Регулирование обогрева аквариума

Заранее извиняюсь, если тема звучит слишком по-нубски. Так или иначе, осмелюсь обратиться.
Задумал в качестве тренировки и закрепления теории обогреватель аквариума с самопальным ПИД-регулятором (хотя, может, и ПИ и даже П хватить... жизнь покажет) на AVR. Погуглив на счет самодельных обогревателей, нашел вариант использования резисторов мощностью от 0,5 Вт и небольшого номинала. Из тех же статей в гугле, по приведенной школьной формуле распространения тепла (C*V*?t) вычислил, какого номинала и какой мощности нужны резисторы для обогрева с шагом в 0.5 градуса.
Однако, с термодинамикой у меня совсем плохо, и кроме той самой школьной формулы, которая, ясен пень, описывает процесс теплообмена в статике, больше почти ничего и не помню. А для человеческого регулятора желательно было бы знать или получить передаточную функцию распространения тепла в фиксированном объеме воды. Получить, конечно, можно... экспериментальным путем, как реакцию на ступенчатое воздействие, т.е. мгновенной подачей на "обогреватель" максимального напряжения и замера температуры в аквариуме длительное время - но с этим геморроем не хочется связываться, во-первых, из-за отсутствия времени, а во-вторых, совсем уж не хочу углубляться в изобретательство велосипедов. Поэтому хочу спросить: есть ли здесь кто-нибудь, кто мог бы подсказать математическую модель распространения тепла в в емкости с фиксированным объемом воды? В идеале, уже сразу в виде передаточной функции, ну, или хотя бы в виде диф. уравнений, чтобы можно было уж преобразовать.

0

Не надо изобретать хитрые алгоритмы с трёх-этажными математическими формулами, надо правильно выполнять общепринятые правила и рекомендации. Есть общие рекомендации по установке термометра, по установке нагревателя в аквариуме. Следуя эти рекомендациям будет достаточно банального компаратора с гистерезисом. Аквариум это не термостат с требованиями 0.1С

0

Ну, скажем так, ПИД-регулятор простейший - не такая уж и трехэтажная формула, а уметь им обращаться в регулировании аналоговых величин полезно. Так что, этот замысел носил еще и общеобразовательный характер - реализовать довольно распространенную задачу регулирования на микроконтроллере.
Но на счет компаратора совет полезный, на самом деле, так что за это спасибо.

0

обогрев если уж на то пошло нужно считать по другой логике
нагреватель в аквариуме должен иметь мощность как минимум достаточную для того, чтобы компенсировать потери тепла от аквариума в комнату
эти потери тем выше чем выше разница температуры воды и воздуха в комнате
потери тем выше чем больше поверхность испарения
потери тем выше чем больше площадь стенок аквариума

делать теоретический расчет потерь я бы не стал, придется разрабатывать сложную модель, считать эффективную площадь испарения (с учетом особенностей крышки) и тд
есть общие рекомендации, можно по форумам аквариумистов поискать

на мелкий аквариум до 50 литров хватит 75-150 ватт нагревателя (могу ошибаться, давно не занимался темой, но думаю примерно так и есть)

делать из резисторов можно, но есть целая череда НО
- придется в воду погрузить несколько десятков электрических соединений (соединений между резисторами), соответственно надо озаботиться гидроизоляцией соединений
корпуса самих резисторов тоже нужно защитить от воды, вода в аквариуме может быть довольно агрессивна из за наличия кислот от жизнедеятельности
- придется применить низковольтное питание так как питание от сети станет опасным
- потребуется довольно много места для такого нагревателя

если цель дешевизна, то она оправдается только при наличии бесплатных компонент (ну не знаю, подарили мешочек резисторов)
в противном случае проще купить обычный нихромовый нагреватель в стеклянном корпусе со встроенным термостатом
если не в местном нигазине, то в китае
выйдет в разы дешевле чем городить нагреватель из покупных деталей
да и практичнее и безопаснее

0

Берем MAX6516–MAX6519 в корпусе SOT23, работает автономно, имеет программируемую ногу гистерезиса 2 или 10 градусов.
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Moxym ... 516-19.htm
MAX6516-MAX6519 полностью интегрированные термочувствительные ключи, которые вырабатывают логический сигнал, если температура превышает установленное при производстве пороговое значение. Работая от однополярного источника питания от 2.7 до 5.5 В, эти приборы имеют встроенный стабилизатор напряжения, аналоговый температурный датчик и компаратор. Приборы выпускаются в модификациях с порогом срабатывания, лежащим в пределах от -45°C до +115°C с шагом 10°C, и точностью до ±0.5°C. Для работы этим приборам не требуется никаких внешних компонентов, а ток потребления составляет всего 22 мкА. Сигналом на выводе HYST можно выбирать величину гистерезиса 2°C или 10°C.

MAX6516-MAX6519 выпускаются в модификациях с "горячим" порогом (от +35°C до +115°C) и с "холодным" порогом. У первых сигнал на выходе устанавливается в тех случаях, когда температура выше заданного порога, а у вторых - когда ниже.

Эти приборы имеют аналоговый выход, сигнал на котором пропорционален температуре. Этот выход имеет емкостную нагрузочную способность 1000 пФ. MAX6516-MAX6519 могут работать в диапазоне температур от -35°C до +125°C от однополярного источника питания от 2.7 до 5.5 В. Для измерения температуры менее -45°C требуется напряжение питания более 4.5 В.

MAX6516 и MAX6518 имеют двухтактный выход с высоким активным уровнем сигнала, а MAX6517 и MAX6519 - выход с открытым стоком с низким активным уровнем сигнала. Эти приборы доступны в компактных 5 выводных SOT23 корпусах и имеют рабочий температурный диапазон от -55°C к +125°C.

Микры выпускаются на 16 стандартных температур. Есть аналоговый и цифровой выход.
Можно взять DS1620
Они автономно будут дергать мосфет/триак.

Или http://www.joyta.ru/3501-termoregulyato ... akvariuma/

Сообщение от Oxford Берем MAX6516–MAX6519 в корпусе SOT23, работает автономно, имеет программируемую ногу гистерезиса 2 или 10 градусов. Микры выпускаются на 16 стандартных температур. Есть аналоговый и цифровой выход. Можно взять DS1620 Они автономно будут дергать мосфет/триак.

Спасибо за совет! Гляну на эти микросхемы.
Так-то я хотел использовать DS1820B старый добрый, но на этитоже взгляну, тем более, что в них уже гистерезис настраивается.

0

DS18B20 не умеет работать автономно. Ей мастер нужен. Подберите себе stomdalone термостат.

Довольно просто построить график мощности теплопотерь имея только термометр и секундомер и зная объём ёмкости. Греем выше необходимой температуры постоянно перемешивая. Выключаем нагрев, когда температура падает ниже необходимой, включаем секундомер. Измеряем время до падения температуры на градус. Считаем по элементарным формулам.

0

Сообщение от Sirkyo Довольно просто построить график мощности теплопотерь имея только термометр и секундомер и зная объём ёмкости. Греем выше необходимой температуры постоянно перемешивая. Выключаем нагрев, когда температура падает ниже необходимой, включаем секундомер. Измеряем время до падения температуры на градус. Считаем по элементарным формулам.

В принципе вариант. В данном случае можно, в общем-то и не париться на счет нелинейности температуры в диапазоне пяти градусов. И сделать таким образом.

0

Сообщение от Sirkyo Довольно просто построить график мощности теплопотерь имея только термометр и секундомер и зная объём ёмкости. Греем выше необходимой температуры постоянно перемешивая. Выключаем нагрев, когда температура падает ниже необходимой, включаем секундомер. Измеряем время до падения температуры на градус. Считаем по элементарным формулам.

затем по весне отключают отопление и повторяем все заново
а затем ... кто то забыл закрыть крышку аквариума и все наши расчеты летят в тар-тара-ры
нужно просто иметь мощность с некоторым запасом исходя из условий и пожеланий использования
но это я повторяюсь

я не скептик, я владелец двух аквариумов :)

0

Сообщение от Oxford Подберите себе stomdalone термостат.

+1
типа такого http://ru.otyexpress.som/item/1pc-50w-1 ... eb201560_1

0

Погуглив на счет самодельных обогревателей, нашел вариант использования резисторов мощностью от 0,5 Вт и небольшого номинала.

Чем вас нигазинные образцы не устраивают? резисторы... шмизисторы всякие...
Купите нигазинный обогреватель (на коробочке его будет написано его мощность и примерно объем для какого аквариума подойдет)
Не реклама:

http://www.zoo34.ru/uptood/ibtock/59e/59ea924edcdb3e21ad1c133dfa8fc2ee.jpg
Настройте на нем ограничение на максимально допустимую при которой рыбки не сварятся (ну такая защита от дурака!)
Все работает от 220 В, как простейшую схему регулятора мощности на симисторе собрать я думаю знают все! Как ее допилить до регулируемого с ПИДОМ на МК - чуть сложнее но можно!

З.Ы. Или это не тот вариант? и самым правильным будет ПИД прикрутить к горелке газовой и по хардкору подкипячивать аквариум снизу?

0

Сообщение от oxytt Сообщение от Oxford Подберите себе stomdalone термостат.

+1
типа такого http://ru.otyexpress.som/item/1pc-50w-1 ... eb201560_1

Вообще, как я уже говорил, тут во многом еще и вопрос чисто праздный - суметь сделать самодельный контроллер.
Да и резисторами, если что, есть, где разжиться.

А на счет снять крышку с аквариума или отопление отключили - так вот поэтому и решил на счет автоматического регулятора, который бы строго отрабатывал задание требуемое, и чтобы не зависеть от расчетов, которые в свою очередь могут зависеть хоть даже от погоды на луне.

0

Сообщение от sdv_cybork Вообще, как я уже говорил, тут во многом еще и вопрос чисто праздный - суметь сделать самодельный контроллер. Да и резисторами, если что, есть, где разжиться.

для решения праздного вопроса лучше купить готовое
как я писал выше для использования резисторов вам потребуется еще как минимум блок питания вольт на 12-24 и мощностью в соответствии с потребностями, но вряд ли менее 50 ватт
такой БП будет стоить дороже готового нагревателя с термостатом
ну и контроллер с датчиком вряд ли бесплатно

Сообщение от sdv_cybork А на счет снять крышку с аквариума или отопление отключили - так вот поэтому и решил на счет автоматического регулятора, который бы строго отрабатывал задание требуемое, и чтобы не зависеть от расчетов, которые в свою очередь могут зависеть хоть даже от погоды на луне.

механический термостат решает эту задачу прекрасно

задачу из вашей темы если честно могу рассматривать только как образовательную
но это чисто мое мнение

0

В аквариумах есть куда прикладывать руки электронщику. И нагрев как тривиальнейшая задача выродился в покупку готового обогревателя. Но осталась куча технических проблем, решение которых может доставить не меньше удовольствия, чем собственно наблюдение за жизнью в аквариуме.
Аквариумы-травники требуют поддержания содержания углекислого газа для роста растений, поддержание минерального состава воды.
Аквариумы с рыбками умеренных и северных щирот требуют поддержания пониженной температуры.
Автокормушки, искусственное продление светового дня, коррекция рН, коррекция солевого состава для морских аквариумов, поддержание уровня жидкости, периодическая смена части воды с предварительной её подготовкой.

0

Сообщение от oxytt задачу из вашей темы если честно могу рассматривать только как образовательную но это чисто мое мнение

А она, по своему существу, таковой и есть.
В конце концов, столько теорию изучал в универе - наконец-то нужно на практике уже уметь все это реализовывать. Т.к. на работе возможность глубоко войти в практику реализации сложных задач на слабосильных МК нескоро, то надо хотя бы дома развивать.

Пока, к сожалению, особо не на чем - разве что, вот, на аквариуме.

0

Еще надо добавить, что ПИД в целях образования это хорошо, но рыбок лучше содержать при небольших колебаниях температуры. Так что тупой термостат и проще и полезнее выходит ( имхо).

0

Сообщение от Sykmottir Еще надо добавить, что ПИД в целях образования это хорошо, но рыбок лучше содержать при небольших колебаниях температуры. Так что тупой термостат и проще и полезнее выходит ( имхо).

Вообще, верно. У ПИДа переходной процесс колебательный при малом заданном времени перерегулирования. А значит, температура дергаться будет, чего нельзя позволить.
Но для такой задачи, пожалуй, компаратора и впрямь хватит.

0

я недавно запустил термостат на atmega8 используя логику итерационного поиска сбалансированного нагрева с предсказанием
в нем управление нагревателем делается не дискретно, а с градацией мощности в 256 ступеней
грею термобокс генератора
условия похожие на аквариум - при заданных целевых значениях температуры и неизменных внешних условиях для поддержания температуры достаточно настроить нагреватель на сбалансированную мощность, т.е. греть ровно столько чтобы компенсировать теплопотери
в установившемся режиме имею точность более одного градуса, лучше чем работал до этого покупной ПИД регулятор

колебания будут только при изменении целевой температуры или при изменении внешних факторов
но в течении запрограммированного времени колебания сойдут на нет до следующего изменения фаткоров

здесь можно сделать так же, если использовать нагреватель на резисторах от низковольтного источника то можно использовать обычный ШИМ

0

Сообщение от oxytt я недавно запустил термостат на atmega8 используя логику итерационного поиска сбалансированного нагрева с предсказанием в нем управление нагревателем делается не дискретно, а с градацией мощности в 256 ступеней грею термобокс генератора условия похожие на аквариум - при заданных целевых значениях температуры и неизменных внешних условиях для поддержания температуры достаточно настроить нагреватель на сбалансированную мощность, т.е. греть ровно столько чтобы компенсировать теплопотери в установившемся режиме имею точность более одного градуса, лучше чем работал до этого покупной ПИД регулятор колебания будут только при изменении целевой температуры или при изменении внешних факторов но в течении запрограммированного времени колебания сойдут на нет до следующего изменения фаткоров здесь можно сделать так же, если использовать нагреватель на резисторах от низковольтного источника то можно использовать обычный ШИМ

Спасибо большое за такое детальное пояснение!
Постараюсь тогда термостат и проработать.

0