Самодельный термостат с pid на "Ардуино" (здоровое питание diy, йогурт, темпе, натто)

[softm 2 300]

Пару слов как я делал єлектронику к самодельному термостату.

 

Взял следубщие запчасти:

• индикатор 1602
• Ардуино "Уно" (можно любое, но "уно" было)
• датчик Даллас Ds18b20
• исполнительная плата с парой реле

 

 

Написал программу, смысл которой в чтении показаний датчика, сравнении с эталонной температурой, и включением реле. Программа работает под древней версией "Ардуино" 1.0.6.(мне лично так удобней).

 

Программа она там в конце есть ссылка на архив.

 

Пока в виде макета оно валяется, приделаю в какой-то корпус то все ...

 

 

 

ПС. Почему и зачем? Точность датчика 0.1С. И мне надо держать одну температуру. А найти куда я запхнул термостат от аквариума я не смог. Но он где-то есть 100%

[kratmel 196]

На фото 1602 -85гр + Ардуіно Uno -215гр + реле-65гр + давач температури.

 

Як альтернатива - Терморегулятор W1209 - 95гр.

 

Хоча мені більше подобається китаєць REX C100, бо має автонастройку парамтерів ПІД регулятора.

З власного досвіду, замкнуті термоізольовані об'єкти легко нагріти, але важко (довго) охолоджувати.

І в більшості випадків перегрівати такі девайси навіть на незначну величину температури недопустимо.

 

Тому цікаво побачити результати регулювання за допомогою пропонованого автором регулятора (термостата) і процес налагодження його параметрів.

 

[Karmadon 1 091]

6 годин назад, kratmel написав:

замкнуті термоізольовані об'єкти легко нагріти, але важко (довго) охолоджувати.

 

Малесенький вентилятор поставити, щоб в середині повітря перемішував?

[Zalizovskiy 442]

Як любитель городити саморобки замість використання готових конструкцій згадаю про ще одну перевагу саморобок.

Вони гнучкі і придатні до розширення.

Єдиний момент, замість Arduino я в більшості випадків використовую ESP32.

Отож типовий кейс: потрібно гігрометр+термометр в сауну, щоб контролювати температуру і вологість в парилці. Беру ESP32+DHT21+OLED дисплей, програму пишу в середовищі Arduino. Все працює, усі задоволені. Проходить місяць-другий, полінувався бігати час від часу в сауну щоб перевірити "Натопилася чи ще ні?". Запустив на ESP-сі маленький Web-сервер, тепер показники доступні на веб-сторінці в локальній мережі. Ще через місяць, забувся відчинити кватирку в парилці, споруда не просохла вчасно. Додав Telegram-сповіщення про тривалу високу вологість. Тоді ж додав ще один датчик DS18B20, для вимірювання температури води в баку який гріється сонцем, на даху. Прийшла осінь, за нею зима. Сауна добре утеплена, але при тривалих заморозках може охолонути нижче нуля. Щоб не замерзла вода в ємностях, встановив 60Вт лампу розжарювання, яку вмикаю через твердотільне реле від тієї ж ESP-хи. Попутно повідомляючи зранку про це в Telegram.

Час від часу ESP-ха може зависнути, тому на NE555 городжу таке - https://github.com/mattbornski/Arduino-Watchdog-Circuit/find/master

Софтову частину не використовував, просто вставив в цикл реконекта WiFi команду ресету Watchdog.

Виникла потреба в барометрі - додав BMP180.

Захотів збирати статистику цього всього і віддалено вмикати лампу - додав MQTT. І так далі.

Це все на базі одного пристрою із мінімальними апаратними модифікаціями.

[kratmel 196]

1 година назад, Karmadon написав:

Малесенький вентилятор поставити, щоб в середині повітря перемішував?

Мав справу із маленькими і великими об'єктами. Вентилятор вирівнює температуру в об'ємі але пришвидшувати охолодження не допомагає. Особливо в добре утеплених камерах запікання порошкової фарби (велика маса нагрітих частин)

 

 

Змінено 5 грудня, 2021 користувачем kratmel

[kratmel 196]

1 година назад, Zalizovskiy написав:

Час від часу ESP-ха (Ардуінка) може зависнути...

Це напевно головна проблема таких схем.

Для прикладу - маю розроблену на Ардуінці систему рухомого упору для стрічкової пили, що приводиться в рух кроковим двигуном чи кроковим серво.

В базовому варіанті - все працює ідеально. Але це тільки на столі.

На реальному верстаті - все працювало до першого включення насоса охолоджувальної рідини - далі зависло і збились координати. Повністю забрати зависання і проблеми з Ардуїнкою вдалося лише повністю гальванічно ізолювавши її.

Тобто по живленню, входах і виходах. В результаті бажана економія на використанні такого рішення  зійшла нанівець.

 

Так система нормально працює зараз, але повторювати її для іншого верстата я не став. Поставив промисловий контролер і все запрацювало зразу після встановлення на верстаті. 

 

[Karmadon 1 091]

З практиком не посперечаєшся, я розмірковую чисто теоретично.

Датчик жеж не встановиш біля нагрівача, тому теплому повітрю треба певний час, щоб за допомогою конвекції він дійшов до датчика, от я цей час і пропоную зменшити за допомогою вентилятора.

Чи я не правий?

[Zalizovskiy 442]

, kratmel написав:

Це напевно головна проблема таких схем.

Звичайно ж слід оцінювати вартість відмови подібної самодіяльності.

В моєму випадку максимальним збитком буде розтріскування бочки з водою, якщо різко вдарить мороз. Але тої води небагато і зазвичай в морози її там не тримають.

Щодо стабільності, в моєму випадку апаратний Watchdog повністю вирішив проблему. Єдиним гемороєм залишилося зберігання констант, які вираховуються в процесі роботи. Їх або в зовнішній flash зберігати (а вона теж не вічна, тобто привіт FRAM), або передавати назовні (що я і роблю по MQTT).

[kratmel 196]

, Karmadon написав:

от я цей час і пропоную зменшити за допомогою вентилятора.

Якщо зразу після включення нагріву - перемішувати повітря вентилятором то буде фактично однакова температура по об'єму. І рости вона буде відповідно. Без примусового руху повітря - встановиться якийсь режим природньої циркуляції.

Просто виключивши нагрів в момент коли температура досягне бажаної - матимемо перерегулювання бо нагрівач не вистигає миттєво. Тут або бавитись із зменшненням потужності нагріву при досягненні певної температури, або застосовувати ПІД регулятор який треба відповідно налаштувати.

 

 

 

 

[kratmel 196]

, Zalizovskiy написав:

зберігання констант, які вираховуються в процесі роботи.

Ось саме тому промислові ПЛК мають батарею. І все це живе в RAM.

Я не пригадую чи плата RTC для Ардуінки не має вбудованої пам'яті, що  підтримується батарейкою...

[Zalizovskiy 442]

, kratmel написав:

Я не пригадую чи плата RTC для Ардуінки не має вбудованої пам'яті, що  підтримується батарейкою...

Популярний Arduin-івський модуль DS3231 і його старший брат 1307 мають окрему 24С32 і все. Звичайно ж, якщо туди постійно писати наприклад константи PID, які постійно оновлюються, флешки вистачить на місяць-два.

В інших саморобках я використовував оце -  https://www.aliexpress.com/item/1005003077716200.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.4e7d571bPj9Oma&algo_pvid=ae02b75e-bd4b-44d9-986c-ce4c00977bd5&algo_exp_id=ae02b75e-bd4b-44d9-986c-ce4c00977bd5-1&pdp_ext_f={"sku_id"%3A"12000023914117862"} 

...вкупі із оцією бібліотекою  - https://github.com/systronix/Systronix_MB85RC256V

Працює вже кілька років, вміст оновлюється раз в кілька секунд.

[Олек77 190]

Маю думку, що вибір алгоритму регулювання залежить від об'єкту.

Скажімо, для нагріву баку з водою, коли теплоємність об'єкту значно перевищує теплоємність нагрівача, частіше за все вистачить і просто позиційного регулювання, або, якщо потрібно дуже точне підтримання температури - регулювання пропорційним алгоритмом, з плавним зменшенням/збільшенням потужності поблизу точки уставки. ПІД-регулювання буде для такого випадку явно надлишковим.

[kratmel 196]

, Олек77 написав:

ПІД-регулювання буде для такого випадку явно надлишковим.

Тим власне мені і цікавий допис автора теми.

Інакшого способу зменшити потужність нагрівача окрім "повільного" ШІМ (PWM) у автора нема - на фото бачимо тільки реле.

А як себе поведе алгоритм із гістерезисом в замкнутому об'ємі - питання експерименту.

Добавляти SSR і "швидкий" ШІМ - то подальші експериментальні дослідження.

 

Тому моя думка - релейний вихід для такого об'єкта потребує ПІД алгоритму.

Маючи можливість плавно регулювати потужність можемо бавитись із іншими способами регулювання.

 

[softm 2 300]

Ок, собрал, протестировал

Вылет первого цикла 0,25С. начиная со второго цикла  - 0.12С..

Мощность нагревателя - 20Вт (4*Ф0.4 нихрома около 3.5 метров).

Емкость камеры макс - 9.5л. 280*280*120

Емкость для тестирпования-  1.5 л (воды с начальными 23С)

Выход в режим - 22 минуты

Толщина изоляции - 40 мм экструдированного пенопласта

--

 

Коробка такая

 

 

Внутри

 

 

Больше слов зачем это, вот тут.

 

 

 

[Олек77 190]

46 минут назад, softm сказал:

Вылет первого цикла 0,25С. начиная со второго цикла  - 0.12С..

Похоже, алгоритм все-таки ПИД?

Хотя, при таких раскладах, температура в емкости в режиме нагрева догонит температуру "воздушной бани" только часов через 5-6, если холодную воду залить.

Но да, держать температуру внутри гастроемкости должно с таким теплоаккумулятором даже точнее, чем погрешность датчика.

[softm 2 300]

1 година назад, Олек77 написав:

Похоже, алгоритм все-таки ПИД?

Хотя, при таких раскладах, температура в емкости в режиме нагрева догонит температуру "воздушной бани" только часов через 5-6, если холодную воду залить.

Но да, держать температуру внутри гастроемкости должно с таким теплоаккумулятором даже точнее, чем погрешность датчика.

 

Я выложил на блоге текст программы с использованными в 1.0.6 версии "Ардуино" библиотеками.  Функция просто - сравнение, обработка от "далласа" не происходит, гистерезиса то есть - нет.

 

По технологии туда надо "комнатное" ставить. 23С где-то у меня.

 

[Олек77 190]

10 минут назад, softm сказал:

Я выложил на блоге текст программы с использованными в 1.0.6 версии "Ардуино" библиотеками

Не-не, Ардуинки, их программки - это не ко мне - совсем не Копенгаген.

Да, в таком варианте можно и "комнатное" двухпозиционное ставить - емкость все сгладит.

[Stebium1 3 389]

8 часов назад, Karmadon сказал:

З практиком не посперечаєшся, я розмірковую чисто теоретично.

Датчик жеж не встановиш біля нагрівача, тому теплому повітрю треба певний час, щоб за допомогою конвекції він дійшов до датчика, от я цей час і пропоную зменшити за допомогою вентилятора.

Чи я не правий?

Для этого Арсен и ситавил слабый нагреватель, чтоб конвекция успевала донести до датчика. 

 

4 часа назад, softm сказал:

Выход в режим - 22 минуты

Не то выход воздуха, выход среды будет в течении суток, если сразу не дать нужной температуры. 

[softm 2 300]

Распределили 0,9 л продукта по баночкам. Запустил тест на 38С.

 

 

Подъем/опускание температуры жидкости приблизительно 3..4С в час. Вылет воздуха составляет около 0,4С. 

 

Пид пока не приделал, в виде библиотеки для Ардуино 1.0.6 он есть, правда с ошибкой, но если ее исправить все ок работает.  Как исправить есть у меня на блоге ))

[ttnd3d 1 706]

А головний апарат також буде керуватися ардуїнкою? 

;-)

[softm 2 300]

, ttnd3d написав:

А головний апарат також буде керуватися ардуїнкою? 

;-)

 

Не понял вопроса))

[softm 2 300]

Вторая версия прошивки, приделана кнопка для выбора 32С/38С по кругу

 

вот тут написал пару слов про обработку прерывания в Ардуино "Уно" и про то, что делаю. Исходные тексты программы и всех библиотек прилагаются там же.

 

 

Внутри прошивки есть "пид", но не активированный, компилируется ... настраивать надо три параметра kp ki kd ... кто хочет може попробовать. 

 

Также каждый 10-ть циклов инициализируется индикатор 1602, бо подвисал (!), вероятно от ЭМИ помехи...  термостат работал, а индикатор выводил пургу. Ну и следует учесть что я проводами то все подключил длинными. Правильно конечно развести плату и сделать аккуратно.

 

Йогурт уже два раза делали, второй раз из вторички, а не бактериальной закваской.

Темпе только запустил. Кратко как сделать есть по той же ссылке сверху.

 

Надеюсь кому то полезно будет то все прочитать...

[ttnd3d 1 706]

16 годин назад, softm написав:

 

Не понял вопроса))

Закваска буде в термокамері вигріватися. Малувато її, правда, на перший погляд.

А самогонний апарат вручну буде підтримуватися в потрібному режимі? 

)

[softm 2 300]

4 години назад, ttnd3d написав:

Закваска буде в термокамері вигріватися. Малувато її, правда, на перший погляд.

А самогонний апарат вручну буде підтримуватися в потрібному режимі? 

)

 

Делал йогурт, и сейчас делаю темпе)))

[ttnd3d 1 706]

4 години назад, softm написав:

 

Делал йогурт, и сейчас делаю темпе)))

Тююююю. Так не інтересно )))