Zautomatyzowane oświetlenie LED do akwarium roślinnego za pomocą RTC: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Kilka lat temu postanowiłem założyć akwarium roślinne. Fascynowało mnie piękno tych akwariów. Zrobiłem wszystko, co miałem zrobić przy zakładaniu akwarium, ale zaniedbałem jedną najważniejszą rzecz. To było oświetlenie. Przez kilka dni wszystko wyglądało dobrze, ale potem w całym zbiorniku zaczęły rosnąć glony i rośliny nie radziły sobie dobrze. To ciężka praca, aby wszystko wróciło do normy.

Teraz po wielu latach chcę ponownie założyć akwarium, zwracając uwagę na oświetlenie. Zrobiłem kilka badań w Internecie i odkryłem, że rośliny potrzebują ciągłej ekspozycji na światło przez około 10-12 godzin dziennie. Dowiedziałem się też, że rośliny bardziej reagują na czerwone i niebieskie spektrum światła.

Sztuką jest jak najdokładniejsze symulowanie natury w akwarium. Mogłem ręcznie włączyć lub wyłączyć światła, ale dlaczego nie zautomatyzować. Zmniejsza to błąd ludzki. Postanowiłem więc stworzyć system oświetlenia LED, który automatycznie włącza się i wyłącza za pomocą Arduino. Dzięki temu okres oświetlenia jest spójny, czego potrzebują rośliny.

Mój czołg będzie miał na wierzchu osłonę. Postanowiłem więc zamontować płytkę sterownika na zewnątrz zbiornika, ponieważ wilgoć jest największym wrogiem elektroniki.

Zacznijmy!

Krok 1: RTC - zegar czasu rzeczywistego

Plan jest taki, aby włączać i wyłączać diody LED o określonej porze dnia. Diody LED nie włączą się natychmiast do pełnej jasności, ale zamiast tego osiągną od zera jasności do pełnej jasności w ciągu godziny. To ma symulować wschód słońca. To samo dotyczy wyłączania diod LED.

Zadaniem podania dokładnego czasu jest zegar czasu rzeczywistego lub RTC. Zaletą korzystania z RTC nad millis() jest to, że dokładny czas można uzyskać bezpośrednio. Ponadto moduł RTC posiada własne zasilanie awaryjne. Więc nawet jeśli Arduino jest wyłączone lub zresetowane, czas nie jest stracony. Dzięki temu idealnie nadaje się do naszej aplikacji.

Moduł, którego będę używał to DS3231 IIC Real Time Clock. Wykorzystuje interfejs I2C do komunikacji z Arduino. Mam stąd swój.

Podziękowania dla Rinky-Dinky Electronics za ciężką pracę. Pobierz bibliotekę dla DS3231 tutaj

Krok 2: Diody i sterowniki

W przypadku akwarium z roślinami praktyczna zasada to 2 waty na galon. Mój jest zbiornikiem o pojemności 20 galonów i będę używał dwóch 10-watowych diod LED. Wiem, że to połowa zalecanych watów, ale mój czołg stoi tuż przy moim oknie i wpada przez niego mnóstwo światła. Będę testować konfigurację przez kilka tygodni, monitorować wzrost roślin i dodawać więcej diod LED w razie potrzeby.

Używam zakupionych przeze mnie w serwisie eBay diod LED o temperaturze barwowej 6500K, która świetnie nadaje się do wzrostu roślin. Zgodnie z wykazem napięcie przewodzenia powinno wynosić 9-11 V, a maksymalne przewodzić około 900 mA. Zamówiłem odpowiednio sterowniki LED.

Dlaczego warto korzystać ze sterowników?

Nie żyjemy w idealnym świecie. W związku z tym wyjście będzie zawsze mniejsze niż wejście. Więc gdzie jest utracona moc? Jest przekształcany w ciepło. Podobnie jest z diodami LED. Półprzewodnik ma ujemny współczynnik temperaturowy (NTC), co oznacza, że wraz ze wzrostem temperatury jego rezystancja maleje. Dioda LED też jest półprzewodnikiem. Wraz ze wzrostem jego temperatury zaczyna spadać jego rezystancja, dzięki czemu przepływający przez nią prąd wzrasta. To jeszcze bardziej zwiększa ogrzewanie. Trwa to do momentu uszkodzenia diody LED. Dlatego musimy ograniczyć prąd, aby nie wzrósł powyżej ustalonego limitu. Ta praca jest wykonywana przez sterowniki LED

Podczas testów odkryłem, że przy 11V dioda LED pobiera tylko około 350mA. To jest dziwne!

Konfiguracja sterownika LED

Sterownik to w zasadzie urządzenie, które zapewnia stałe napięcie wyjściowe z możliwością ograniczenia prądu. Na rynku dostępne są różne sterowniki LED, które wytwarzają stały prąd. Jeśli kupiłeś ten sam, co ja kupiłem, będzie zawierał 3 doniczki do korekty. Zajmujemy się tylko dwoma z nich. Pierwsza służy do regulacji napięcia, a ostatnia służy do ustawienia limitu prądu. Postępuj zgodnie z instrukcjami, aby to skonfigurować:

1. Podłącz zasilanie 12V DC do pinów oznaczonych IN+ i IN-. Sprawdź polaryzację.
2. Podłącz multimetr do pinów oznaczonych OUT+ i OUT- i ustaw multimetr na odczyt napięcia.
3. Obróć potencjometr regulacji napięcia, aż multimetr odczyta znamionowe napięcie przewodzenia diody LED. W moim przypadku jest to 9-11V. Wybrałem 10,7V. (Nieco mniej nie zaszkodzi).
4. Teraz ustaw multimetr w bieżącym trybie odczytu. Zacznie przez nią płynąć prąd. Obróć potencjometr regulacji prądu, aż prąd znamionowy diody LED zacznie płynąć.
5. Otóż to! Możesz teraz podłączyć do niego diodę LED.

Krok 3: Tworzenie panelu LED

Jak wspomniałem wcześniej, zdecydowałem się na użycie dwóch 10-watowych diod LED i czterech taśm LED RGB, które rozłożyłem. Użyję paska do kolorów czerwonego i niebieskiego. Użyłem aluminiowej ramy (z której najczęściej wykonuje się ramy okienne i drzwiowe) prawie na całej długości mojego akwarium. Poszedłem z aluminiową ramą, ponieważ służy jako radiator dla diod LED. Radiatory są ważne dla diod LED o tak dużej mocy, ponieważ rozpraszają dużo ciepła. W przypadku jej braku żywotność diody LED zmniejszy się. Ponieważ jest pusty pomiędzy, całe okablowanie może pozostać w nim ukryte i bezpieczne.

Rozszerzyłem wszystkie połączenia LED do 6 złączy terminalowych, jak pokazano na rysunku. To staje się łatwe do podłączenia panelu do kontrolera, który będziemy robić w następnej kolejności.

Krok 4: Tworzenie kontrolera

Głównym celem jest włączanie i wyłączanie diod LED zgodnie z czasem ustawionym przez użytkownika. Mózgiem kontrolera jest Arduino Nano. Dlaczego po prostu sterować oświetleniem? Ponieważ miałem kilka przekaźników, będę używał ich do włączania lub wyłączania niektórych urządzeń, takich jak filtr, pompa powietrza, grzałka itp. W razie potrzeby. Dodałem wentylator komputerowy 12V DC, aby zapewnić wentylację.

Dostępny jest przełącznik do wyboru między trybem ręcznym i automatycznym. W przypadku, gdy potrzebujemy uzyskać dostęp do akwarium po zgaszeniu diod LED w nocy, przełącznik można ustawić w pozycji Manual, a następnie jasność diod LED można kontrolować za pomocą potencjometru.

Użyłem układu ULN2803 Darlington Transistor Array IC do sterowania przekaźnikami i wentylatorem. Ten układ scalony jest powszechnie znany jako sterownik przekaźnika.

Schemat budowy znajduje się tutaj. Niestandardowa płytka PCB sprawi, że będzie wyglądać schludnie i profesjonalnie.

Zdecydowałem się na użycie skrzynki rozdzielczej jako obudowy dla sterownika, ponieważ ma ona wstępnie wywiercone otwory do montażu i pokrywę. W każdym gnieździe wkleiłem nakrętkę za pomocą kleju epoksydowego. Zrobiłem to samo po przeciwnej stronie. Daje to pewność, że płytka PCB jest bezpiecznie przytrzymywana przez śruby. Zrobiłem małe otwory w dolnej części pudełka jak pokazano na zdjęciu na kabel zasilający i przewody prowadzące do panelu LED.

Krok 5: Czas na trochę kodu

Po wykonaniu płyty kontrolera czas, aby działała! Pobierz szkic załączony tutaj i otwórz go w Arduino IDE. Upewnij się, że pobierasz i instalujesz bibliotekę dla DS3231 załączoną tutaj.

Konfiguracja zegara czasu rzeczywistego

1. Włóż baterię pastylkową typu 2032.
2. Otwórz DS3231_Serial_Easy z przykładów, jak pokazano.
3. Odkomentuj 3 linie i wprowadź godzinę i datę, jak pokazano na rysunku.
4. Prześlij szkic do Arduino i otwórz monitor szeregowy. Ustaw szybkość transmisji na 115200. Powinieneś widzieć czas, który odświeża się co 1 sekundę.
5. Teraz odłącz Arduino i podłącz go ponownie po kilku sekundach. Spójrz na monitor szeregowy. Powinien pokazywać w czasie rzeczywistym.

Gotowe! RTC został utworzony. Ten krok należy wykonać tylko raz, aby ustawić datę i godzinę.

Zanim prześlesz

• Ustaw czas rozpoczęcia dla diod LED.
• Ustaw czas zatrzymania dla diod LED.
• Ustaw czas uruchomienia wentylatora.
• Ustaw czas zatrzymania wentylatora.

Uwaga: czas jest w formacie 24-godzinnym. Ustaw odpowiednio czas

Jak wspomniano wcześniej, diody LED nie włączą się do pełnej jasności. Na przykład, jeśli ustawisz czas rozpoczęcia LED na 10:00, diody LED będą się powoli włączać i osiągną pełną jasność do 11:00 i pozostaną stałe do czasu zakończenia. Ma to na celu symulację wschodu i zachodu słońca. Czerwona i niebieska dioda LED świecą się na stałe. Pozostają całkowicie WŁĄCZONE przez cały czas.

To wszystko, co musisz ustawić. Wgraj kod do Arduino. Teraz nie musisz już pamiętać o włączaniu i wyłączaniu oświetlenia akwarium!

Nie mogę zrobić kilku zdjęć z rzeczywistego akwarium, w którym zostanie zamontowany, ponieważ jeszcze go nie skonfigurowałem. Zaktualizuję instrukcję, gdy tylko wszystko skonfiguruję!

Mam nadzieję, że podobała Ci się ta kompilacja. Zrób to sam i baw się dobrze! Zawsze jest miejsce na poprawę i wiele do nauczenia się. Wymyśl własne pomysły.

Po wielu latach znów zacznę od akwariów roślinnych. Nie jestem ekspertem w tej dziedzinie. Zapraszam do komentowania wszelkich sugestii dotyczących budowy. Dziękuję za wytrwanie do końca.