Инкубатор «BELchick»

Автор: Simurg, ghjdflf@mail.ru
Опубликовано 21.09.2017
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2017!"

     Предлагаю Вашему вниманию плату управления автоматическим инкубатором "BELchick". Название инкубатора происходит от сокращенного «Белорусские цыплята» на английском языке. Инкубация ведется по заранее настроенному «своему» плану, или считанному готовому плану режима инкубации. Максимальная длительность периода инкубации 31 день.

    Благодаря журналам регистрации всего процесса инкубации становится возможным довести выводимость цыплят до 100% для конкретного исполнения инкубатора. По графикам будет виден момент «саморазогрева» яиц, когда необходимо снизить температуру на полградуса и подать больше кислорода в камеру инкубации вентилятором проветривания. Журналы регистрации можно забирать в два нажатия кнопки в любой момент времени и сколько угодно раз. В отчетах будут предоставлены только измеренные данные. Ничего лишнего, пустых строк и событий, которые еще не наступили, не формируется. Журнал имеет объем для регистрации всех показателей 31 сутки.

    Так как инкубационные яйца кроссов могут быть редкими или дорогими, то предусмотрен ряд защит от непредвиденных ситуаций, которые могут привести к гибели эмбриона или зародыша в процессе инкубации.

Использован минимум деталей. Вид собранной платы в работе:

Основные возможности платы управления на сегодняшний день следующие:

• - поддержание температуры нагревателя с помощью ШИМ;
• - аварийное охлаждение при перегреве в инкубационной камере;
• - поддержание влажности методом включено/выключено. Можно использовать ультразвуковой увлажнитель;
• - управление притоком свежего воздуха согласно режимам инкубации;
• - автоматический поворот лотков яиц по разным режимам;
• - ведение журнала состояния микроклимата дискретностью 10 минут в камере инкубации: температуры, влажности и мощности в «%» подводимой к нагревателю;
• - ведение журнала максимальной/минимальной температуры инкубации дискретностью 1 час;
• - ведение журнала перебоев с электропитанием во время инкубации дискретностью 1 минута на 200 записей пар вкл/выкл;
• - перенос всех журналов на внешнюю память EEPROM 24С256 в два нажатия кнопки. Нет необходимости ходить с ноутбуком в «инкубаторий». Просмотр отчетов, как в текстовом формате, так и в CSV для построения графиков в Excel;
• - быстрая диагностика всех исполнительных устройств и всей программы режимов инкубации;
• - сервисный журнал регистрации работы инкубатора;
• - резервное восстановление текущего времени и текущего дня инкубации при сбоях с часами реального времени или разряде батареи для часов. Защита яиц от сбоя часов;
• - Для исключения вмешательства неподготовленного персонала, организован парольный доступ к важным настройкам во время инкубации;
• - Если все исполнительные устройства и нагреватель 12 вольтовые, то в качестве резервного источника питания можно использовать автомобильный аккумулятор на случай длительного пропадания сетевого напряжения.
• - имеет в памяти предустановки планов режимов инкубации на 5 видов птиц (куры, утки, индюки, гуси, перепела);
• - можно настроить «свой» уникальный режим инкубации длительностью до 31 дня.
• - индикатор состояния, присутствующий всегда на экране. Для анализа «краем глаза» что все нормально или нет. При несоответствии температуры или влажности мигает символ «!», если все в норме то символ «». Если инкубатор остановлен символ «Х».
• - автоматическая коррекция хода часов каждые сутки;

   При включении питания на экран кратковременно выводится приветственное сообщение с названием и версией прошивки:

   Версия расшифровывается так: Ver.ink.317.6.28 где «ink»- инкубатор или «bru» – брудер. «3» – означает, что программа для ATMEGA328, «8» для ATMEGA8. «17» - год, «6» - месяц, «28» - число месяца.

Основной экран:

      В основном режиме, для увеличения полезной информации, выводимой на экран, каждые 3 секунды переключается нижняя строка. В режиме, когда инкубатор запущен, вид экрана такой:

   В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – установка времени и автоматической коррекции часов.
KEY2 – настройка для параметров регулятора Z и P, и для параметров поворота R и T.
KEY3 – Настройка режимов инкубации.
KEY4 – Работа с журналами и ручное управление исполнительными устройствами.
KEY5 – запуск, останов инкубатора, выбор дня инкубации.
KEY6 – выход в основное меню. При длительном удержании вход в сервисный журнал для просмотра на ЖКИ.

   В этот режим программа автоматически возвращается если не нажимать кнопок.

Вкладка "Установка времени и автоматической коррекции часов" (KEY1 из основного меню)

    Верхняя строка текущее время и параметры коррекции времени, нижняя буфер, где можно менять параметры и по нажатию кнопки KEY5 «записать» время из буфера устанавливается, и сохраняются в EEPROM параметры коррекции времени.

    В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – установка часов.
KEY2 – установка минут.
KEY3 – установка минут автокоррекции хода часов.
KEY4 – установка секунд автокоррекции хода часов.
KEY5 – установить время и записать значения автокоррекции хода часов в EEPROM.
KEY6 – выход в основное меню, ничего не меняя и не сохраняя.
KEY1+ KEY2 одновременно – скопировать текущее время в буфер.
KEY3+ KEY4 одновременно – выставить время автокоррекции 30-00. Если установить 30-00 то автокоррекция отключена.
   Автокоррекция хода часов производится каждые сутки в 7-30-00.

Вкладка "Настройка для параметров регулятора Z и P, и для параметров поворота R и T." (KEY2 из основного меню)

   Регулирование температуры нагревателя псевдопропорциональное с помощью ШИМ. Имеет минимум настроек. Константа Z - «замедления», при подходе к заданной температуре и константа P - «поддержание». Имеет 4 ступени регулирования: 100%, Z, P, 0%. По умолчанию Z=175, P=120. Настраиваются по месту в диапазоне от 1 до 255 в зависимости от мощности нагревателя и объема инкубатора.

  Параметр всегда Z должен быть больше чем параметр P. При одновременном нажатии KEY1 и KEY2 возвращаются в буфер значения по умолчанию. Их можно сохранить нажатием KEY5. Сохранение идет сразу для параметров регулятора Z и P, и для параметров поворота R и T. Поэтому перед сохранением нужно обратить внимание, что стоит в R и T.

   Верхняя строка установленные параметры Z и P, R и T. Нижняя буфер, где можно менять эти параметры и по нажатию кнопки KEY5 «записать» данные из буфера записываются в основные и сохраняются в EEPROM.

   Поворот лотков организован по времени, либо по концевым выключателям. Для изменения направления поворота используется реле, переключающее полярность и ключ, подающий питание на двигатель через контакты реле. Длительность поворота задается в настройках поворота в секундах. Если цикл поворота последний в режиме инкубации, то лотки устанавливаются горизонтально. В настройках можно выбрать режим поворота:«1» поворот 1 раз в час, «2» поворот 1 раз в два часа.

   В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – изменение параметра Z.
KEY2 – изменение параметра P.
KEY3 – изменение параметра R. «1» поворот 1 раз в час, «2» поворот 1 раз в два часа.
KEY4 – изменение параметра T. Время работы механизма поворота в секундах 1 … 55 секунд.
KEY5 –записать значения всех параметров в EEPROM.
KEY6 – выход в основное меню, ничего не меняя и не сохраняя.
KEY1+ KEY2 одновременно – скопировать по умолчанию Z=175, P=120 в буфер.
KEY3+ KEY4 одновременно – скопировать по умолчанию R=1 раз в час, T=10 секунд в буфер.

   Во время инкубации, когда идет поворот на экране указывается куда движутся лотки прямо или реверс.

Вкладка "Настройка режимов инкубации" (KEY3 из основного меню).

 В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – Просмотр режимов без редактирования.
KEY2 – Переход в меню выбора готовых режимов инкубации по видам птицы.
KEY3 – Редактирование уже загруженного или сохраненного ранее режима инкубации.
KEY4 – число суток инкубации для ручного ввода «своего» режима инкубации.
KEY5 – записать значения числа суток инкубации в EEPROM.
KEY6 – выход в основное меню, ничего не меняя и не сохраняя.

Вкладка "Работа с журналами и ручное управление исполнительными устройствами" (KEY4 из основного меню)

 В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – Движение механизма поворота лотков назад. На экране надпись «Rearward».
KEY2 – Копировать все журналы на внешнюю EEPROM (Copy).
KEY3 – Включить испаритель. На экране надпись «Evaporator».
KEY4 – Включить проветривание. На экране надпись «Cooler».
KEY5 – Движение механизма поворота лотков вперед. На экране надпись «Forward».
KEY3+ KEY4 одновременно – удалить журнал инкубации на внутренней ЕЕПРОМ инкубатора (Del).
KEY6 – выход в основное меню, прерывание копирования или удаления.

Копию можно получить в два нажатия по кнопкам: (KEY4 из основного меню -> Здесь вставить внешнюю ЕЕПРОМ далее -> KEY1, дождаться копирования -> вынуть ЕЕПРОМ.)

При нажатии кнопки «копировать» высвечивается такой экран:

 Также проверяется подключена ли внешняя память, и если её нет, то возврат назад. Если память подключена, то выводится прогресс бар, по которому виден процесс копирования.

При нажатии кнопки «удалить» высвечивается такой экран:

Вкладка "Запуск, останов инкубатора, выбор дня инкубации" (KEY5 из основного меню)

В нижней строке отображается текущий день инкубации, время часы минуты секунды, день инкубации для ручного задания дня.

 В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – Старт инкубатора.
KEY2 –выбор дня инкубации.
KEY3+ KEY4 одновременно – Стоп инкубатора и возврат в исходную позицию в плане режимов инкубации на 1 день.
KEY5 – Принудительное задание дня инкубации выбранного копкой KEY2.
KEY6 – выход в основное меню, прерывание копирования или удаления.

При старте инкубации (нажатии KEY1) удаляется предыдущий журнал пропадания электропитания на 200 записей:

Далее выставляется 1 день и начинается процесс инкубации согласно настроенным режимам.

Вкладка "Сервисного журнала для просмотра на ЖКИ" (долгое удержание KEY6 из основного меню)

Для простого пользования инкубатором данная информация не нужна. Она может пригодиться при «разборе полетов» когда по неясным причинам загубили партию яиц.
Переход по уровням журнала осуществляется по времени удержания кнопки KEY6. Держим кнопку, один кадр, не отпуская продолжаем держать - второй кадр и т.д.

1 кадр:

Верхняя строка:
«Y» указывает что двойное резервирование значения часов и дня совпадают между собой и, следовательно, достоверно. Если «N», то значение времени в EEPROM не достоверно. Обновляется каждый час только во время запущенной инкубации.
Цифры будут в зависимости от вашего текущего времени и дня. Пример:
«1» - первый день. Должно совпадать с первыми двумя значениями во второй строке. Если совпадает, то данные в ОЗУ часов достоверны, иначе нет.
«14» - часы. Должно совпадать с двумя значениями после дроби и перед двоеточие во второй строке. Если совпадает, то данные в ОЗУ часов достоверны, иначе нет.
«0» - если «1» то реверс поворота, «0» - движение прямо.
«0» - движение остановлено. В данном режиме инкубации больше поворота лотков не будет. Если «1» то повороты будут.
«2» - Число подключенных датчиков температуры. В данном случае два.
«4» - секунды.
Нижняя строка:
11/1414:4646 где: 1 и 1 – день инкубации в ОЗУ часов две копии, 14 и 14 часы текущего времени в ОЗУ часов две копии, 46 и 46 минуты текущего времени в ОЗУ часов две копии. Пары должны совпадать между собой тогда данные в ОЗУ часов достоверны. Это нужно для журнала перебоев с питанием.

2 кадр:

 Верхняя строка:
Минимальная и максимальная зарегистрированная температура для текущего часа
Нижняя строка:
«27014» Адрес записи в ЕЕПРОМ для текущего часа.
«3268» измеренная текущая температура сухим термометром.
«3800» заданная температура для сухого термометра согласно текущему режиму инкубации.

3 кадр:

Верхняя строка:
«1» - Число всех стартов инкубаций;
«2» - Число выполненных полных циклов инкубации;
«0» - 255-тки числа включений питания инкубатора (множитель на 255 следующего параметра);
«30» - Число включений питания инкубатора;
«0» - Число удалений сервисного журнала;
«9» - Десятки секунд для отображения сервисной информации. Для администратора проекта;
Нижняя строка:
«8» - Число удалений журнала пропадания напряжения питания;
«88» - адрес температур для записи в ЕЕПРОМ / 10;
«2=40» - «2» мультиплексор значений или номер выводимого значения, где:
2- Минуты остановки инкубатора
3- Часы остановки инкубатора
4- День инкубации в который была совершена остановка инкубатора
5- Минуты удаления журнала инкубации;
6- Часы удаления журнала инкубации;
7- День удаления журнала инкубации;
8- День восстановления при повреждении инфы в часах DS1307 ;
9- Часы восстановления при повреждении инфы в часах DS1307;

Вкладка "Просмотр режимов без редактирования" (KEY3 из основного меню-> KEY1)

    Здесь можно пролистать и посмотреть весь режим инкубации день за днем. Что будет выставлено и какие режимы проветривания и т.д.

Верхняя строка: номер дня, какая температура и влажность будет задана в камере инкубации;
Нижняя строка: Поворот разрешен «Turn ON»; Поворот разрешен «Turn OFF»;

Cool = X – Вентиляции нет;
Cool = A – Вентиляция один раз в сутки в 12-00 на 5 минут;
Cool = B – Вентиляция два раза в сутки в 9-00 и в 15-00 на 5 минут;
Cool = C – Вентиляция два раза в сутки в 9-00 и в 15-00 на 10 минут;
Cool = D – Вентиляция три раза в сутки в 8-00, 16-00 и в 00-00 на 10 минут;

В данном режиме описание кнопок:

KEY1 – Листать день влево или «-»;
KEY5 – Листать день вправо или «+»;
KEY6 – выход в основное меню.

Вкладка "Меню выбора готовых режимов инкубации по видам птицы" (KEY3 из основного меню-> KEY2).

   В данном меню можно выбрать готовые пресеты по режимам инкубации:

 Описание кнопок:

KEY1 – Выбрать режимы для КУР и загрузить программу в основной ЕЕПРОМ.
KEY2 – Выбрать режимы для УТОК и загрузить программу в основной ЕЕПРОМ.
KEY3 – Выбрать режимы для ИНДЮКОВ и загрузить программу в основной ЕЕПРОМ.
KEY4 – Выбрать режимы для ГУСЕЙ и загрузить программу в основной ЕЕПРОМ.
KEY5 – Выбрать режимы для ПЕРЕПЕЛОВ и загрузить программу в основной ЕЕПРОМ.
KEY6 – выход в основное меню, ничего не выбрано.

Вкладка "Редактирование уже загруженного в ЕЕПРОМ режима инкубации" (KEY3 из основного меню-> KEY3).

    Верхняя строка уже сохраненные параметры, нижняя буфер где производим все изменения и по нажатию кнопки KEY5 они запишутся в текущий день.
«01» день режима инкубации; «38,0» температура сухого термометра в камере; «64%» влажность; «Т1» поворот лотков включен; «Х» проветривание выключено. Расшифровку режима проветривания я давал выше. (X,A,B,C,D).

Описание кнопок:

KEY1 – Выставить температуру. Плюсует по кругу.
KEY2 – Выставить влажность. Плюсует по кругу.
KEY3 – включить поворот или выключить (1- вкл. 0- выкл).
KEY4 – Выставить режим проветривания (X,A,B,C,D).
KEY5 – записать буфер в ЕЕПРОМ для выбранного дня инкубации и перейти на следующий день.
KEY6 – Листать дни вперед ничего не сохраняя.
KEY1+ KEY2 одновременно – выход в основное меню.

Режим «инкубатор остановлен»

   В данном режиме можно менять все настройки без запроса кода. Доступно всё.

Вид экранов в данном режиме:

Режим «инкубатор запущен»

   В данном режиме можно менять настройки только после прохождения проверки кода. Доступно только просмотр режимов инкубации (KEY3 из основного меню-> KEY1) и ручное управление исполнительными устройствами. Вид экрана в данном режиме показан выше с пояснениями.

    Проверка кода вызывается при попытке войти в важные меню, когда идет процесс инкубации. При этом выводится приглашение к вводу кода:

Описание кнопок при вводе кода:

KEY1 – Выбрать первую цифру. Плюсует по кругу.
KEY2 – Выбрать вторую цифру. Плюсует по кругу.
KEY3 – Выбрать третью цифру. Плюсует по кругу.
KEY4 – Выбрать четвертую цифру. Плюсует по кругу.
KEY5 – подтверждение кода
KEY6 – отказ от ввода кода
KEY1+ KEY2 одновременно – выход в основное меню, ничего не выбрано.

    Случаи с пропаданием и перебоями с электропитанием регистрируются в количестве 200 записей пар выключено/включено. Регистрируются пропадания питания более минуты, так как кратковременное пропадание не влияет на выводимость цыплят и не сказывается на работе инкубатора. Например, пропало питание на срок более 1 минуты и потом появилось. Это будет записано в журнал и при включении выведется сообщение о данном событии. Это сообщение не закрывается само. Его можно только сбросить, нажав кнопку KEY6. Мера необходимая для того, что бы это событие не пропустили.

Состоит из двух сообщений:

Говорящего что были проблемы с питанием и указывающее текущее время и день.

И второе сообщение:

 Где указано, когда было отключение питания и когда оно снова появилось.

Код для доступа в настройки во время процесса инкубации «4132».

Запуск быстрого теста:

   Настроить нужный режим инкубации или загрузить готовые профили режимов, выбрав вид птицы. Затем зажать три клавиши KEY1 и KEY2 и KEY3 и подать питание. На запрос кода ввести «4132». При запуске будет сброшено время и сутки и начнется быстрый тест. Сутки «пролетают» за минуту, работают механизмы поворота, вентилятор проветривания, нагреватели и испарители согласно настроенным ранее режимам инкубации.

  В момент проветривания мигает подсветка дисплея. Во время поворота лотков на дисплее индицируется направление стрелками куда идет поворот.

При неисправности часов DS1307 или на шине I2C, в момент включения выводится сообщение «DS1307 or 24C256 or I2C bus ERROR".

Схема инкубатора:

    Контроль температуры и влажности на DS18B20. Влажность измеряется косвенно по разности показаний сухого и влажного термометра по психрометрической таблице. Значение влажности определяется только до целых значений без десятых. Определение только в рабочем диапазоне температур. Все что не попадает в диапазон снизу, равняется 35%. Так как это уже не имеет значения. Влажность низкая и ее необходимо поднимать. Ключ управления испарителем начинает работать только при достижении температуры сухого термометра диапазона 36,99 …38,99, и влажного диапазона 26…39 градусов. В других случаях он отключен.

   Таблица:

    В случае пробоя ключа для нагревателя, или перегрева яиц более чем на 1 градус от установленного по другим причинам, включается режим аварийного регулирования температуры вентилятором проветривания.

    Во время проветривания по плану режима инкубации нагреватель отключается не зависимо от того, достиг он температуры задания или нет. По завершению проветривания нагреватель работает далее в штатном режиме

Печатная плата и схема выполнены в DipTrace.

Вид на 3D модель платы:

Готовая плата заказанную в Китае:

    Для того, чтобы забрать журналы с инкубатора был разработан считыватель внешней ЕЕПРОМ на плате «Ардуино про мини» на ATMEGA328. В ней удален загрузчик и прошит НЕХ для считывателя. Он формирует отчеты и передает их на компьютер через готовую плату USB-TTL конвертера. Она собрана на чипе CH340G.
Вид платы:

Сама внешняя ЕЕПРОМ запаяна в бывший картридер. Разъемы использовал USB от материнки для инкубатора и для считывателя.

Схема считывателя и внешняя ЕЕПРОМ:

Скорость обмена выбирать 115200 бод. Для приема журналов использовал программу ZOC V5.

Фьюзы выставить такие:

Команды для получения нужного отчета:

cex – Отчет микроклимата для EXCEL в формате CSV.
ctx - Отчет микроклимата в формате TXT.
cem – Отчет минимальной и максимальной температуры для EXCEL в формате CSV.
ctm - Отчет минимальной и максимальной температуры в формате TXT.
cep – Журнал перебоев с питанием для EXCEL в формате CSV.
ctp - Журнал перебоев с питанием в формате TXT.
cts – сервисная информация в формате TXT.
cef – дамп памяти для EXCEL в формате CSV.
ctf - дамп памяти в формате TXT.
cax – все архивы сразу (без дампов) для EXCEL в формате CSV.
cat - все архивы сразу (без дампов) в формате TXT.
del - удалить всё на внешней ЕЕПРОМ;

Примеры отчетов, получаемые по разным запросам:

Отчет микроклимата для EXCEL в формате CSV:

Отчет микроклимата в формате TXT:

Отчет минимальной и максимальной температуры для EXCEL в формате CSV и в формате TXT:

Журнал перебоев с питанием в формате TXT:

Сервисная информация в формате TXT:

Дамп памяти в формате TXT:

Во время удаления передается прогресс бар в терминал:

Примеры получаемых журналов прилагаю в архиве.

Так как в исходном файле пока нет комментариев, то добавлю его в тему на форум, когда все приведу в соответствие :(.

   Следующая разработка на основе данной платы – «плата управления автоматизированным брудером для цыплят» с подачей корма, воды, поддержания микроклимата и освещения. Нужно только прошить в контроллер другую прошивку.

В результате всех трудов по сборке самого инкубатора из любого неисправного холодильника будет вот такая красота:

И вот такая вкуснота:

Буду надеяться, что все же кто-то дочитает до конца и кому ни будь да пригодится…

Кота с Днем рождения и всего хорошего.

Печатная плата прилагается в архиве вместе со схемой в DipTrace.

P.S. Так как схема не отобразилась из превью, то добавл отдельно файлы схем в JPG.

Файлы:
CXEMA_24256
CXEMA_prew
Ver_ink_317_6_28

Все вопросы в Форум.