Αυτόματος φωτισμός LED για φυτεμένο ενυδρείο χρησιμοποιώντας RTC: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

Πριν από μερικά χρόνια αποφάσισα να δημιουργήσω ένα φυτεμένο ενυδρείο. Με γοήτευσε η ομορφιά αυτών των ενυδρείων. Έκανα όλα όσα έπρεπε να κάνω ενώ έστησα το ενυδρείο αλλά παραμέλησα ένα πιο σημαντικό πράγμα. Αυτό το πράγμα φωτιζόταν. Όλα φαίνονταν καλά για λίγες ημέρες, αλλά στη συνέχεια τα φύκια άρχισαν να αναπτύσσονται παντού στη δεξαμενή και τα φυτά δεν τα πήγαιναν καλά. Είναι δύσκολη δουλειά να επιστρέφουν τα πάντα στο φυσιολογικό.

Τώρα μετά από πολλά χρόνια, θέλω να δημιουργήσω ξανά το ενυδρείο δίνοντας σημασία στον φωτισμό. Έκανα κάποια έρευνα στο διαδίκτυο και διαπίστωσα ότι τα φυτά χρειάζονται συνεχή έκθεση στο φως για περίπου 10-12 ώρες καθημερινά. Έμαθα επίσης ότι τα φυτά ανταποκρίνονται περισσότερο στο κόκκινο και μπλε φάσμα φωτός.

Το κόλπο είναι να προσομοιώσουμε τη φύση όσο το δυνατόν πιο κοντά στο ενυδρείο. Θα μπορούσα να έχω ενεργοποιήσει ή να απενεργοποιήσω χειροκίνητα τα φώτα, αλλά γιατί να μην το αυτοματοποιήσω. Αυτό μειώνει το ανθρώπινο λάθος. Έτσι, αποφάσισα να φτιάξω ένα σύστημα φωτισμού LED που ενεργοποιείται και απενεργοποιείται αυτόματα χρησιμοποιώντας το Arduino. Αυτό καθιστά σταθερή την περίοδο φωτισμού, αυτό που χρειάζονται τα φυτά.

Η δεξαμενή μου θα έχει ένα κάλυμμα από πάνω. Έτσι αποφάσισα να τοποθετήσω την πλακέτα του ελεγκτή έξω από τη δεξαμενή καθώς η υγρασία είναι ο μεγαλύτερος εχθρός των ηλεκτρονικών.

Ας αρχίσουμε!

Βήμα 1: RTC - Ρολόι σε πραγματικό χρόνο

Το σχέδιο είναι να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε τα LED σε μια συγκεκριμένη ώρα της ημέρας. Οι λυχνίες LED δεν ενεργοποιούνται αμέσως στην πλήρη φωτεινότητα, αλλά αντίθετα, θα φτάσουν από τη μηδενική έως τη πλήρη φωτεινότητα σε μία ώρα. Αυτό γίνεται για να προσομοιώσουμε την ανατολή. Το ίδιο ισχύει κατά την απενεργοποίηση των LED.

Η εργασία παροχής του ακριβούς χρόνου γίνεται από το Ρολόι πραγματικού χρόνου ή το RTC. Το πλεονέκτημα της χρήσης ενός RTC έναντι του millis () είναι ότι ο ακριβής χρόνος μπορεί να επιτευχθεί απευθείας. Επίσης, η μονάδα RTC έχει τη δική της εφεδρική μπαταρία. Έτσι, ακόμη και αν το Arduino είναι απενεργοποιημένο ή είναι μηδενισμένο, ο χρόνος δεν χάνεται. Αυτό το καθιστά ιδανικό για την εφαρμογή μας.

Η μονάδα που θα χρησιμοποιήσω είναι το ρολόι πραγματικού χρόνου DS3231 IIC. Χρησιμοποιεί διεπαφή I2C για επικοινωνία με το Arduino. Πήρα το δικό μου από εδώ.

Ευχαριστώ την Rinky-Dinky Electronics για την σκληρή δουλειά. Κατεβάστε τη βιβλιοθήκη για το DS3231 εδώ

Βήμα 2: LED και προγράμματα οδήγησης

Για ένα φυτεμένο ενυδρείο, ο κανόνας είναι 2 Watt ανά γαλόνι. Το δικό μου είναι μια δεξαμενή 20 γαλόνι και θα χρησιμοποιήσω δύο LED 10 Watt. Ξέρω ότι είναι τα μισά από τα συνιστώμενα Watt, αλλά η δεξαμενή μου κάθεται ακριβώς δίπλα στο παράθυρό μου με άφθονο φως που διαπερνά. Θα δοκιμάσω τη ρύθμιση για μερικές εβδομάδες, θα παρακολουθήσω την ανάπτυξη των φυτών και θα προσθέσω περισσότερα LED εάν χρειάζεται.

Χρησιμοποιώ LED που αγόρασα από το Ebay με θερμοκρασία χρώματος 6500K η οποία είναι εξαιρετική για την ανάπτυξη των φυτών. Σύμφωνα με τον κατάλογο, η τάση εμπρός πρέπει να είναι 9-11V και η μέγιστη προς τα εμπρός περίπου 900mA. Παρήγγειλα τα προγράμματα οδήγησης LED ανάλογα.

Γιατί να χρησιμοποιήσετε προγράμματα οδήγησης;

Δεν ζούμε σε έναν τέλειο κόσμο. Επομένως, η έξοδος θα είναι πάντα μικρότερη από την είσοδο. Πού είναι λοιπόν η χαμένη δύναμη; Μετατρέπεται σε θερμότητα. Το ίδιο συμβαίνει και με τα LED. Ένας ημιαγωγός έχει Συντελεστή Αρνητικής Θερμοκρασίας (NTC) που σημαίνει ότι όσο αυξάνεται η θερμοκρασία μειώνεται η αντίστασή του. Ένα LED είναι επίσης ημιαγωγός. Καθώς η θερμοκρασία του συνεχίζει να αυξάνεται, η αντίστασή του αρχίζει να μειώνεται λόγω του οποίου αυξάνεται το ρεύμα που ρέει μέσα από αυτό. Αυτό αυξάνει τη θέρμανση ακόμη περισσότερο. Αυτό συνεχίζεται μέχρι να χαλάσει το LED. Επομένως, πρέπει να περιορίσουμε το ρεύμα έτσι ώστε να μην αυξηθεί πάνω από ένα καθορισμένο όριο. Αυτή η εργασία γίνεται από τα προγράμματα οδήγησης LED

Κατά τη δοκιμή, διαπίστωσα ότι στα 11V το LED αντλεί περίπου 350mA μόνο. Αυτό είναι περίεργο!

Ρύθμιση του προγράμματος οδήγησης LED

Ο οδηγός είναι βασικά μια συσκευή που παρέχει σταθερή τάση εξόδου με ικανότητα περιορισμού ρεύματος. Υπάρχουν διάφοροι οδηγοί LED που διατίθενται στην αγορά οι οποίοι παράγουν σταθερό ρεύμα. Εάν έχετε αγοράσει το ίδιο με αυτό που έχω αγοράσει, θα περιέχει 3 γλάστρες για προσαρμογές. Μας απασχολούν μόνο δύο από αυτά. Το πρώτο είναι για τη ρύθμιση της τάσης και το τελευταίο χρησιμοποιείται για τον καθορισμό του ορίου ρεύματος. Ακολουθήστε τα βήματα για να το ρυθμίσετε:

1. Συνδέστε την τροφοδοσία 12V DC στις ακίδες με ένδειξη IN+ και IN-. Παρακαλώ ελέγξτε την πολικότητα.
2. Συνδέστε ένα πολύμετρο στις ακίδες με ένδειξη OUT+ και OUT- και ρυθμίστε το πολύμετρο σε τάση ανάγνωσης.
3. Γυρίστε το δοχείο ρύθμισης τάσης έως ότου το πολύμετρο διαβάσει την ονομαστική τάση εμπρός του LED. Στην περίπτωσή μου, είναι 9-11V. Επέλεξα 10.7V. (Λίγο λιγότερο δεν βλάπτει).
4. Τώρα βάλτε το πολύμετρο στην τρέχουσα λειτουργία ανάγνωσης. Το ρεύμα θα αρχίσει να ρέει μέσα από αυτό. Γυρίστε το δοχείο ρύθμισης ρεύματος μέχρι να αρχίσει να ρέει το ονομαστικό ρεύμα LED.
5. Αυτό είναι! Τώρα μπορείτε να συνδέσετε το LED σας σε αυτό.

Βήμα 3: Δημιουργία του πίνακα LED

Όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, αποφάσισα να χρησιμοποιήσω δύο LED 10 Watt και τέσσερις λωρίδες RGB LED που είχα τοποθετήσει γύρω. Θα χρησιμοποιήσω τη λωρίδα για κόκκινα και μπλε χρώματα. Χρησιμοποίησα ένα πλαίσιο αλουμινίου (το οποίο χρησιμοποιείται συχνότερα για την κατασκευή κουφωμάτων παραθύρων και θυρών) σχεδόν το μήκος του ενυδρείου μου. Πήγα με πλαίσιο αλουμινίου καθώς χρησιμεύει ως ψύκτρα για τα LED. Οι ψύκτρες είναι σημαντικοί για LED υψηλής ισχύος καθώς διαχέουν πολύ θερμότητα. Η διάρκεια ζωής του LED θα μειωθεί ελλείψει αυτού. Καθώς είναι κοίλο ενδιάμεσα, όλες οι καλωδιώσεις μπορούν να παραμείνουν κρυμμένες και ασφαλείς μέσα σε αυτό.

Επέκτεινα όλες τις συνδέσεις LED στους 6 ακροδέκτες ακροδεκτών όπως φαίνεται στην εικόνα. Αυτό καθίσταται εύκολο να συνδεθεί ο πίνακας με τον ελεγκτή που θα φτιάξουμε στη συνέχεια.

Βήμα 4: Δημιουργία του ελεγκτή

Ο κύριος στόχος είναι να ενεργοποιήσετε και να απενεργοποιήσετε τα LED σύμφωνα με το χρόνο που έχει ορίσει ο χρήστης. Ο εγκέφαλος του χειριστηρίου είναι ένας Arduino Nano. Γιατί να ελέγχετε μόνο τον φωτισμό; Δεδομένου ότι είχα μερικά ρελέ που τοποθετούνται τριγύρω, θα τα χρησιμοποιώ για να ενεργοποιήσω ή να απενεργοποιήσω μερικές από τις συσκευές όπως το φίλτρο, την αντλία αέρα, τη θερμάστρα κλπ. Επίσης, αν χρειαστεί. Πρόσθεσα έναν ανεμιστήρα υπολογιστή 12V DC για αερισμό.

Παρέχεται ένας διακόπτης για να επιλέξετε μεταξύ της χειροκίνητης και της αυτόματης λειτουργίας. Σε περίπτωση που χρειαστεί να έχουμε πρόσβαση στη δεξαμενή ψαριών μετά την απενεργοποίηση των λυχνιών LED τη νύχτα, ο διακόπτης μπορεί να γυρίσει στη χειροκίνητη θέση και στη συνέχεια να ελέγξει τη φωτεινότητα των LED χρησιμοποιώντας ένα δοχείο.

Χρησιμοποίησα ένα ULN2803 Darlington Transistor Array IC για τον έλεγχο των ρελέ και του ανεμιστήρα. Αυτό το IC είναι κοινώς γνωστό ως πρόγραμμα οδήγησης ρελέ.

Το σχήμα για την κατασκευή επισυνάπτεται εδώ. Ένα προσαρμοσμένο PCB θα το κάνει να φαίνεται προσεγμένο και επαγγελματικό.

Επέλεξα να χρησιμοποιήσω το κουτί του πίνακα ως περίβλημα για το χειριστήριο, καθώς έχει προ-τρυπημένες οπές για τοποθέτηση και μια πλάκα κάλυψης. Κόλλησα σε ένα παξιμάδι σε κάθε σχισμή χρησιμοποιώντας κάποια εποξειδική κόλλα. Το ίδιο έκανα και στην απέναντι πλευρά. Αυτό διασφαλίζει ότι το PCB συγκρατείται με ασφάλεια από τις βίδες. Έκανα μικρά ανοίγματα στο κάτω μέρος του κουτιού όπως φαίνεται στην εικόνα για το καλώδιο τροφοδοσίας και τα καλώδια που πηγαίνουν στον πίνακα LED.

Βήμα 5: Timeρα για κάποιο κώδικα

Αφού φτιάξετε την πλακέτα του ελεγκτή, ήρθε η ώρα να λειτουργήσει! Κατεβάστε το σκίτσο που επισυνάπτεται εδώ και ανοίξτε το στο Arduino IDE. Βεβαιωθείτε ότι έχετε κατεβάσει και εγκαταστήσει τη βιβλιοθήκη για το DS3231 που επισυνάπτεται εδώ.

Ρύθμιση του RTC

1. Τοποθετήστε μια μπαταρία νομίσματος τύπου 2032.
2. Ανοίξτε το DS3231_Serial_Easy από τα παραδείγματα όπως φαίνεται.
3. Αποσυνδέστε τις 3 γραμμές και εισαγάγετε την ώρα και την ημερομηνία όπως φαίνεται στην εικόνα.
4. Ανεβάστε το σκίτσο στο Arduino και ανοίξτε τη σειριακή οθόνη. Ορίστε τον ρυθμό baud σε 115200. Θα πρέπει να μπορείτε να βλέπετε τον χρόνο που συνεχίζει να ανανεώνεται κάθε 1 δευτερόλεπτο.
5. Τώρα, αποσυνδέστε το Arduino και συνδέστε το ξανά μετά από λίγα δευτερόλεπτα. Κοιτάξτε τη σειριακή οθόνη. Θα πρέπει να δείχνει τον πραγματικό χρόνο.

Εγινε! Το RTC έχει συσταθεί. Αυτό το βήμα πρέπει να γίνει μόνο μία φορά για να ορίσετε την ημερομηνία και την ώρα.

Πριν ανεβάσετε

• Ρυθμίστε την ώρα έναρξης των LED.
• Ρυθμίστε το χρόνο διακοπής για τα LED.
• Ρυθμίστε την ώρα έναρξης του ανεμιστήρα.
• Ρυθμίστε την ώρα διακοπής λειτουργίας του ανεμιστήρα.

Σημείωση: Η ώρα είναι σε μορφή 24 ωρών. Ρυθμίστε την ώρα ανάλογα

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, τα LED δεν ενεργοποιούνται σε πλήρη φωτεινότητα. Για παράδειγμα, εάν ορίσετε την ώρα έναρξης LED ως 10:00 π.μ., τότε τα LED ανάβουν αργά και φτάνουν στην πλήρη φωτεινότητα έως τις 11:00 π.μ. και θα παραμείνουν σταθερά έως ότου επιτευχθεί ο χρόνος διακοπής. Αυτό γίνεται για να προσομοιώσει την ανατολή και τη δύση του ηλίου. Τα κόκκινα και μπλε LED είναι σταθερά. Παραμένουν εντελώς ενεργοποιημένα καθ 'όλη τη διάρκεια.

Αυτό είναι το μόνο που πρέπει να ρυθμίσετε. Ανεβάστε τον κώδικα στο Arduino. Τώρα, δεν χρειάζεται να θυμάστε να ανάβετε και να σβήνετε πλέον τα φώτα του ενυδρείου σας!

Δεν μπορώ να πάρω μερικά πλάνα από την πραγματική δεξαμενή ψαριών στην οποία θα τοποθετηθεί καθώς δεν το έχω ρυθμίσει ακόμα. Θα ενημερώσω το εκπαιδευτικό μόλις τακτοποιήσω όλα!

Ελπίζω να σας άρεσε η κατασκευή. Φτιάξτε το μόνοι σας και διασκεδάστε! Υπάρχει πάντα χώρος για βελτίωση και πολλά για μάθηση. Πάρτε τις δικές σας ιδέες.

Θα ξεκινήσω ξανά με φυτεμένα ενυδρεία μετά από πολλά χρόνια. Δεν είμαι ειδικός σε αυτόν τον τομέα. Μη διστάσετε να σχολιάσετε τυχόν προτάσεις σχετικά με την κατασκευή. Σας ευχαριστώ που μείνατε μέχρι το τέλος.