Динамика изменения концентрации углекислого газа  1. Основная часть

1.1 Техническое задание

Было получено задание на разработку программно-аппаратного комплекса, позволяющего обеспечить автоматическое проветривание помещений, удовлетворяющего следующим требованиям:

1. Источник питания – блок питания 24В или 220В

2. Количество датчиков–     1) Датчик CO₂

                                                         2) Датчик температуры

                                3) Датчик положения

                                4) Датчик сопротивления усилию

                                5) Датчик влажности

3. Режимов работы – 1) Автоматический по CO₂

                                2) Автоматический по таймеру

                                3) Полуавтоматический с оповещением

                                4) Ручной

1.2 Выбор и обоснование электрической структурной схемы

ПАК «Аэра-1» является системой, обеспечивающей автоматическое открытие и закрытие окон для проветривания в аудиториях.

Данный прибор можно сравнить с существующими аналогами, от которых он отличается по ряду конструктивных элементов:

· - Используемый набор датчиков позволяет:

o обеспечить несколько автоматических режимов работы

o создать безопасную систему, исключающую возможность получения травм

o создать сигнализирующие элементы конструкции, благодаря которым у преподавателя появляется понимание того, насколько ухудшился воздух

· Благодаря унифицированной конструкции допускается возможность монтажа ПАК на существующие окна, без их замены

· Модульная конструкция позволяет создавать упрощённые системы или масштабировать существующие, без кратного увеличения стоимости.

· Гибкая система настройки позволяет подобрать режим проветривания под любую аудиторию и преподавателя.

Рис. 1 Функциональная схема прибора ПАК «Аэра-1»

В состав прибора входят:

1. Внешний модуль:

a. Датчик влажности

b. Датчик уличной температуры

2. Внутренний модуль:

a. Детектор углекислого газа

b. Датчик температуры в помещении

3. Модуль управления

a. Блок питания 5В

b. Wi-Fi приемник-передачтик

c. Плата управления

4. Модуль сервопривода

a. Датчик положения

b. Датчик усилия

c. Сервопривод

d. Блок питания 24В/220В

Основной задачей прибора является автоматический контроль микроклимата в помещении по таким параметрам как: концентрация CO₂ и температура в помещении.

Принцип работы заключается в том, что в блоке памяти платы управления задаются настроечные параметры, такие как:

- границы допустимых норм CO₂ и температуры в помещении

- период времени, в которое допускается беспрепятственно открывать окно

- работа системы в условиях выпадения осадков

- работа системы в холодное время года

- безопасное усилие закрывания окна.

После чего система может функционировать в автоматическом режиме. В случае изменения требований имеется возможность её дистанционной или удаленной перенастройки через интерфейс.
1.3 Выбор и обоснование электрической принципиальной схемы

Рис. 2 Полная принципиальная схема прибора «Аэра-1»

Выбор схемы обусловлен теми данными, которые необходимы для работы системы. В первую очередь это датчики.

1) В качестве датчика температуры внутри и снаружи помещения используются TMP37FT9Z, с рабочим диапазоном -40…+125 ^оС. Выбор обусловлен низким потребляемым напряжением и высокой точностью измерений.

2) Датчиком CO² выбран MH-Z19B. Он обладает достаточной точностью измерений и наиболее оптимален по экономическим соображениям. Для его функционирования используется плата управления ISKRA Mini.

3) Датчиком дождя является FC-37, наиболее удобный при использовании платы Arduino в качестве платы управления. Необходим для автоматического закрытия окна в случае выпадения осадков.

4) Так же для обеспечения безопасности присутствует датчик угла поворота шестерни KMA199E. Он позволяет среагировать системе, если усилие на сервоприводе присутствует, а закрытию или открытию окна что-либо мешает.

На основе полученных от датчиков данных плата управления Arduino Uno подает команду сервоприводу, управляемому через MOSFET IRF540NPBF, с допустимым током нагрузки 36А и напряжением нагрузки 100В, на открытие или закрытие окна.

Для обеспечения контроля и настройки устройства используется плата WI-FI соединения