. Контроллер осуществляет
регистрацию
показаний,
полученных
с
датчиков,
осуществляет
их
индикацию, и, в зависимости от них, осуществляет управление модулем реле.
Функциональная схема автоматизации разработанной системы состоит
из следующих элементов:
‒ TE и ME ‒ прибор, установленный по месту, осуществляющий
измерение температуры и влажности соответственно (датчик DHT11);
‒ QE ‒ прибор, установленный по месту, осуществляющий измерение
концентрацию угарного газа (датчик MQ-7).
‒ NS ‒ прибор, установленный по месту, осуществляющий включение
и отключение электрической величины (напряжения), (модуль реле).
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
44
Таблица 2.1 ‒ Спецификация к ФСА
Позиция Параметры
Наименование и Марка
Кол-
среды,
техническая
во
измеряемые
характеристика
Примечание
параметры
1-1
Электрический Модуль
сигнал
реле, KY-
диапазон
1
По месту
1
По месту
1
По месту
019
управляющего
постоянного
напряжения
+3.5…+12V
1-2
Температура,
Датчик
2-2
влажность
температуры
DHT11
и
влажности,
питание DC 3.5 –
5.5 В
3-2
Концентрация
Датчик угарного MQ-7
угарного газа
газа,
диапазон
чувствительности
10 ‒ 10000 ppm
Функциональная
схема
автоматизации
разработанной
системы
изображена на рисунке 2.13 и рисунке 2.14
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
45
Рисунок 2.13 ‒ Функциональная схема автоматизации
Рисунок 2.14 ‒ Щит управления автоматизированной системой
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
46
2.3 Сборка и проверка аппаратного обеспечения
После проведённого подбора оборудования, создания схем системы,
было принято решение о создании макета вентиляционного канала, который
послужит для имитации движения воздушного потока внутри канала, а также
площадкой для крепления необходимого оборудования.
Макет вентиляционного канала должен иметь место крепления для
вентилятора на передней стенке под 4 болта М4. Все детали были
изготовлены из ДВП толщиной 3 мм.
Таким образом, макет вентиляционного канала должен состоят из
следующих деталей:
1 Передняя стенка (рисунок 2.13);
2 Боковая стенка, 2 шт. (рисунок 2.14);
3 Крышка, 2 шт. (рисунок 2.15).
Общий вид макета представлен на рисунке 2.16.
Более подробно чертеж макета представлен в сборочном исполнении, с
ним можно ознакомиться в приложении Г.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
47
Рисунок 2.15 ‒ Внешний вид передней стенки
Данная деталь имеет квадратное отверстие и 4 отверстия диаметром 5.5
мм для монтажа вентилятора с помощью 4 болтов. Также здесь имеются
выступы по периметру для удобства при сборке и фиксации.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
48
Изм. Лист № докум.
Подпись Дата
На данной детали имеются выступы, которые также предназначены для удобства сборки и фиксации.
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной системы
управления вытяжной вентиляцией в помещении с контролем качества
воздуха»
Рисунок 2.16 ‒ Внешний вид боковой стенки
ист
49
Л
Изм. Лист № докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной системы
управления вытяжной вентиляцией в помещении с контролем качества
воздуха»
Рисунок 2.17 ‒ Внешний вид крышки
ист
50
Л
Изм. Лист № докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной системы
управления вытяжной вентиляцией в помещении с контролем качества
воздуха»
Рисунок 2.18 ‒ Общий вид макета
ист
51
Л
Далее была произведена сборка макета вытяжного канала по
выполненным чертежам.
В первую очередь, на лазерном станке из листа ДВП были вырезаны
детали, представленные на рисунках выше (рисунок 2.17 и 2.18)
Рисунок 2.19 ‒ Процесс вырезки деталей из листа ДВП на лазерном
станке, часть 1
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
52
Рисунок 2.20 ‒ Процесс вырезки деталей из листа ДВП на лазерном
станке, часть 2
В результате были получены детали, представленные на рисунках 2.21
‒ 2.23.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
53
Рисунок 2.21 ‒ Крышка макета
Как видно на рисунке, слева были размещены: модуль реле, макетная
плата и контроллер Arduino Uno. Все элементы были прикреплены к крышке
с помощью болтов М2 в произвольном месте. Справа было вырезано
отверстие для размещения датчика влажности DHT11 внутри канала.
На вырезанной части с помощью хомута был прикреплён сам датчик.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
54
Рисунок 2.22 ‒ Крепление датчика.
Данная деталь в процессе сборки была приклеена обратно, развернув
сторону с пазом на 180º, благодаря этому появилось отверстие для вывода
проводов датчика для подключения к контроллеру.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
55
Рисунок 2.23 ‒ Боковая стенка макета
На боковой стенке был размёщен дисплей с помощью крепления
болтов М2 для удобства восприятия отображаемой на нём информации.
После крепления всех элементов на деталях, была произведена сборка
макета. Для обеспечения прочности стыки деталей были обработаны
термоклеем. Собранный макет вентиляционного канала с установленным и
подключенным оборудованием представлен на рисунках 2.24 ‒ 2.28
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
56
Рисунок 2.24 ‒ Передняя стенка с прикреплённым вентилятором
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
57
Рисунок 2.25 ‒ Боковая стенка 1
Рисунок 2.26 ‒ Боковая стенка 2
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
58
Рисунок 2.27 ‒ Крышка
Рисунок 2.28 ‒ Общий вид макета
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
59
образом, питание на вентилятор перестаёт поступать и он отключается.
Следовательно, происходит контроль трёх параметров внутри макета
вентиляционного канала. Происходит вывод обновлённых показателей на
дисплей.
Далее происходит расчёт скоростей изменения трёх параметров. В
случае если скорость изменения температуры больше 2℃/ч, то происходит
принятие новых оптимальных параметров и система вновь проводит
проверку на
равенство трёх параметров с
другими оптимальными
параметрами. Если же скорость изменения температуры не превышает
установленную, то система не реагирует. Аналогично и для скорости
изменения
уровня влажности, а также и для скорости изменения
концентрации угарного газа, оптимальный уровень которых составляет 5%/ч
и 5ppm/ч соответственно. При отсутствии питания программа завершается.
Таким образом, происходит контроль над изменением параметров
микроклимата и скоростью их изменения, а также имеется возможность
изменения оптимальных параметров в случае возрастания скоростей
изменения
трёх
параметров.
Принятие
новых
параметров
является
интеллектуальностью разрабатываемой системы.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
61
Описанный выше алгоритм представлен на рисунке 3.1
Рисунок 3.1 ‒ Алгоритм работы автоматизированной системы
Далее был составлен алгоритм работы программы, необходимый для
программирования контроллера Arduino Uno.
Работа алгоритма заключается в следующем: вначале происходит
проверка условия наличия питания. В случае если оно есть, то происходит
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
62
подключение
библиотек,
необходимых
для
работы
подключенного
оборудования, далее происходит инициализация дисплея, инициализация
портов и установка скорости передачи данных в последовательный порт.
Затем начинается основной цикл работы программы. Происходит получения
данных с датчика DHT, их дешифровка и вывод в последовательный порт.
Затем устанавливается курсор дисплея на 1 строку, и полученные данные
выводятся на дисплей. Затем происходит проверка условия соответствия
установленным параметрам микроклимата. В случае положительного
результата происходит включение вентилятора, установка курсора дисплея
на вторую строку и вывод сообщения о том, что вентилятор включен. В
случае отрицательного результата происходит выключение вентилятора,
установка курсора на вторую строку и вывод соответствующего сообщения
на дисплей. Затем происходит вычислений скоростей изменения параметров.
Далее происходит проверка на условие соответствия скоростям изменения
параметров микроклимата. В случае положительного результата включается
вентилятор, происходит установка курсора на вторую строку и выводится
сообщение о включенном вентиляторе. Если же результат отрицательный, то
система не реагирует. В случае отсутствия питания программа завершает
свою работу. Алгоритм работы представлен на рисунке 3.2.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
63
Рисунок 3.2 ‒ Алгоритм работы программы
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
64
3.2 Интеграция математической модели работы автоматизированной
системы в программный код
Для демонстрации математической модели, описанной в разделе 1.3,
была создана программа в SCADA-системе Trace Mode.
Trace Mode ‒ это российский программный комплекс типа SCADAсистем,
который
предназначен
для
разработки
автоматизированных
технологических процессов, систем учёта энергии, воды и газа различных
объектов, управление зданиями и обеспечивает их функционирование в
реальном
времени.
Создаваемые
системы
автоматизации
в
данном
программном комплексе могут быть различных объёмов. Например, можно
создать обыкновенную программу для ПЛК и АРМ, а можно реализовать
целую систему взаимосвязанных различных исполнительных устройств,
контроллеров,
которые
будут
осуществлять
передачу
данных
по
промышленным протоколам, интерфейсам и сети. Внешний вид программы
представлен на рисунке 3.2.
Trace Mode включает в себя различные драйвера, которые позволяют
осуществить подключение различных контроллер, плат, и и других
устройств. Trace Mode может поддерживать OPCDA, HDA, интерфейсы RS232, RS-485, бесплатный доступ к драйвера ввода/вывода. Также этот
программный комплекс имеет возможность подключать в создаваемые
системы практически любое оборудование, что делает
Trace Mode
универсальной в применении SCADA-системой, позволяющей создавать
любые промышленные комплексы.
С
помощью
Trace
Mode
можно
создавать
системы,
которые
осуществляют мониторинг, а также и управляющие системы. В зависимости
от требований к системе их архитектура также может быть либо
централизованной, либо распределённой.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
65
Рисунок 3.3 ‒ Внешний вид программы
Программа Trace Mode состоит из:
‒ интегрированной среды разработки;
‒ исполнительных модулей.
Среда
разработки
ставится
на
рабочем
месте
разработчика
автоматизированных систем управления и настройки её компонентов.
Созданная программа сохраняется в файл с расширением .prj, в которой
содержится описание разработанной системы автоматизации. Это является
проектом Trace Mode.
Для запуска проекта в реальном времени и для эксплуатации на
рабочем объекте используются исполнительные модули. Основным из них
является монитор реального времени. Он позволяет проследить процесс
сбора данных и их обработку на любом этапе работы созданной системы.
Чтобы
осуществился
запуск
программы
на
контроллере,
в
них
предусмотрено наличие собственного экрана реального времени. Такие
промышленные контроллеры имеют свои различия.
Инструментальная система Trace Mode состоит из следующих
компонентов:
‒ среда разработки;
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
66
‒ профайлеры;
‒ набор драйверов устройств ввода/вывода;
‒ библиотека компонентов;
‒ справочной системы;
‒ примеры проектов автоматизации, имитирующие технологический
процесс.
В результате создания проекта в Trace Mode на выходе пользователь
получает набор файлов, который предназначен для реализации данной
программы в мониторах реального времени на АРМ и контроллерах.
Профайлер может запустить на ПК один узел созданной программы. Проект,
запущенный в Trace Mode имеет возможность обмениваться данными с
другими компьютерами, если на них также запустить данный проект. Обмен
данными осуществляется посредством локальной сети, промышленным
коммуникациям и так далее. В случае применения одного компьютера, на
котором имеются сетевые адаптеры, то можно запустить проект, который
будет осуществлять обмен с другими адаптерами по сети. В случае
применения компьютера с промышленными коммуникациями, запущенный
проект будет осуществлять обмен данными именно по этим коммуникациям.
В программе было реализован расчёт напора вентилятора по формуле
(1.2)
исходя
из
вводимых
данных
пользователем
о
микроклимате
(температура и уровень влажности) и исходя из напора вентилятора,
реализован расчёт его мощности по формуле (1.4). Интерфейс программы
представлен на рисунке 3.4.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
67
Рисунок 3.4 ‒ Интерфейс пользовательской программы
С помощью управляющих кнопок (управление температурой и
управление влажностью) пользователь может вводить необходимые значения
этих параметров. Введённые параметры отображаются в соседних блоках
индикации и на графике слева. В правой части экрана располагается панель
отображения параметров вентилятора, состоящая из напора и мощности.
Далее посредством привязок была создана база каналов, изображенная
на рисунке 3.5
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
68
Рисунок 3.5 ‒ База каналов привязок
Канал экран ‒ главный канал, собственно рабочий стол данной
программы. На нём размещаются все элементы нашей системы. Каналы
температура, влажность и концентрация ‒ управляющие каналы в расчёте,
задаваемые пользователем. Каналы напор и мощность, ‒ получаемые в ходе
расчётов значения и выводимые на экран.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
69
Далее необходимо было составить программу работы данной модели.
Было решено создать её на языке FBD-cхем.
Язык программирования FBD ‒ это такой язык программирования,
который основан на графическом представлении программы, позволяет
показать пути сигналов через различные блоки. Данный язык похож на
принципиально-электрические схемы, поэтому пользователи, которые не
имеют опыта в программировании, но умеют работать с электрическими
схемами,
имеют
возможность
без
труда
составить
программу для
определённой системы.
Данный язык состоит из всяких функциональных блоков, у которых
есть входы и выходы. Любой блок представляет собой определённую
функцию, в которую заложена своя программа работы. Любой блок можно
использовать в написании программы несколько раз.
Блок имеет изображение в виде прямоугольника, на котором
изображено выполняемое им действие. Каждый блок выполняет одно
действие.
Входы и выходы любого блока можно соединять либо с другим
блоком, либо с переменными. Данные соединения визуально отображают
путь сигнала разрабатываемой программы.
Суть работы программы на языке FBD схем заключается в том, что она
не может работать неопределённое время. Любая программа, написанная на
этом языке, имеет детерминированную характеристику. Программа не может
зацикливаться и ожидать какого-то действия.
В справке содержится подробное описание и методика выполнения
определённой операции для каждого блока. В наличии имеются типовые
блоки,
которые
выполняют
арифметические,
логические
функции,
осуществляющие законы регулирования, генерирующие определённые
сигналы и так далее.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
70
Существует
специальный
конфигуратор,
в
котором
создаётся
программа и после создания её можно проверить на наличие ошибок, и в
случае успешной компиляции, загрузить на контроллер.
Созданная программа на основе FBD-схем представлена на рисунке
3.6.
Рисунок 3.6 ‒ Код программы расчёта параметров вентилятора
Данная программа реализована на основе формул (1.2) и (1.4) с
помощью арифметических блоков умножения и сложения. Расчёт
происходит следующим образом: пользователь вводит необходимые
параметры температуры, уровня влажности и концентрации угарного газа,
каждый параметр в соответствии с формулой (1.2) умножается на постоянное
значение расхода воздуха, которая равна 120м3/час. Далее происходит
сложение полученных значений, вывод результата на экран, а также
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
71
умножение на 0,02, в соответствии с формулой (1.4) и также вывод
полученного результата на экран. Все данные отображаются на графиках.
Далее представлен результат работы программы с принятыми
оптимальными значениями микроклимата на рисунке 3.7.
Рисунок 3.7 ‒ Результат работы программы
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
72
3.3 Кодирование и отладка
Для реализации работы макета была создана программа на языке С++ в
компиляторе для Arduino Uno ‒ Arduino IDE.
Код программы:
Подключение библиотек для работы с датчиком DHT11 и дисплеем.
#include <SimpleDHT.h>
#include <LiquidCrystal.h>
Объявление переменных с плавающей точкой начальными значениями
для двух параметров.
float tprev=20;
float hprev=30;
Объявление переменных с плавающей точкой для скоростей.
float Vt;
float Vh;
Установка пинов, на которые подключены реле, датчик и дисплей.
int relPin = 9;
int pinDHT11 = 8;
SimpleDHT11 dht11;
LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);
Установка двух переменных для температуры и влажности с типом
данных byte.
byte temperature;
byte humidity;
Установка пина, на который подключено реле на выходной режим,
инициализация последовательного порта и задание скорости передачи
данных, а также установка размерности дисплея.
void setup() {
pinMode(relPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
73
lcd.begin(16, 2);
}
Начало цикла рабочей программы, которая будет выполняться до тех
пор, пока есть питание
void loop() {
Происходит получение данных с датчика и запись их в переменные.
dht11.read(pinDHT11, &temperature, &humidity, NULL);
Вывод полученных значений в последовательный порт и на дисплей
Serial.print((int)temperature); Serial.print("*C, ");
Serial.print((int)humidity); Serial.println("%.");
lcd.setCursor(3,0);
lcd.print((int)temperature); lcd.print("*C, ");
lcd.print((int)humidity); lcd.print("%");
Вычисление скоростей изменения параметров
Vt=temperature-tprev;
Vh=humidity-hprev;
Если темература > 25, или влажность <35, или Vt>0.0006, или
Vh>0.001, то на пин подключения реле подаётся напряжение и включается
вентилятор. Установка курсора на позицию 3.1 и вывод сообщения о том, что
вентилятор включен.
if (temperature > 25 || humidity < 35 || Vt > 0.0006 || Vh > 0.001 ){
digitalWrite(relPin, HIGH);
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print("Fan is ON ");
}
В противном случае на пин подключения реле напряжение не подаётся,
вентилятор выключается. Установка курсора на позицию 3.1 и вывод
сообщения о том, что вентилятор выключен
else{
digitalWrite(relPin, LOW);
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
74
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print("Fan is OFF ");
}
Запись в переменные текущих значений температуры и уровня
влажности, которые при следующем цикле итерации будут являться
предыдущими значениями.
tprev=temperature;
hprev=humidity;
delay(1000);
Происходит стирание данных с дисплея
lcd.clear();
}
Примечание: так как один цикл итерации в программе длится 1
секунду, то значения скоростей 2℃/ч и 5%/ч были переведены в
соответствии со временем, измеряемом в секундах в следующие значения:
скорость изменения температуры 0,0006℃/с и скорость изменения уровня
влажности 0,001%/с.
Далее была проведена проверка кода на наличие ошибок. Результат
компиляции отображен на рисунке 3.8.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
75
Рисунок 3.8 ‒ Результат компиляции программы, ошибок не
обнаружено
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
76
Рисунок 4.2 ‒ Получение данных с датчика
Как
видно
из
рисунков
удовлетворяют заданным
температура
установкам
в коде,
и
уровень
о чём
влажности
сигнализирует
сообщение, о том, что вентилятор выключен и отсутствие вращения самого
вентилятора. Значит, код исправен.
Далее были проведены некоторые тесты системы. Для начала была
проверена реакция макета на дыхание в отверстие вентиляционного канала.
Результат отображен на рисунке 4.3
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
78
Рисунок 4.3 ‒ Результат работы системы, 1 часть
Как видно из рисунка, произошла реакция на дыхание, ‒ повысилась
температура, и значительно повысился уровень влажности. Система
отреагировала на изменение микроклимата, и произошло включение
вентилятора, о чём свидетельствует соответствующее сообщение на дисплее.
Далее был проведён ещё один тест ‒ оценка реакции системы на пламя
зажигалки рядом с входом вентиляционного канала. Результат представлен
на рисунке 4.4.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
79
Рисунок 4.4 ‒ Результат работы системы, 2 часть
На дисплее видно, что температура значительно повысилась, уровень
влажности находится в пределах нормы. Система вновь отреагировала на
внешнее воздействие и подала сигнал на включение вентилятора. При
дальнейшем воздействии огня температура продолжит расти, а уровень
влажности наоборот будет падать.
Исходя из проведённых тестов, можно сделать вывод о том, что
система
правильно собрана,
запрограммирована
и
успешно
прошла
испытания.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
80
4.2 Анализ экономических показателей эффективности и точности
работы системы
После сборки, проверки, установки и тестирования разработанной
системы был проведён анализ экономических показателей. В целом данная
система практически не уступает аналогам по функционалу, а главное
успешно справляется с главной задачей ‒ производит воздухообмен в
зависимости от состояния микроклимата внутри макета. Однако, в силу того,
что система является макетом были проигнорированы некоторые функции,
такие как измерение влажности внутри и с внешней стороны, сравнение
показателей и выбор соответствующей программы для работы и так далее. С
другой стороны, данная система вполне может использоваться для внедрения
в произвольное помещение, потребуется лишь замена вентилятора на более
мощный. Также с учётом разработанной технической документации
возможно подключение различных других датчиков, а именно датчика
угарного газа, который не был установлен на макет в связи с его отсутствием.
Таким образом, можно произвести сравнение ценового показателя данной
системы с существующими аналогами. Сравнение с аналогами представлено
на рисунке 4.5.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
81
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
Lufberg iFresh
LFU
VT 301
Аэроблок ECO
160/1-1,2/1
Electrolux EPVS- Разработанная
200
система
Рисунок 4.5 ‒ Сравнение стоимости с аналогами
Как видно из рисунка, аналогичные системы в несколько раз дороже
разработанной, что подтверждает её востребованность. Это связано, прежде
всего, с тем, что в сборке были применены дешёвые комплектующие.
Согласно техническим характеристикам, указанным в мануале к
датчикам системы, которые входят в состав разработанной системы, они
имеют следующую погрешность:
‒ датчик температуры и влажности воздуха DHT11: ±2оС при
измеряемой шкале от 0 и до 50℃ и ±5% при измеряемой шкале от 20 до 95%;
‒
датчик
угарного
газа
±100
MQ-7:
ppm
при
диапазоне
для
измерения
чувствительности от 10 до 10000 ppm.
Таким
образом,
относительные
погрешности
температуры (4.1), измерения влажности (4.2) и измерения концентрации
угарного газа (4.3) равны:
Изм. Лист
γ1 = (Δ/XN)*100 = (2/50)*100 = 4%
(4.1)
γ2 = (Δ/XN)*100 = (5/95-20)*100 = 6,66%
(4.2)
γ2 = (Δ/XN)*100 = (100/1000-10)*100 = 10%
(4.3)
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
82
где Δ – абсолютная погрешность, XN – длина шкалы измерений.
Следовательно, точность датчика DHT11 равна 96% для измерения
температуры и 93,34% для измерения влажности. Точность датчика MQ-7
равна 90%.
На рисунке 4.6 представлена диаграмма точности измерения трёх
параметров в разработанной системе:
97%
96%
95%
94%
93%
92%
91%
90%
89%
88%
87%
Датчик температуры
Датчик влажности
Датчик угарного газа
Рисунок 4.6 ‒ Диаграмма точности применяемых датчиков в системе
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
83
4.3 Анализ точности математических моделей
Для оценки точности математической модели необходимо сравнить
параметры вентилятора, смоделированные с помощью программы и
параметры существующих вентиляторов. Для этого с помощью программы
были смоделированы два параметра вентилятора, учитывая изменения
температуры и влажности. Результаты приведены на рисунках 4.7 и 4.8
140
120
100
80
Напор
Смоделированный напор
60
40
20
0
1
2
3
Рисунок 4.7 ‒ Сравнение напоров вентилятора
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
84
3,5
3
2,5
2
Мощность
Смоделированная мощность
1,5
1
0,5
0
1
2
3
Рисунок 4.8 ‒ Сравнение мощностей вентиляторов
Как видно из диаграмм, с помощью расчётов математической модели
вполне возможно подобрать существующий вентилятор с необходимыми
параметрами.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
85
Было произведено сравнение стоимости разработанной модели с
существующими аналогами и установлено, что данная система является
самым дешёвым аналогом среди своих конкурентов в лице более серьёзных
систем. Однако, ввиду созданного макета системы это вполне объяснимо.
Хотя для полноценной работы системы достаточно будет заменить
вентилятор, что не сильно повлияет на цену. Исходя из вышеперечисленного
можно сделать выводы:
‒ все поставленные в начале работы задачи выполнены;
‒ был создан макет системы, который при доработке позволяет
применять его по прямому назначению, а не просто для визуализации работы
системы;
‒ анализ точности системы показал, что она является отличной, имея
малую погрешность;
‒ анализ точности математической модели также позволяет увидеть
хорошую точность смоделированных результатов.
На основании проведённой работы можно выявить предпосылки для
улучшения данной системы:
‒ использовать более мощный вентилятор для создания воздушного
потока, достаточного для поддержания параметров микроклимата в больших
помещениях;
‒ применить больше датчиков для измерения параметров воздушной
среды внутри и вне помещения и возможность на основании таких
измерении самостоятельно выбирать программу действий для реализации
необходимого воздухообмена.
‒ использовать реверс вентилятора, чтобы установка могла быть не
только вытяжной, но и притяжной, что позволит осуществлять воздухообмен
в помещении гораздо быстрее.
‒ при дальнейшей разработке системы необходимо внедрить датчик
угарного газа, указанный в подборе оборудования. Ввиду его отсутствия,
данное устройство не было применено сразу, но позволяет в дальнейшем
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
87
внедрить его в систему и увеличить функциональные возможности в целом.
Так как в документации указаны все необходимые данные о подключении
этого датчика, то в будущем его внедрение не составит труда.
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
88
1. Вентиляторы. Турбовентиляторы. Расчёт и подбор вентиляторов.
[Электронный
‒
ресурс]
Режим
доступа:
http://www.intech-
gmbh.ru/radial_fan_with_motor.php Дата обращения: 02.07.2018
2. Разработка системы управления вытяжной вентиляцией в помещении
сервисной мастерской на базе микроконтроллера Atmel AVR. Дневник
науки
[Электронный
ресурс]
‒
Режим
доступа:
http://dnevniknauki.ru/images/publications/2018/4/technics/Suchkov2.pdf
Дата обращения: 28.06.2018
Изм. Лист
№ докум.
Подпись Дата
ВКР.15.04.04.2018.«Разработка интеллектуальной
системы управления вытяжной вентиляцией в помещении с
контролем качества воздуха»
Лист
90
Приложение А
Структурная схема системы
Приложение Б
Принципиальная электрическая схема системы
Приложение В
Функциональная схема автоматизации
Приложение Г
Техническая документация для создания макета
Приложение Д
Математическая модель работы объекта автоматизации
Приложение Е
Алгоритмы работы системы в виде блок-схем
Приложение Ж
Листинг программы
#include <SimpleDHT.h>
#include <LiquidCrystal.h>
float tprev=20;
float hprev=30;
float Vt;
float Vh;
int relPin = 9;
int pinDHT11 = 8;
SimpleDHT11 dht11;
LiquidCrystal lcd(2, 3, 4, 5, 6, 7);
byte temperature;
byte humidity;
void setup() {
pinMode(relPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
lcd.begin(16, 2);
}
void loop() {
dht11.read(pinDHT11, &temperature, &humidity, NULL);
Serial.print((int)temperature); Serial.print("*C, ");
Serial.print((int)humidity); Serial.println("%.");
lcd.setCursor(3,0);
lcd.print((int)temperature); lcd.print("*C, ");
lcd.print((int)humidity); lcd.print("%");
Vt=temperature-tprev;
Vh=humidity-hprev;
if (temperature > 25 || humidity < 35 || Vt > 0.0006 || Vh > 0.001){
digitalWrite(relPin, HIGH);
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print("Fan is ON ");
}
else{
digitalWrite(relPin, LOW);
lcd.setCursor(3,1);
lcd.print("Fan is OFF ");
}
tprev=temperature;
hprev=humidity;
delay(1000);
lcd.clear();
}
Приложение З
Настройка и тестирование системы
Приложение И
Графики показателей эффективности и результаты апробации математической модели
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа