Автоматическое светодиодное освещение для аквариумов с растениями с использованием RTC: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Пару лет назад я решил создать аквариум с растениями. Я был очарован красотой этих аквариумов. Я сделал все, что должен был сделать при установке аквариума, но упустил одну важную вещь. Эта штука освещала. В течение нескольких дней все выглядело хорошо, но затем водоросли начали расти повсюду в аквариуме, и растения не прижились. Вернуть все в норму - тяжелая работа.

Теперь, спустя много лет, я снова хочу создать аквариум, уделяя особое внимание освещению. Я провел небольшое исследование в Интернете и обнаружил, что растениям необходимо постоянное воздействие света в течение 10–12 часов в день. Я также узнал, что растения больше реагируют на красный и синий спектр света.

Хитрость заключается в том, чтобы как можно точнее имитировать природу внутри аквариума. Я мог бы вручную включать или выключать свет, но почему бы не автоматизировать это. Это уменьшает человеческую ошибку. Итак, я решил создать систему светодиодного освещения, которая автоматически включается и выключается с помощью Arduino. Это делает период освещения постоянным, что и нужно растениям.

Сверху у моего танка будет крышка. Поэтому я решил установить плату контроллера вне резервуара, поскольку влага - самый большой враг электроники.

Давайте начнем!

Шаг 1: RTC - часы реального времени

План состоит в том, чтобы включать и выключать светодиоды в определенное время суток. Светодиоды не включатся на полную яркость сразу, но вместо этого они достигнут полной яркости за час. Это имитирует восход солнца. То же самое касается выключения светодиодов.

Работа по предоставлению точного времени выполняется часами реального времени или часами реального времени. Преимущество использования RTC перед millis () состоит в том, что точное время можно получить напрямую. Кроме того, модуль RTC имеет собственный резервный аккумулятор. Таким образом, даже если Arduino выключен или сброшен, время не потеряно. Это делает его идеальным для нашего приложения.

Я буду использовать модуль DS3231 IIC Real Time Clock. Он использует интерфейс I2C для связи с Arduino. Я получил свой отсюда.

Спасибо Rinky-Dinky Electronics за проделанную работу. Загрузите библиотеку для DS3231 здесь

Шаг 2: светодиоды и драйверы

Для аквариума с растениями практическое правило - 2 Вт на галлон. У меня бак на 20 галлонов, и я буду использовать два светодиода по 10 Вт. Я знаю, что это половина рекомендованной ватт, но мой баллон стоит рядом с моим окном, и через него проникает много света. Я буду тестировать установку в течение нескольких недель, следить за ростом растений и при необходимости добавлять светодиоды.

Я использую светодиоды, купленные на Ebay, с цветовой температурой 6500K, что отлично подходит для роста растений. Согласно листингу, прямое напряжение должно составлять 9-11 В, а максимальное прямое напряжение - около 900 мА. Соответственно заказал и драйверы светодиодов.

Зачем нужны драйверы?

Мы не живем в идеальном мире. Следовательно, выход всегда будет меньше входа. Так где же потерянная сила? Он превращается в тепло. То же самое и со светодиодами. Полупроводник имеет отрицательный температурный коэффициент (NTC), что означает, что с увеличением температуры его сопротивление уменьшается. Светодиод - тоже полупроводник. По мере того, как его температура увеличивается, его сопротивление начинает уменьшаться, из-за чего ток, протекающий через него, увеличивается. Это еще больше увеличивает нагрев. Это продолжается до тех пор, пока светодиод не выйдет из строя. Следовательно, нам нужно ограничить ток, чтобы он не превысил установленный предел. Эту работу выполняют драйверы светодиодов

При тестировании я обнаружил, что при 11 В светодиод потребляет только около 350 мА. Это странно!

Настройка драйвера светодиода

Драйвер - это в основном устройство, которое обеспечивает постоянное выходное напряжение с возможностью ограничения тока. На рынке доступны различные драйверы светодиодов, которые выдают постоянный ток. Если вы купили такой же, как и я, в нем будет 3 горшка для корректировок. Нас интересуют только два из них. Первый предназначен для регулировки напряжения, а последний используется для установки ограничения тока. Следуйте инструкциям по настройке:

1. Подключите источник постоянного тока 12 В к контактам с маркировкой IN + и IN-. Пожалуйста, проверьте полярность.
2. Подключите мультиметр к контактам, обозначенным OUT + и OUT-, и установите мультиметр на считывание напряжения.
3. Поворачивайте потенциометр, пока мультиметр не покажет номинальное прямое напряжение светодиода. В моем случае это 9-11В. Я выбрал 10,7В. (Немного меньше не повредит).
4. Теперь переведите мультиметр в режим текущего считывания. Через него начнет течь ток. Поворачивайте потенциометр регулировки тока до тех пор, пока не начнет течь номинальный ток светодиода.
5. Вот и все! Теперь вы можете подключить к нему свой светодиод.

Шаг 3: Изготовление светодиодной панели

Как упоминалось ранее, я решил использовать два светодиода мощностью 10 Вт и четыре светодиодные ленты RGB, которые у меня были. Я буду использовать полоску для красного и синего цветов. Я использовал алюминиевую раму (которая чаще всего используется для изготовления оконных и дверных коробок) длиной почти с мой аквариум. Я выбрал алюминиевую рамку, так как она служит радиатором для светодиодов. Радиаторы важны для таких мощных светодиодов, поскольку они рассеивают много тепла. Без него срок службы светодиода сократится. Поскольку он полый между ними, вся проводка может оставаться скрытой и безопасной внутри него.

Я расширил все подключения светодиодов до 6 клеммных разъемов, как показано на рисунке. Становится легко подключить панель к контроллеру, который мы будем делать дальше.

Шаг 4: создание контроллера

Основная цель - включать и выключать светодиоды в соответствии со временем, установленным пользователем. Мозг контроллера - это Arduino Nano. Зачем просто управлять освещением? Поскольку у меня было несколько реле, я буду использовать их для включения или выключения некоторых приборов, таких как фильтр, воздушный насос, обогреватель и т. Д., Если это необходимо. Я добавил компьютерный вентилятор на 12 В постоянного тока, чтобы обеспечить вентиляцию.

Предусмотрен переключатель для выбора между ручным и автоматическим режимами. В случае, если нам нужно получить доступ к аквариуму после того, как светодиоды выключены ночью, переключатель можно установить в положение «Ручной», а затем яркостью светодиодов можно управлять с помощью горшочка.

Я использовал микросхему транзисторов Дарлингтона ULN2803 для управления реле и вентилятором. Эта микросхема широко известна как драйвер реле.

Схема сборки прилагается. Изготовленная на заказ печатная плата сделает его аккуратным и профессиональным.

Я решил использовать распределительную коробку в качестве корпуса для контроллера, поскольку в ней есть предварительно просверленные отверстия для монтажа и крышка. Я приклеил гайку в каждый паз с помощью эпоксидного клея. Я сделал то же самое с противоположной стороны. Это гарантирует, что печатная плата надежно закреплена винтами. Я сделал небольшие отверстия в нижней части коробки, как показано на рисунке, для кабеля питания и проводов, идущих к светодиодной панели.

Шаг 5: Время для кода

После изготовления платы контроллера пришло время заставить ее работать! Загрузите прикрепленный здесь скетч и откройте его в Arduino IDE. Убедитесь, что вы загрузили и установили прилагаемую здесь библиотеку для DS3231.

Настройка RTC

1. Вставьте плоскую батарейку типа 2032.
2. Откройте DS3231_Serial_Easy из примеров, как показано.
3. Раскомментируйте 3 строки и введите время и дату, как показано на рисунке.
4. Загрузите скетч в Arduino и откройте последовательный монитор. Установите скорость передачи 115200 бод. Вы должны видеть время, которое обновляется каждую 1 секунду.
5. Теперь отключите Arduino и снова подключите его через несколько секунд. Посмотрите на серийный монитор. Он должен показывать в реальном времени.

Выполнено! Создан RTC. Этот шаг нужно сделать только один раз, чтобы установить дату и время.

Перед загрузкой

• Установите время включения светодиодов.
• Установите время остановки светодиодов.
• Установите время запуска вентилятора.
• Установите время остановки вентилятора.

Примечание. Время указано в 24-часовом формате. Установите время соответственно

Как упоминалось ранее, светодиоды не загораются на полную яркость. Например, если вы установите время включения светодиода как 10:00 утра, светодиоды будут медленно включаться и достигать полной яркости до 11:00 утра и будут оставаться постоянными, пока не будет достигнуто время остановки. Это имитирует восход и закат. Красный и синий светодиоды горят постоянно. Они остаются полностью включенными в течение всего времени.

Это все, что вам нужно установить. Загрузите код в Arduino. Теперь больше не нужно забывать включать и выключать свет в аквариуме!

Я не могу сделать несколько снимков этого аквариума, в котором он будет установлен, так как я еще не настроил его. Я обновлю инструкции, как только все настрою!

Надеюсь, вам понравилась сборка. Сделай сам и получай удовольствие! Всегда есть место для совершенствования и есть чему поучиться. Придумывайте свои собственные идеи.

Через много лет я снова начну с аквариумов с растениями. Я не специалист в этой области. Не стесняйтесь комментировать любые предложения по сборке. Спасибо, что дожили до конца.