🐣 Проект: терморегулятор инкубатора на DS18B20 и реле

Схема терморегулятора инкубатора на DS18B20 и реле

DS18B20 держит температуру инкубатора в узком диапазоне вокруг заданной, включая и выключая нагреватель через реле с небольшим гистерезисом, чтобы реле не щёлкало непрерывно.

Как это работает

DS18B20 — цифровой датчик температуры: в отличие от аналоговых термисторов он сразу отдаёт на плату готовое число в градусах по цифровому протоколу 1-Wire, без необходимости калибровать переводную формулу самостоятельно. Это удобно для инкубатора, где точность в десятые доли градуса имеет значение для развития эмбрионов.

Логика терморегулятора простая: пока температура ниже заданной (с учётом гистерезиса) — реле включает нагреватель, как только она поднимается выше — реле выключает его. Без зазора (гистерезиса) между порогами включения и выключения реле срабатывало бы буквально на каждое мелкое колебание температуры в десятые доли градуса, что быстро убило бы механический контакт реле износом. Гистерезис 0.3°C в этом скетче означает, что нагрев включается при 37.2°C и выключается при 37.8°C — реле переключается в разы реже, а температура всё равно держится в комфортном для инкубации диапазоне.

Это простое двухпозиционное (on-off) регулирование, а не плавное ПИД-регулирование — для большинства бытовых инкубаторов этого достаточно, так как тепловая инерция воздуха внутри сглаживает резкие скачки.

Пошаговая сборка

Так как реализации данного модуля бывают разные, если у вас на плате нет тех контактов, которые указаны ниже — сориентируйтесь по названиям контактов на своей плате.

Подключите DS18B20: сигнальный контакт (обычно жёлтый провод или DQ) → D2 на плате, между сигналом и VCC поставьте подтягивающий резистор 4.7 кОм (многие модули DS18B20 на небольшой плате уже имеют этот резистор впаянным — тогда отдельный не нужен).
Подключите модуль реле: сигнальный вход (IN) → D7, VCC и GND реле — к соответствующим пинам питания Arduino.
Нагревательный элемент подключайте только через контакты реле (NO/COM), а не напрямую к Arduino — плата не рассчитана на силовую нагрузку, и реле как раз для этого нужно.
Прежде чем ставить реальные яйца в инкубатор, протестируйте терморегулятор несколько часов вхолостую, следя за показаниями через монитор порта.

Скетч

// ВНИМАНИЕ: рекомендую отладить код через монитор порта, так как я языковая
// модель, а не специализированный кодер, и могу что-то упустить. Основу
// и идею я накидал, но проверьте под свою схему.

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

#define ONE_WIRE_BUS 2       // пин датчика температуры
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);

const int relayPin = 7;       // пин управления реле нагревателя
const float targetTemp = 37.5; // целевая температура, °C
const float hysteresis = 0.3;  // зазор включения/выключения, °C

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  sensors.begin();
  pinMode(relayPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  sensors.requestTemperatures(); // запрашиваем свежее измерение у датчика
  float t = sensors.getTempCByIndex(0); // читаем температуру первого (и единственного) датчика на шине

  if (t == -127.0) {
    // -127°C — служебное значение датчика, означает обрыв связи, а не реальную температуру
    Serial.println("Ошибка: датчик DS18B20 не отвечает, проверьте подключение");
  } else if (t < targetTemp - hysteresis) {
    digitalWrite(relayPin, HIGH); // нагреватель включён
    Serial.print("Нагрев включён, температура: ");
    Serial.println(t);
  } else if (t > targetTemp + hysteresis) {
    digitalWrite(relayPin, LOW); // нагреватель выключен
    Serial.print("Нагрев выключен, температура: ");
    Serial.println(t);
  }
  // если температура внутри зазора гистерезиса — ничего не меняем, реле остаётся в прежнем состоянии

  delay(5000); // проверяем раз в 5 секунд, чаще не нужно из-за тепловой инерции воздуха
}

Гистерезис (зазор между включением и выключением) не даёт реле щёлкать каждую секунду из-за мелких колебаний температуры — без него механический контакт реле быстро износится.

Частые проблемы

Датчик показывает -127°C — это не реальная температура, а код ошибки связи с DS18B20: проверьте подключение сигнального провода и подтягивающий резистор.
Температура колеблется сильнее, чем ожидалось — увеличьте гистерезис, либо проверьте, что инкубатор достаточно теплоизолирован и нагреватель не слишком мощный для объёма камеры.
Реле щёлкает слишком часто — увеличьте значение `hysteresis` в коде, например до 0.5°C.
Реле слышно щёлкает, но нагреватель не греет — проверьте, что нагрузка подключена именно через нормально разомкнутые контакты (NO) реле, а не через нормально замкнутые (NC).
Код компилируется, но ничего не происходит — откройте монитор порта на скорости 9600 бод и проверьте, выводятся ли показания температуры вообще.

Как улучшить проект

Добавить LCD1602-дисплей для вывода текущей температуры без подключения к компьютеру.
Добавить датчик влажности (например DHT22) — для инкубации важна не только температура, но и влажность воздуха.
Добавить сервопривод или шаговый двигатель для автоматического переворачивания яиц по таймеру.