Automatische LED-Beleuchtung für bepflanzte Aquarien mit RTC - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Vor ein paar Jahren habe ich beschlossen, ein Pflanzenaquarium einzurichten. Ich war fasziniert von der Schönheit dieser Aquarien. Ich habe alles getan, was ich beim Einrichten des Aquariums tun sollte, aber eine wichtige Sache habe ich vernachlässigt. Das Ding war Beleuchtung. Für ein paar Tage sah alles gut aus, aber dann begannen überall im Aquarium Algen zu wachsen und die Pflanzen liefen nicht gut. Es ist ein harter Job, alles wieder normal zu machen.

Jetzt nach vielen Jahren möchte ich das Aquarium wieder einrichten und Wert auf die Beleuchtung legen. Ich habe im Internet recherchiert und festgestellt, dass Pflanzen täglich etwa 10-12 Stunden lang kontinuierlich Licht ausgesetzt werden müssen. Ich habe auch erfahren, dass Pflanzen stärker auf das rote und blaue Lichtspektrum reagieren.

Der Trick besteht darin, die Natur im Aquarium so nah wie möglich zu simulieren. Ich hätte die Lichter manuell ein- oder ausschalten können, aber warum nicht automatisieren. Dies reduziert menschliche Fehler. Also beschloss ich, ein LED-Beleuchtungssystem zu entwickeln, das sich mit Arduino automatisch ein- und ausschaltet. Dadurch wird die Beleuchtungsdauer konstant, was die Pflanzen brauchen.

Mein Tank wird eine Abdeckung darüber haben. Also habe ich beschlossen, die Controllerplatine außerhalb des Tanks zu montieren, da Feuchtigkeit der größte Feind der Elektronik ist.

Lass uns anfangen!

Schritt 1: RTC - Echtzeituhr

Der Plan ist, die LEDs zu einer bestimmten Tageszeit ein- und auszuschalten. Die LEDs schalten sich nicht sofort auf volle Helligkeit ein, sondern erreichen in einer Stunde von Null Helligkeit auf volle Helligkeit. Damit soll der Sonnenaufgang simuliert werden. Gleiches gilt beim Ausschalten der LEDs.

Die Bereitstellung der genauen Uhrzeit übernimmt die Echtzeituhr oder RTC. Der Vorteil der Verwendung einer RTC gegenüber millis() besteht darin, dass die genaue Zeit direkt erhalten werden kann. Außerdem verfügt das RTC-Modul über eine eigene Batteriesicherung. Selbst wenn das Arduino ausgeschaltet oder zurückgesetzt wird, geht die Zeit nicht verloren. Damit ist es perfekt für unsere Anwendung.

Das Modul, das ich verwenden werde, ist DS3231 IIC Real Time Clock. Es verwendet eine I2C-Schnittstelle, um mit Arduino zu kommunizieren. Ich habe meine von hier.

Danke an Rinky-Dinky Electronics für die harte Arbeit. Laden Sie hier die Bibliothek für DS3231 herunter

Schritt 2: LEDs und Treiber

Für ein bepflanztes Aquarium gilt als Faustregel 2 Watt pro Gallone. Meins ist ein 20-Gallonen-Tank und ich werde zwei 10-Watt-LEDs verwenden. Ich weiß, das ist die Hälfte der empfohlenen Watt, aber mein Tank steht direkt neben meinem Fenster und lässt viel Licht durch. Ich werde das Setup einige Wochen lang testen, das Pflanzenwachstum überwachen und bei Bedarf weitere LEDs hinzufügen.

Ich verwende LEDs, die ich bei Ebay gekauft habe, mit einer Farbtemperatur von 6500K, die sich hervorragend für das Pflanzenwachstum eignet. Laut Auflistung sollte die Durchlassspannung 9-11V und die maximale Durchlassspannung etwa 900mA betragen. Ich habe die LED-Treiber entsprechend bestellt.

Warum Treiber verwenden?

Wir leben nicht in einer perfekten Welt. Daher ist die Ausgabe immer kleiner als die Eingabe. Wo ist also die verlorene Kraft? Es wird in Wärme umgewandelt. Das gleiche ist bei LEDs der Fall. Ein Halbleiter hat einen negativen Temperaturkoeffizienten (NTC), was bedeutet, dass mit steigender Temperatur sein Widerstand abnimmt. Eine LED ist auch ein Halbleiter. Wenn seine Temperatur weiter ansteigt, beginnt sein Widerstand zu sinken, wodurch der durch ihn fließende Strom steigt. Dies erhöht die Erwärmung noch mehr. Dies wird fortgesetzt, bis die LED beschädigt ist. Daher müssen wir den Strom begrenzen, damit er nicht über einen festgelegten Grenzwert ansteigt. Diese Aufgabe übernehmen die LED-Treiber

Beim Testen habe ich festgestellt, dass die LED bei 11 V nur etwa 350 mA zieht. Das ist seltsam!

Einrichten des LED-Treibers

Ein Treiber ist im Grunde ein Gerät, das eine konstante Ausgangsspannung mit einer Strombegrenzungsfähigkeit bereitstellt. Auf dem Markt sind verschiedene LED-Treiber erhältlich, die einen konstanten Strom ausgeben. Wenn Sie den gleichen gekauft haben, den ich gekauft habe, enthält er 3 Töpfe zum Anpassen. Wir beschäftigen uns nur mit zweien davon. Der erste dient der Spannungsanpassung und der letzte wird verwendet, um die Strombegrenzung einzustellen. Folgen Sie den Schritten, um es einzurichten:

1. Schließen Sie die 12-V-DC-Versorgung an die mit IN+ und IN- gekennzeichneten Pins an. Bitte überprüfen Sie die Polarität.
2. Schließen Sie ein Multimeter an die mit OUT+ und OUT- gekennzeichneten Pins an und stellen Sie das Multimeter auf Spannung ein.
3. Drehen Sie den Spannungseinstellpotentiometer, bis das Multimeter die Nenndurchlassspannung der LED anzeigt. In meinem Fall sind es 9-11V. Ich habe 10,7V gewählt. (Ein bisschen weniger schadet nicht).
4. Versetzen Sie nun das Multimeter in den aktuellen Lesemodus. Strom wird beginnen, durch ihn zu fließen. Drehen Sie den Stromeinstelltopf, bis der Nennstrom der LED zu fließen beginnt.
5. Das ist es! Sie können nun Ihre LED daran anschließen.

Schritt 3: Herstellung des LED-Panels

Wie bereits erwähnt, habe ich mich für zwei 10-Watt-LEDs und vier RGB-LED-Streifen entschieden, die ich herumgelegt hatte. Ich werde den Streifen für rote und blaue Farben verwenden. Ich habe einen Aluminiumrahmen (der am häufigsten für die Herstellung von Fenster- und Türrahmen verwendet wird) verwendet, der fast die Länge meines Aquariums hat. Ich ging mit einem Aluminiumrahmen, da er als Kühlkörper für die LEDs dient. Kühlkörper sind für solche Hochleistungs-LEDs wichtig, da sie viel Wärme ableiten. Die Lebensdauer der LED verringert sich, wenn sie nicht vorhanden ist. Da es dazwischen hohl ist, können alle Kabel versteckt und sicher darin bleiben.

Ich habe alle LED-Anschlüsse zu den 6 Klemmenanschlüssen erweitert, wie im Bild gezeigt. Dies wird einfach, um das Panel mit dem Controller zu verbinden, den wir als nächstes machen werden.

Schritt 4: Den Controller erstellen

Das Hauptziel besteht darin, die LEDs gemäß der vom Benutzer eingestellten Zeit ein- und auszuschalten. Das Gehirn des Controllers ist ein Arduino Nano. Warum nur die Beleuchtung steuern? Da ich einige Relais herumliegen hatte, werde ich sie verwenden, um einige der Geräte wie Filter, Luftpumpe, Heizung usw. bei Bedarf ein- oder auszuschalten. Ich habe einen 12-V-DC-Computerlüfter hinzugefügt, um die Belüftung zu gewährleisten.

Es ist ein Schalter vorhanden, um zwischen dem manuellen und automatischen Modus zu wählen. Für den Fall, dass wir nach dem Ausschalten der LEDs nachts auf das Aquarium zugreifen müssen, kann der Schalter in die manuelle Position gedreht werden und dann kann die Helligkeit der LEDs mit einem Pot gesteuert werden.

Ich habe einen ULN2803 Darlington Transistor Array IC verwendet, um die Relais und den Lüfter zu steuern. Dieser IC wird allgemein als Relaistreiber bezeichnet.

Der Schaltplan für den Bau ist hier angehängt. Eine benutzerdefinierte Leiterplatte lässt es ordentlich und professionell aussehen.

Ich habe mich für die Schalttafelbox als Gehäuse für den Controller entschieden, da sie vorgebohrte Löcher für die Montage und eine Abdeckplatte hat. Ich klebte in jedem Schlitz eine Mutter mit etwas Epoxidkleber ein. Das gleiche habe ich auf der gegenüberliegenden Seite gemacht. Dadurch wird sichergestellt, dass die Platine sicher von den Schrauben gehalten wird. Ich machte kleine Öffnungen an der Unterseite der Box, wie im Bild gezeigt, für das Stromkabel und die Drähte, die zum LED-Panel gehen.

Schritt 5: Zeit für etwas Code

Nachdem Sie die Controller-Platine hergestellt haben, ist es an der Zeit, sie zum Laufen zu bringen! Laden Sie die hier angehängte Skizze herunter und öffnen Sie sie in der Arduino IDE. Stellen Sie sicher, dass Sie die hier angehängte Bibliothek für DS3231 herunterladen und installieren.

Einrichten der RTC

1. Setzen Sie eine Knopfzellenbatterie vom Typ 2032 ein.
2. Öffnen Sie die DS3231_Serial_Easy aus den Beispielen wie gezeigt.
3. Entkommentieren Sie die 3 Zeilen und geben Sie Uhrzeit und Datum wie im Bild gezeigt ein.
4. Laden Sie die Skizze auf Arduino hoch und öffnen Sie den seriellen Monitor. Stellen Sie die Baudrate auf 115200 ein. Sie sollten die Zeit sehen können, die alle 1 Sek. aktualisiert wird.
5. Ziehen Sie nun den Arduino aus und stecken Sie ihn nach einigen Sekunden wieder ein. Schauen Sie auf den seriellen Monitor. Es sollte die Echtzeit anzeigen.

Fertig! RTC wurde eingerichtet. Dieser Schritt muss nur einmal durchgeführt werden, um Datum und Uhrzeit einzustellen.

Vor dem Hochladen

• Stellen Sie die Startzeit für die LEDs ein.
• Stellen Sie die Stoppzeit für die LEDs ein.
• Stellen Sie die Startzeit für den Lüfter ein.
• Stellen Sie die Stoppzeit für den Lüfter ein.

Hinweis: Die Uhrzeit ist im 24-Stunden-Format. Stellen Sie die Uhrzeit entsprechend ein

Wie bereits erwähnt, werden die LEDs nicht auf volle Helligkeit eingeschaltet. Wenn Sie beispielsweise die LED-Startzeit auf 10:00 Uhr einstellen, schalten sich die LEDs langsam ein und erreichen ihre volle Helligkeit bis 11:00 Uhr und bleiben konstant, bis die Stoppzeit erreicht ist. Dies soll den Sonnenaufgang und Sonnenuntergang simulieren. Rote und blaue LEDs sind konstant. Sie bleiben während der gesamten Zeit vollständig AN.

Das ist alles, was Sie einstellen müssen. Laden Sie den Code auf den Arduino hoch. Jetzt müssen Sie nicht mehr daran denken, Ihre Aquarienbeleuchtung ein- und auszuschalten!

Ich kann keine Aufnahmen davon aus dem eigentlichen Aquarium machen, in dem es montiert wird, da ich es noch nicht eingerichtet habe. Ich werde das instructable aktualisieren, sobald ich alles eingerichtet habe!

Hoffentlich hat Ihnen der Aufbau gefallen. Machen Sie es sich selbst und haben Sie Spaß! Es gibt immer etwas Raum für Verbesserungen und viel zu lernen. Kommen Sie mit Ihren eigenen Ideen.

Ich werde nach vielen Jahren wieder mit bepflanzten Aquarien anfangen. Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet. Fühlen Sie sich frei, Vorschläge zum Bau zu kommentieren. Danke, dass du bis zum Schluss durchgehalten hast.