Создание GPS-таймированной системы вентиляции для лодки: вентилятор с реле на PIC16F628A

Постройте надежный вентилятор с GPS-управлением для удаления влаги из каюты лодки. Система использует микроконтроллер PIC16F628A, реле, 12-вольтовую батарею и ЖК-дисплей.

Вентиляция критична в тесных, влажных помещениях. Без надёжного воздушного обмена влага скапливается, создавая идеальную среду для плесени и грибка. В моей лодке, где много деревянных поверхностей, я спроектировал простое, но эффективное решение: релейно-управляемый вентилятор, работающий по жёсткому расписанию, питаемый автомобильной батареей и синхронизированный GPS-модулем для точного тайминга.

Почему важна контролируемая вентиляция

В маленьких комнатах застой воздуха ведёт к конденсации. Со временем влажность способствует росту плесени, которая портит дерево и ухудшает качество воздуха. Регулярная уборка помогает, но автоматизация вентиляции даёт более стабильный, не требующий внимания подход.

Обзор системы

Вентилятор должен:

• Эффективно циркулировать воздухом.
• Работать автоматически по постоянному расписанию.
• Питаться от 12-вольтовой автомобильной батареи.
• Заряжать батарею от выделенного зарядного устройства, когда вентилятор выключен.
• Показывать текущее время и статус на ЖК-дисплее.

Ключевые компоненты:

• Вентилятор 12 В, 4,5 А
• Микроконтроллер PIC16F628A
• 12-вольтовая батарея и зарядное устройство
• Два реле (управление вентилятором и зарядным устройством)
• GPS-модуль (серия Skylab SKM53)
• ЖК-дисплей
• Предохранители (12 В, 8 А)
• Разные резисторы, конденсаторы, разъёмы

Вентилятор работает 5 минут каждый час — это значение зашито в прошивке. Когда вентилятор активен, реле зарядки обесточивается, чтобы избежать перезарядки. Когда вентилятор останавливается, реле зарядки снова включается, поддерживая батарею в заряженном состоянии.

GPS-тайминг с Skylab SKM53

SKM53 выдаёт NMEA-предложения по UART каждую секунду. Я использую предложение RMC для извлечения текущего UTC-времени. Пример:

$GPRMC,075747.000,A,2233.89990,N,11405.3368,E,3.9,357.8,260210,,,A*6A

Первые шесть цифр (075747) означают 07:57:47. Поле статуса (буква после третьей запятой) показывает валидный фикс («A») или невалидный («V»). Прошивка проверяет этот флаг перед использованием временной метки.

Для надёжного последовательного обмена даташит рекомендует 10 кОм pull-up на RXD и TXD и развязывающие конденсаторы (10 мкФ электролитический + 0,1 мкФ керамический). Я использовал только 0,1 мкФ керамический на макетной плате и не заметил нестабильности.

Скриншот из даташита Skylab (PDF).

Блок-схема

Визуализация системы как набора дискретных блоков упрощает отладку и создание принципиальной схемы.

Аппаратная часть

Принципиальная схема следует блок-диаграмме и показывает соединения каждого компонента.

Я выбрал линейный стабилизатор LM7805 для простоты, добавив дополнительные сглаживающие конденсаторы для предотвращения генерации. Современный импульсный стабилизатор дал бы более высокий КПД, но надёжность LM7805 и наличие компонентов на руках сделали его практичным выбором.

Все компоненты установлены на прочную печатную плату, с предохранителями 12 В 8 А на цепях вентилятора и зарядки для безопасности.

Структура прошивки

Исходный код на C хорошо прокомментирован и имеет чёткую структуру:

1. Подключение библиотек и настройка конфигурационных битов.
2. Определение констант (частота кварца, назначение портов).
3. Объявление глобальных переменных.
4. Прототипы функций.
5. Реализация функций с inline-комментариями.
6. Главный цикл: чтение GPS-данных, управление таймерами, переключение реле.

Пример: инициализация UART.

// ФУНКЦИЯ ИНИЦИАЛИЗАЦИИ UART ПОРТА
void uart_init(void) {
    TXSTAbits.BRGH = 0; // Высокая скорость боーレйт отключена
    TXSTAbits.SYNC = 0; // Асинхронный режим
    TXSTAbits.TX9 = 0;  // 8-битная передача
    RCSTAbits.CREN = 1; // Разрешение непрерывного приёма
    /* Расчёт боーレйт (кварц 16 МГц, 9600 бод):
     * SPBRG = (16 МГц / 9600) / 64 - 1 = 25 */
    SPBRG = 25;
    PIE1bits.RCIE = 1;   // Разрешение прерывания приёма UART
    RCSTAbits.SPEN = 1;  // Включение последовательного порта
    TXSTAbits.TXEN = 1;  // Включение передачи
}

Полный исходный код можно скачать здесь: jc_lettheairflow.c.zip.

Заключение

Интегрируя GPS-модуль для точного тайминга, реле для управления питанием и 12-вольтовую батарею для автономности, эта система держит каюту лодки сухой и свободной от плесени. Проект модулен — легко расширяем для отображения даты или подключения дополнительных датчиков.

Изображения

Попробуйте собрать этот проект сами! Скачайте спецификацию (BOM) и код.