Материал: Пояснительная записка к диплому
10.Блок питания с входным напряжением 220 В и выходным напряжением 12 В и током не меньше 1 А;
11.Сетевой клиент с оборудованным приемником Wi-Fi.
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
Дипломный проект |
21 |
|
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|||
|
|
2.2 Компоненты системы
Для реализации возложенных на систему задач, исходя из соотношения цена/качество, анализа рынка аналогичного оборудования принято решение использовать следующие компоненты:
1. Микроконтроллер ESP32
При выборе микроконтроллера помимо экономической и технической эффективности необходимо руководствоваться следующими соображениями:
1.Время обработки информации;
2.Наличие встроенных ЦАП и АЦП;
3.Возможность программной коррекции;
4.Совместимость с другими модулями;
5.Энергоэффективность;
6.Мощная и гибкая система команд;
7.Достаточно высокий уровень выходного сигнала ЦАП, для дальнейшего его использования без необходимости предварительного усиления.
Этим критерием полностью удовлетворяет микроконтроллер ESP32, специально разработанный для создания IoT-систем. Основные технические характеристики микроконтроллера приведены в табл.2.2.1.
Таблица 2.2.1 – Технические характеристики МК ESP32
Напряжение питания, В |
5-14 |
Напряжение логических уровней, В |
3,3 |
Тактовая частота, МГц |
до 240 |
Flash-память, КБ |
448 |
Внешняя Flash-память, МБ |
4 |
Пины общего назначения: |
25 ввода-вывода (GPIO) и 4 ввода |
|
(GPI) |
Разрядность АЦП, бит |
12 |
Разрядность ЦАП, бит |
8 |
|
|
Аппаратные интерфейсы |
3× SPI, 3× UART, 2× I²C и 2× I²S |
Максимальный ток потребления в режиме |
160-260 |
передачи WiFi или Bluetooth, мА |
|
|
|
Потребление в спящем режиме, мкА |
10 |
2. Нагреватель В качестве нагревателя будет использована лампа накаливания
мощностью 60 Вт. В зависимости от конструкции инкубатора, нагреватель обычно располагается сбоку по периметру инкубатора, либо наверху над
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
Дипломный проект |
22 |
|
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|||
|
|
лотками. В данном случае лампа накаливания будет находиться сверху, потому что так достигается наиболее равномерное распределение температуры по площади лотка [15]. Кроме того, при таком расположении будет достигаться и максимальная теплоотдача, ведь теплый воздух не успеет перемешаться с поступающим холодным воздухом через вентиляционные отверстия.
3. Диммер Лампы накаливания имеют недостаток. При включении через нить
накала кратковременно проходит очень большой ток, который в десять раз выше рабочего тока, и лампа накаливания излучает больше тепла. По мере нагревания сопротивление нити накаливания повышается, ток понижается, и лампа накаливания начинает излучать тепло в заявленных значений.
На основе этой информации регулирование температуры методом включения и выключение лампы накаливания нежелательно, поэтому будет использован диммер для плавного регулирования электрической мощности.
Для регулирования яркости света лампы накаливания будет задействован AC Light Dimmer Module. В основе этого диммера лежит схемотехническое исполнение MOC3021, которое представляет из себя оптопару тиристорного типа, состоящую из инфракрасного излучающего диода из арсенида-галлия и кремниевого двунаправленного переключателя, который работает по симисторным принципам. Основные технические характеристики приведены в табл.2.2.2.
Таблица 2.2.2 – Технические характеристики AC Light Dimmer Module
Напряжение питания, В |
110-400 |
Управляющее напряжение, В |
3,3/5 |
Максимальный ток, А |
8 |
4. Увлажнитель
Вкачестве увлажнителя будет использован ультразвуковой увлажнитель воздуха. Принцип его работы основан на том, что когда на металлическую мембрану попадает вода, то под действием ультразвука она распадается на мельчайшие капли и с помощью вибрации выгоняются наружу.
Вработе будет использован Portable Mini UFO. Основные технические характеристики приведены в табл.2.2.3.
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
Дипломный проект |
23 |
|
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|||
|
|
Таблица 2.2.3 – Технические характеристики Portable Mini UFO
Напряжение питания, В |
5 |
Уровень шума, дБ |
36-45 |
Номинальная мощность, Вт |
2 |
Увлажняющая способность, мл/ч |
300 |
5. Датчик температуры и влажности Для корректной работы инкубатора и поддержания заданных значений
температуры и важности, необходимы соответствующие датчики. Проектируемая система работает в нормальных условиях, поэтому
измерения большого перепада температуры не потребуется. На основе этого выберем первый датчик DS18B20.
Датчик DS18B20 выполнен в герметичном исполнение, поэтому ему не страшна влага. Он способен определять температуру окружающей среды в диапазоне от -55 °C до +125 °C. В своем исполнении он имеет встроенный АЦП, поэтому данные передаются в виде цифрового сигнала с 12-битным разрешением по протоколу 1-Wire. Основные технические характеристики DS18B20 приведены в табл.2.2.4.
Таблица 2.2.4 – Технические характеристики DS18B20
Интерфейс передачи |
1-Wire |
Диапазон измеряемых температур, °C |
−55…+125 |
Точность, °C |
±0,5 (в пределах −10…+85) |
Разрешение, бит |
9/10/11/12 |
Время получения данных: |
750 мс при 12-битном разрешении |
|
94 мс при 9-битном разрешении |
Напряжение питания, В |
3,3-5 |
Диаметр гильзы, мм |
6 |
Длина провода, см |
80 |
Потребляемый ток при бездействии, нА |
750 |
Потребляемый ток при опросе, мА |
1 |
В качестве второго датчика возьмем DHT22. Помимо термистора, он имеет емкостной датчик влажности с погрешностью измерения ±2%. Как и DS18B20 на своем борту он имеет АЦП, поэтому данные передаются в виде цифрового сигнала с 8-битным разрешением. Основные технические характеристики DHT22 приведены в табл.2.2.5.
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
Дипломный проект |
24 |
|
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|||
|
|
Таблица 2.2.5 – Технические характеристики DHT22
Интерфейс передачи |
I²C |
Напряжение питания, В |
3,3-5 |
Диапазон измерения влажности, % |
0…100 |
Погрешность измерений влажности, % |
2 |
Диапазон измеряемых температур, °C |
−40…+80 |
Точность, °C |
±0,5 |
Период измерений, с |
2 |
Размеры, мм |
15 x 25 x 7.7 |
6. Механизм поворота лотка В качестве механизма поворота лотка будет использован сервопривод
MG90S. Основные технические характеристики MG90S приведены в табл.2.2.6.
Таблица 2.2.6 – Технические характеристики MG90S
Рабочее напряжение, В |
4,8-6,6 |
Рабочий ток, мА |
170 — 900 мА |
Скорость реакции без нагрузки: |
0.1 секунды / 60° (4.8 вольт) |
|
0.08 секунды / 60° (6.0 вольт) |
Угол поворота |
до 180° |
Управление |
ШИМ |
Редуктор |
Латунь, алюминиевый сплав |
Тип редуктора |
Шестерёнчатая цилиндрическая передача |
Блокирующий момент: |
1.8 кг / см (4.8 вольт) |
|
2.2 кг / см (6.6 вольт) |
Размеры, мм |
22.8 х 12.2 х 28.4 |
Температура эксплуатации, °С |
0°…+55 |
Вес, гр |
13,4 |
7. Часы реального времени Для учета хронометрических данных, которые понадобятся в процессе
контроля за днем, будут использованы часы реального времени DS3231. Внутри данного модуля установлен кварцевый генератор и датчик температуры, для компенсации изменения температуры. Кроме того, в схематическом исполнении реализовано внешнее питание от батарейки на 3,3 В. Основные технические характеристики приведены в табл.2.2.7.
Таблица 2.2.7 – Технические характеристики DS3231
|
Напряжения питания, В |
|
2,7-5,3 |
|
|
||||
|
Напряжение батарейки, В |
|
2,3-5,3 |
|
|
||||
|
Ток потребления, мкА |
|
250 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
||
|
|
|
|
|
|
Дипломный проект |
25 |
||
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|||||
|
|
|
|
||||||