Hackaday.io上的树莓派项目-R'lieh - 水族馆/封闭式生态系统管理
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Hackaday.io上的树莓派项目-R'lieh - 水族馆/封闭式生态系统管理
关于项目
项目描述：R'lieh 代表"远程位置智能生态系统处理程序"，不要与沉没的 R'lyeh 城市混淆。它是一个连接的平台，用于自动管理封闭的生态系统，如水族馆、温箱或池塘。系统必须处理的主要参数是光和温度。系统监测水温，并尝试调整所需的水温。还必须按用户编程打开和关闭灯。如果可能的话，我想监测尽可能多的参数，如pH，GH，KH，电导率，硝酸盐，溶解氧，二氧化碳等...然而，这些参数的传感器是有点昂贵，所以我仍在寻找其他传感器。稍后，我计划添加一个系统，以自动化水的变化，与近位泵。我也想做一个自动进给系统。通过自动化所有内容，我们可以优化系统的资源消耗，使系统只绘制所需的内容
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项目详情
水族馆和温箱可被视为封闭的生态系统。问题是它们不能正常工作。一个人可以创造一个非常封闭的生态系统，但很少的动物，和特定的物种。让我们再次关注正常的水族馆。在这些，人们想要有许多五颜六色的动物。问题是，你的动物多，污染就多。
问题是这种污染对大多数动物都是有毒的。这是非常危险的，因为它可以杀死动物，它们的尸体会产生更多的毒素，并杀死更多的动物。
另一个问题就是鱼会产生二氧化碳，需要氧气来呼吸。总之，这是由水族馆的主人，以确保水是适合动物。
改善水质的一个解决方案是拥有真正的植物，因为它们消耗动物粪和碳二恶英。有了足够的植物，动物污染的影响可以大大减少。植物需要大量的光，和一些营养物质，其中一些可以从动物废物获得。
请记住，我这里有一点原理图，以保持事情简单，但这是一般的想法。
那么，这里有什么问题呢？拥有一套好的灯光和足够的植物，我们应该没有问题，对吗？
嗯，事情往往没那么简单。事实上，光之少，棕色藻类会殖民你的坦克，"好"植物会死掉。光线太多，你就会得到绿藻。浪费太多，你又会有另一种藻类了即使有合适的光量，你不得不打开和关闭它，否则，水箱的居民最终会有问题（大多数鱼不能闭上眼睛）。
总之，第一个问题就是你必须控制照明才能有正确的强度和正确的照明。大多数时候，问题是水族馆没有足够的足够强的灯（或质量差的灯），所以为了解决这个问题，没有奇迹般的解决办法。我们将使用强大的灯光。然而，当获得所选技术时，灯光越强大，其消耗的功率就越强。此外，强大的灯光会产生热量，对水族馆有害（我们稍后将讨论温度问题）。
有了更强大的灯光，我们浪费了更多的电力，因此我们必须确保灯只打开，只要它是必需的。
为此，此项目包括一个自动处理灯光的系统。事实上，手动控制意味着你可以忘记打开灯，给植物带来一些问题，或者忘记关掉它，让藻类生长和浪费能量。
因此，Rlieh 的第一个功能是管理灯光。它必须能够打开和关闭它，设置一个时间来打开它，并关闭（或一个时间打开它和持续时间），理想情况下，它应该允许我们让它褪色它打开和关闭，复制太阳升起和设置（这是较少的压力的居民）。然而，人们可能想看看坦克里的东西进行维护，我们必须能够为此打开灯。因此，系统应该能够覆盖当前的光状态，一段时间后自动关闭，以防止用户忘记将其关闭。
1 X 树莓派
2 X DS18B20
3 X 80 毫米 PC 风扇
1 X 提示120
1 X 220V 继电器
3 X 氟电容灯泡
1 X 5630 LED 条
1 × ATmega328p
在上一篇文章中，我们看到了多氯联苯。我现在已经组装了几个，并测试了它。董事会上犯了一些错误，从工厂开始，一个新的修订版正在进行中。但是，这些板仍然工作，下面是它的外观，一旦程序集完成：
您可以看到左侧的两个系统，控制两个输出通道（默认情况下，灯，但可用于风扇，或任何可以使用 PWM 控制的直流系统）。
2 个引脚锁连接器与 mosfet 的输出（每 mosfet 4 个连接器）绑定，3 个引脚锁连接器与 arduino GPIOs 绑定。在顶行上，有 4 个连接器 -3pins - 与同一 GPIO D2 绑定，具有上拉 4.7k 电阻。这些用于临时探头（DS18B20 或类似）。D3 和 D5 控制 mosfet，所有其他 PWM GPIOs 在其他 3 个引脚连接器上分解。在底部，2 个模拟引脚也在同一连接器上断开，具有相同的引脚。
扩展 1 连接器可分解其他数字引脚，以及屁股接地和 +5V。
右上是 I2C RTC 模块，下面是 4 个用于 I2C（GND、VCC、SDA 和 SCL）的连接器。其中一个连接器用于液晶屏，其他连接器可用于任何。第二个 6 引脚连接器 （扩展 2） 将其余 4 个模拟引脚以及 +5V 和接地断开。标有 5Vin 的 3 针连接器连接到 arduino 的 +5V，可用于提供 5V 或收集 5V 以进行其他应用。最后有2个其他连接器可见：一个红色的2针连接器和一个锁定的2针一个旁边。锁定一个是DC in，它是由莫斯费斯切换的电流，所以它可以相当高。
但是，如果在红色连接器上使用跳线，则使用的张力必须限制在 12V 之间，因为它也会被送入 arduino 线性稳压器。它可以承受多一点取决于负载在5V，但官方文档指定把7-12V在那里。因此，您可以驱动 12V 并用它为 arduino 供电，或者提供外部 5V，并通过莫斯费斯驱动更高的张力。这与 mosfet 输出具有相同的引脚，因此，如果将错误的电缆插入错误的位置，不会造成损坏。有最后一个连接器，不能看到这张图片，在arduino后面，再次一个2针跳线连接器。打开跳线后，它将电容器连接到复位引脚，以防止串行连接上自动复位。如果被移除，重置将正常工作，因此可以正常编程 arduino。
Rlieh 现在有一个真正的 PCB， 而不是它包含所有必需的组件，并打破了许多 GPIOs：
此板还具有用于未使用的连接器的扩展连接器，以及用于启用或禁用 arduino 稳压器电源槽或禁用串行自动复位的跳线。
PCB 约为 5*7cm，每个角落都有 M3 孔。这与 5*7 perfboard 的占用空间和修复孔相同，因此可以用作原板的放置式替换，并使用相同的在下面的图片中，您可以看到板的背面（中间的） ：
我做了一个盒子的液晶屏和按钮，打印出解放军。以下是我的打印床上的结果：
在下一张图片中，有一个 Raspi 零大小比较：
LCD 从背面安装，用 3mm 短螺钉固定。按钮从前面插入，用螺母固定。
一旦液晶屏连接（使用 I2C，因此只有 4 根电缆：电源、接地、sda 和 scl），系统就可以打开电源：
在这里，它打印第一行（开/关）上第一个灯的状态。在第二行，它打印它在做什么（打开或关闭），因为打开或关闭不是瞬时的，而是渐进的，需要一些时间。因此，我想知道它是在打开或关闭的过程中。长起落，它可以帮助。第三行显示空气温度和水温
然后，最后一行打印时间和日期（法语格式）
现在，只有顶部按钮执行任何操作：它强制灯打开或关闭（逐渐，但比正常淡入/出时间快）。代码中存在一个重写变量，一段时间后，将恢复正常的光状态。如果它关闭，我按下按钮，它会迅速淡入，并保持5分钟（这是我的设置）。然后它淡出。如果您在打开时覆盖， 它会做同样的事情， 虽然我会改变它， 直到它保持关闭， 直到下一个正常灯淡入。事实上，如果我在打开时将其关闭，可能是因为我想早点睡觉，所以，它应该停留超过5分钟。温度由两个 DS18B20 探头提供，时间由小型 RTC 模块提供。
这个项目已经相当长一段时间没有进展了，所以我决定做一点工作。计划的功能仍然计划， 但正如我在上一篇文章中说的， 我使 arduino 基础模块独立。这样，如果有一个树莓派连接，先进的功能是可用的，但如果没有，它仍将工作，并做它的工作。
因此，我做了一个简单的模块，能够读取温度从两个DS18B20探头，一个空气温度，另一个水温，并控制水族馆的灯光。使用 TIP120 为 12V 带带提供电源，并使用 PWM 控制它。有一个 RTC 模块来跟踪时间，还有一个用于打印信息的 I2C LCD。因此，到目前为止，它做什么：
在 LCD 上读取和打印空气温度;
读取和打印水温;
打印时间和日期;
自动打开灯：
可以及时设置;
可以设置灯光在持续时间内淡入淡出;
自动关闭灯
可以设置关闭时间;
灯淡出持续时间可以是 se
当前设计中最多支持 8 个温度探头;
计划两个独立的输出，每个输出都有PWM。
这是自动化系统功能的核心。但是，手动控制仍然是可能的，具有可覆盖可配置持续时间的自动设置的按钮。到目前为止，如果我在灯关闭时按下按钮，它会以比正常速度（但仍不是残酷的关闭过渡）淡入淡出 5 分钟。在此持续时间之后，它返回到正常状态（关闭）。
如果是灯亮起的时间，它会在相同的持续时间内快速熄灭。将来，我计划有不同的关闭覆盖持续时间。事实上， 如果它打开， 我想关闭它， 这可能是因为我想去睡觉， 没有水族馆灯在我的房间里。因此，一个较长的覆盖，直到下一个自然的"早晨"（如下一次当灯应打开）。
在断电的情况下，它运行程序的正常过程，根据时间打开或关闭（它不记得发出的覆盖命令，这些命令存储在 ram 中，因此在断电或重置时丢失）。
在所有情况下，消息都在 LCD 上打印，您知道指示灯是完全关闭、淡出、淡入或完全亮起的。LCD 背光也会随着灯光而转动。在下一个修订版中，我将添加一些按钮，这些按钮将用作接口来设置淡入淡出持续时间、开机和关时、覆盖持续时间等。我会保留快速覆盖按钮，但也添加一个小菜单可控制与一些其他按钮。
代码中的所有内容都是非阻塞的，因此我不必使用中断。
下面是接下来的步骤：
添加更多按钮;
添加控制菜单;
灯关后使液晶背光关闭（LCD 背光灯亮起或关闭，因为它为 I2C 背光）;
具有关闭覆盖的不同值，或能够重写到下一阶段;
让系统打印两个多个温度探头，并能够为每个带接口而不是代码的探头分配标签;
重新集成以前编码的温度控制（根据温度打开和关闭风扇或设备）;
重新集成串行通信代码;
为 3D 打印或激光切割制作案例。
我以前使用串行通信槽 USB 与主节点交换数据。现在，我正在重新考虑这个。事实上， 我会尝试给 arduino 节点更多的自主性， 与 Rtc 来跟踪时间。这个想法是， 如果我想使用只是 Arduino 模块来控制系统， 我可以。
我保持 xml 通信协议通过 Usb 可用。但是，与其将此节点插入主节点（树莓派），我认为我将使其能够自行处理，并能够接收来自其他节点的订单。
然后，我会离开通过ESP8266从USB控制它的选项，直接连接，或者通过网络槽。
因此，我将有一个小而便宜的节点，能够自主功能，有可能通过物理界面（按钮，电位计等），或通过网络，从网络浏览器管理它。
我倾向于这种建筑，因为我正在做一些工作，另一个项目，Dhomochevsky，面向多莫学，家庭自动化，和智能家居，和Milapli，一个气象站的传感器网络。
考虑到水族馆控制器有很多传感器，我希望能够使用这些为其他两个项目，以及，而不是只是记录这个应用程序的数据。所有这一切都将是选项，我会寻找一种方法来创建某种Web服务，使信息可用。
无论如何，现在我在ESP8266的工作，我可能会做一个新的设计，这个水族馆控制器，当我得到这些wifi模块的窍。
我在 USB 控制板上取得了很大的进步。下面是原型的图片：
我使用的是AStar 32U4 微型， 从 Pololu作为 USB 接口。事实上，我计划使用一个裸露的 ATMega328p， 但这是便宜的 （在黑色星期五 5 美元）， 同时紧凑和保留常规 arduino 的主要功能.因为它是如此便宜，我决定使用它，而不是一个电路基于Atmega328p与电线串行通信去树莓派的串行端口。它使用户能够将本设备与任何计算机一起使用，前提是它有 USB 串行驱动程序。
我选择这个模型， 因为它很便宜， 我有一些躺在周围， 但任何 arduino 会做。
无论如何，这个小板有GPIOs连接到两个继电器，两个（也许3，以后）TIP120晶体管，3个DS18B20温度传感器（一个常规，两个防水）。继电器用于控制电源电流。第一个 TIP120 是通过 PWM 控制 LED 条的。第二个TIP120晶体管控制风扇，用于冷却水。第三个TIP120，如果使用，将控制TEC单元，用于进一步冷却水。
温度传感器用于监控水温和空气温度。我有两个水箱，所以首先我会监测两个水箱的温度，但稍后，第二个水温传感器将用于监测水冷器的温度。
到目前为止，这个单位将控制两个坦克，但后来我想有一个单位每个坦克。
所有这些传感器和效应器都通过串行控制。到现在来，我可以发送各种命令来打开和关闭照明，甚至淡入和淡出它。继电器只需打开或关闭，其状态可以通过串行端口进行监控（您发送"getRelay1Status"，并返回"开"或"关"）。额外的晶体管将控制通过PWM，因此占空比将设置通过串行。同样，可以探测每个晶体管的状态。最后，每个温度传感器可以通过串行探测（你发送 getWaterTemp1，并得到第一个防水传感器的读数）。
我主要在 Astar 上编写代码， 然后我会编写程序向设备发送串行命令。
我还计划在协议中添加一种方法来设置一些设置，如风扇将开始的温度，等等。
我正在考虑添加 RTC 时钟，以便设备可以处理自动打开和关闭灯，而无需主控制器。如果是这样，可以将设备插入计算机以设置一次，然后自动运行。然而，我想记录数据，有一个Web界面来审查和控制系统，所以我将连接到一个树莓派反正。然而， 我可以改为使用 ESP8266 的 wifi 连接。
现在，设备上看不到物理接口，因为我想将按钮、LCD 等连接到树莓派（或连接到设备的计算机）。
再见！
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Sen2020-08-24
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