Illuminazione a LED automatizzata per acquari con piante utilizzando RTC: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Un paio di anni fa ho deciso di allestire un acquario piantumato. Ero affascinato dalla bellezza di quegli acquari. Ho fatto tutto quello che dovevo fare durante l'allestimento dell'acquario, ma ho trascurato una cosa molto importante. Quella cosa era l'illuminazione. Tutto sembrava a posto per alcuni giorni, ma poi le alghe hanno iniziato a crescere ovunque nel serbatoio e le piante non stavano andando alla grande. È un duro lavoro riportare tutto alla normalità.

Adesso, dopo tanti anni, voglio allestire nuovamente l'acquario dando importanza all'illuminazione. Ho fatto alcune ricerche su Internet e ho scoperto che le piante hanno bisogno di un'esposizione continua alla luce per circa 10-12 ore al giorno. Sono anche venuto a sapere che le piante rispondono di più allo spettro della luce rosso e blu.

Il trucco è simulare la natura il più fedelmente possibile all'interno dell'acquario. Avrei potuto accendere o spegnere manualmente le luci, ma perché non automatizzarlo. Questo riduce l'errore umano. Quindi, ho deciso di realizzare un sistema di illuminazione a LED che si accende e si spegne automaticamente utilizzando Arduino. Ciò rende coerente il periodo di illuminazione, che è ciò di cui le piante hanno bisogno.

Il mio serbatoio avrà una copertura sopra. Così ho deciso di montare la scheda controller all'esterno del serbatoio poiché l'umidità è il più grande nemico dell'elettronica.

Iniziamo!

Passaggio 1: RTC - Orologio in tempo reale

Il piano è accendere e spegnere i LED a un'ora specifica del giorno. I LED non si accenderanno immediatamente alla massima luminosità, ma raggiungeranno la luminosità da zero alla massima luminosità in un'ora. Questo per simulare l'alba. Lo stesso vale quando si spengono i LED.

Il compito di fornire l'ora esatta è svolto dal Real Time Clock o RTC. Il vantaggio dell'utilizzo di un RTC su millis() è che l'ora precisa può essere ottenuta direttamente. Inoltre, il modulo RTC ha una propria batteria di backup. Quindi, anche se l'Arduino viene spento o viene resettato, il tempo non va perso. Questo lo rende perfetto per la nostra applicazione.

Il modulo che utilizzerò è DS3231 IIC Real Time Clock. Utilizza l'interfaccia I2C per comunicare con Arduino. Ho preso il mio da qui.

Grazie a Rinky-Dinky Electronics per il duro lavoro. Scarica qui la libreria per DS3231

Passaggio 2: LED e driver

Per un acquario con piante, la regola generale è 2 Watt per gallone. Il mio è un serbatoio da 20 galloni e userò due LED da 10 Watt. So che è la metà dei Watt consigliati, ma il mio serbatoio si trova proprio accanto alla mia finestra con molta luce che lo attraversa. Testerò la configurazione per alcune settimane, monitorerò la crescita della pianta e aggiungerò più LED se necessario.

Sto usando LED che ho acquistato da Ebay con una temperatura di colore di 6500K, ottima per la crescita delle piante. Secondo l'elenco, la tensione diretta dovrebbe essere di 9-11 V e la massima in avanti di circa 900 mA. Ho ordinato i driver LED di conseguenza.

Perché usare i driver?

Non viviamo in un mondo perfetto. Quindi, l'output sarà sempre inferiore all'input. Allora dov'è il potere perduto? Viene convertito in calore. Lo stesso vale per i LED. Un semiconduttore ha un coefficiente di temperatura negativo (NTC), il che significa che all'aumentare della temperatura la sua resistenza diminuisce. Anche un LED è un semiconduttore. Man mano che la sua temperatura aumenta, la sua resistenza inizia a diminuire a causa della quale aumenta la corrente che lo attraversa. Questo aumenta ancora di più il riscaldamento. Questo continua fino a quando il LED è danneggiato. Pertanto, dobbiamo limitare la corrente in modo che non aumenti oltre un limite impostato. Questo lavoro viene svolto dai driver LED

Durante i test, ho scoperto che a 11V il LED assorbe solo 350 mA. Quello è strano!

Configurazione del driver LED

Un driver è fondamentalmente un dispositivo che fornisce una tensione di uscita costante con una capacità di limitazione della corrente. Ci sono vari driver LED disponibili sul mercato che emettono una corrente costante. Se hai comprato lo stesso che ho comprato io, conterrà 3 pentole per le regolazioni. Ci interessano solo due di loro. Il primo è per la regolazione della tensione e l'ultimo è usato per impostare il limite di corrente. Segui i passaggi per configurarlo:

1. Collegare l'alimentazione a 12 V CC ai pin contrassegnati IN+ e IN-. Si prega di controllare la polarità.
2. Collegare un multimetro ai pin contrassegnati OUT+ e OUT- e impostare il multimetro per leggere la tensione.
3. Ruotare il potenziometro di regolazione della tensione finché il multimetro non legge la tensione diretta nominale del LED. Nel mio caso, è 9-11V. Ho scelto 10.7V. (Un po' meno non guasta).
4. Ora metti il multimetro nella modalità di lettura corrente. La corrente inizierà a fluire attraverso di essa. Ruotare il potenziometro di regolazione della corrente fino a quando la corrente nominale del LED inizia a fluire.
5. Questo è tutto! Ora puoi collegare il tuo LED ad esso.

Passaggio 3: realizzazione del pannello LED

Come accennato in precedenza, ho deciso di utilizzare due LED da 10 Watt e quattro strisce LED RGB che avevo in giro. Userò la striscia per i colori rosso e blu. Ho usato un telaio in alluminio (che è più comunemente usato per realizzare telai di porte e finestre) quasi la lunghezza del mio acquario. Sono andato con un telaio in alluminio in quanto funge da dissipatore di calore per i LED. I dissipatori di calore sono importanti per LED ad alta potenza in quanto dissipano molto calore. La durata del LED si ridurrà in assenza di esso. Poiché è vuoto nel mezzo, tutto il cablaggio può rimanere nascosto e al sicuro al suo interno.

Ho esteso tutte le connessioni LED ai 6 connettori terminali come mostrato nell'immagine. Questo diventa facile collegare il pannello al controller che faremo in seguito.

Passaggio 4: creazione del controller

Lo scopo principale è accendere e spegnere i LED secondo il tempo impostato dall'utente. Il cervello del controller è un Arduino Nano. Perché controllare solo l'illuminazione? Dato che avevo alcuni relè in giro, li userò per accendere o spegnere alcuni degli elettrodomestici come il filtro, la pompa dell'aria, il riscaldatore, ecc. Se necessario. Ho aggiunto una ventola del computer da 12 V CC per fornire ventilazione.

Viene fornito un interruttore per scegliere tra la modalità Manuale e Automatica. Nel caso in cui abbiamo bisogno di accedere all'acquario dopo che i LED sono stati spenti durante la notte, l'interruttore può essere portato in posizione Manuale e quindi la luminosità dei LED può essere controllata utilizzando una pentola.

Ho usato un IC Darlington Transistor Array ULN2803 per controllare i relè e la ventola. Questo IC è comunemente noto come Relay Driver.

Lo schema della costruzione è stato allegato qui. Un PCB personalizzato lo renderà pulito e professionale.

Ho scelto di utilizzare la scatola del centralino come custodia per il controller in quanto ha fori preforati per il montaggio e una piastra di copertura. Ho incollato un dado in ogni fessura usando della colla epossidica. Ho fatto lo stesso sul lato opposto. Questo assicura che il PCB sia tenuto saldamente dalle viti. Ho fatto delle piccole aperture nella parte inferiore della scatola come mostrato nell'immagine per il cavo di alimentazione e i fili che vanno al pannello LED.

Passaggio 5: tempo per un po' di codice

Dopo aver realizzato la scheda controller, è ora di farla funzionare! Scarica lo sketch allegato qui e aprilo in Arduino IDE. Assicurati di scaricare e installare la libreria per DS3231 allegata qui.

Configurazione dell'RTC

1. Inserire una batteria a bottone di tipo 2032.
2. Aprire DS3231_Serial_Easy dagli esempi come mostrato.
3. Decommenta le 3 righe e inserisci l'ora e la data come mostrato nell'immagine.
4. Carica lo sketch su Arduino e apri il monitor seriale. Imposta la velocità di trasmissione su 115200. Dovresti essere in grado di vedere il tempo che continua ad aggiornarsi ogni 1 secondo.
5. Ora scollega l'Arduino e ricollegalo dopo pochi secondi. Guarda il monitor seriale. Dovrebbe mostrare il tempo reale.

Fatto! RTC è stato istituito. Questo passaggio deve essere eseguito una sola volta per impostare la data e l'ora.

Prima di caricare

• Impostare l'ora di inizio dei LED.
• Impostare l'ora di arresto dei LED.
• Imposta l'ora di inizio del ventilatore.
• Imposta l'ora di arresto del ventilatore.

Nota: l'ora è nel formato 24 ore. Imposta l'ora di conseguenza

Come accennato in precedenza, i LED non si accendono alla massima luminosità. Ad esempio, se si imposta l'ora di inizio del LED alle 10:00 AM, i LED si accenderanno lentamente e raggiungeranno la massima luminosità fino alle 11:00 e rimarranno costanti fino al raggiungimento dell'ora di arresto. Questo serve per simulare l'alba e il tramonto. I LED rosso e blu sono costanti. Rimangono completamente ACCESI per tutto il tempo.

Questo è tutto ciò che devi impostare. Carica il codice su Arduino. Ora non c'è più bisogno di ricordarsi di accendere e spegnere le luci dell'acquario!

Non riesco a ottenere alcuni scatti dall'effettivo acquario in cui verrà montato poiché non l'ho ancora configurato. Aggiornerò le istruzioni non appena avrò impostato tutto!

Spero ti sia piaciuta la costruzione. Fai da te e divertiti! C'è sempre un po' di spazio per migliorare e molto da imparare. Vieni con le tue idee.

Ricomincerò con gli acquari con piante dopo molti anni. Non sono un esperto in questo campo. Sentiti libero di commentare eventuali suggerimenti riguardanti la build. Grazie per essere rimasto fino alla fine.