Инкубатор: DHT22, реле нагрева и сервопривод форточки

Инкубатор из моего прошлого опыта — коробка из пенопласта, лампа на 40 ватт, термостат на DHT22 — довёл первую кладку до вывода, и я уже почил на лаврах. Лавры кончились в июне, когда короб переехал на утеплённую лоджию: солнце через окно догревало лучше сорокаваттки, лампа была выключена полдня, а термометр всё равно полз от 38,2 к 38,8. Термостат честно делал свою работу — но его работа умела только одно направление: вниз. Выключить нагрев — не значит охладить. Когда тепло приходит само, без розетки, автоматике нужен второй канал, который это тепло стравит.

Кулер я отмёл сразу: струя по яйцам сгоняет с скорлупы тёплую воздушную плёнку и сушит её — в промышленных машинах вентилятор перемешивает весь объём, а не дует точечно, и повторить это в пенопластовой коробке без отрицательного эффекта я не сумел. Осталось пассивное решение: щель в крышке пять на пять сантиметров, прикрытая лёгкой створкой из того же пенопласта. Стравливать перегрев через щель — то же самое, что приоткрыть форточку в душной комнате: медленно, без сквозняка по кладке, но неуклонно. Открывать створку выпросил серво SG90: ход в сорок градусов, тяга с трёхкратным запасом для створки весом в десять граммов.

Итоговая раскладка каналов такая: DHT22 на пине 2 измеряет, реле на пине 7 с лампой греет, серво на пине 11 приоткрывает форточку. Паспорт инкубации — 37,5–38,0 °C и влажность 55 % первые восемнадцать дней: ниже нижней границы греем, выше 38,5 открываем щель. Весь этот урок — не про железо, а про договор между двумя каналами: два независимых регулятора на одном датчике без общих правил дерутся так, что лог превращается в пинг-понг каждые полминуты.

Сначала я собрал наивную схему: реле греет ниже 38,0, серво открывает выше 38,0 — два независимых «если», вместе они и составляли всю политику. Дальше — дословная хроника одного утреннего часа: лампа погасла на 38,0, короб по инерции дошёл до 38,3, серво открыла щель; сквозняк сверху снял полградуса за несколько минут, датчик увидел 37,9, реле зажгло лампу; лампа плюс щель вернули короб на 38,2 — и всё по кругу. За час реле щёлкнуло одиннадцать раз, редуктор серво прошёл свой ход столько же, а температура за это время ни разу не задержалась внутри коридора дольше пяти минут.

Лекарство из климатотехники — мёртвая зона шире, чем шум сенсора плюс инерция короба. Моя раскладка: реле включается ниже 37,5 и выключается выше 38,5; серво начинает открывать выше 38,5 и полностью закрывается ниже 37,5. Между 37,5 и 38,5 лежит градус тишины, в котором не движется ни лампа, ни створка. Шум DHT22 между опросами — две-четыре десятых градуса — зону физически не перепрыгивает: чтобы сменился режим, воздух обязан пройти её целиком, а это минуты, а не опросы.

Общий разнос каналов на примере обогревателя против кулера разобран в уроке про два канала климата, механика одиночного окна с двумя порогами — в уроке про клацанье реле. Здесь отличие от обеих задач: перегрев в инкубаторе страшнее недогрева — при 39,0 кладка гибнет за считаные часы, при 37,0 эмбрион замирает за сутки и больше, — поэтому канал серво стоит ставить ближе к уставке, чем подсказывает симметрия: его задача поймать первый же выброс, а не дожидаться красивой статистики.

Почему каналы построены по-разному. Лампа дозировать не умеет: она либо греет всей своей сороковкой, либо выключена — отсюда тумблер с двумя порогами, привычная механика одиночного термостата. Форточка дозировать умеет: щель в два миллиметра стравливает одно количество тепла, сантиметровая — совсем другое, поэтому угол серво в скетче растёт вместе с перегревом: при 38,6 это узкая щель около семи градусов поворота, при 39,0 — тридцать пять, дальше 39,5 — полный ход семьдесят. Это половина пропорционального регулятора, а полный разбор полосы — с выбором её ширины и упорами — сделан в уроке про форточку теплицы.

Второе решение, которое стоит проговорить: оба канала решают по одной цифре. Одно чтение за такт, один t — и реле, и створка судят по нему. Два чтения подряд дали бы две разные цифры — шум датчика в две-четыре десятых никуда не делся бы, — и каналы начали бы управляться по разным мирам: лампа верит одному числу, створка другому. Сам такт в две секунды диктует сенсор, а не вкус: быстрее физически нельзя, и это разобрано в уроке про интервал опроса.

Таймер держится на millis, а не на delay, хотя скетч пока занят только климатом: первая же добавка — предохранительный зуммер, счётчик щелчков реле, лог на SD — встанет в тот же цикл без переделки, а delay(2000) её бы оглушал на каждой итерации. Привычка обходиться без блокировки разобрана в уроке про millis вместо delay — здесь она окупается на первом же расширении.

В симуляторе руку с ползунком заменяет физика короба: воздух сам себя не греет и не остывает, поэтому тянуть температуру приходится вам. На живом коробе после гашения лампы график ещё полминуты ползёт вверх — короб запас тепло, и форточка, начавшая открываться на 38,5, встречает этот подъём уже открытой щелью. Приём для проверки зоны на реальном железе: добавьте в строку лога возраст состояния каждого канала — сколько секунд реле в текущем положении и сколько створка. Здоровый инкубатор показывает возраст минутами; если счётчик реле обнуляется чаще, чем раз в минуту, зона узка.

Там же, в логе, живёт мой любимый счётчик — щелчки реле за ночь. Короб с исправной зоной даёт единицы включений за тёмное время: воздух в утеплённом пенопласте почти не меняется. Десятки щелчков в час — это не «точнее работает», это война каналов в терминальной стадии: редуктор серво и контакты реле изнашиваются, а коридор всё равно держится хуже, чем при одном градусе тишины.

Влажность 55 % — вторая строка паспорта инкубации, и DHT22 её честно видит. Но управлять ею сервой нельзя: рычаг влажности — площадь мокрой поверхности в поддоне, а не створка. Хуже того, форточка и влажность тянут канат в разные стороны: каждая открытая щель сушит воздух, и при 55 % внизу и перегреве сверху автоматике придётся выбирать, что важнее. Мой выбор — жертвовать влажностью: перегрев убивает за часы, сухость за часы не убивает ничего. Тактику работы с влагой как величиной — через точки росы, а не через проценты — разложил урок про осушение.

Переворот яиц четыре-шесть раз в сутки — вторая серво и отдельный таймер на millis. В скетч этого урока её сознательно не ставил: третий канал на том же датчике превращает учебную развилку в кашу, а механика отдельного канала с таймером ничем не отличается от термостата из базового раздела. Соберёте — лог переворотов пишите в тот же Serial отдельной строкой, чтобы ночью по бумаге видеть, спит ли таймер.

И главное, что стоит прикрутить к этому скетчу в первую же ночь: независимый предохранитель. Отдельный зуммер и отдельная проверка «если t выше 39,0 — орать», которая не делит с регулятором ни переменных, ни логики: если главный скетч завис, если датчик умер и вернул последнее значение навсегда, простая параллельная проверка молчит вместе с ними — поэтому в серьёзных самодельных инкубаторах рядом со скетчем ставят второй биметаллический термостат или хотя бы зуммер на собственном сравнении. Голос тревоги и его ритмы — в уроке про зуммер и пороги.