Электроника для гидропоники

Lexatagan · Сообщение **Lexatagan** » 01 мар 2013, 19:28

leha2000 писал(а):А что представляете как можно померять ph?

Ага, погуглил. Нужно пару хитрых электродов, между которыми меряется ЭДС. Проблема в электродах.

Сообщение **leha2000** » 01 мар 2013, 19:53

Какие будут соображения?

Lexatagan · Сообщение **Lexatagan** » 01 мар 2013, 21:48

leha2000 писал(а):
Какие будут соображения?

Так элементарно же

Берем запаянную трубку из проводящего стекла, заливаем суспензией хлористого серебра - получаем один контакт. Берем металлическую пластину - получаем второй контакт. Меряем ЭДС между ними - получаем рН.
А если серьезно, то не представляю где взять материалы для изготовления самого датчика, измерить ЭДС, понятно, не проблема. Хотя в детстве опускал две простые металлические пластины в соляной раствор. ЭДС было. Интересно насколько оно зависит от рН и от чего еще? И почему так не делают в промышленности.

Сообщение **leha2000** » 01 мар 2013, 23:05

А что в этом случае будет делать микроконтроллер с частотой 72 МГц

Для этого достаточно обычной стрелочной головки

Но думаю дешевле существующих аналогов у Вас неполучиться, лучше тоже наврядли.
Попробуйте погуглить ETP-301

Однако эту мысль тоже можно будет пустить в дело.
Также подумайте какая должна быть частотная характеристика сопротивления раствора.

Сообщение **Radist** » 02 мар 2013, 10:10

Lexatagan писал(а):
leha2000 писал(а):
Какие будут соображения?
Так элементарно же Берем запаянную трубку из проводящего стекла, заливаем суспензией хлористого серебра - получаем один контакт. Берем металлическую пластину - получаем второй контакт. Меряем ЭДС между ними - получаем рН.
А если серьезно, то не представляю где взять материалы для изготовления самого датчика, измерить ЭДС, понятно, не проблема. Хотя в детстве опускал две простые металлические пластины в соляной раствор. ЭДС было. Интересно насколько оно зависит от рН и от чего еще? И почему так не делают в промышленности.

Ну да! Всё очень просто. Только не забудьте сначала справиться о необходимых характеристиках входного усилителя для этого вольтметра: на КОСС, на Rвх. в особенности. Неплохо подумать о калибровке и термостабилизации. Ну и ессно о борьбе с наводками при таком значении Rвх. Сейчас уже не помню, но когда-то занимался этим (промышленный проточный измеритель Рн на ...лампах, не поверите - вес килограммов 30!!!). Не всё там просто и радужно. Лучше, чтобы избежать многих ошибок, изучить сначала схемы старых промышленных Рн-метров. В старых описаниях подробно рассматриваются электроды и принцип измерения. На лампах, понятно, никто ничего уже делать не будет. Но ознакомиться не помешает.

Сообщение **Radist** » 02 мар 2013, 10:36

Так, для справки, ну чтоб понимать, с чем имеем дело:

"Действие pH-метра основано на измерении величины ЭДС электродной системы, которая пропорциональна активности ионов водорода в растворе — pH (водородному показателю). Измерительная схема по сути представляет собой вольтметр, проградуированный непосредственно в единицах pH для конкретной электродной системы (обычно измерительный электрод — стеклянный, вспомогательный — хлоросеребряный).

Входное сопротивление прибора должно быть очень высоким — входной ток не более 10-10А (у хороших приборов менее 10-12А(10 в -12 степени)), сопротивление изоляции между входами не менее 1011(10 в 11 степени)Ом, что обусловлено высоким внутренним сопротивлением зонда — стеклянного электрода. Это основное требование к входной схеме прибора.

Исторически, сначала ЭДС измерялась компенсационным методом с помощью потенциометра и чувствительного гальванометра. Когда схема в равновесии, ток через гальванометр не течет, и нагрузка на электроды не действует - по шкале потенциометра корректно отсчитывается ЭДС. Так же применялся метод с баллистическим гальванометром. Сначала от электродов заряжался конденсатор, затем он разряжался на рамку гальванометра, максимальное отклонение которой пропорционально заряду конденсатора, а следовательно - напряжению.

Далее появились приборы с входным усилителем на электронных лампах. Специальные ("электрометрические") лампы имеют ток утечки сетки порядка пикоампер, что позволяет получать большие входные сопротивление. Недостатком таких схем является большой дрейф и уход калибровки из-за неизбежного старения и изменения характеристик лампы.

Решить проблему дрейфа и одновременно высокого входного сопротивления позволили компенсационные схемы с усилителем, построенным по принципу модулятор - демодулятор. Механический ключ (вибропреобразователь) поочередно соединяет небольшой конденсатор с входом и цепью обратной связи. Если постоянные напряжения на них отличаются, то через конденсатор протекает небольшой переменный ток, который создаст переменное напряжение на сеточном резисторе входной лампы. Далее пульсации усиливаются несколькими каскадами, и поступают на фазочувствительный демодулятор (в простейшем случае - такой же вибропреобразователь, электромагнит которого включен параллельно электромагниту первого). На выходе получается напряжение, пропорциональное разности напряжений на входе. Цепь обратной связи (резистивный делитель) задает общий коэффициент усиления, стремясь поддерживать на входе усилителя нулевую разность напряжений. Эта схема практически лишена дрейфа, усиление мало зависит от степени износа ламп. Снижается требования к самим лампам - вместо дорогих электрометрических можно применять массовые приемно-усилительные лампы. Так работает, например, отечественный прибор pH-340.

В более поздних моделях вместо контактного преобразователя применялся динамический конденсатор, позднее ключ на фотосопротивлении, освещаемом импульсами света (например иономер ЭВ-74), а лампы на входе сменились полевыми транзисторами.

В настоящее время большинство прецизионных операционных усилителей с входом на полевых МОП-транзисторах, и даже простейшие АЦП удовлетворяют требованиям по входному сопротивлению.

Так как ЭДС электродной системы сильно зависит от температуры, то важной является схема термокомпенсации. Изначально применялись медные термометры сопротивления, включенные в сложные мостовые схемы обратной связи, или потенциометр со шкалой в градусах, ручкой которого устанавливали значение температуры, измеренное ртутным термометром. Такие схемы имеют большое число подстроечных резисторов и крайне сложны в настройке и калибровке. Сейчас датчик температуры работает на отдельный АЦП, все необходимые корректировки вносит микроконтроллер.

Примерная зависимость напряжения от pH (для системы со стеклянным и хлорсеребряным электродами) следующая.
Большинство современных стеклянных электродов делают так, что бы в паре с хлорсеребрянным ЭДС была примерна равна нулю при pH = 7, то есть в нейтральной среде.
При основном (щелочном) pH, (но, обычно, не более 14 - предел для стеклянных электродов) напряжение на выходе датчика варьируется от 0 до -0,41В ((14-7)* -0,059 = -0,41). Например, pH 10 (на 3 ед. выше нейтрального), (10-7) * -0,059 = -0,18В).
При кислотном pH, напряжение на выходе датчика колеблется от 0 до +0,41В. Так, например, pH 4 (3 ед. ниже нейтрального), (3-7)* -0,059 = +0,18В.

Две главные настройки выполняются при калибровке по буферным растворам с точно известным значением pH — устанавливается крутизна усиления и смещение нуля. Так же настраивается так называемая изопотенциальная точка (pHи, Eи) - значение pH и соответствующая ему ЭДС, при которых ЭДС системы не зависит от температуры. Современные электродные системы (за исключением специальных электродов для сильных кислот и щелочей) делают с изопотенциальной точкой около pH = 7 и ЭДС в пределах +/- 50мВ. Эти характеристики указываются для каждого типа стеклянного электрода."

Если всё изложенное выше просто - тогда "Вперед!"

Сообщение **leha2000** » 02 мар 2013, 11:15

Знаете ли, Владимир, даже не знаю что Вам на это сказать.
Вообще когда-то и компьютеры были на лампах. И не каждый мог подобные уместить у себя дома. А были времена, когда их небыло вообще. И ph метров тоже. С увеличением производительности ЭВМ подходы к измерениям изменились.
Или может еще будем сравнивать С1-49 и TPS-2024. А есть ведь и еще более компактные. Можете вскрыть и посмотреть - они устроены совершенно поразному.
Так что не надо здесь про лампы, температуры, ЭДС, тема вроде про МК. От температуры кстати зависит не только значение ЭДС, но и значение ph.
Или Вы думаете, что современные ph метры делаются исключительно по принципам, описанным Вами?
Нуну.
Знаете, сколько раз мне "старшие" товарищи говорили, о невозможности реализации того, что задумывалось? И ничего, работаю ещё, несмотря на своё раз...ское отношение к работе

Циолковскому тоже в своё время говорили, что не может быть, и ничего летают вроде, хотя не хочу аналогий...
Вобщем Вы сильно удивитесь, но очень часто проблема состоит в том, "старшие" товарищи, неверя в возможность того или иного действия весьма сильно затормаживают процесс развития чего-либо. Потом говорят: "Да совок дерьмо, машина не едет, ph метр большой, не меряет, ломается, лампы не достать...", а потом покупают китайский, тот который сделан по тем принципам, на которых, просто не может ничего заработать.
Без обид и с уважением. И никто здесь вроде не говорит о том, что будет что-то легко. А вообще уважаю людей, которые могут хоть чтото сделать, хоть на лампах

Сообщение **Radist** » 02 мар 2013, 14:43

Нет, не думаю, что сейчас измерители делают так, как раньше! С нынешней (вполне кстати доступной) элементной базой делают устройства с параметрами, просто недостижимими ранее(про возможности обработки результатов измерений и говорить не приходится). Но и сейчас сделать действительно толковый (не "индикатор" а именно "измеритель") прибор - непростая задача!
Я понимаю и уважаю людей с "творческой жилкой", без них о прогрессе говорить не приходится. Тем более тех, кто на "ты" с такими специфическими и достаточно сложными приложениями как контроллеры и микроконтроллеры.
Но я прекрасно понимаю и следующее: "выстраданный" вами прибор булет иметь ЕДИНИЧНОЕ применение, в лучшем случае у Вас, и нескольких ваших коллег по увлечению. Потому как тягаться с солидными фирмами (не будем о китайцах), которые СПЕЦИАЛЬНО РАЗРАБАТЫВАЮТ ЭТИ ПРИБОРЫ, ОБЛАДАЮТ МНОГОЛЕТНИМ ОПЫТОМ В ЭТОЙ КОНКРЕТНОЙ ОБЛАСТИ И НЕИЗМЕРИМО БОЛЬШИМИ АППАРАТНЫМИ и ФИНАНСОВЫМИ И НАУЧНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ по меньшей мере несерьезно.
Ничуть сомневаюсь, что Вы осуществите намеченное, если очень захотите. Заодно потратите несколько лет своей жизни для реализации задуманного. Оно стОит того, если такие приборы УЖЕ есть? Мне представляется, что если у человека есть творческий потенциал, его следует применять для реализации ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫХ ИДЕЙ (ПРИБОРОВ, ТЕХНОЛОГИЙ) а не идти по широко проторенной дороге. Если Вы найдете такую задачу для себя - тогда всё ОК! В противном случае - просто досада за потраченное время (это из личного опыта, честно).
Надеюсь без обид. Успехов!

Lexatagan · Сообщение **Lexatagan** » 02 мар 2013, 15:38

Да, проблем не мало. Не вижу интереса изобретать очередной велосипед. Тем более, что используются какие то диковинные материалы. Кстати, а почему не используются обычные металлы?

Сообщение **Radist** » 02 мар 2013, 16:57

Lexatagan писал(а):Да, проблем не мало. Не вижу интереса изобретать очередной велосипед. Тем более, что используются какие то диковинные материалы. Кстати, а почему не используются обычные металлы?

Честно: не знаю, в электрохимии не силен.

Почему не попробуете сделать интеллектуальную систему освещения. Приблизительно так: к ПК подсоедины (напр. через RS-485 или DALI) все управляемые балласты ламп и датчики освещенности. Комп включает/выключает, диммирует в зависимости от времени суток, естественной освещенности, температуры, потребного DLI все источники света. + ведет учет времени наработки каждой лампы, следит за её исправностью, ВЫдаёт "дефектную ведомость", протоколирование и т. и т.д. Теплица потребляет 2МВТ/га!!! Если суметь сэкономить даже 5 проценов на электроэнергии и снизить расходы на текущ. эксплуатацию - Вас на руках будут носить!
Нечто подобное (правда для обычных предприятий) в Сети я видел - какая-то израильская разработка. Живьем, да еще и в теплице - нет

Lexatagan · Сообщение **Lexatagan** » 02 мар 2013, 17:32

Radist писал(а): Почему не попробуете сделать интеллектуальную систему освещения. Приблизительно так: к ПК подсоедины (напр. через RS-485 или DALI) все управляемые балласты ламп и датчики освещенности. Комп включает/выключает, диммирует в зависимости от времени суток, естественной освещенности, температуры, потребного DLI все источники света. + ведет учет времени наработки каждой лампы, следит за её исправностью, ВЫдаёт "дефектную ведомость", протоколирование и т. и т.д. Теплица потребляет 2МВТ/га!!! Если суметь сэкономить даже 5 проценов на электроэнергии и снизить расходы на текущ. эксплуатацию - Вас на руках будут носить!
Нечто подобное (правда для обычных предприятий) в Сети я видел - какая-то израильская разработка. Живьем, да еще и в теплице - нет

Вот таким я бы занялся! Но куда это ставить? У меня нет знакомых с теплицей, вы знаете где можно применить эту систему?
Какие конкретно требования нужны? Думаю установить по контроллеру в каждый светильник, которые затем связать их в сеть (например 1-Wire) и подключить через переходник 1-Wire <-> USB к ПК. Можно установить фотодиод в каждый светильник и точно знать где необходимо заменить лампу. Можно также установить и датчик температуры и освещенности.

Сообщение **Radist** » 02 мар 2013, 19:00

Lexatagan писал(а):...У меня нет знакомых с теплицей, вы знаете где можно применить эту систему?
Какие конкретно требования нужны? Думаю установить по контроллеру в каждый светильник, которые затем связать их в сеть (например 1-Wire) и подключить через переходник 1-Wire <-> USB к ПК. Можно установить фотодиод в каждый светильник и точно знать где необходимо заменить лампу. Можно также установить и датчик температуры и освещенности.

Попробуйте решить задачу сначала в принципе: осуществляется управление парой-тройкой ламп - затем адресуете и тысячи..
Да, контроллер нужно будет вставить в каждый СТАНДАРТНЫЙ ТЕПЛИЧНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ДИММИРОВАНИЯ, чтобы не влезать в разработку и изготовление еще и балластов (а это отдельная и отнюдь не простая тема). Фотодиод в каждый не нужен: контроль состояния лампы осуществл. как правило, по напряжению на разогретой лампе. Нужно мерять освещенность над рефлектором лампы, определяя таким образом уровень естественной освещенности и вычисляя затем управляющее напряжение да вход диммирования. Ну и на уровне верхушек растений - для определения DLI и протоколирования. Что-то в таком духе

Lexatagan · Сообщение **Lexatagan** » 02 мар 2013, 19:27

Radist писал(а): Попробуйте решить задачу сначала в принципе: осуществляется управление парой-тройкой ламп - затем адресуете и тысячи..
Да, контроллер нужно будет вставить в каждый СТАНДАРТНЫЙ ТЕПЛИЧНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ДИММИРОВАНИЯ, чтобы не влезать в разработку и изготовление еще и балластов (а это отдельная и отнюдь не простая тема). Фотодиод в каждый не нужен: контроль состояния лампы осуществл. как правило, по напряжению на разогретой лампе.

Ну хорошо, а что такое "СТАНДАРТНЫЙ ТЕПЛИЧНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ДИММИРОВАНИЯ". Это светильник, с отдельным управляющим входом, каким? ШИМ? Сколько ламп и какого типа? Может легче поставить 1 светодиод, чем мерить высокое напряжение? Питание светильника - 220В?

Radist писал(а):Нужно мерять освещенность над рефлектором лампы, определяя таким образом уровень естественной освещенности и вычисляя затем управляющее напряжение да вход диммирования. Ну и на уровне верхушек растений - для определения DLI и протоколирования. Что-то в таком духе

Определять естественную освещенность нужно каждым светильником? Или один датчик на группу светильников? Тот же вопрос по датчикам на уровне растения. Это похоже должны быть отдельные устройства. Есть ли возможность подвести к ним питание и проводную связь?

Сообщение **leha2000** » 02 мар 2013, 19:40

Radist писал(а):Потому как тягаться с солидными фирмами (не будем о китайцах), которые СПЕЦИАЛЬНО РАЗРАБАТЫВАЮТ ЭТИ ПРИБОРЫ, ОБЛАДАЮТ МНОГОЛЕТНИМ ОПЫТОМ В ЭТОЙ КОНКРЕТНОЙ ОБЛАСТИ И НЕИЗМЕРИМО БОЛЬШИМИ АППАРАТНЫМИ и ФИНАНСОВЫМИ И НАУЧНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ по меньшей мере несерьезно.

Согласен, если идет речь о метрологии и поверке, тогда да. Нет никакого смысла тягаться.
Если делать что-либо для оценки состава раствора, думаю можно. То что делается "европейцами" за 4000 или 6000$ наверняка не является метрологическим средством, а оценочным для агрономов. Подобное думаю сделать имеет смысла.
Хотя соглашусь с Вами, в том, что это не каждому по зубам

Скорее даже позубам немногим.

Тем более,
что используются какие то диковинные материалы. Кстати, а почему не используются обычные металлы?

Предполагаю, что диковинные материалы использовать совсем не обязательно, если использовать другие физические принципы. Обычные металлы вполне сойдут. И Rвх тоже в этом случае не понадобиться бесконечным. И входного сопротивления АЦП в 100 Мом будет с лихвой достаточно.

Lexatagan · Сообщение **Lexatagan** » 02 мар 2013, 20:08

leha2000 писал(а): Предполагаю, что диковинные материалы использовать совсем не обязательно, если использовать другие физические принципы. Обычные металлы вполне сойдут. И Rвх тоже в этом случае не понадобиться бесконечным. И входного сопротивления АЦП в 100 Мом будет с лихвой достаточно.

Если просто обычные металлы, то это вроде и не другие физические принципы. Они как минимум будут вступать в реакцию с раствором. Хотя можно чистить датчик каждый раз. К сожалению у меня нет возможности составить несколько растворов с разным рН, замерить его хотя бы индикаторными бумажками и сравнить с ЭДС пары из разных металлов. А так бы попробовал. Может и получится простенький "показометр".