В одной из моих небольших компаний развернуто производство пищевых порошков. Ну, например, покупаем на кондитерской фабрике отсев от обжарки какао-бобов и на мельнице собственной разработки измельчаем так, как больше никто не может. Ну и продаем, есстественно. Ну, и многое другое… Конечно, пищевое производство имеет свою специфику. В частности, массу параметров, которые надо контроллировать. Кроме крупности тут и микробиология, и жирность, и влажность. В силу ряда причин мне пришлось решать задачу контроля влажности в очень сжатые сроки. Решение получилось из серии «голь на выдумки хитра». Вот об этй истории речь и пойдет.

Базовая, гостированная методика определения влажности пищевых порошков, вообщем-то, тривиальна. Берем материал, взвешиваем, сушим (для разных материалов ГОСТ 5900-73 предусматривает разные температуры и длительности), взвешиваем. Дефект массы - количество воды. Берем отношение к начальной массе - получаем влажность. Кстати, не следует путать с влагосодержанием. Тут начинает играть внутриклеточная влага. Для этого матерал еще следует ГОСТированно измельчить.

Естественно, трудолюбивое человечество создало для измерения влажности специальные приборы. Вот, например (это рефабнутый). А новые они стоят от 40-50 т.р. Да и контролировать, как я уже говорил, надо не только влажность. Поэтому, особо не заморачиваясь, мы просто регулярно сдавали образцы на анализы в сертифицированную лабораторию (неделя на замер), получая комплексный контроль, по всем интересующим нас параметрам. Наши мельницы, в процессе, материал еще и подсушивали и особо напрягаться было не за чем. Но счастье не могло быть вечным:(Изменения в технологии переработки, наведенные борьбой за хорошую микробиологию (не надо забывать, что исходник - это отходы) + потепление на улице (с соответствующим повышением влажности в атмосфере) привели к тому, что влажность финального продукта подошла к предельной черте. Что это значит? Это значит, что фура в 10 тонн какао-порошка, отправленная из Питера в Москву, вернулась обратно в цех потому, что влажность оказалась не 4.5, а 5-7%. Это при ГОСТе - 7,5%. Но клиент всегда прав. Минус отгрузка, минус транспортные, напряжение в отношениях с клиентом. Вообщем, кошмар!

Задача встала резко и зло обеспечить on-line контроль. А приборчики, вроде указанного, отличаются еще и тем, что заказывать их надо за 2-3 месяца. Скорость доставки с e-bay Почтой России тоже всем хорошо известна. Короче, стало ясно, что Бабу-Ягу надо воспитывать самим. Причем задача воспитания Бабы-Яги была сведена еще и в минимальные сроки. Цех работает, подмосковный клиент ждет подмену (у него тоже заказ). Ждать неделю, пока мне из лаборатории дадут ответ нет никакой возможности. Все нужно было сделать из подручного материала. Да и вообще, мне не часто, в нынешней жизни, доводится «потыкать паяльником».

Для начала нужно было понять, что я понимаю, что надо делать. На свет, в порядке пятничного бреда, породилась первая версия МЕТОДИКИ. Электрическая плитка, ЛАТР, аналитические весы (их мой друг, бывший сотрудник академического института, гм… Вообщем, они у меня теперь есть).

Колпак на плитке - банка от датского печенья, обернутая алюминизированной пенкой. Пенку я стащил в соседнем офисе, где шел ремонт вентиляции. Температура контролировалась старым градусником (которым я пользовался еще растворяя проявитель и фиксаж). Позже, вспомнил, что к тестеру прикладывалась термопара. Регулировалась температура ручкой ЛАТРа (его я купил рядом, в Микронике). Довольно быстро стало ясно, что только ЛАТРа недостаточно. Застабилизировать температуру ± 2-3 гр, вообщем-то можно, но при открывании колпака для замены образцов, температура уходит. Приходится либо крутить ручку, либо смириться с тем, что температура будет восстанавливаться долго. Значит - погрешность.

Наступила суббота. Я добрался до ящика стола дома и вытащил валявшуюся там фиг знает сколько времени mini-arduino, которую когда-то заказал из любопытства, посмотреть. Короче, к утру воскресенья появился ПИД регулятор:


Чтобы не заморачиваться, я использовал в качестве основы готовую библиотечку . Только не встроенный digital.write, а изображение PWM с периодом 1 сек, дерганьем ножкой. В качестве управляющего органа, если не видно, использовано твердотельное реле на 40 А, 240 В. Соглашусь, что это слегка черезчур, но задача стояла слепить из того, что было. А эта фиговина, также валялась в столе со времен, когда я делал на даче электродный котел для отопления. Заморачиваться с автоподбором коэффициентов я не стал. Прикинул их «на глазок». Получилось довольно прилично, с первого захода. Если кому будет интересно расскажу отдельно.

Короче, к понедельнику, лабораторная работа была готова и зафунциклила в полную силу. Одна только мысль глодала меня. Как-то не кузяво, когда генеральный сам сидит и смотрит на визир аналитических весов. Я предпочитаю, положив ноги на стол, попыхивать трубкой. Кадры у меня есть хорошие, но они работают в цеху и как-то им не до тонкостей хватания разновеса пинцетом. Вообщем, стало ясно, что, задача пока «решена в принципе» (один мой знакомый бизнесмен называет это «Университетскими замашками»). Теперь нужно было совершить следующий рывок. От МЕТОДИКИ нужно было переходить к ПРИБОРУ! Кстати, со времен работы в НИИ Физики, помню, что никогда нельзя было разрабатывать прибор. Это требовало массы конструкторской документации, которую мы не умели делать. Помню, что у меня был хоз.договор на "… разработку действующей модели макета фотоэлектронного спектрометра". Вот эту самую «действующую...» и надо было изобрести.

Неделя пролетела незаметно, в сидении перед аналитическими весами. Проблема контроля влажности была решена, технология переработки откорректирована. Более того, подоспели сравнительные тесты и я понял, что моя доморощенная методика врет в пределах 0,5%, причем в бОльшую сторону, что меня вполне устраивало. Но мысль о ПРИБОРЕ (или «модели макета»), не давала мне спать. И вот наступила пятница! Пора свободного полета мысли, именуемого бредом. В скобках замечу, что в прошлой жизни, у меня админам было запрещено таблицы маршрутизации даже трогать, после обеда в пятницу. «Но я же другое дело!». В результате увлеченного труда (жена только молча, с ужасом заглядывала в кабинет) было порождено сие великолепие.

Шасси - половица от паркета, оставшаяся от ремонта квартиры. Блок питания, привинченный снизу - от старого кейса компа. Вот она великая сила плюшкинизма! В центре, на ножках стоит банка от финских леденцов. Справа виден - все тот же ПИД регулятор.Только рабочий орган - 630-й полевик. Он, как и резиторы для нагревателя были куплены, по дороге домой все в той же Микронике. Керамические, 4-х Омные резисторы закреплены на внутренней поверхности банки. В дне банки три дырочки, через которые пропущены три ножки предметного «столика» (виден в центре). Под банкой привинчены китайские карманные весы за 300 рублей, купленные на ближайшем блошином рынке. На их платформе и стоит предметный столик.

Оставалась пара мелких проблем. Во-первых, китайские весы, в целях экономии батареек, имеют тендецию засыпать через 20 сек. Решение - ардуинка, раз в 15 сек, стала дергать ножкой, переключая единицы измерения. Проявленная активность не дает весам выключаться.

Вторая проблема: такие весы не имеют цифрового интерфеса. Без осцилла разобраться, что идет на их индикатор не представляется возмоным. Но тут меня посетило откровение. я вспомнил этот пост на хабре.

Снова залезаем в ящик стола и, вуаля:

Веб камера смотрит на индикатор. Дальше, по аналогии с вышеуказанным постом было написано некоторое количество строк кода на питоне. Кстати, для отображения графика в on-line я применил прихват, который засмотрел у . Больше всего меня поражает, что вся эта фигня заработала.

Надо сказать, что решение получилось не идеальное. Во-первых, неудачно выбран форм-фактор. Банка от финских леденцов явно уступает по своим качествам банке от датского печенья. Дело в том, что у китайских весов минимальная цена деления - 10 мг. Т.е., чтобы увидеть с приличной точностью изменение массы на 5% надо брать навеску в 5-10 гр. Из-за довольно небольшого внутреннего диаметра приходится использовать вертикальный бюксик, с относительно маленьким диаметром горла. В процессе же отработки МЕТОДИКИ на плитке и весах, я убедился, что толщина слоя 1-2 мм уже влияет на точность. Посему, порошок сейчас насыпаю не ложечкой, а спертой в буфете перечницой. Насыпная плотность примерно-калиброванная и толщина слоя легче контролируется. Видимо, молекулы воды медленнее вылетают, сперва путешествуя по объему образца. В качестве временной меры, как замена бюксику, используются самодельные стаканчики из водопроницаемых салфеток. Греть приходится дольше, чем по ГОСТ, но корреляция с референсными цифрами из лаборатории, тем не менее, сохранилась. Ну а во-вторых, использование консольной проги на питоне конечно не совсем то же самое, что использование аналитических весов, но все-таки, определенные ограничения на оператора накладывает.

Первая проблема решается, как я уже сказал, сменой национальной принадлежности форм-фактора. Решений второй проблемы я виху два. Можно спортировать OpenCV на мою любимую Mini2440, которую я использую для всяких эмбеддед развлекушек или использовать лежащий в столе тензометр на 100 г. Однако, к нему придется припаивать что-то типа AD7798, а времена когда я мог провести битумным лаком 4 дорожки между ногами 155-ой серии давно миновали. Выяснилось, что распаять TSSOP на слепыш - это уже проблема:(И руки, и глаза нихрена не могут. Вообщем, поживем увидим.

В заключение, хочу сказать «отдельное мерси» камраду

В нашей жизни используется множество измерительных приборов, которые позволяют контролировать микроклимат помещений. Один из них – гигрометр, устройство, которое можно изготовить в домашних условиях.

Зачем нужен гигрометр?

Гигрометр позволяет выявить относительную влажность окружающей среды, которая является одним из важнейших составляющих микроклимата помещения. Содержание влаги в воздухе влияет на самочувствие людей. Этот показатель обязательно должен находиться в пределах среднего диапазона. Пониженная влажность воздуха может приводить к затрудненному дыханию и пересыханию слизистых оболочек, а повышенная – к ухудшению физического состояния. Особенно строго следить за этим значением нужно людям, имеющим заболевания дыхательных путей.

Для контроля влажности в помещении можно приобрести специальную метеостанцию. Однако из подручных средств также можно собрать прибор, который сможет заменить собой гигрометр.

Аналог психрометрического прибора

Чтобы получать точные сведения, нужно знать, как сделать гигрометр в домашних условиях. Для создания аналога психрометрического устройства понадобятся:

• два ртутных термометра, предназначенных для измерения температуры воздуха;
• дистиллированная вода;
• доска;
• нить;
• хлопчатобумажная ткань.

Также понадобятся любые подручные средства, с помощью которых можно произвести закрепление термометра.

На доске нужно установить в вертикальном положении два термометра так, чтобы они находились параллельно по отношению друг к другу. Под одним из измерительных приборов необходимо установить небольшую емкость с дистиллированной водой. В качестве емкости можно использовать небольшую колбу или обыкновенный пузырек. Наконечник термометра (ртутный шарик), под которым установлен «резервуар», следует обернуть обыкновенной хлопчатобумажной тканью, после чего не очень туго перевязать нитью. Края ткани приблизительно на 5 миллиметров опускаем в емкость, которая предварительно была заполнена дистиллированной водой.

Принцип действия такого устройства, собранного своими руками, абсолютно схож с принципом действия психрометрического гигрометра. Для вычисления относительной влажности воздуха понадобится специальная таблица. По разнице показаний «сухого» и «влажного» термометра вычисляют влажность окружающей среды.

«Природный» измеритель

Для изготовления измерителя в домашних условиях можно использовать свойство шишки расправлять или наоборот – сжимать – свои чешуйки в зависимости от изменения влажности окружающей среды. Все, что понадобится для создания устройства – сама шишка и кусок фанеры.

В самый центр фанеры с помощью гвоздя или скотча крепится шишка. Для определения влажности следует проследить за скоростью раскрытия чешуек. Если они быстро раскрываются — влажность воздуха несколько ниже нормы. Если положение чешуек достаточно долго не изменяется – микроклимат помещения соответствует средним показателям. В том случае, если их кончики начнут подниматься вверх, влажность помещения имеет высокие показатели.

Аналог волосяного устройства

Каждый задающийся вопросом «как сделать гигрометр своими руками» очень редко приступает к созданию волосяного устройства. Однако сделать его довольно просто. Для этого потребуются:

• волос;
• бензин;
• клей;
• гвозди;
• чертежные принадлежности;
• бумага высокой плотности;
• лист фанеры;
• стержень от ручки;
• проволока из стали;
• ролик.

Человеческий волос можно заменить хлопчатобумажной нитью высокого качества, которая также остро реагирует на изменение влажности воздуха.

Волос или нить должны иметь длину не меньше 40 сантиметров. Если речь идет о волосе, его нужно обезжирить (применяется смачивание в бензине). На конец волоса необходимо закрепить груз, имеющий вес, достаточный для того, чтобы расправить его. В качестве такого отвеса может подойти небольшая часть стержня ручки, предварительно промытая от чернил. Для закрепления груза нужно использовать клей. На небольшой гвоздь одевается пластмассовая трубка длиной около пяти миллиметров. В ее качестве также можно использовать стержень авторучки. Важно, чтобы трубка свободно вращалась вокруг гвоздя, не соскакивая с него. Для сборки гигрометра подготовьте горизонтальное основание, на котором будет закреплена вертикальная часть устройства – доска или фанера. В ее центр вбивается заранее подготовленный гвоздь. Разместить его нужно так, чтобы перекинутый через пластиковую трубку волос (одна треть от всей длины) мог быть прикреплен к горизонтальной части своим свободным концом. Крепление производится также с помощью клея. Заключительный этап работы – крепление шкалы, которую можно создать из полосы бумаги, нанеся на нее деления.

Для градуирования прибора занесите его в ванную комнату, в которой был включен горячий душ. Точку, в которой будет находиться острите отвеса, отметьте как 100%. Для нахождения нулевой отметки нужно поставить устройство в нагретую духовку (не очень горячую, чтобы не сжечь устройство). После этого ровно между двух точек нужно поставить отметку в 50 градусов. Можно рассчитать подобным способом десятичные или даже единичные отметки.

Отметка, на которой будет находиться отвес на конце волоса, и будет являться показанием относительной влажности окружающей среды.

Гигрометр из салфетки

Комнатный гигрометр из салфетки сделать достаточно просто. Для его создания необходимо иметь под рукой обыкновенную салфетку, фанеру, гвозди, клей и проволоку. В фанеру вбивается два гвоздя на расстоянии, аналогичном длине салфетки. После этого между ранее закрепленными гвоздями посредством клея крепится сама бумажная салфетка. Два куска проволоки (достаточно длины 2-4 сантиметра) крепятся к салфетке. Одна из частей должна быть частично прикреплена к салфетке, частично – к гвоздю так, чтобы образовывалась своеобразная стрелка.

Принцип действия такого устройства основан на свойстве салфетки впитывать в себя влагу из воздуха. Если вы хотите сделать точную шкалу показаний, можно провести сверку самостоятельно изготовленного прибора по устройству, купленному в магазине. Движение проволоки будет свидетельствовать об изменении микроклимата помещения.

Стоит понимать, что приборы, изготовленные в домашних условиях, не могут похвастаться высокой точностью. Они пригодны лишь для измерения приблизительных показателей. Если вам необходимо знать точную влажность окружающей среды, необходимо приобрести любой из видов комнатных гигрометров.

» были использованы данные только по влажности, а данные температуры на индикатор не выводились. В этой статье я предлагаю новую схему с использованием данного датчика.

Как я уже писал, точность этого датчика не велика и для точных лабораторных измерений не достаточна, а вот для бытовых целей, для общего представления о погоде в доме, точности преобразования этого датчика вполне достаточна.

Электрическая схема бытового термометра и гигрометра показана на рисунке один.

Основой схемы является микроконтроллер PIC16F628A. Датчик DHT-11 связан с контроллером однопроводной линией, подтянутой к напряжению питания пять вольт с помощью резистора, номинал, которого может лежать в пределах от 4,7 кОм до 10 кОм. Общение микроконтроллера с датчиком происходит путем прижатия и отпускания шины данных к общему проводу. Для упрощения написания программы для приема и передачи команд, используются два вывода контроллера. RA5 — вывод 4 микросхемы DD1, работающего всегда на прием преобразованных данных о температуре и влажности и RA4 — вывод 3, сконфигурированный всегда на выход, и используемый для коммутации шины данных. Данный вывод контроллера имеет выход с открытым истоком и подтягивающий резистор R1 в данной схеме является, по сути, сопротивлением нагрузки. Для вывода информации в схеме использованы светодиодные семисегментные трехразрядные индикаторы с общим катодом. Резисторы R2… R8 — гасящие, от их номинала зависит яркость свечения сегментов индикатора. Но чем ярче будут светиться индикаторы, тем будет больше ток потребления, тем больше будет нагрузка на микросхемный стабилизатор напряжения DA1. Из-за нехватки выводов у микроконтроллера PIC16F628A, для коммутации катодов индикатора в схему введена микросхема DD2 — К555ИД10, представляющая собой дешифратор на десять выходов с открытым коллектором. Ее можно заменить микросхемой 555ИД6. Параметры на микросхему можно посмотреть на рисунке 2.


Блок питания для устройства можно применить как трансформаторный, так и безтрансформаторный с гасящим конденсатором. Схемы безтрансформаторных блоков питания можно посмотреть в статьях « » и « ». Как самому определить емкость гасящего конденсатора, можно прочитать в статье « ». Все детали схемы, кроме блока питания, установлены на печатной плате, показанной на рисунке 3.

Если будете разрабатывать свою печатную плату, то обратите внимание на конденсатор С2. Он должен стоять, как можно ближе к выводам микроконтроллера, на которые подается питание. Если разница между входным напряжением стабилизатора DA1 и его выходным напряжением будет большая, то возможно потребуется снабдить его небольшим теплоотводом. Успехов! К.В.Ю.

Скачать схему, рисунок печатной платы и загрузочный файл можно здесь