Samogradnja: Akvarijski krmilnik Cubicus 2002 1. del


1. Uvod

Danes že v skoraj vseh napravah najdemo mikrokrmilnike, pa naj gre za pralni stroj, avtomobil ali obdelovalni stroj. Z ustreznim uporabniškim programom lahko danes en sam krmilnik avtomatizira tako rekoč vsak proces. Za nas morske akvariste je predvsem pomembno, da lahko krmilnik avtomatizira delovanje morskega akvarija, kar niti ni zahtevna naloga, saj so procesi v morskem akvariju počasni. Počasen proces pomeni, da ni potrebno obdelovati informacije v mikrosekundah, niti v milisekundah, ampak zadostuje že obdelava informacij vsako sekundo , kar je za mikrokrmilnik otročje lahko.

Morski akvarij je običajno opremljen s precej napravami, katere je možno na nek način krmiliti z računalnikom, zato sem že pred nekaj leti začel iskati ustrezni krmilnik za krmiljenje morskega akvarija in tudi zbral kar nekaj informacij o dobrih in slabih lastnostih posameznih rešitev. Po tehtanju prednosti in slabosti sem se odločil za sistem na osnovi mikrokrmilnika C-Control, katerega je izdelalo  nemško podjetje Conrad in na tej osnovi razvil Akvarijski krmilnik Cubicus 2000, ki sem ga kasneje leta 2002 izpopolnil v model Cubicus 2002. Omenjeni krmilnik se je izkazal , kot zelo zanesljiv, saj že več kot 2 leti deluje brez enega samega problema.

C-Control je zelo enostaven in cenovno ugoden mikrokrmilnik, ki se programira v enostavni varianti programskega jezika BASIC in je po moji oceni zelo primeren za samogradnjo akvarijskega krmilnika. Samogradnjo svetujem tistim akvaristom, ki želijo spoznati osnove krmilnikov in kako krmilnike prilagoditi svojim potrebam, po drugi strani pa nimajo dovolj časa, da bi sami izdelovali vsa tiskana vezja, in vse sami programirali v C jeziku. Ideja bazira na tem , da kupimo standardni krmilnik in dodamo samo tisto elektroniko in programsko opremo, ki je specifična za morsko akvaristiko.

Akvarijski krmilnik je tehnično gledano najzahtevnejša naprava, ki jo imamo v morskem akvariju, tako da samogradnjo take naprave ni možno dovolj podrobno opisati v enem samem članku. Pričujoči članek bo podal le osnovne informacije potrebne za odločitev o samogradnji. V primeru, da bodo bralci omenjenega članka pokazali interes po dodatnih informacijah, imam v načrtu tudi nadaljevanje v sledečih člankih.

2. Funkcije

Na začetku, bi želel pojasniti, katere funkcije avtomatizacije morskega akvarija, sem realiziral v projektu Cubicus 2002 ali pa jih je možno realizirati z omenjenim krmilnikom.

Z oznako (U) so označene funkcije, ki jih imam trenutno v uporabi, kar je pomembno pri razumevanju priložene programske opreme.

Z oznako (R) so označene funkcije,ki sem jih realiziral, vendar jih trenutno ne uporabljam.

Z oznako (I) so označene funkcije,katere je možno realizirati, vendar jih jaz v okviru tega projekta še nisem realiziral.

Seznam funkcij je torej sledeči:

Krmiljenje luči

Simulacija valovanja

Doziranje

Nadzor

Krmiljenje

Omenil sem le nekaj funkcij. V praktičnih primerih ni omejitev za domiselnega morskega akvarista.

3. Izdelava

Izdelava akvarijskega krmilnika Cubicus 2002 bo opisana po sledečem vrstnem redu:

Omenjeni vrstni red je izbran tako, da so na samem začetku opisana dela, s katerimi je manj dela. Najtežje je izdelati adapterje za merjenje PH, temperature, ...

V kolikor se upošteva omenjeni vrstni red dela, je možno po vsakem končanem sklopu, narejeno tudi v praksi preizkusiti in uporabiti.

Pričujoči članek obravnava  le nabavo in montažo sistema C-Control.

3.1. Nabava in montaža sistema C-Control

3.1.1. Tiskane ploščice  sistema C-Control

Akvarijski krmilnik Cubicus 2000 je zasnovan na podlagi sistema C-Control, zato je potrebno navesti nekaj podatkov o tem sistemu. S sistemom C-Control je Conradu uspelo razviti zelo prilagodljivo, enostavno nadgradljivo in predvsem cenovno privlačno mikroračunalniško enoto. Ob pomoči posebne programske opreme, razvojnim okoljem, na PC-ju napišemo program, ki ga preko serijskega vmesnika prenesemo v enoto C-Control Unit. Program se naloži v EEPROM, kjer ostane zapisan za nedoločen čas. C-Control enoto lahko sedaj ločimo od računalnika in uporabimo za izvajanje najrazličnejših nalog. Kadar je potrebna sprememba v delovanju enote, jo enostavno priključimo nazaj na PC in naložimo nov program. Različna področja delovanja in uporabe zahtevajo različna razvojna okolja. Conrad je zaradi tega izdelal dve popolnoma različni razvojni okolji (Grafik in Basic), med katerima lahko izbirate glede na namen uporabe. V kompletu z obema razvojnima okoljema je tudi simulator, s katerim lahko tudi brez C-Control enote v realnem času preverite delovanje napisanega programa.

Pri nabavi osnovne enote (C-Control Unit) je potrebno paziti, da se nabavi model z razvojnim okoljem Basic. V primeru, da kupite razvojno opremo Grafik boste dobili nekaj podobnega kot je Siemensov Logo.

Akvarijski krmilnik Cubicus 2002 uporablja sledeče module sistema C-Control:

Navedene so cene komponent, ki veljajo v Nemčiji. Če boste komponente naročili v Sloveniji bodo nekoliko dražje.

3.1.1.1. C-Control osnovna enota (C-Control Unit)

Osrednji del C CONTROL BASIC krmilnega računalnika je mikrokontroler tip MC68HC05B6 proizvajalca MOTOROLA. Zaradi EEPROM tehnologije ostanejo vsi podatki shranjeni tudi, ko izključite napravo. Vsi vhodi in izhodi so na voljo na dveh konektorjih, kamor bomo kasneje priključili aplikacijsko ploščo. Serijski vmesnik je na razpolago za povezavo krmilnega računalnika s PC računalnikom. Krmilnik je opremljen z dvema tipkama. Reset tipka je namenjena za prekinitev vseh trenutno aktivnih aplikacij. Rumena start tipka pa je namenjena za aktiviranje uporabnega programa.

C-Control osnovna plošča ima:

 

3.1.1.2 Aplikacijska plošča (Application Board)

Aplikacijska plošča (Application Board) ima predvidene kontakte za priključitev različnih zunanjih enot (prikazalnik, tipkovnica, senzorji, telemetrijski sprejemnik ali oddajnik).  Vgrajen majhen piskač lahko,odvisno od programa, zapiska ali zaigra melodijo. 

V kompletu sta tudi 2x16 točkovni LCD matrični prikazalnik in tipkovnica z 12 tipkami. Pri BASIC verziji je priložena disketa z navodili za poganjanje prikazalnika.
Nanjo lahko priključite naslednje komponente:
- tastaturo z 12 znaki
- 2 x 16 vrstični LCD zaslon
- do 8 senzorjev
- telemetrijski oddajnik
- telemetrijski sprejemnik

Za napajanje potrebujete enosmerno napetost med 8 in 12 V. Za priklop uporabljajte samo testirane stabilizirane napajalnike, akumulatorje ali druge usmernike, ki natančno odgovarjajo zahtevani napetosti. Priporočam napajalnik 12 V.

 

3.1.1.3. Relejna plošča

Relejna plošča je razvita za uporabo z aplikacijsko ploščo. Sestavljena je iz 8 relejev s katerimi lahko preklapljate naprave z napetostjo do 24 V AC (izmenična napetost) in 35 V DC (enosmerna napetost) z maksimalnim tokom 5 A. Višjih tokov in napetosti ne morete preklapljati. Napajanje same plošče je z 9 do 12 V DC (enosmerna napetost), maksimalna poraba toka pa je 200 mA. Izbira relejev, ki ne zmorejo 220 VAC napetosti je velika slabost te plošče, ker bo potrebno za krmiljenje naprav, ki so večinoma 220 VAC uporabiti še dodatne releje. Ne glede na to slabost priporočam uporabo te plošče, ker je pač kompatibilna z aplikacijsko ploščo.

Poleg že omenjenih relejnih priključkov lahko na to ploščo na lotne priključke spojite napetost do +5 V DC (enosmerna napetost) in ozemljitev GND, ki jo črpate iz aplikacijske plošče. Na omenjenem delu plošče je ravno dovolj prostora za realizacijo dodatnega vezja za analogne izhode, kar nam bo koristilo pri izdelavi analognih izhodov v tretjem delu izdelave akvarijskega krmilnika Cubicus 2002.  

Izhode lahko priključite preko mostičkov kot izhode ali na rele kot vhode in izhode. Dodelitev portov k relejem je naslednja: Port 1 releju 1, port 2 releju 2, ... P

3.1.2. Montaža

Montaža je zelo enostavna, saj so vse tri plošče med seboj kompatiblne in sistem lahko sestavimo že v 1 minuti.

Osnovno enoto (C-Control Unit) enostavno nataknemo na aplikacijsko ploščo, kot je prikazano na sledeči sliki.  

Relejna plošča se priključi preko ploščatega kabla na aplikacijsko ploščo. Priklopno stanje relejev se pokaže preko LED diod (prižgana dioda pomeni vključen, ugasnjena izključen rele). S pomočjo distančnikov in vijakov se relejna plošča pritrdi na aplikacijsko ploščo. Glej sledečo sliko , ki prikazuje sestavljene vse tri plošče.

Ko smo uspešno sestavili vse tri plošče, je potrebno priključiti le še  napajanje na aplikacijsko ploščo in že lahko pričnemo s programiranjem. Za napajanje potrebujete enosmerno napetost med 8 in 12 V. Za priklop uporabljajte samo testirane stabilizirane napajalnike, akumulatorje ali druge usmernike, ki natančno odgovarjajo zahtevani napetosti. Priporočam napajalnik 12 V.

3.1.3. Vse tri plošče skupaj

Mislim, da je sedaj pravi trenutek, da rezimiramo, kaj smo pravzaprav dobili, ko smo vse tri plošče sestavili v celoto. Naš sistem ima:

Na tem mestu se prvi čanek o akvarijskem krmilniku Cubicus 2002 končuje. V nadaljevanju sledi še :