أجهزة منزلية بتيار متردد يتم التحكم في درجة حرارتها باستخدام اردوينو والثرمستور

لنفترض أنك جالس في غرفة وتشعر بالبرد وتريد تشغيل السخان تلقائيًا ، ثم إيقاف تشغيله بعد فترة من الوقت عندما ترتفع درجة حرارة الغرفة ، فهذا المشروع يساعدك على التحكم في أجهزتك المنزلية تلقائيًا وفقًا لدرجة الحرارة. نحن هنا نتحكم في أجهزة تكييف الهواء المنزلية باستخدام Arduino بناءً على درجة الحرارة. هنا استخدمنا الثرمستور لقراءة درجة الحرارة. لقد قمنا بالفعل بتوصيل Thermistor مع Arduino وعرضنا درجة الحرارة على شاشة LCD.

في هذا البرنامج التعليمي ، سنقوم بتوصيل جهاز التيار المتردد مع Relay وإنشاء نظام أتمتة منزلي يتم التحكم في درجة حرارته باستخدام Arduino. كما تُظهر درجة الحرارة وحالة الجهاز على شاشة LCD مقاس 16 * 2 المتصلة بالدائرة.

المواد المطلوبة

• اردوينو UNO
• تتابع (5 فولت)
• شاشة عرض LCD مقاس 16 * 2
• اللمبة الخفيفة (CFL)
• NTC الثرمستور 10 كيلو
• توصيل الأسلاك
• المقاومات (1 كيلو و 10 كيلو أوم)
• مقياس الجهد (10 كيلو)

مخطط الرسم البياني

هذا درجة الحرارة أنظمة أتمتة استنادا تتكون من عناصر مختلفة مثل اردوينو مجلس، عرض LCD، التقوية، والثرمستور. يعتمد العمل بشكل أساسي على المرحل والثرمستور حيث أن درجة الحرارة تزيد ، سيتم تشغيل المرحل وإذا انخفضت درجة الحرارة عن القيمة المحددة مسبقًا ، فسيتم إيقاف تشغيل المرحل. سيتم أيضًا تشغيل وإيقاف تشغيل الجهاز المنزلي المتصل بجهاز Relay وفقًا لذلك. هنا استخدمنا لمبة CFL كجهاز تكييف. يتم تنفيذ عملية التشغيل الكاملة وإعداد قيمة درجة الحرارة بواسطة لوحة Arduino المبرمجة. كما يقدم لنا تفاصيل حول التغير في درجة الحرارة في كل نصف ثانية وحالة الجهاز على شاشة LCD.

تناوب:

Relay هو مفتاح كهرومغناطيسي ، يتم التحكم فيه بواسطة تيار صغير ، ويستخدم لتشغيل وإيقاف تيار أكبر نسبيًا. يعني من خلال تطبيق تيار صغير يمكننا تشغيل التتابع الذي يسمح بتدفق تيار أكبر بكثير. المرحل هو مثال جيد للتحكم في أجهزة التيار المتردد (التيار البديل) ، باستخدام تيار مستمر أصغر بكثير. يشيع استخدامها ترحيل غير احدة القطب المزدوج رمي (SPDT) تتابع، فقد خمس محطات على النحو التالي:

عندما لا يكون هناك جهد مطبق على الملف ، يتم توصيل COM (عام) بـ NC (جهة اتصال مغلقة عادة). عندما يكون هناك بعض الجهد المطبق على الملف ، يتم إنتاج المجال الكهرومغناطيسي ، والذي يجذب المحرك (رافعة متصلة بالزنبرك) ، ويتم توصيل COM و NO (الاتصال المفتوح عادةً) ، مما يسمح بتدفق تيار أكبر. المرحلات متوفرة في العديد من التصنيفات ، هنا استخدمنا مرحل جهد التشغيل 5 فولت ، والذي يسمح بتدفق تيار 7A-250VAC.

يتم تكوين التتابع باستخدام دائرة سائق صغيرة تتكون من ترانزستور وديود ومقاوم. يستخدم الترانزستور لتضخيم التيار بحيث يمكن للتيار الكامل (من مصدر التيار المستمر - بطارية 9 فولت) أن يتدفق عبر ملف لتزويده بالطاقة بالكامل. يستخدم المقاوم لتوفير التحيز للترانزستور. ويتم استخدام الصمام الثنائي لمنع التدفق العكسي للتيار ، عند إيقاف تشغيل الترانزستور. ينتج كل ملف محث EMF مساويًا ومعاكسًا عند إيقاف التشغيل فجأة ، وقد يتسبب ذلك في تلف دائم للمكونات ، لذلك يجب استخدام الصمام الثنائي لمنع التيار العكسي. تتوفر وحدة الترحيل بسهولة في السوق مع جميع دوائر السائق الخاصة بها على اللوحة أو يمكنك إنشاؤها باستخدام المكونات المذكورة أعلاه. هنا استخدمنا وحدة ترحيل 5 فولت

حساب درجة الحرارة باستخدام الثرمستور:

نعلم من دائرة مقسم الجهد أن:

_خرج V = (V _in * Rt) / (R + Rt)

إذن قيمة Rt ستكون:

Rt = R (Vin / Vout) - 1

هنا ستكون Rt مقاومة الثرمستور (Rt) وستكون R 10 كيلو أوم المقاوم.

تُستخدم هذه المعادلة لحساب مقاومة الثرمستور من القيمة المقاسة لجهد الخرج Vo. يمكننا الحصول على قيمة Voltage Vout من قيمة ADC عند pin A0 من Arduino كما هو موضح في كود Arduino الوارد أدناه.

حساب درجة الحرارة من مقاومة الثرمستور

رياضيا لا يمكن حساب مقاومة الثرمستور إلا بمساعدة معادلة شتاين-هارت.

T = 1 / (A + B * ln (Rt) + C * ln (Rt) ³)

حيث ، A و B و C هي الثوابت ، Rt هي مقاومة الثرمستور و ln تمثل السجل.

القيمة الثابتة للثرمستور المستخدم في المشروع هي A = 1.009249522 × 10 ⁻³ ، B = 2.378405444 × 10 ⁻⁴ ، C = 2.019202697 × 10 ⁷. يمكن الحصول على هذه القيم الثابتة من الآلة الحاسبة هنا عن طريق إدخال قيم المقاومة الثلاثة للثرمستور عند ثلاث درجات حرارة مختلفة. يمكنك إما الحصول على هذه القيم الثابتة مباشرة من ورقة البيانات الخاصة بالثرمستور أو يمكنك الحصول على ثلاث قيم مقاومة عند درجات حرارة مختلفة والحصول على قيم الثوابت باستخدام الآلة الحاسبة المحددة.

لذلك ، لحساب درجة الحرارة ، نحتاج فقط إلى قيمة مقاومة الثرمستور. بعد الحصول على قيمة Rt من الحساب المذكور أعلاه ضع القيم في معادلة Stein-hart وسنحصل على قيمة درجة الحرارة بوحدة كلفن. نظرًا لوجود تغيير طفيف في جهد الخرج يتسبب في تغيير درجة الحرارة

كود اردوينو

تم تقديم كود Arduino الكامل للأجهزة المنزلية التي يتم التحكم في درجة حرارتها في نهاية هذه المقالة. هنا قمنا بشرح أجزاء قليلة منه.

لإجراء عملية حسابية ، نستخدم ملف الرأس “#include " ولملف رأس LCD هو “#include " و “ #define RELAY 8 ” يستخدم لتعيين دبوس الإدخال لمرحل . يتعين علينا تعيين دبابيس شاشة LCD باستخدام الرمز.

#تضمن # تتضمن "LiquidCrystal.h" #define RELAY 8 LiquidCrystal lcd (6،7،5،4،3،2) ؛ // هذه بتنسيق مثل LCD (Rs ، EN ، D4 ، D5 ، D6 ، D7)

لإعداد المرحل (كإخراج) وشاشات الكريستال السائل في وقت البدء ، يتعين علينا كتابة الكود في جزء الإعداد الفارغ

إعداد باطل () {lcd.begin (16،2) ؛ lcd.clear () ؛ pinMode (الترحيل ، الإخراج) ؛ }

لحساب درجة الحرارة بواسطة معادلة Stein-Hart باستخدام المقاومة الكهربائية للثرمستور ، نقوم بإجراء بعض المعادلات الرياضية البسيطة في الكود كما هو موضح في الحساب أعلاه:

تعويم أ = 1.009249522e-03 ، ب = 2.378405444e-04 ، ج = 2.019202697e-07 ؛ تعويم T ، logRt ، Tf ، Tc ؛ تعويم الثرمستور (int Vo) {logRt = log (10000.0 * ((1024.0 / Vo-1))) ؛ T = (1.0 / (a ​​+ b * logRt + c * logRt * logRt * logRt)) ؛ // نحصل على قيمة درجة الحرارة بوحدة كلفن من معادلة شتاين-هارت Tc = T - 273.15 ؛ // تحويل كلفن إلى سلزيوس Tf = (Tc * 1.8) + 32.0 ؛ // تحويل كلفن إلى فهرنهايت إرجاع T ؛ }

في الكود أدناه ، يقوم الثرمستور الخاص بالوظيفة بقراءة القيمة من الدبوس التناظري في Arduino ، وطباعة قيمة درجة الحرارة عن طريق إجراء العملية الحسابية

lcd.print ((الثرمستور (القراءة التناظرية (0)))) ؛

وهذه القيمة مأخوذة من وظيفة الثرمستور وبعد ذلك يبدأ الحساب في الطباعة

تعويم الثرمستور (int Vo)

يتعين علينا كتابة الكود الخاص بحالة تشغيل وإيقاف الضوء وفقًا لدرجة الحرارة حيث قمنا بتعيين قيمة درجة الحرارة مثل إذا زادت درجة الحرارة عن 28 درجة مئوية ، فسيتم تشغيل الأضواء إذا بقيت الأضواء أقل. لذلك عندما تزيد درجة الحرارة عن 28 درجة ، نحتاج إلى جعل RELAY Pin (PIN 8) مرتفعًا لجعل وحدة الترحيل قيد التشغيل. وعندما تنخفض درجة الحرارة عن 28 درجة ، نحتاج إلى جعل دبوس RELAY منخفضًا لإيقاف تشغيل وحدة الترحيل.

if (Tc> 28) digitalWrite (RELAY، HIGH)، lcd.setCursor (0،1)، lcd.print ("Light status: ON")، delay (500)؛ وإلا إذا كان (Tc <28) digitalWrite (RELAY ، LOW) ، lcd.setCursor (0،1) ، lcd.print ("حالة الضوء: إيقاف التشغيل") ،

عمل نظام أتمتة المنزل المتحكم بدرجة الحرارة:

لتزويد Arduino بالإمداد ، يمكنك تشغيله عبر USB لجهاز الكمبيوتر المحمول أو توصيل محول 12 فولت. يتم توصيل شاشة LCD مع Arduino لعرض قيم درجة الحرارة ، ويتم توصيل Thermistor و Relay وفقًا لمخطط الدائرة. يتم استخدام الدبوس التناظري (A0) لفحص جهد دبوس الثرمستور في كل لحظة وبعد الحساب باستخدام معادلة Stein-Hart من خلال كود Arduino يمكننا الحصول على درجة الحرارة وعرضها على شاشة LCD بالدرجات المئوية والفهرنهايت.

نظرًا لارتفاع درجة الحرارة بأكثر من 28 درجة مئوية ، فإن Arduino يجعل وحدة الترحيل قيد التشغيل عن طريق جعل Pin 8 HIGH (حيث يتم توصيل وحدة الترحيل) عندما تنخفض درجة الحرارة عن 28 درجة ، يقوم Arduino بإيقاف تشغيل وحدة الترحيل عن طريق جعل Pin LOW. سيتم أيضًا تشغيل وإيقاف لمبة CFL وفقًا لوحدة الترحيل.

يمكن أن يكون هذا النظام مفيدًا جدًا في مشروع التحكم في درجة حرارة المروحة والتحكم في درجة حرارة التيار المتردد تلقائيًا.

تحقق أيضًا من العديد من أنواع مشاريع أتمتة المنزل باستخدام تقنيات مختلفة ووحدات تحكم دقيقة مثل: