# Руководство по Симуляции Проекта "Умная Теплица" в Tinkercad Этот документ описывает полный процесс создания, настройки и использования интерактивной симуляции проекта "Умная Теплица" в среде Autodesk Tinkercad. Руководство включает в себя аргументацию по замене компонентов, подробную схему подключения с цветовой кодировкой проводов и инструкции по работе с симуляцией. --- ## 1. Что такое Tinkercad и как начать? **Autodesk Tinkercad** — это бесплатная и простая в использовании онлайн-платформа для 3D-моделирования, электроники и программирования. Её раздел **Circuits (Цепи)** позволяет создавать и симулировать электронные схемы прямо в браузере, что идеально подходит для проверки и отладки нашего проекта без реального оборудования. ### Создание нового проекта 1. **Войдите в свой аккаунт Tinkercad** или создайте новый на сайте [tinkercad.com](https://www.tinkercad.com). 2. На главном экране нажмите на кнопку **Create**. В предложенном списке выберите **Circuits**. 3. Откроется пустая рабочая область, где вы сможете собрать схему по этому руководству. --- ## 2. Компоненты и их Замена Не все компоненты для реального проекта доступны в стандартной библиотеке Tinkercad. Ниже приведена таблица замен и объяснение, почему мы их используем. | Реальный компонент | Компонент в Tinkercad | Аргументация / Причина замены | | :--- | :--- | :--- | | Макетная плата | **Макетная плата (Breadboard)** | Основной компонент для соединения всех частей схемы. | | Датчик DHT22 | **Датчик TMP36** | В Tinkercad отсутствует или труднодоступен датчик DHT22. TMP36 — это простая и надежная альтернатива для измерения температуры. Он не измеряет влажность, что учтено в коде для симуляции. | | Модуль драйвера L298N | **Микросхема L293D** | Готовый модуль L298N отсутствует. L293D — это базовый H-мост, который выполняет ту же функцию управления мотором. Его подключение сложнее, но результат идентичен. | | Готовый модуль реле | **Реле (Relay SPDT) + Транзистор NPN + Диод + Резистор** | Готовый модуль реле отсутствует. Мы собираем его эквивалентную схему управления из базовых компонентов, что также является полезным упражнением. | | Аккумулятор + DC-DC Преобразователь | **Два источника питания (Power Supply)** | В симуляторе проще и нагляднее использовать два идеальных источника, чтобы сымитировать две линии питания (12В для мотора, 5В для логики), которые в реальности создаются связкой аккумулятора и преобразователя. | | Кнопки (2 шт.) | **Кнопка (Pushbutton) (2 шт.)** | Стандартные тактовые кнопки для пользовательского ввода. | | Кнопка питания | **Ползунковый переключатель (Slide Switch)** | Имитирует главный выключатель питания, разрывающий основную цепь 12В. | --- ## 3. Сборка Схемы Ниже приведена пошаговая инструкция по сборке схемы с рекомендуемой цветовой кодировкой проводов. **Основные цвета:** * **КРАСНЫЙ:** Питание 5В и 12В. * **ЧЕРНЫЙ:** Земля (GND). * **ЖЕЛТЫЙ/СИНИЙ:** Шина I2C (SCL/SDA). * **ЗЕЛЕНЫЙ:** Управляющие сигналы (к драйверу, реле). * **ОРАНЖЕВЫЙ:** Сигналы от датчиков. * **БЕЛЫЙ:** Сигналы от кнопок. ### Шаг 1: Основные компоненты Найдите и перетащите на рабочую область из списка компонентов справа: * **Arduino Uno R3** * **Макетная плата** (называется **Breadboard**) ### Шаг 2: Питание и Главный Выключатель 1. Добавьте на схему два **Источника Питания** (**Power Supply**) и один **Ползунковый переключатель** (**Slide Switch**). 2. **Источник №1 (12В):** Настройте на **12В**. 3. **Источник №2 (5В):** Настройте на **5В**. 4. **Подключение Главного Выключателя:** * Подключите **красный (+) провод** от **Источника №1 (12В)** к **левому контакту (Terminal 1)** ползункового переключателя. * От **центрального контакта (Common)** переключателя проведите **красный провод** к шине питания `+` на макетной плате. Это будет ваша **шина 12В**. * Подключите **черный (-) провод** от **Источника №1 (12В)** напрямую к шине питания `-` (земля) на макетной плате. 5. **Подключение питания 5В:** * Подключите **красный (+) провод** от **Источника №2 (5В)** к другой шине питания `+` на макетной плате. Это будет ваша **шина 5В**. * Подключите **черный (-) провод** от **Источника №2 (5В)** к той же земляной шине `-`, что и 12В. 6. **Питание Arduino:** Подключите **красный** провод от **шины 5В** к пину `5V` Arduino. Подключите **черный** провод от **шины GND** к пину `GND` Arduino. *Примечание: В реальном устройстве у вас будет один 12В аккумулятор. Источник на 5В и его шина имитируют работу понижающего DC-DC преобразователя, который в симуляции не используется для простоты.* ### Шаг 3: Актуатор (Мотор и Драйвер L293D) 1. Добавьте на схему: * **Микросхему L293D** (называется **L293D**) * **Мотор постоянного тока** (называется **DC Motor**) 2. **Питание L293D:** * **КРАСНЫЙ** провод от **шины 12В** к **Пину 8 (VCC2)**. * **КРАСНЫЙ** провод от **шины 5В** к **Пину 16 (VCC1)**. * **ЧЕРНЫЕ** провода от **каждого из 4-х центральных пинов (4, 5, 12, 13)** к **шине GND**. 3. **Управление L293D:** * **ЗЕЛЕНЫЙ** провод от пина **D9** Arduino к **Пину 1 (Enable)**. * **ЗЕЛЕНЫЙ** провод от пина **D8** Arduino к **Пину 2 (Input 1)**. * **ЗЕЛЕНЫЙ** провод от пина **D7** Arduino к **Пину 7 (Input 2)**. 4. **Выход на мотор:** * Подключите провода от **Пинов 3 и 6** L293D к двум клеммам DC мотора. ### Шаг 4: Насос (Реле и его обвязка) 1. Добавьте на схему: * **Реле** (называется **Relay SPDT**) * **Транзистор NPN** (называется **NPN BJT Transistor**) * **Диод** (называется **Diode**) * **Резистор** (называется **Resistor**), установите сопротивление **1 kΩ**. * Еще один **Мотор постоянного тока** (для имитации насоса). 2. **Цепь управления реле:** * **ЗЕЛЕНЫЙ** провод от пина **D4** Arduino к **резистору 1kΩ**. * От резистора **зеленым** проводом соединитесь с **центральной ножкой (Base)** транзистора. * **Левая ножка (Emitter)** транзистора подключается **черным** проводом к **шине GND**. * **Правая ножка (Collector)** транзистора подключается **зеленым** проводом к **клемме 5** реле. * **КРАСНЫЙ** провод от **шины 5В** к **клемме 8** реле. * **Диод** подключается параллельно клеммам 5 и 8 для защиты: * Сторону **без полоски** (анод) подключите **зеленым** проводом к **клемме 5**. * Сторону **с серой полоской** (катод) подключите **красным** проводом к **клемме 8**. 3. **Силовая цепь насоса:** * **КРАСНЫЙ** провод от **шины 5В** к **клемме 1** реле. * **КРАСНЫЙ** провод от **клеммы 6** реле к **плюсу (+)** второго DC мотора. * **ЧЕРНЫЙ** провод от **минуса (-)** второго DC мотора к **шине GND**. ### Шаг 5: Датчики, Дисплей и Кнопки 1. Добавьте на схему: * **LCD Дисплей** (называется **LCD 16 x 2 (I2C)**, выберите Type PCF8574-based и адрес 39(0x27)). * **Датчик температуры** (называется **TMP36**). * **Датчик влажности почвы** (называется **Soil Moisture Sensor**). * **Две Кнопки** (называется **Pushbutton**). 2. **LCD Дисплей:** * `GND` -> **ЧЕРНЫЙ** провод к **шине GND**. * `VCC` -> **КРАСНЫЙ** провод к **шине 5В**. * `SDA` -> **СИНИЙ** провод к пину **A4** Arduino. * `SCL` -> **ЖЕЛТЫЙ** провод к пину **A5** Arduino. 3. **Датчик температуры TMP36:** * `Ground` -> **ЧЕРНЫЙ** провод к **шине GND**. * `Power` -> **КРАСНЫЙ** провод к **шине 5В**. * `Vout` -> **ОРАНЖЕВЫЙ** провод к пину **A1** Arduino. 4. **Датчик влажности почвы:** * `GND` -> **ЧЕРНЫЙ** провод к **шине GND**. * `VCC` -> **КРАСНЫЙ** провод к **шине 5В**. * `AOUT` -> **ОРАНЖЕВЫЙ** провод к пину **A0** Arduino. 5. **Кнопки:** * **Кнопка 1 (Переключение дисплея):** * Одна ножка -> **БЕЛЫЙ** провод к пину **D12** Arduino. * Противоположная по диагонали ножка -> **ЧЕРНЫЙ** провод к **шине GND**. * **Кнопка 2 (Ручное управление крышей):** * Одна ножка -> **БЕЛЫЙ** провод к пину **D10** Arduino. * Противоположная по диагонали ножка -> **ЧЕРНЫЙ** провод к **шине GND**. --- ## 4. Прошивка и Запуск 1. Нажмите на кнопку **"Code"** (Код) в правом верхнем углу. 2. В выпадающем меню выберите режим **"Text"** (Текст). 3. Откройте на вашем компьютере файл `6_Arduino_Firmware.ino` и скопируйте всё его содержимое. 4. **ВАЖНО:** Убедитесь, что вверху кода **активна (раскомментирована)** строка `#define TINKERCAD_SIMULATION`. Если перед ней стоят символы `//`, удалите их. 5. Вставьте скопированный код в редактор Tinkercad, заменив все, что там было. 6. Нажмите зеленую кнопку **"Start Simulation"**. --- ## 5. Использование Симуляции * **Включение и выключение:** Используйте **ползунковый переключатель**, чтобы подать или отключить питание 12В на схему. Это имитирует главный выключатель устройства. * **Изменение температуры:** Во время симуляции кликните на датчик TMP36. Появится ползунок для изменения температуры. Наблюдайте за реакцией актуатора (мотора) и показаниями на LCD. * **Изменение влажности почвы:** Кликните на датчик влажности почвы. Двигайте ползунок, чтобы имитировать высыхание или увлажнение почвы. Наблюдайте за работой насоса (второго мотора). * **Переключение экранов:** Нажимайте на кнопку, подключенную к пину **D12**, чтобы переключать информацию, выводимую на LCD-дисплей. * **Ручное управление крышей:** * **Короткое нажатие** на кнопку, подключенную к пину **D10**, переключит систему в ручной режим и заставит крышу открыться или закрыться. * **Длинное нажатие (удерживайте > 1 сек)** на ту же кнопку вернет систему в автоматический режим управления вентиляцией по температуре. * **Отладочная информация:** В нижней части панели кода находится **"Serial Monitor"** (Монитор порта), где могут выводиться текстовые сообщения из кода.