Нужен совет по сушилке на ардуино

Всем привет.


Меня попросили сделать сушилку для грибов, вернее управление для нее. Почему ее надо делать, а не купить, не спрашивайте, я спросил, мне сказали, что покупная есть и ее объема не хватает.


Техзадание представляю так. Шкаф с сетчатыми полками, продуваемый снизу вверх. В шкафу снизу тепловентилятор. Питание на него подается через устройство, контролирующее температуру внутри в течение заданного времени. При сушке грибов на несколько часов поддерживается температура около 60 ºС. Для фруктов, ягод и трав не выше.


Первое, что пришло в голову – розетка с таймером и терморегулятор из Китая. Так не интересно, потому что просто и без ардуины, а мне хочется опыт и занятие.


Второй вариант – устройство на ардуино. Основа видится так: ардуино с датчиком температуры, программным таймером, двумя дисплеями из семисегментных индикаторов и реле для управления нагрузкой.


В общем-то с этого места можете предлагать свои соображения, т.к. эта статья будет для обсуждений.


Меня интересует несколько вопросов.


1. Может ли изоляция провода датчика DS18B20 длительно выдерживать температуру 60 ºС? Думаю да, но, может, у кого-то есть опыт. DS18B20 выбрал, потому что его не надо калибровать в отличие от обычных терморезисторов.


2. Количество и место размещения датчиков. Температура воздуха понижается снизу вверх, и добиться однородного по температуре потока не получится в любом случае. Интуиция подсказывает, что достаточно одного датчика, установленного посередине шкафа. Потому что, допустим, в середине будет 60 градусов, внизу 70, а вверху 50.


Связанный с этим вопрос. Какой будет разброс температуры, как его предсказать и можно ли регулировать, изменяя скорость вентилятора, например?


3. Регулирование мощности нагрева. У бытового тепловентилятора обычно два тэна по киловатту. В интернетах пишут, что для сушилки достаточно 500 Вт, но, используя калькулятор для расчета калориферов, я получаю 1000-1200 Вт в зависимости от температуры на входе и потока вентилятора.


Мне кажется, что регулирование температуры в продуваемом шкафу путем простого включения/отключения нагревателя по гистерезису – не самое эффективное решение. Объем шкафа сравнительно небольшой, и вентилятор быстро продует его, до какой бы температуры не прогрелся воздух перед этим. Соответственно, и после включения нагревателя температура очень быстро восстановится. Как можно реализовать более плавную схему работы?


С двумя тэнами без изменения напряжения можно получить три ступени регулирования: 500, 1000 и 2000 Вт. 500 Вт получаются, если включить тэны последовательно. В такой схеме придется использовать несколько реле для коммутирования тэнов и есть вероятность короткого замыкания, если подгорит контакт реле, стоящего между фазой и нулем. Как контролировать размыкание пока не гуглил. Приходит в голову измерять ардуиной напряжение в опасной точке через оптопару или резистор с диодом.


Задача со звездочкой. Хотелось бы реализовать плавное регулирование мощности, но в этой теме я не ориентируюсь. Беглый поиск выдает симисторные схемы. Буду рад комментариям по поводу схем, управления ими с ардуино и защите от помех сети и самого ардуино. Как думаете, стоит ли рассматривать регулирование скорости вращения вентилятора? И вообще нужно ли плавное регулирование мощности?


Любые комментарии и замечания.


Чтоб понимать. Я не электронщик, но ТОЭ изучал, паять умею. Ардуино на уровне «взять готовый код и допилить под себя»

1
Автор поста оценил этот комментарий
простите, но включение и отключение нагревателя - это и есть управление мощностью. всего-навсего осталось определить законы, по которым это управление работает. и что-то паять, когда у вас мощный контроллер уже в системе - моветон.
органы индикации и управления вы уже прицепили. с их помощью задаете, скажем, 20% мощности. теперь следите за руками: ардуина включает реле на двести миллисекунд, потом держит его выключенным восемьсот миллисекунд, включает на двести миллисекунд, выключает на восемьсот и т.д.
что мы получаем, как не регулирование мощности?
теперь добавим к этому пропорциональную часть:
датчик температуры у нас в системе тоже уже имеется. меряем температуру, вычитаем ее из заданной (60 градусов), разность умножаем на коэффициент максимальной мощности и на какой-нибудь еще коэффициент, чтоб показаться умнее:
при начальном включении имеем (60-20)*0.2*0.017=0.136 - задание для регулятора мощности, который мы уже знаем, как строится
при нагреве воздуха, скажем, до 50 градусов:
(60-50)*0.2*0.017=0.034
в пересчете на двухкиловаттный тэн это будет 272 и 68 ватт соответственно.
коэффициент 0.017 в данном случае я взял с потолка, приведя ошибку температуры (разность между заданной и измеренной) к температуре заданной. вы можете изменить этот коэффициент так, чтобы, например, при ошибке температуры больше 20 градусов в тэн будет вваливаться максимальная мощность.
тут возникает момент, что при большой разнице температур расчетное задание может оказаться больше, чем то ограничение, которое мы ввели на первом этапе. значит, после расчета задания добавим условие, по которому все, что больше заданного ограничения, просто отсекается.
мы получили пропорциональный регулятор. для ваших целей его вполне хватит. его минус - он может неприятно шуметь нагревателем. чтобы шум стал гармоничнее, я бы добавил интегральную часть. это когда ошибку мы считаем не за один период регулирования (согласно началу коммента, период равен секунде), а, скажем, определяем оконным (скользящим) фильтром за 16 периодов.
как видите, ничего сверх уже запланированного паять и собирать не нужно. желательно лишь усвоить курс ТАУ (теория автоматического управления), либо почаще консультироваться с кем-нибудь
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

ясно. спасибо

1
Автор поста оценил этот комментарий

тен имеет тепловую инерцию.

если тен мощьностью 1000 ватт включать 30 раз в минуту на одну секунду , то количество тепла которое он будет производит будет равно 500 ватам .


есть готовые контроллеры нагрева которые умеют ПИД , можешь взять готовое.


хочешь сам сделать контроллер - тоже вариант.


ШИМ регулировка для тенов достаточно хороша.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

а включение при переходе через ноль, оптопары и вот это вот все?

показать ответы
Автор поста оценил этот комментарий
не собирать. писать. раз есть ардуина, значит, ее и надо нагружать подобным
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

собирать и паять. опять отвечаю. ардуина сама по себе мощностью управлять не может, а может только включать и отключать нагреватель.
если у вас другие соображения, или я что-то не понимаю, охотно послушаю

показать ответы
Автор поста оценил этот комментарий
включил на четыре периода сети, выключил на шесть периодов - вот тебе примерно сорок процентов мощности. тепловая инерционность тэнов такова, что тепло будет выделяться практически равномерно
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

это понятно. но это тоже паять надо. или я не прав? я не против паять. просто что толку с комментария типа "надо пид-регулятор написать", если на практике этот регулятор нужно еще и паять и вариантов схем больше одного

показать ответы
1
Автор поста оценил этот комментарий

Автор, обязательно добавь термореле градусов на 100 в разрыв тена! Этим ты серьезно обезопасишь себя от проблем с прошивкой.

Датчиков я бы поставил несколько, просто на случай отказа. Да и стоит продумать ряд таймеров безопасности.

Для управления нагрузкой нужен просто SSR с детектором перехода через ноль. В принципе SSR это просто связка из оптосимистора и силового симистора, оптосимисторы бывают с дополнительной схемой детектора перехода через ноль, то есть они включат силу только в момент перехода, что убирает броски тока на ключе.

Для управления нагревательными элементами управление по фазе совершенно не нужно (что делают обычные диммеры для света), т.к. система довольно инерционна. Из-за чего кстати можно вообще ПИ-регулятор применить.


А вообще на том-же алиэкспрессе во всю продают готовые терморегуляторы "промышленного" класса (ну как минимум формат модуля такой).

Иллюстрация к комментарию
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

вместо дополнительного защитного термореле планировал обойтись штатным термостатом на обогревателе.

Автор поста оценил этот комментарий

Чтобы уменьшить потребление делайте рециркуляцию воздуха. Подогретый воздух можно повторно подавать, немного подмешивая свежий (в начале сушки чуть больше, потом меньше). Хватит 40 Вт лампочки как нагревателя и всё.

Чтобы продукты сушились нужно их обдувать потоком воздуха, для этого вентилятор внутри и термостат.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

ориентировочно за одну загрузку сушим десять килограммов грибов. десять килограммов после сушки дают один килограмм продукта. сушка занимает около 10 часов. примем, что мощность постоянна и равна 500 Вт. Получаем 5 кВтч за одну сушку. при цене 4 рубля за 1 кВтч получается 20 рублей. По-моему, нет смысла возиться с рециркуляцией, из-за экономии десяти рублей или меньше. Особенно учитывая, что сушить грибы будут на продажу и цена килограмма не меньше тысячи рублей.

а вообще я уже думал о рециркуляции, но оставил эту идею, посчитав затраты на электроэнергию

Автор поста оценил этот комментарий
вода куда будет деваться при должной термоизоляции? здесь нагрев нужен не ради тепла, а лишь для ускорения обезвоживания. всяко надо либо сдувать воду вместе с теплым воздухом в окружающую среду, либо ставить в камере какой-то холодный конденсатор
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

термоизоляция нужна скорее для защиты самой камеры сушилки. ее же слепили из того что было. ну, ее пока не слепили, строго говоря, но вы поняли. дерево нагревается, сохнет, добавляет грибам ароматов, пластик тем более.
а так в шкафу вверху отверстие. туда все равно все вылетит

Автор поста оценил этот комментарий

это алгоритм , его не паять , его писать.

именно он будет заботится о поддержании температуры.


https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%98%D0%94-%D1%80%D0...

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

если ничего не паять, то управлять я могу только временем включения тэна. я написал в посте, что это мне кажется не эффективным. если пид-регулятор должен регулировать тепловую мощность, то паять надо, и не просто регулятор, а который можно привязать к ардуине

показать ответы
1
Автор поста оценил этот комментарий
Я у мамы инженер, вот мои предложения:
- для регулировки температуры тэна использовать диммер (готовый, из магазина) с прикрученным к нему сервоприводом.
- для коммутации силовых цепей использовать пускатели, положение можно определять по контрольным или свободным контактам.
- для более равномерного распределения температуры в шкафу использовать вентилятор(ы) циркуляции воздуха в шкафу.
- датчики температуры разместить на разных уровнях, не менее трех. Температуру определять по наибольшему показанию.
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

- лепить сервопривод на диммер не комильфо.

- пускатели слишком большие. один ещё можно было бы, но для схемы с произвольным включением тэнов надо не меньше четырех.

- три датчика, пожалуй, многовато. для надёжности хватит двух

3
Автор поста оценил этот комментарий

два волшебных слова

PID пропорциональное интегральное диференциальное

SSR твердотельное реле

меряй все таки на выходе из тепловентилятора  ,

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

эти слова я слышал. в принципе понимаю, что это. но волшебное слово пид, например, ничего не говорит, на чем его собирать

показать ответы
3
DELETED
Автор поста оценил этот комментарий
Нахрена Ардуино да ещё и с дисплеями? Поставь одну есп и управляй с телефона.
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

в моем случае не годится, да и есп принципиально не облегчает решение вопросов, связанных с измерением температуры и регулированием мощности

2
Автор поста оценил этот комментарий
1. 60 градусов - не температура. должен терпеть любой монтажный провод. есть опасения - меняйте провод на фторопластовый, например, МГТФ
2. абстрактная конструкция анализу не поддается. сделайте ящик, на нем и поэксперементируете
3. проще и надежнее всего - симистор, отвязанный от ардуины оптопарой с включением при переходе через ноль. есть и готовые твердотельные реле, реализованные именно на этом.
ардуина же позволит реализовать пид-регулятор, раз вам релейного мало. он же и плавное регулирование обеспечит

ЗЫ по поводу градиента температуры с высшей точкой 70 градусов - поинтересуйтесь у заказчика, допустима ли такая температура для грибов. как бы они не сварились...
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

заказчики мои родители, так что им в целом не важны детали, но жареные грибы, конечно, и им не нужны. разброс в десять градусов я взял для примера. натурные испытания мне не доступны, так как родители в другом регионе и сушилка будет там, а я тут. но попробовать сделать макет из коробок и сырых носков наверно можно будет

показать ответы
Автор поста оценил этот комментарий

какое оборудованние в наличии ?

какое доступно?

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

делаю на интерес же, поэтому доступно практически любое оборудование, которое можно купить или собрать в общей сложности тысячи за четыре.

сейчас в наличии Ардуино, датчик температуры, обычные голубые релюшки на пять вольт, пара дисплеев.

показать ответы