Automatizované LED osvetlenie pre zasadené akvárium pomocou RTC: 5 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Pred niekoľkými rokmi som sa rozhodol založiť vysadené akvárium. Fascinovala ma krása tých akvárií. Pri zakladaní akvária som robil všetko, čo som mal robiť, ale jednu najdôležitejšiu vec som zanedbal. Tou vecou bolo osvetlenie. Niekoľko dní vyzeralo všetko v poriadku, ale potom v nádrži začali rásť riasy a rastlinám sa veľmi nedarilo. Je ťažké vrátiť všetko do normálu.

Teraz, po mnohých rokoch, chcem znova založiť akvárium s dôrazom na osvetlenie. Urobil som malý prieskum na internete a zistil som, že rastliny potrebujú nepretržité vystavenie svetlu asi 10-12 hodín denne. Tiež som zistil, že rastliny viac reagujú na červené a modré spektrum svetla.

Ide o to, simulovať prírodu čo najbližšie vo vnútri akvária. Svetlá som mohol ručne zapnúť alebo vypnúť, ale prečo to nezautomatizovať. To znižuje ľudskú chybu. Rozhodol som sa teda vytvoriť LED svetelný systém, ktorý sa automaticky zapína a vypína pomocou Arduina. Vďaka tomu je svetelné obdobie konzistentné, čo rastliny potrebujú.

Moja nádrž bude mať kryt. Rozhodol som sa teda namontovať riadiacu dosku mimo nádrž, pretože vlhkosť je najväčším nepriateľom elektroniky.

Začnime!

Krok 1: RTC - hodiny v reálnom čase

Plán je zapnúť a vypnúť LED diódy v konkrétnu dennú dobu. LED diódy sa nerozsvietia okamžite na plný jas, ale namiesto toho dosiahnu z nulového jasu na plný jas za hodinu. Toto má simulovať východ slnka. To isté platí pre vypnutie LED diód.

Poskytnutie presného času sa vykonáva pomocou hodín reálneho času alebo RTC. Výhodou použitia RTC oproti milis () je, že presný čas je možné získať priamo. Modul RTC má tiež vlastnú záložnú batériu. Takže aj keď je Arduino vypnutý alebo je resetovaný, čas sa nestratí. Vďaka tomu je ideálny pre našu aplikáciu.

Modul, ktorý budem používať, sú hodiny reálneho času DS3231 IIC. Na komunikáciu s Arduino používa rozhranie I2C. Svoje mám odtiaľto.

Vďaka spoločnosti Rinky-Dinky Electronics za tvrdú prácu. Stiahnite si knižnicu pre DS3231 tu

Krok 2: LED diódy a ovládače

Pre vysadené akvárium platí zásada 2 watty na galón. Môj je 20-galónový tank a budem používať dve 10 W LED diódy. Viem, že je to polovica odporúčaných wattov, ale moja nádrž sedí hneď vedľa okna a prechádza cez neho veľa svetla. Budem testovať nastavenie niekoľko týždňov, monitorovať rast rastlín a v prípade potreby pridať ďalšie LED diódy.

Používam LED diódy, ktoré som kúpil od spoločnosti Ebay, s farebnou teplotou 6500 K, ktorá je skvelá pre rast rastlín. Podľa zoznamu by malo byť dopredné napätie 9-11 V a maximálne dopredu okolo 900 mA. Podľa toho som objednal ovládače LED.

Prečo používať ovládače?

Nežijeme v dokonalom svete. Preto bude výstup vždy menší ako vstup. Kde je teda stratená sila? Premieňa sa na teplo. To isté platí pre LED diódy. Polovodič má negatívny teplotný koeficient (NTC), čo znamená, že so zvyšovaním teploty jeho odpor klesá. LED dióda je tiež polovodič. Ako sa jeho teplota zvyšuje, jeho odpor začína klesať, v dôsledku čoho sa prúd, ktorý ním preteká, zvyšuje. Tým sa zahrievanie ešte zvýši. Toto pokračuje, kým sa LED dióda nepoškodí. Preto musíme obmedziť prúd, aby sa nezvýšil nad stanovený limit. Túto prácu vykonávajú ovládače LED

Pri testovaní som zistil, že pri 11 V LED dióda odoberá iba asi 350 mA. To je divné!

Inštalácia ovládača LED

Vodič je v zásade zariadenie, ktoré poskytuje konštantné výstupné napätie s možnosťou obmedzenia prúdu. Na trhu je k dispozícii niekoľko LED meničov, ktoré produkujú konštantný prúd. Ak ste si kúpili ten istý, ktorý som kúpil ja, bude obsahovať 3 hrnce na úpravu. Máme záujem iba o dvoch z nich. Prvý slúži na úpravu napätia a posledný slúži na nastavenie prúdového limitu. Pri nastavovaní postupujte podľa týchto pokynov:

1. Pripojte napájanie 12V DC na piny označené IN+ a IN-. Skontrolujte polaritu.
2. Pripojte multimetr k pinom označeným OUT+ a OUT- a nastavte multimeter na čítanie napätia.
3. Otáčajte potenciometrom nastavenia napätia, kým multimeter nečíta menovité napätie vpred LED. V mojom prípade je to 9-11V. Vybral som 10,7V. (Trochu menej nezaškodí).
4. Teraz prepnite multimetr do aktuálneho režimu čítania. Začne ním prúdiť prúd. Otáčajte potenciometrom nastavenia prúdu, kým nezačne prúdiť menovitý prúd LED.
5. To je všetko! Teraz k nemu môžete pripojiť svoju LED diódu.

Krok 3: Výroba panelu LED

Ako som už spomenul, rozhodol som sa použiť dve 10 Wattové LED diódy a štyri RGB LED pásy, ktoré som položil. Pásik použijem na červenú a modrú farbu. Použil som hliníkový rám (z ktorého sa najčastejšie vyrábajú rámy okien a dverí) takmer na dĺžku môjho akvária. Išiel som s hliníkovým rámom, pretože slúži ako chladič pre LED diódy. Chladiče sú pre LED s takým vysokým výkonom dôležité, pretože odvádzajú veľa tepla. V opačnom prípade sa životnosť LED zníži. Pretože je medzi nimi dutina, všetky káble môžu zostať skryté a bezpečné vo vnútri.

Rozšíril som všetky pripojenia LED na 6 koncových konektorov, ako je znázornené na obrázku. Pripojenie panelu k ovládaču, ktorý budeme robiť ďalej, bude teraz veľmi jednoduché.

Krok 4: Vytvorenie ovládača

Hlavným cieľom je zapnúť a vypnúť LED diódy podľa času nastaveného používateľom. Mozog ovládača je Arduino Nano. Prečo ovládať iba osvetlenie? Keďže som mal rozmiestnené nejaké relé, v prípade potreby ich použijem na zapnutie alebo vypnutie niektorých spotrebičov, ako je filter, vzduchové čerpadlo, ohrievač atď. Na zaistenie ventilácie som pridal počítačový ventilátor 12V DC.

K dispozícii je prepínač na výber medzi manuálnym a automatickým režimom. V prípade, že potrebujeme prístup k nádrži na ryby po tom, čo sú LED diódy v noci VYPNUTÉ, je možné prepínač prepnúť do polohy Manual a potom je možné jas LED ovládať pomocou hrnca.

Na ovládanie relé a ventilátora som použil ULN2803 Darlington Transistor Array IC. Tento integrovaný obvod je bežne známy ako reléový ovládač.

Schéma zostavenia je priložená tu. Vďaka vlastnej PCB bude vyzerať úhľadne a profesionálne.

Rozhodol som sa použiť rozvodnú skrinku ako kryt pre regulátor, pretože má predvŕtané otvory pre montáž a kryciu dosku. Do každého otvoru som vlepil maticu pomocou nejakého epoxidového lepidla. To isté som urobil na opačnej strane. To zaisťuje, že doska plošných spojov je bezpečne držaná skrutkami. V spodnej časti škatule som urobil malé otvory, ako je znázornené na obrázku, pre napájací kábel a vodiče vedúce k panelu LED.

Krok 5: Čas na nejaký kód

Keď vyrobíte riadiacu dosku, je načase, aby fungovala! Tu si stiahnite priloženú skicu a otvorte ju v Arduino IDE. Tu si stiahnite a nainštalujte knižnicu pre DS3231.

Nastavenie RTC

1. Vložte gombíkovú batériu typu 2032.
2. Otvorte DS3231_Serial_Easy z príkladov, ako je to znázornené.
3. Odkomentujte tri riadky a zadajte čas a dátum, ako je znázornené na obrázku.
4. Nahrajte skicu do Arduina a otvorte sériový monitor. Nastavte prenosovú rýchlosť na 115 200. Mali by ste vidieť čas, ktorý sa neustále obnovuje každú 1 sekundu.
5. Teraz odpojte Arduino a po niekoľkých sekundách ho znova zapojte. Pozrite sa na sériový monitor. Malo by sa zobrazovať v reálnom čase.

Hotový! RTC bolo nastavené. Tento krok je potrebné vykonať iba raz, aby ste nastavili dátum a čas.

Pred nahraním

• Nastavte čas spustenia diód LED.
• Nastavte čas zastavenia diód LED.
• Nastavte čas spustenia ventilátora.
• Nastavte čas zastavenia ventilátora.

Poznámka: Čas je v 24-hodinovom formáte. Podľa toho nastavte čas

Ako už bolo spomenuté, diódy LED sa nezapnú na plný jas. Ak napríklad nastavíte čas spustenia LED na 10:00, potom sa diódy LED pomaly rozsvietia a dosiahnu plný jas až do 11:00 a zostanú konštantné, kým sa nedosiahne čas zastavenia. Toto má simulovať východ a západ slnka. Červené a modré LED diódy sú stále. Po celú dobu zostanú úplne ZAPNUTÉ.

To je všetko, čo musíte nastaviť. Nahrajte kód do Arduina. Teraz už nemusíte zapínať a vypínať osvetlenie akvária!

Nemôžem získať nejaké zábery zo skutočnej nádrže na ryby, v ktorej bude namontovaný, pretože som ho ešte nenastavil. Pokyny aktualizujem hneď, ako budem mať všetko pripravené!

Dúfam, že sa vám stavba páčila. Vyrobte si to sami a bavte sa! Vždy je tu priestor na zlepšenie a veľa sa treba naučiť. Príďte s vlastnými nápadmi.

Po mnohých rokoch začnem znova so zasadenými akváriami. Nie som odborník v tejto oblasti. Neváhajte sa vyjadriť k akýmkoľvek návrhom týkajúcim sa stavby. Ďakujem, že ste vydržali až do konca.