Статистика
Время:
Зарегистрированных: 77416
Последним зарегистрирован: олегs
Рекорд посещаемости: 12585
Групп пользователей: 4
 Группы:
[Admin] [Cоучастник] [Автор] [Модератор]
 Сейчас на сайте
 Всего: 343
 Гостей: 323
 Анонимных: 2
 Пользователей: 18
 Зарегистрированные:
Quark_p smertel body998 олегs alex286 srg320 shixali Aries blaze VZH_79 Andrey Fox777 Driver_gv t56 _Hi_ Ranch vitalik_b violinist

> Разное -> Акваконтроллер рН-Redox/рН-Дозатор
URRI

Акваконтроллер рН-Redox/рН-Дозатор.

Хочу поделиться результатом своего познавательного творчества в автоматизации процесса регулирования и дозирования величины рН и свободного хлора (redox-потенциал) или рН и активного кислорода (ежесуточная дозация заданного количества).
Эти значения используются для поддержания качества воды в бассейне.
За основу взял алгоритм работы станции дозирования Poolcommander 1001

В итоге:
После различных экспериментов в желании оставить на свой взгляд только нужное, получилась не сложная в повторении схема,где основная функция возложена на МК и программу.


Программа.
В зависимости от показаний электродов и настроек, управляет двумя насосами дозаторами.
Отслеживает три датчика контроля:
1. Датчик потока.
2. Датчик уровня жидкости регулятора рН.
3. датчик уровня жидкости дезинфекта.
Информирует о различных видах тревоги и ведёт журнал работы. Простое ”ручное включение” работы любого насоса или ”остановка насосов”. На дисплей выводиться текущая информация, прошедшая сохраняется по заданному интервалу.

Сигнал тревоги.Сигнал тревоги выполняют красно/зелёные светодиоды.
Тревога вырабатывается из следующих событий:
1.Низкое значение (мигает красный). На LCD ”стрелка вниз”.
2.Высокое значение. (”стрелка вверх”)
3.Лимит дозы.
4.Бак с химией пуст.
5.Нет потока.
6.Нужна калибровка электрода (горит красный). На дисплее так же отображается вид тревоги. Зелёный светодиод "норма" (не мигает).


Жёлтые светодиоды
включение насосов. На дисплей выводится:
1.Мощность насоса в процентах.
2.Продолжительность работы в минутах.
3.Текущее количество химиката в миллилитрах.
Для дозатора:
1.Таймер обратного отсчёта времени в секундах.
2.Количество химиката в миллилитрах.

Верхняя строчка дисплея канал рН:
Информация регулятора рН- или рН+.
(рабочий режим)(рН: 7.23 Насос: 17%).
Нижняя строчка канал дезинфектора:
Redox по электроду или (Rx: 712mV Насос: 15м)
Дозатор по времени. (Др: 01:30 32400сек.).
Канал Redox блокируется, если с каналом рН что-то не так:
1. Идёт дозация рН. (рН: 6.95 Насос: 24%).
2.”Лимит дозы” (рН: 8.23 Лимит дозы).
3.”Бак с химией пуст” (рН: 7.87 Бак пуст ).
4.”Нужна калибровка” (рН: Нужна калибровка).
На дисплей выводится ”Ждите рН” (Rx: 698mV Ждите рН ).
Это сделано для того чтобы не было передозировки хлора.

Компоненты схемы:
TLC6482 имеет однополярное питание, вход-выход "Rail to rail", высокое входное сопротивление и ультранизкий входной ток.
После монтажа обеспечить высокую чистоту входных цепей микросхемы, чтобы исключить различные утечки и связи, которые будут влиять на показатели. Использовать экранированный кабель для подключения к электроду.

AGND является выход источника опорного напряжения REF3025.

ADC AD7705 в биполярном включении, с единичным усилением, аналоговой землёй подключенной к отрицательным входам, автокалибровкой полной шкалы и нуля.
Такая схема включения, позволяет измерить входное напряжение +-2.5В, с разрешением в 0.1 мВ.

RTS DS1307 тактируется (32768Hz таймер TCNT1) МК, который отмеряет рабочий интервал, тем самым синхронизируются часы с записями в журнал.
При отсутствии батарейки питания или не установки времени и даты, возможна некорректная работа устройства. Точность хода зависит от кварца.

FRAM FM25640 (FM25256 должна работать) имеет ограничение по количеству циклов чтение/запись в один триллион с сохранением информации не менее 10лет.
Поэтому, стало возможным сделать журнал постоянно записывающий показания: pH, Rx, час, минута, день, месяц, номер страницы и имеющий 1000 страниц.
(рН: 7.23 18:52 23.04)
(Rx: 778 стр.<238>)
С возможностью изменения интервала между записями. Журнал "барабанного" типа (после 999 страницы начинает затирать данные по кругу). Для изменения страницы нажать плюс/минус. При нажатии кнопки ”Выбор” происходит переходит между текущей страницей и нулевой.
Запись происходит сразу на две страницы, текущее значение и страницу заполненную нулями. Это для того, если происходит отключение/включение питания, страница с нулями остаётся. Длительностью паузы отключения будут две ближайшие страницы, поиск в журнале таких мест становится наглядней и быстрей. (обычно бассейн имеет интервалы работы по суточному таймеру) После очистки, журнал заполняется нулями.
Записи в журнал начнутся через 30 секунд после включения питания. Во время нахождения в ”Меню” записи не происходит, а первая после выхода, через полминуты.
Журнал полезен для настройки параметров работы, а также следить за работой устройства.

Кнопки управления.
Должны располагаться под дисплеем для удобства навигации по меню,порядок действий отображается на нижней строке дисплея.
Например: ( Канал Redox )
(назад далее выбор).

Остальные компоненты, не имеют каких-либо особенностей и могут быть заменены ближайшими аналогами.

Прошивка.
для МК ATmega32A. Делал в CV AVR V3.10. МК работает в режиме ”Idle”, с тактовой частотой 8.0мГц от внутреннего генератора. Также МК отслеживает провалы питающего напряжения и зависание программы более 2 секунд.

Ток потребления схемы: 130mА_DC, 100mА из которых подсветка LCD. От сети питания: 10mA_AC. с LCD.

Фьюзы для МК:
1- бит не установлен
0- бит установлен
...........
CKSEL0 -0
CKSEL1 -0
CKSEL2 -1
CKSEL3 -0
BODLEVEL -0
BODEN -0
SUT0 -0
SUT1 -1
CKPOT -1
BOOTRST -0
BOOTSZ0 -1
BOOTSZ1 -0
EESAVE -0
OCDEN -1
JTAGEN -1
...........


Калибровка АDC.
(удерживая кнопку плюс и включив питание, после отпустить)
Нажать кнопку Выбор, значение ИОН REF3025=2500.0mV
прописывается в EEPROM МК. Сделать после прошивки МК, один раз.
( in_ADCpH= 0.0mV )
( REF3025= 2500.0mV )
Подать на вход рН, контролируемый милливольтметром сигнал, в полторы, две тысячи милливольт и выравнить показатели, при помощи кнопок плюс/минус.
Выбор, больше не нажимать.
( in_ADCpH= 1500.0mV )
( REF3025= 2501.7mV )

На схему с МК есть плата в ”Layout 5.0” для CMD деталей.


Плата изготовлена из двухстороннего стеклотекстолита FR-4, методом ЛУТ. Для простоты изготовления обратная сторона покрывалась лаком ”PLASTIK-71”,
и после травления осталась целой (в Layout слой М1), используется как ”земля”(GND). В местах маленьких белых точек на плате(М2), сделать соединение с противоположным слоем (GND). Выделить зону ADC сплошной линией травления(М1). В местах отверстий под детали(М1), исключить возможность соединения с GND, путём зенкования фаски. На слое (М2), для зоны ADC, после монтажа выполнить экранирование.При печати в Layout, стороны (М2 и Ф) соединить чёрным цветом.


Правильно собранная схема (прозвонить все цепи и проверить указанные напряжения) начинает работу сразу: После прошивки, сброса по умолчанию и записи калибровочного значения ADC.


Для проверки работы надо сымитировать сигналы электродов. Для этого достаточно взять два переменных резистора 10-100кОм и подключить к цепи питания ADC +5В и GND. (подобно как регулируется контраст на LCD) средний вывод резисторов подключить к входам электродов на плате, после этого, при помощи контрольного милливольтметра (подключать между входом и AGND), проверить работу во всём диапазоне с различными настройками. Отслеживая работу по жёлтым светодиодам. 100% цикл работы насоса 50 секунд.
Например:
1% = 49.5сек.–не работает и 0.5сек.-работает.
В такой последовательности.

Вход в меню.
Из рабочего режима нажать кнопку ”Функция”. Нижняя строчка дисплея предлагает на выбор: вернутся ”назад”, переход в ”Меню” или ”Остановка насосов”.
( Остановка насосов )
(назад меню выбор)
Выбрать в ”Меню” нужный параметр при помощи кнопок плюс/минус, нажать ”Выбор” и если код доступа не активен, начнёт мигать символ на дисплее, теперь при помощи плюс/минус может быть изменена желаемая величина, для выхода нажать ”Выбор” один раз или ”Функция”. Выход из меню будет автоматическим через 10 минут, если ни одна кнопка не нажата. Для наглядности навигации по меню, сделан ”сдвиг LCD” вправо.

Меню.
состоит из четырёх основных подменю:
Канал рН.
Канал Redox/Дозатор.
Журнал.
Установки системы.
...........................................................
( Канал рН )
(назад далее выбор)
1.Заданное значение. (От 1рН до 13рН)
2.Тревога максимум. (От пункта 1 до 13рН)
3.Тревога минимум. (От пункта 1 до 1рН)
4.Насос максимум. (От пункта 5 до 100%)
5.Насос минимум. (От пункта 4 до 1%)
6.Зона пропорции. (От -2.0рН до +2.0рН)
7.Лимит времени дозирования. (От 10 до 600 мин.)
8.Калибровка значения рН. (+-1рН, изменение значения рН7)
9.Калибровка рН электрода. (Буфер 7,4 или 9)
....................
( Канал Redox )
(назад далее выбор)
1.Заданное значение. (От 100 до 1000мВ)
2.Тревога максимум. (От пункта 1 до 1000мВ)
3.Тревога минимум. (От пункта 1 до 100мВ)
4.Насос максимум. (От пункта 5 до 100%)
5.Насос минимум. (От пункта 4 до 1%)
6.Зона пропорции. (От 5 до 200мВ)
7.Лимит времени дозирования. (От 10 до 600 мин.)
8.Проверка электрода. (Буфер 475 или 650мВ.)
....................
( Канал Дозатор )
(назад далее выбор)
1.Дозатор. (включен/выключен)
2.Время включения. (Час, минута)
3.Объём бассейна. (От 1 до 150м/куб.)
4.Доза химиката. (От 10 до 500мл. на 10м/куб.)
Максимальное время дозирования 32400 секунды,
минимальное 1 секунда. Один раз в сутки.
....................
( Журнал )
(назад далее выбор)
1.Показать журнал.
2.Интервал записи. (От 1 до 60 мин.).
3.Очистить журнал.
....................
( Установки системы )
(назад далее выбор)
1.Задержка старта. (От 0 до 100 мин.)
2.Время и дата. (Час, минута, день, месяц, год)
3.Производительность насоса рН. (От 0.3 до 5.0 л/ч)
4.Производительность насоса дезинфектора. (От 0.3 до 5.0 л/ч)
5.Канал дезинфектора. (Редокс/Дозатор)
6.Код доступа. (Активен/Не активен, из трёх цифр от 0 до 9,
точка то же используется.)
....................

Остановка насосов.
Из рабочего режима нажать кнопку ”Функция”, после ”Выбор”.
(рН: 7.15 Остановка)
(Rx: 705mV насосов )
Сбрасывается нажатием кнопки ”Выбор”. Режим не запоминается в памяти и после отключения питания сбрасывается.

Ручное включение насосов.
Из рабочего режима нажать ”Выбор”. Выбрать канал и нажать ”Выбор”.
( Включить насос: pH )
(назад далее выбор)
Насос начинает работать с максимальной производительностью, на дисплей выводиться.(рН: 7.34 Насос:Рука)
Если измеряемое значение в норме, насос включается на минуту, (рН: 7.15 Насос: 60с) (режим полезен для проверки насоса) для редокс ещё при функции ”Ждите рН”.
Ручной режим заканчивается нажатием кнопки ”Функция” или по достижению заданной величины.

Задержка старта.
Запуск после включения питания.
На LCD выводится обратный отсчёт времени в минутах.
(рН: 7.34 Задержка )
(Rx: 678mV 15мин. )
Задержка нужна для того чтобы исключить ложные измерения, после включения оборудования бассейна.
Сброс: ”Выбор” или ”Функция”.

Зона пропорции.
Это числовая величина задает пропорциональный диапазон, который указывает, как должен работать насос в зависимости от показаний электрода. При приближении заданного значения, зона пропорции уменьшает мощность насоса, от максимум до минимум. Для рН, зона может быть отрицательной или положительной (задаёт направление регулятора рН). Если насос минимум и насос максимум установить в одно значение, зона пропорции не будет влиять на работу насоса.

Лимит дозирования.
Имеется ввиду ограничение времени дозировки в минутах. В распоряжении регулятора для установления заданной величины имеется максимальный данный отрезок времени. Если в течение этого времени не будет достигнута заданная величина, то регулятор, исходя из предположения о дефекте, подает сигнал и останавливает дозировку. Сбросить ”Лимит дозы”, может только Пользователь нажатием кнопки ”Выбор”.


Установки по умолчанию.
(удерживая кнопку минус и включив питание)
После отпускания кнопки, будет предложено сделать выбор, нет/да.
( Сброс настроек )
(выход выбор)
Сделать после прошивки МК или забыли код доступа. Также очищается журнал.

Датчики контроля желательны, но не обязательны. Можно понять по функции ”Лимит дозы”, которая также остановит дозирование.
(хотя в случаи с датчиком ”нет потока” произойдёт не нужная дозация,
чтобы избежать - делать визуальный контроль протока через электроды)
Если датчика контроля ”Нет потока” нет или он будет в будущем, в место него поставить перемычку. (”поток”- замыкание контакта геркона внутри датчика)
Эта функция имеет высший приоритет.
( Стоп: Нет потока. )
( 18:25:58 )
При отсутствии датчиков контроля ”Бак с химией пуст” перемычки не надо. (”пусто”- замыкание контакта геркона)
Пользователь должен сам разобраться из-за чего сработала функция ”Лимит дозы”. (закончилась химия или сломалось что-то)
Гипохлорит натрия (хлор) имеет свойство образовывать на дозирующем клапане пробку из белой ”субстанции”, которую надо удалять.
Соответственно уменьшается производительность насоса. В итоге: ”Лимит дозы”.

Подключение к бассейну.
Дополнительно нужно:
1.Два насоса дозатора, желательно перистальтического типа 1-2л/час, на 220Вольт и мощностью 5-10Ватт, вместе с арматурой для подключения к трубопроводу бассейна и ёмкости с химикатом. Мембранные насосы только с регулировкой производительности. В случае повышенной мощности использовать соответствующие симисторы.
2.Один рН-электрод. Хорошего качества.
3.Rx-электрод можно как зависимый так и не зависимый от рН, с рабочим диапазоном до 1000mV. В случае выхода электрода из строя, дозатор можно настроить под хлор. При использовании дозатора, электрод не нужен.
4.Буферные растворы для калибровки электродов.
5.Арматура для подключения электродов(а) к трубопроводу. Вариантов каждого, много. На выбор - что есть или что доступно (важно правильно установить свой вариант). Дополнительная информация в инструкции на Poolcommander или интернете.

Перед вводом в эксплуатацию.
Вода должна пройти водоподготовку:
1. Отфильтровать и нагреть до желаемой температуры.
2. Химические показатели довести до значений:
Для этого нужны ”индикаторные таблетки”: (ручной метод)
1.”Fenol Red” для рН: 7.0-7.4
2.”DPD1” для свободного хлора 0.3-0.5мг/л.
3.”DPD4” для активного кислорода 5-8мг/л. (по СанПин.)
И соответствующий тестер или альтернативный метод измерения выше указанных величин.


Ввод в эксплуатацию:
1. Установить время и дату.
2. Произвести калибровку рН-электрода. Нужны буферные растворы рН7 и рН4 или рН9, процесс не сложный, порядок действий отображается на дисплее и мало чем отличается от калибровки подобных систем. Дата удачной последней калибровки запоминается и выводится при входе в калибровку.
Допуск для электрода: рН7= +-50.0mV. UpH= от -50.0 до -62.0mV (многие рН-электроды имеют подобную характеристику).
Иначе будет предложено заменить электрод. При значениях ”рН: 0.00” или ”рН:14.00” будет выдан запрос на калибровку.
(рН:Нужна калибровка)
3. Произвести проверку Rx-электрода. Нужен буферный раствор 475mV или 650mV. Допуск для электрода +-50mV от указанных. Порядок действий выводиться на экран. При погружении электрода в буферный раствор на 1-2 минуты, происходит химическое очищение, которое позволяет вернуть характеристики в нужный диапазон, также для рН-электрода. Зависимый Rx-электрод без рН-электрода работать не будет и проверить его нельзя (только почистить).
При значениях ”Rx: 0mV” и ниже или ”Rx:1100mV” и выше, будет выдан запрос на проверку и остановлено дозирование.
(Rx:Нужна проверка. )
При использовании дозатора вход канала редокс остаётся свободным.
4. Установить производительность насосов, в соответствии с используемыми насосами (по умолчанию 1.5л/ч).
5. Установить электроды в установочную арматуру, подключить к блоку и включить оборудование.
6. Подождать пока показания перестанут меняться, установятся, до двух часов в режиме ”остановка насосов”.
7. Для редокс, установить в заданное значение, текущее показание на дисплее. Сделав перед этим тест на свободный хлор.
8. Тревожные значения установить на 50-100 мВ. больше/меньше заданного значения.
9. Сделать калибровку значения рН (при подключенных электродах установленных в арматуру бассейна и протоком воды через них).
Если значение на дисплее отличается от ручного метода измерения рН и Вы ему доверяете.
(из-за низкого качества электродов может быть паразитная связь в случаи с независимым Rx-электродом, будет влиять на показатель рН-электрода при подключенном Rx-электроде, в этом случае также можно ввести поправку, качество электродов снижается по мере эксплуатации)

Для канала дозатор: (если используется)
1. Включить дозатор.
2. Установить время включения. При применении суточного таймера работы бассейна, обеспечить рабочий режим во время дозирования. (дозирование произойдёт даже если таймер собьется с реального времени)
3.Ввести объём бассейна. Использовать это значение для увеличения/уменьшения количества содержания химиката в воде бассейна.
4.Рекомендуемая доза активного кислорода указывается на этикетке, которая находится на таре (600-800 мл. на 10 м/куб. раз в неделю или примерно 90-110 мл. на 10 м/куб. каждый день). Окончательная настройка находится по мере эксплуатации. Для этого примерно раз в неделю делать ручной тест на содержание количества активного кислорода в воде и используя настройки: Объём бассейна или доза химиката. Довести до стабильного желаемого уровня. При увеличенном количестве, отключать дозатор на несколько дней.
Если во время работы дозатора произойдёт отключение питания, то оставшееся время работы будет продолжено после включения.

Остальные настройки по умолчанию. (откорректировать при желании)


Код доступа.
Используйте для ограничения доступа к изменению настроек. При активации, введите свой код.
( Введите новый код. )
( . . . )
Для установки используйте плюс/минус и ”Выбор”.
( Новый код принят. )

В меню запрашивается при попытки изменить настройки.
( Введите код доступа)
( . . . )

При неудачном вводе на LCD ( Неверный код! ).
При правильном вводе, при изменении настроек, код больше запрашиваться не будет.
Удобно использование кода ”три точки”, трижды нажав ”Выбор”.
Забыли код - используйте сброс по умолчанию, после которого он не активен (предварительно ”сохранив” текущие настройки).

Для насосов используйте настройки: Насос минимум, насос максимум, зона пропорции, лимит времени дозирования.

Для правильной настройки используйте журнал, установив интервал записи в 1-2 минуты. По чередующимся данным не сложно понять как работало оборудование после включения, во время использования или долива в бассейн свежей воды. При работе насоса выводиться информация, о мощности, времени работы и количестве химиката, которые учитывайте при настройке. Если бассейн работает по суточному таймеру, установить рабочий интервал работы достаточным, для достижения заданных значений насосами дозаторами.

У момента включения/отключения насосов есть гистерезис, для рН и Rx, он одинаковый. Если заданное значение рН:7.20, для рН-, моментом включения значение рН:7.22, выключения рН:7.19. Для рН+, это рН:7.18 и pH:7.21. Насосы должны быть отрегулированы таким образом, чтобы текущее значение не было ниже (выше) заданного, более чем на 5. Для рН- рН:7.15 (для рН+ рН:7.25).
Также для редокс.

Термокомпенсацию не делал, потому что у бассейна есть свой термостат и обычная температура эксплуатации редко меняется.

В целях безопасности, перед использованием бассейна, (особенно детьми) делать ручной тест на соответствие химических показателей и температуры.


Практическое применение.
Результат такой же, как с ”Poolcommander 1001”.
Этой темой занимался для самообразования. Устройство вполне готово,
для любителей посидеть с паяльником.
Может подойти для систем, где желательно автоматическое поддержание указанных величин.

Интересно мнение кто попробует собрать.
Найдутся ошибки или ещё что-то, пишите, разберёмся.

Прошивка HEX
Схема в Splan7
Печатка в Layout5.0

Желаю успехов.

Оформил Ferrum-1827

Update 31.05.2018


Ашихмин и Партнёры- жк большой афанасьевский.

    РадиоКОТ - популярно об электронике. Авторские схемы, новые разработки. Обучение по электронике, микроконтроллерам, ПЛИС. Форум  phreakerclub.com  banner DIPTRACE - САМЫЙ ЛУЧШИЙ ТАКСИРОВЩИК ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Portal-X