This is an old revision of the document!

Dozator de apă inteligent

Introducere

Proiectul constă într-un dozator de apă inteligent, care detectează volumul curent de apă pe baza unui senzor de greutate și care umple recipientul, cu ajutorul unei pompe și a unui releu. Pentru afișaj, am folosit un ecran LCD și o bară de 10 led-uri pentru progres. LCD-ul va avea mai multe moduri, printre care: progres, timp rămas și statistici (câtă apă am băut în ziua respectivă spre exemplu). Pentru a schimba modurile de afișaj voi folosi niște butoane, iar pentru a măsura timpul precis un RTC.

Scopul proiectului și utilitatea o reprezintă, tocmai, automatizarea procesului, marea majoritate a dozatoarelor fiind manuale, deci incoveniente.

Ideea de la care am pornit a fost creearea unui aparat util, nu foarte scump, de care toată lumea are nevoie.

Descriere generală

1. Microcontroler-ul ATmega328P-XMINI - „creierul”, prelucrează datele primite de la senzor, acționează pompa, realizează statisticile și trimite semnal la LED-uri și LCD pentru afișaj

2. Senzor Greutate 1kg (analogic) - pentru detectarea volumului de apă curent

3. Modul Citire Greutate HX711 - funcționează ca un amplificator și convertește semnalul analogic primit de la senzor într-unul digital pe care îl poate procesa microcontrolerul

4. Sursa 12V - pentru alimentarea pompei

5. Convertor Step-Down 5V - pentru a modifica tensiunea de la 12V la 5V, alimentând microcontrolerul

6. Releu - întrerupător (pornește sau oprește pompa)

7. Pompa - pentru a extrage apa din rezervor

8. RTC - folosit pentru a colecta date pentru statistici. Un avantaj al utilizării unui RTC este acuratețea acestuia, precum și funcționarea independentă de sursa principală de curent datorită bateriei proprii (comunică pe baza protocolului I2C)

9. LCD - folosit pentru afișaj (funcționează pe baza protocolului I2C)

10. Butoane - folosite pentru a porni dozatorul sau a schimba modul de afișaj

11. Bara 10 LED-uri - folosită pentru a afișa progresul. Funcționează folosind PWM pentru a varia intensitatea, în timp ce numărul de LED-uri aprinse se modifică în funcție de progres

Laboratoare folosite:

- Intreruperi (butoanele care: pornesc aparatul, schimba modul de afisaj etc.)

- PWM (intensitatea LED-urilor de progres creste treptat)

- I2C (Afisajul LCD si modulul RTC)

- UART (Pentru calibrarea senzorului de greutate)

Module externe:

- Timere (RTC)

- ADC (modulul HX711, care transforma semnalul analogic primit de la senzor intr-unul digital)

Hardware Design

Lista de piese

Componenta	Model	Cantitate
Microcontroler	ATmega328P-XMINI	1
Modul Cântar Electronic 1kg	YZC-133	1
Modul Citire Greutate	HX711	1
Display LCD 2×16 I2C	1602	1
Pompă peristaltică mini 12VDC	Kamoer CKP-DC-S08	1
Modul Releu 1 canal 5V	SRD-05VDC-SL-C	1
Sursă alimentare 12V 2A	YDS-WA024	1
Buton 6x6x6	Sunrom 5827	4
Bară leduri cu 10 segmente	F2510BH	1
Rezistență	220 Ω	12
Rezistență	1k Ω	4
Rezistență	10k Ω	4
Condensator	0.1µF	4
Modul RTC	DS3231	1
Baterie	Varta CR2032	1
Breadboard	830 puncte	1
Fire DuPont M-F	10 bucăți 10cm	2
Fire DuPont M-M	10 bucăți 20cm	3
Furtun silicon	1.6m	1
Modul DC-DC Step Down	LM2596	1
Mufă alimentare panou DC mamă	5.5mm x 2.1mm 3 pini	1

Pini folosiți

Componentă	Pin componentă	Pin ATmega328P (Arduino)	Explicație
Sursă 12V	V+ (Plus)	-	Tensiunea de 12V merge la intrarea IN+ a convertorului Step-Down și la (+) pompei
Sursă 12V	V- (Minus)	-	Se conectează la IN- (convertor) și la borna COM a releului
Convertor Step-Down LM2596	OUT+	5V	Furnizează 5V către magistrala breadboard-ului și pinul 5V al plăcii
Convertor Step-Down LM2596	OUT-	GND	Conectat la magistrala de masă (GND) a breadboard-ului
Pompă de apă 12V	Minus (-)	-	Conectat la borna NO a releului
Modul Releu 5V	VCC (DC+)	5V	Alimentarea părții logice a releului cu 5V
Modul Releu 5V	GND (DC-)	GND	Masă comună
Modul Releu 5V	S	PC1	Pin configurat ca OUTPUT digital pentru a da comanda de închidere a circuitului
Senzor Greutate 1kg	Fir Roșu	-	Se conectează la borna E+ (Excitation Plus) a modulului HX711 pentru alimentarea cu curent de referință
Senzor Greutate 1kg	Fir Negru	-	Se conectează la borna E- (Excitation Minus) a modulului HX711, reprezentând masa senzorului
Senzor Greutate 1kg	Fir Alb	-	Se conectează la borna A- (Analog Minus) a modulului HX711. Este primul fir de semnal care citește variația de tensiune
Senzor Greutate 1kg	Fir Verde	-	Se conectează la borna A+ (Analog Plus) a modulului HX711. Al doilea fir de semnal - împreună cu cel alb creează diferența de potențial amplificată de modul
HX711 (Senzor Greutate)	VCC	5V	Modulul este alimentat la 5V de la magistrala breadboard-ului
HX711 (Senzor Greutate)	GND	GND	Toate componentele trebuie să aibă masă comună
HX711 (Senzor Greutate)	DT / DAT	PC2	Pin analogic folosit ca I/O digital pentru citirea datelor
HX711 (Senzor Greutate)	SCK / CLK	PC3	Pin analogic folosit ca I/O digital pentru semnalul de clock
LCD 16×2 I2C	VCC	5V	Display-ul este alimentat la 5V
LCD 16×2 I2C	GND	GND	Masă comună
LCD 16×2 I2C	SDA	PC4	Pinul hardware standard dedicat pentru date I2C
LCD 16×2 I2C	SCL	PC5	Pinul hardware standard dedicat pentru clock I2C
RTC DS3231	VCC	5V	Modulul ceasului este alimentat la 5V
RTC DS3231	GND	GND	Masă comună
RTC DS3231	SDA	PC4	Conectat în paralel pe magistrala I2C cu LCD-ul
RTC DS3231	SCL	PC5	Conectat în paralel pe magistrala I2C cu LCD-ul
Buton 1 (Start/Pauză)	Semnal	PD2	Pin dedicat pentru întreruperi hardware (INT0). Configurat cu INPUT_PULLUP
Buton 2 (Schimbare Afișaj)	Semnal	PD3	Pin dedicat pentru întreruperi hardware (INT1). Configurat cu INPUT_PULLUP
Bară 10 LED-uri	Anozi (+)	PD0, PD1, PD4-PD7, PB0-PB3	Pini digitali folosiți pentru controlul progresului
Bară 10 LED-uri	Catozi (-)	GND	Masă comună, prin intermediul rezistențelor

Software Design

Am terminat partea de software design, integrând toate funcționalitățile menționate mai sus.

Am folosit bibliotecile:

* HX711 pentru a putea conecta senzorul de greutate la breadboard, cat si pentru a putea interpreta datele primite

* LiquidCrystal_I2C pentru a afisa diferite mesaje pe ecranul LCD

* RTClib pentru a putea realiza statisticile mentionate, spre exemplu cata apa am baut in ziua respectiva

* EEPROM pentru a putea salva statisticile si daca dozatorul nu mai este alimentat

* Wire pentru comunicarea I2C

Elementele de noutate ale proiectului sunt reprezentate de functionalitatile diverse:

- utilizatorul poate seta la inceput volumul sticlei folosite (de la 50ml la 1000ml, increment de 50ml)

- dupa ce se aseaza sticla cu apa initiala, senzorul detecteaza exact masa, luand in calcul masa sticlei goale si a furtunului

- la pornirea dozatorului, progresul este afisat atat pe baza ledurilor (acestea se aprind alternativ, variand intensitatea pe masura trecerii timpului), cat si prin intermediul ecranului LCD (afiseaza timpul ramas)

- exista mai multe moduri de afisaj (timpul ramas sau cantitatea de apa consumata in ziua respectiva, acest lucru fiind foarte important in nutritie)

- dupa ce sticla se umple, se poate pune o noua sticla, fara a fi necesara repornirea aparatului

Senzorul de greutate a fost calibrat pe baza unui cod software. Acesta poate fi vizualizat pe git. Am pus pe cantar o sticla cu masa cunoscuta (250 ml), iar apoi am reglat software factorul de calibrare, prin usart.

Ca mediu de dezvoltare am folosit VS Code cu extensia Platformio, framework Arduino.

Descrierea codului aplicaţiei (firmware):

mediu de dezvoltare (if any) (e.g. AVR Studio, CodeVisionAVR) DONE
librării şi surse 3rd-party (e.g. Procyon AVRlib) DONE
algoritmi şi structuri pe care plănuiţi să le implementaţi
(etapa 3) surse şi funcţii implementate

Rezultate Obţinute

Demonstrație Video

Link github

Concluzii

Download

O arhivă (sau mai multe dacă este cazul) cu fişierele obţinute în urma realizării proiectului: surse, scheme, etc. Un fişier README, un ChangeLog, un script de compilare şi copiere automată pe uC crează întotdeauna o impresie bună

Fişierele se încarcă pe wiki folosind facilitatea Add Images or other files. Namespace-ul în care se încarcă fişierele este de tipul :pm:prj20??:c? sau :pm:prj20??:c?:nume_student (dacă este cazul). Exemplu: Dumitru Alin, 331CC → :pm:prj2009:cc:dumitru_alin.