основные технические характеристики устройства автоматического управления инкубатором:

- точное поддержание заданной температуры (выбирается в диапазоне значений 4…99,9°С);

- точное поддержание заданной влажности (выбирается в диапазоне значений 5…99,9%);

- настраиваемый гистерезис поддержания температуры в диапазоне от 0,1 до 9,99°С с шагом 0,01°С;

- настраиваемый гистерезис поддержания влажности в диапазоне от 1 до 9,9% с шагом 0,1%;

- снижение мощности обогревателя и увлажнителя при достижении установленного значения температуры и влажности;

- пять шагов регулировки мощности обогревателя и увлажнителя (0%, 25%, 50%, 75%, 100%);

- тревожная светозвуковая сигнализация отклонения параметров микроклимата за пределы номинальных значений;

- раздельная установка порогов контроля аварийных значений для тревожной сигнализации;

- автоматический поворот лотков с яйцами по истечении заданного промежутка времени (устанавливается в диапазоне 1 минута – 6 часов);

- буквенно-символьный ЖКИ дисплей;

- электронная регулировка яркости подсветки и контрастности дисплея;

- световая (светодиодная) и символьная (на дисплее) индикация текущих значений мощности обогревателя и увлажнителя;

- индикация на дисплее оставшегося до поворота лотков времени;

- подстройка показаний температуры и влажности для компенсации ошибки датчика;

- поворот лотков в противоположное состояние (реверс лотков) при нажатии на кнопку ?+?;

- отключение тревожного сигнала при нажатии на кнопку ?-?;

- звуковая сигнализация подтверждения нажатий на кнопки управления;

- напряжение питания устройства 9 – 15 В. постоянного тока.

Конструктивно устройство выполнено на базе наиболее дешёвого микроконтроллера семейства AVR Mega ATmega8A. В качестве датчика температуры и влажности может использоваться как высокоточный SHT-21D, так и менее точные SHT10 – SHT15. В качестве ЖКИ-дисплея выбран недорогой ЖК-индикатор со встроенным контроллером SC1602AULT-XH-HS-G, который может быть с лёгкостью заменён на аналогичный.

Принципиальная схема устройства приведена на рисунке ниже, а чертёжи печатных плат устройства и датчиков, а так же прошивки микроконтроллера для различных типов датчиков SHT можно скачать по ссылкам внизу статьи.

Обведённые в прямоугольники части схемы конструктивно размещены на печатных платах. Для соединения датчика температуры и влажности рекомендую использовать экранированный провод или, лучше всего, плоский шлейф из 6-ти проводников с чередованием проводника, соединённого с общим проводом через один (см. чертёж ниже). И не забудьте подключить параллельно выводам питания датчика керамический SMD-конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ. Как показывает опыт, несоблюдение этого требования, а так же соединение неиспользованных контактов датчика между собой и с общим проводом схемы приводит к серьёзным глюкам показаний. Так же производитель датчика не рекомендует использовать для отмывки платы с припаянным датчиком что-либо кроме дистиллированной воды!

При использовании датчика температуры SHT-21 необходимо помнить, что его напряжение питания не должно превышать 3,6 В., поэтому необходимо заменить указанный на схеме интегральный стабилизатор напряжения 78L05 на аналогичный с выходным напряжением 3,3 В., например LM1117-3.3.

Выбор интегральных датчиков SHT фирмы Sensirion обоусловлен их высокой точностью и наличием цифрового интерфейса. Как показала практика традиционный способ расчёта влажности на основе показаний сухого и влажного термометров не даёт приемлемого результата из-за малой скорости аспирации в инкубационной камере, а так же влиянии на показания психрометра давления воздуха, которое будет выше атмосферного при работе вентилятора системы воздухообмена в промышленных инкубаторах. На практике разница в показаниях гигрометра на основе психрометрического метода, цифрового датчика влажности SHT-21 и механического гигрометра на основе конского волоса достигала 25% (15% влажность в камере, рассчитанная по показаниям психрометра, 43,4% показания датчика SHT-21 и около 40% показания волосного гигрометра).

Как видно из схемы устройства для поворота лотков используется механизм, который управляется электромагнитным реле, содержащим две группы переключающих контактов. Управление мощностью обогревателя и увлажнителя осуществляется путём пропуска полупериодов сетевого напряжения. Для этого на плате блока управления установлены оптопары типа MOC3062 со встроенной схемой контроля перехода сетевым напряжением через ноль. Подключённые к оптопарам симисторы осуществляют коммутацию нагревательных элементов, а светодиоды HL1 и HL2 служат для световой индикации состояния нагревательных элементов. Реле К1 используется для включения вентилятора аварийного проветривания инкубационной камеры при переувлажнении или перегреве. Контакты К1.2 этого реле могут так же использоваться для аварийного отключения нагревательных элементов при пробое симисторов. Обведённые красной линией элементы принципиальной схемы устанавливаются на отдельных платах. Элементы обведённые синим цветом, в том числе и источник питания с выходным напряжением 12 В., присутствуют в любом стандартном инкубаторе. Бипер BF1 со встроенным генератором и светодиод HL3 служат для светозвуковой индикации аварийного состояния инкубатора. Бипер будет прерывисто пищать, а светодиод мигать до тех пор, пока не будет устранена аварийная ситуация или не нажата кнопка ?-? на клавиатуре управления. Для усиления громкости звука возможно подключение нескольких 12-вольтовых биперов в параллель или применение иного звукового сигнализатора, управляемого от 12 В.

При снижении температуры или влажности ниже нижнего аварийного порога автоматически включается увлажнитель или обогреватель на полную мощность (100% мощности), не зависимо от установок параметров температуры и влажности в меню ?Параметры инкубации? устройства.

При повышении влажности до верхнего аварийного порога независимо от установленных в меню ?Параметры инкубации? значения влажности и гистерезиса регулирования влажности увлажнитель полностью отключается и включается вентилятор проветривания инкубационной камеры, а в случае перегрева из-за пробоя симистора и подключении контактов К2.2 реле произойдёт полное отключение нагревательного элемента увлажнителя. При повышении температуры до верхнего аварийного порога кроме полного отключения обогревателя и подачи светозвукового сигнала тревоги, произойдёт так же включение вентилятора аварийного проветривания, отключение цепи обогрева, а так же увлажнителя (вдруг перегрев вызван отсутствием воды в испарителе?). Таким образом, в алгоритме работы блока контроля инкубации реализовано двойное резервирование работы в аварийных ситуациях, что позволяет уберечь зародышей цыплят от гибели практически в любых ситуациях.

Теперь несколько фотографий, описание меню и настроек устройства:

При первом включении устройства для сброса параметров по умолчанию необходимо удерживать в нажатом состоянии кнопку ?ОК?. При этом в энергонезависимую память микроконтроллера будут записаны необходимые для нормальной работы устройства параметры. Без выполнения сброса настроек дисплей устройства, ввиду наличия электронной регулировки контрастности не будет отображать символы.

При включении устройства в сеть отобразится приветственная надпись и трижды плавно мигнёт подсветка.

В рабочем режиме в верхней строке экрана отображаются текущие значение температуры и влажности, а в нижней строке поочерёдно оставшееся время до поворота лотков и текущие значения мощностей обогревателя и увлажнителя.

При удержании кнопок ?+? и ?-? в течение трёх секунд устройство переходит в режим подстройки показаний термометра и гигрометра. В этом режиме рекомендуется (но не обязательно) подстроить показания температуры влажности по образцовым приборам при температуре близкой к температуре инкубации, так как любые датчики имеют некоторую фиксированную погрешность измерения. В верхней строке дисплея отображаются измеренные прибором датчиком значения, а в нижней строке мигает выбранный для изменения параметр. Нажатием кнопок ?+? или ?-? можно установить показания температуры и влажности по образцовым приборам. Разность показаний между истинными и измеренными параметрами микроклимата запоминается микроконтроллером и в дальнейшем корректируется с учётом внесённой поправки. Для выхода из меню калибровки датчика необходимо нажать кнопку ?ОК?, при этом разность значений будет сохранена в энергонезависимой памяти микроконтроллера.

Для входа в меню основных настроек необходимо нажать и удерживать около 3-х секунд кнопку ?ОК?. В этом случае экран устройства примет вид указанный на фото ниже. Кнопками ?+? и ?-? осуществляется выбор пункта меню, а кратковременное нажатие кнопки ?ОК? приводит ко входу в подменю настройки соответствующих параметров. Для выхода из меню необходимо так же удерживать кнопку ?ОК? в течение примерно 3-х секунд. При отсутствии нажатий на кнопки управления выход из меню произойдёт автоматически по прошествии 30-ти секунд.

В подменю переход к настройке следующего параметра и запоминание текущего производится нажатием кнопки ?ОК?. Увеличение и уменьшение величины мигающего параметра осуществляется нажатием кнопок ?+? и ?-?, соответственно. При удержании кнопок ?+? и ?-? в нажатом состоянии включается режим автоинкремента, при котором изменение регулируемого параметра будет происходить с гораздо большей скоростью…

Время до поворота лотков задаётся в диапазоне от 1 минуты до 6 часов с шагом 1 секунда

В верхней строке дисплея отображаются заданные максимально допустимые значения превышения температуры и влажности над установленными, по достижении которых отключаются нагревательные элементы и включается вентилятор аварийного охлаждения. В нижней строке – минимально допустимые значения параметров микроклимата, относительно установленного значения, при которых соответствующий нагревательный элемент включается на полную мощность. Во избежание чрезмерного роста температуры внутри инкубационной камеры при полном испарении воды из увлажнителя обработка аварийной ситуации по температуре имеет некоторое преимущество перед влажностью. В описанной ситуации, когда ?голый? нагревательный элемент в увлажнителе будет греть и осушать воздух в инкубационной камере при отсутствии воды в ёмкости, приведёт к включению вентилятора аварийного охлаждения и полному отключению как нагревательного элемента увлажнителя, так и нагревателя термостата. В этом случае произойдёт некоторое остужение ?внутренностей? инкубатора, а за счёт ?подсосанного? из вне вентилятором воздуха хоть малое, но всё же увлажнение. Включившейся прерывистый светозвуковой сигнал тревоги оповестит об аварийной ситуации и необходимости подлива воды в увлажнитель. Для отключения звукового сигнала необходимо нажать кнопку ?-?. При нормализации параметров и возникновении последующей аварийной ситуации звуковой сигнал будет включён заново, не смотря на его отключение в предыдущий раз.

Main technical characteristics of the incubator automatic control device:

- exact maintenance of the set temperature (selected in the range of values ??4 ... 99.9 ° C);

- exact maintenance of the set humidity (it is selected in the range of values ??5 ... 99.9%);

- Adjustable hysteresis to maintain the temperature in the range from 0.1 to 9.99 ° C in increments of 0.01 ° C;

- Adjustable hysteresis for maintaining humidity in the range from 1 to 9.9% in 0.1% increments;

- reducing the power of the heater and humidifier upon reaching the set temperature and humidity;

- five steps to adjust the power of the heater and humidifier (0%, 25%, 50%, 75%, 100%);

- alarming sound and sound signaling deviation of microclimate parameters beyond the nominal values;

- Separate setting of alarm thresholds for alarm;

- automatic rotation of the egg trays after a specified period of time (set in the range of 1 minute - 6 hours);

- alphanumeric LCD display;

- electronic adjustment of backlight brightness and display contrast;

- light (LED) and symbolic (on the display) indication of the current power values ??of the heater and humidifier;

- Indication on the display of the time remaining before turning the trays;

- adjustment of temperature and humidity readings to compensate for sensor errors;

- rotation of the trays in the opposite state (reverse trays) when you press the "+" button;

- disabling the alarm when the “-” button is pressed;

- sound alarm confirming clicks on the control buttons;

- the supply voltage of the device is 9 - 15 V. DC.

Structurally, the device is based on the cheapest microcontroller of the AVR Mega ATmega8A family. As a temperature and humidity sensor, both high-precision SHT-21D and less accurate SHT10 - SHT15 can be used. As an LCD display, an inexpensive LCD indicator with an integrated controller SC1602AULT-XH-HS-G, which can be easily replaced with a similar one, is selected.

The schematic diagram of the device is shown in the figure below, and drawings of the device’s printed circuit boards and sensors, as well as microcontroller firmware for various types of SHT sensors can be downloaded from the links at the bottom of the article.

Circled in rectangles parts of the circuit are structurally placed on printed circuit boards. To connect the temperature and humidity sensor, I recommend using a shielded wire or, best of all, a flat cable of 6 conductors with alternating conductors connected to a common wire through one (see drawing below). And do not forget to connect a ceramic SMD capacitor with a capacity of 0.1 μF in parallel to the sensor power leads. As experience shows, failure to comply with this requirement, as well as connecting unused sensor contacts to each other and to the common circuit wire, leads to serious readings glitches. Also, the manufacturer of the sensor does not recommend using anything other than distilled water to clean the board with the soldered sensor!

When using the SHT-21 temperature sensor, it must be remembered that its supply voltage should not exceed 3.6 V. Therefore, it is necessary to replace the integrated voltage regulator 78L05 indicated in the diagram with a similar voltage output of 3.3 V., for example LM1117-3.3.

The choice of Sensirion SHT integrated sensors is determined by their high accuracy and digital interface. As practice has shown, the traditional method of calculating humidity based on the readings of dry and wet thermometers does not give an acceptable result due to the low aspiration rate in the incubation chamber, as well as the effect of the air pressure on the psychrometer, which will be higher than atmospheric when the fan of the air exchange system in industrial incubators is working . In practice, the difference in the readings of the hygrometer based on the psychrometric method, the digital humidity sensor SHT-21 and the mechanical hygrometer based on horsehair reached 25% (15% humidity in the chamber, calculated according to the psychrometer, 43.4% of the readings of the SHT-21 sensor and about 40% reading of a hair hygrometer).

As can be seen from the device diagram, a mechanism is used to rotate the trays, which is controlled by an electromagnetic relay containing two groups of switching contacts. The power control of the heater and humidifier is carried out by skipping half-periods of the mains voltage. To do this, optocouplers of the MOC3062 type are installed on the control unit board with a built-in circuit for monitoring the transition of the network voltage through zero. Triacs connected to optocouplers carry out switching of heating elements, and LEDs HL1 and HL2 serve for light indication of a condition of heating elements. Relay K1 is used to turn on the emergency ventilation fan of the incubation chamber during wetting or overheating. K1.2 contacts of this relay can also be used for emergency shutdown of heating elements during breakdown of triacs. Circuit elements circled in red line are installed on separate boards. Elements circled

https://www.radiokot.ru/circuit/digital/home/139/

https://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?t=84865

http://sokol.radioliga.com/15.htm