Aquarium-Controller. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Die Haltung von Aquarienfischen ist eine ziemlich arbeitsintensive Aufgabe. Es ist notwendig, das Licht rechtzeitig einzuschalten, den Kompressor nachts auszuschalten, rechtzeitig Futter zuzuführen, den Filter während der Fütterung auszuschalten usw. Um diese Aufgabe zu vereinfachen, wurde das vorgeschlagene Gerät entwickelt. Im Gegensatz zu anderen ähnlichen Geräten ist es nicht für die Steuerung von Glühlampen, sondern für die Steuerung von LEDs konzipiert, die das Aquarium beleuchten.

Ich habe das Aquarium mit LED-Beleuchtung ausgestattet, die sich nicht nur positiv auf die Gesundheit und Färbung der Fische, sondern auch auf die Entwicklung der Aquarienpflanzen auswirkt. Es wurde mehrfarbig gestaltet und Sie können es nicht nur ein- oder ausschalten, sondern auch durch bis zu fünfzig Zustände unterschiedlicher Dauer wechseln, die sich in Helligkeit und Farbe der Hintergrundbeleuchtung unterscheiden. Es ist auch möglich, den Betrieb anderer Aquariengeräte nach einem vom Benutzer festgelegten Programm zu steuern. Die Anzeige zeigt die aktuelle Uhrzeit, den Zustand des Kompressors und Filters, die durchschnittliche Wassertemperatur und den Zustand des Heizgeräts sowie die aktuelle Heizleistung als Prozentsatz der Nennleistung an.

Die Maschine misst die Wassertemperatur mit einem digitalen Sensor DS18B20, und es ist möglich, zwei Sensoren anzuschließen und die Temperatur anhand des arithmetischen Mittels ihrer Messwerte zu stabilisieren. Es gibt drei Software-Timer zum Ein- und Ausschalten des Kompressors und drei weitere solcher Timer zum Ein- und Ausschalten des Filters. Bei einem elektrischen Futterautomaten können Sie die Anzahl der Fütterungen pro Tag, die Anzahl der Futterportionen pro Fütterung und die Dauer der Pausen zwischen den Portionen festlegen.

Die Maschine besteht aus zwei Hauptblöcken – einer Steuerplatine und einer Leistungs- und Schaltplatine, deren Diagramme jeweils in Abb. dargestellt sind. 1 und Abb. 2. Der Anschluss XP5 der ersten Platine wird über ein Flachkabel mit dem Anschluss XP6 der zweiten Platine verbunden. Im zusammengebauten Gerät werden die vom Mikrocontroller DD2 an den Ausgängen PC4 und PC5 erzeugten Signale den Gates der Feldeffekttransistoren VT3 und VT4 zugeführt, die die Relais K1, K2 steuern. Die Relaiskontakte werden zu den Blöcken XT6, XT7 geführt und über sie werden die Filter- und Kompressormotoren mit Strom versorgt. Parallel zu den Relaiswicklungen sind Dioden VD1, VD4 installiert, die Selbstinduktionsspannungsstöße unterdrücken.

Reis. 1 (zum Vergrößern anklicken)

Reis. 2 (zum Vergrößern anklicken)

Über den Stecker XP2, gemäß dem Diagramm in Abb. 3, Steuertasten SB2-SB5 und LCD HG1 (zwei Zeilen mit jeweils 16 Zeichen) sind mit dem Mikrocontroller verbunden. Anstelle des im Diagramm angegebenen WH1602C-LCD ist ein MT-16S2D oder ein ähnlicher Indikator geeignet. Der Feldeffekttransistor VT1 steuert die Helligkeit der LCD-Hintergrundbeleuchtung mithilfe von Signalen vom Mikrocontroller, und der Widerstand R1 begrenzt den maximalen Hintergrundbeleuchtungsstrom. An den Widerständen R2-R4 ist ein Spannungsteiler zur Steuerung des Kontrasts der Anzeige montiert.

Fig. 3

Die Stromversorgung des Echtzeituhr-Chips DS1307 (DD1) erfolgt durch eine Lithiumzelle G1, die die Uhr am Laufen hält, wenn die Hauptstromversorgung ausgeschaltet ist. Dieser Chip ist über die Schnittstelle I mit dem Mikrocontroller verbunden²C. Um den Zustand des Elements G1 zu überwachen, wird ein Teil seiner Spannung über einen Widerstandsteiler R6R7 an Pin 37 des Mikrocontrollers geliefert – den Eingang des darin eingebauten ADC.

Der Mikrocontroller DD2 ATmega644 arbeitet mit einem ZQ2-Quarz mit einer Frequenz von 20 MHz. Widerstand R8 und Kondensator C2 bilden die Schaltung zum anfänglichen Versetzen des Mikrocontrollers in seinen Ausgangszustand. Um es im Falle eines Programmfehlers in diesen Zustand zu versetzen, verwenden Sie die Taste SB1. L1C6 – Mikrocontroller-ADC-Leistungsfilter. Der Connector XP3 dient zum Anschluss des Mikrocontrollers an den Programmierer. Die Konfiguration des Mikrocontrollers wird gemäß der Tabelle programmiert.

Die Gates sind mit den Pins 1 der XT1-XT3-Blöcke verbunden, und die Quellen der im Diagramm nicht dargestellten Feldeffekttransistoren (es wurden IRLR2N-Transistoren verwendet), die die LEDs für die Hintergrundbeleuchtung des Aquariums steuern, sind mit den Pins 024 verbunden. Der Stecker XP4 ist für den Anschluss gemäß dem in Abb. gezeigten Diagramm ausgelegt. 4, elektronischer Feeder „Feeder AF2003“, gekauft in einem Online-Shop. Bei der Auswahl eines Futterautomaten sollten Sie darauf achten, dass dieser über keine LCD-Anzeige verfügt. Der Stecker XP1 dient zum Anschluss des Klappenantriebs, der sich im Aquariumdeckel unter dem Futterspender befindet.

Fig. 4

Alle elektronischen Teile des Beschickers wurden entfernt, so dass nur noch der Elektromotor (M1 in Abb. 4) und der Endschalter SF1 übrig sind. Mithilfe der letzten Umdrehung des Vorschubs erzeugt der Mikrocontroller DD2 Steuersignale für den Feldeffekttransistor VT5, der den Motor M1 ein- und ausschaltet. Die Motorversorgungsspannung (3 V) wird durch den integrierten Stabilisator DA2 stabilisiert. Der vom Motor verbrauchte Strom ist ziemlich groß, daher ist für seine Stromversorgung eine separate Quelle erforderlich, die an den XT9-Block angeschlossen ist. Ich habe ein LED-Beleuchtungsnetzteil verwendet. Der Anschluss XP7 ist über ein Flachkabel mit dem Anschluss XP4 auf der Steuerplatine verbunden. Der Kondensator C17 unterdrückt die vom Motor M1 erzeugten Geräusche.

Der XT220-Block wird mit einer Netzspannung von 4 V versorgt (siehe Abb. 2). Die vom Transformator T6 auf 1 V reduzierte Wechselspannung richtet die Diodenbrücke VD2 gleich. Der Glättungskondensator C8 ist durch die Diode VD3 von der Brücke getrennt, sodass die Spannung am Widerstandsteiler R24R25 pulsiert, von Null bis zum Amplitudenwert. Ein Teil dieser Spannung wird der Basis des Transistors VT2 zugeführt, wodurch der Transistor schließt, wenn der Momentanwert der Netzspannung nahe Null liegt. Impulse mit einer Frequenz von 100 Hz vom Kollektor des Transistors VT2 werden dem PD2-Eingang des Mikrocontrollers zugeführt.

Aus der vom Kondensator C8 geglätteten gleichgerichteten Spannung erzeugt der Stabilisator DA1 eine stabilisierte Spannung von 5 V zur Versorgung aller Komponenten des Geräts.

Vom PC3-Ausgang des Mikrocontrollers geht das Signal an den Optosimistor U1, der wiederum den Triac VS1 steuert, der die Leistung des Warmwasserbereiters im Aquarium regelt. Die Schaltung R31C12 unterdrückt Spannungsstöße am Triac. An den XT8-Block wird eine Heizung ohne eingebautes Thermorelais angeschlossen.

Gemäß dem Diagramm in Abb. 5 werden ein oder zwei im Aquarium installierte Temperatursensoren BK5, BK1 an den XT2-Block angeschlossen. Fällt einer von ihnen aus, wird die Temperaturregelung entsprechend den Messwerten des verbleibenden weitergeführt. Wenn beides fehlt oder eine Fehlfunktion aufweist, schaltet sich der Warmwasserbereiter aus und auf der Anzeige wird eine Meldung angezeigt.

Fig. 5

Eine Zeichnung der Steuerplatine ist in Abb. dargestellt. 6. Typen der darauf installierten Anschlüsse: XP1 – PLS-3, XP2 – IDC-16MS (BH-16), XP3 – IDC-06MS (BH-06), XP4-WF-04, XP5 – IDC-08MS (BH - 08). Die Platine verfügt über 12 Überbrückungsdrähte und sieben oberflächenmontierbare Jumper. Für die Lithiumzelle CR2032 (G1) wird ein Halter BS-02D-1B mitgeliefert.

Fig. 6

Die Leiterplatte für Strom und Schaltung ist in Abb. dargestellt. 7. Hier ist der XP6-Anschluss IDC-08MS (BH-08). Transformator T1 - TPK-2-6V mit einer Sekundärspannung von 6 V bei einem Strom von 0,4 A. Der integrierte Stabilisator 78M05CDT kann durch einen anderen für eine Spannung von 5 V und einen Laststrom von mindestens 0,5 A ersetzt werden. Beide Relais - HK4100F-DC5V-SHG, Stattdessen eignen sich andere Relais mit 5-V-Wicklung und maximaler Schaltspannung und -strom, die eine zuverlässige Steuerung von Filter und Kompressor gewährleisten. Kondensatoren C9, C12 - K73-17 oder ihre importierten Analoga.

Fig. 7

Die Feeder-Steuereinheit (Diagramm in Abb. 4) ist auf der in Abb. gezeigten Leiterplatte montiert. 8. Auf eine Zeichnung der Platine mit den Tasten SB2-SB5 wird aufgrund der Einfachheit verzichtet.

Fig. 8

Wenn Sie das Gerät einschalten, erscheint ein Begrüßungsbildschirm auf dem LCD, dann wechselt es automatisch in das „Haupt“-Menü. Nach dem ersten Start müssen Sie in diesem Menü die SB3-Taste „Auswählen“ drücken, diese gedrückt halten, bis die Aufschrift „Auf Werkseinstellungen zurücksetzen“ auf der Anzeige erscheint, und dann die SB2-Taste „Menü“ drücken. Die Uhrzeit wird auf 23:59:59 Uhr und das Datum auf 30:04:13 Uhr (Dienstag) eingestellt und alle Einstellungen werden zurückgesetzt – dies ist die Standardeinstellung im Programm.

Es wurde experimentell festgestellt, dass, wenn die externe Stromversorgung des Geräts ausgeschaltet wird, wenn das G1-Element entladen ist oder fehlt, nach dem Einschalten bedeutungslose Zeichen auf der Anzeige erscheinen. In diesem Fall sollten Sie gleichzeitig die Tasten SB4 „+“, SB5 „-“ drücken und länger als zwei Sekunden gedrückt halten. Der DS1307-Chip wird in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt und die Informationen auf dem Indikator werden aktualisiert.

Durch Drücken der Taste SB2 gelangen Sie vom Menü „Haupt“ in das Menü „Kompressoreinstellungen“. Drücken Sie hier die Taste SB3 und gehen Sie in das Untermenü „1. Timer“. Wählen Sie anschließend durch Drücken der Taste SB2 die Option „Timer Ein/Aus“, „Timer Ein Stunden“, „Timer Ein Minuten“, „Timer Aus Stunden“ oder „Timer Aus Minuten“ aus. Der ausgewählte Parameter wird durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 geändert.

Anschließend gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „2. Timer“. Alle Aktionen in diesem Untermenü ähneln den oben beschriebenen. Beim nächsten Drücken der SB3-Taste gelangen Sie in das Untermenü „3. Timer“ und konfigurieren es auf die gleiche Weise. Durch erneutes Drücken der SB3-Taste werden alle geänderten Parameterwerte im EEPROM des Mikrocontrollers gespeichert und in das Menü „Kompressoreinstellungen“ zurückgeführt.

Durch erneutes Drücken der SB3-Taste gelangen Sie von diesem Menü in das Menü „Einstellungen Filterpumpe“. Es gibt auch drei Timer, die wie die Kompressor-Timer eingestellt werden können. Nach dem Einstellen des dritten Timers werden alle geänderten Parameter im EEPROM gespeichert.

Drücken Sie im Menü „Filterpumpeneinstellungen“ die Taste SB2, um zum Menü „Heizungseinstellungen“ zu gelangen. Darin gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „Heizung“ und durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 schalten Sie die Heizung des Aquariums ein oder aus. Gehen Sie durch anschließendes Drücken der Taste SB3 zum Untermenü „Wassertemperatur“ und wählen Sie durch Drücken der Taste SB2 die untere Temperaturschwelle (unterhalb der die Heizleistung zu steigen beginnt) oder die obere Schwelle (über der die Heizleistung beginnt) aus verringern) ändern. Anschließend werden durch Drücken der SB3-Taste die geänderten Werte im EEPROM gespeichert und in das Menü „Heizungseinstellungen“ zurückgeführt.

Wenn Sie von hier aus die Taste SB2 drücken, wechselt das Programm zum Menü „Beleuchtungseinstellungen“. Darin öffnet sich durch Drücken der SB3-Taste das Untermenü „Pünktlich“. Durch Drücken der Taste SB2 wählen Sie die Stunden oder Minuten des Einschaltens aus, die Sie ändern möchten. Der ausgewählte Parameter wird durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 geändert. Gehen Sie dann durch Drücken der Taste SB3 zum Untermenü „Stufe 1“ und wählen Sie durch Drücken der Taste SB2 die Option „Betriebszeit“, „Einstellung der blauen PWM-LEDs“, „Einstellung der roten PWM-LEDs“ oder „Einstellung von“ aus „PWM-weiße LEDs“. Der ausgewählte Parameter wird durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 geändert. Die Einschaltdauer wird in Minuten im Bereich von 0 bis 600 eingestellt. Beim nächsten Drücken der SB3-Taste gelangen Sie in das Untermenü „Stufe 2“, in dem alle Aktionen mit den vorherigen identisch sind. Die Anzahl der „Stage“-Untermenüs kann bis zu fünfzig betragen und für jedes davon können Sie Ihre eigenen Parameter einstellen. Das sanfte Ein- und Ausschalten der Hintergrundbeleuchtung wird beispielsweise durch die Einstellung einer Abfolge von kurzen Stufen mit allmählich zunehmender oder abnehmender Helligkeit der LEDs realisiert. Nicht konfigurierte Stufen bleiben im Nullzustand und haben keinen Einfluss auf den Charakter der Hintergrundbeleuchtung.

Im Untermenü „Stufe 50“ wird durch Drücken der Taste SB3 die Meldung „Ende der Beleuchtungseinstellungen“ auf der Anzeige angezeigt. Anschließend werden durch Drücken derselben Taste alle Einstellungen im EEPROM des Mikrocontrollers gespeichert und in das Menü „Beleuchtungseinstellungen“ zurückgeführt.

Von diesem Menü aus gelangen Sie durch Drücken der Taste SB2 zum Menü „Uhreinstellung“, von wo aus Sie durch Drücken der Taste SB3 zum Untermenü „Datumseinstellung“ gelangen. Durch Drücken der Taste SB2 wählen Sie den zu ändernden Tag, Monat oder Jahr aus. Die Parameter werden durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 geändert.

Anschließend gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „Tageseinstellung“. Indem Sie mit den Tasten SB4 und SB5 den Wochentag von Montag (Mo) bis Sonntag (Sun) auswählen, gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „Zeiteinstellungen“. Darin wählen Sie durch Drücken der Taste SB2 die zu ändernden Stunden, Minuten und Sekunden aus und stellen durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 die gewünschten Werte ein. Durch Drücken der Taste SB3 wird die eingegebene Zeit gespeichert und zum Menü „Uhreinstellungen“ zurückgekehrt.

Durch das nächste Drücken der SB2-Taste gelangen Sie in das Menü „Uhrkorrektur“ und ändern mit den Tasten SB4 und SB5 die Anzahl der Sekunden der Korrektur (von +9 auf -9), die automatisch in das eingegeben wird einmal täglich die Uhr ablesen. Durch erneutes Drücken der SB2-Taste werden die eingestellten Werte im EEPROM gespeichert und man gelangt in das Menü „Uhrkorrektur Woche“. Verwenden Sie hier die Tasten SB4 und SB5, um die Anzahl der Korrektursekunden (von +6 bis -6) einzustellen, die einmal pro Woche an den Uhranzeigen vorgenommen werden.

Durch erneutes Drücken der SB2-Taste werden die Korrekturwerte im EEPROM gespeichert und Sie gelangen in das Menü „Helligkeit der LCD-Hintergrundbeleuchtung“. Dieser Parameter kann mit den Tasten SB4 und SB5 im Bereich von 0-100 % verändert werden. Durch Drücken der SB3-Taste gelangen Sie in das Untermenü „Hintergrundbeleuchtungszeit“. und Tasten SB4, SB5 stellen die Betriebsdauer der LCD-Hintergrundbeleuchtung (in Sekunden) nach dem letzten Drücken einer beliebigen Taste ein. Anschließend gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „Rücklaufzeit“. Mit den Tasten SB3 und SB4 können Sie die Rückkehrverzögerung zum „Main“-Menü ändern. Beim nächsten Drücken der SB3-Taste kehren Sie zum Menü „Helligkeit der LCD-Hintergrundbeleuchtung“ zurück. Bei diesem Übergang werden die Werte der in den betrachteten Untermenüs geänderten Parameter im EEPROM des Mikrocontrollers gespeichert.

Durch Drücken der Taste SB2 im Menü „Helligkeit der LCD-Hintergrundbeleuchtung“ wird auf dem LCD der vom Mikrocontroller gemessene Wert der Spannung des Lithiumelements G1 angezeigt. Durch erneutes Drücken derselben Taste gelangen Sie zum Menü „Temp. anzeigen“, in dem Sie die Messwerte der Temperatursensoren anzeigen können. Wenn der Sensor deaktiviert ist, wird anstelle des Temperaturwerts „1-Aus“ oder „2-Aus“ angezeigt.

Der nächste Druck auf die SB3-Taste führt zum Untermenü „D1 ROM Cod“. Wenn Sie hier die SB2-Taste drücken, liest der Mikrocontroller die eindeutigen Seriennummern der an die Maschine angeschlossenen Temperatursensoren. Durch Drücken der Taste SB4 oder SB5 können Sie jeden davon für den weiteren Betrieb als Sensor D1 auswählen. Durch gleichzeitiges Drücken und Halten der Tasten SB2 und SB5 wird diese Auswahl fixiert. Durch gleichzeitiges Drücken und Halten der Tasten SB4 und SB5 werden die Informationen über die Auswahl des Sensors D1 gelöscht. Durch Drücken der SB3-Taste werden die Änderungen in das EEPROM geschrieben und das Untermenü „D2 ROM Cod“ geöffnet. Alle darin enthaltenen Vorgänge ähneln den beschriebenen, beziehen sich jedoch auf den Sensor D2. Bitte beachten Sie, dass derselbe Sensor nicht gleichzeitig als D1 und D2 ausgewählt werden kann.

Anschließend gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „Sensorabfragezeit“, in dem Sie durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 die Sensorabfragezeit von bis zu 60 s einstellen. Durch erneutes Drücken der SB3-Taste wird der eingestellte Wert gespeichert und in das Menü „Temp. anzeigen“ zurückgekehrt.

Durch Drücken der SB2-Taste wird nun das Menü „Feeder Settings“ geöffnet. Von dort gelangen Sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „T-1“. Wählen Sie mit der Taste SB2 die Punkte „Aktiviert/deaktiviert“, „Timer-Betriebsstunden“, „Timer-Betriebsminuten“, „Anzahl der Portionen – Anzahl der Auslösungen des Feeders“, „Pause zwischen Feeder-Aktivierungen“. Der ausgewählte Wert wird durch Drücken der Tasten SB4 und SB5 geändert. Durch erneutes Drücken der SB3-Taste werden alle geänderten Parameter gespeichert und Sie gelangen zum Untermenü „T-2“. Der nächste Klick auf dieselbe Schaltfläche führt zum Untermenü „T-3“ und mit einem weiteren Klick zurück zum Menü „Feeder-Einstellungen“. Die Aktionen in den Untermenüs „T-2“ und „T-3“ ähneln denen, die für „T-1“ beschrieben wurden.

Anschließend gelangen sie durch Drücken der Taste SB2 in das Menü „Servoantriebseinstellungen“, von wo aus sie durch Drücken der Taste SB3 in das Untermenü „Öffnen“ gelangen und mit den Tasten SB4 und SB5 die Position des Dämpfers anpassen unter dem Feeder im geöffneten Zustand. Durch erneutes Drücken der SB3-Taste gelangen Sie in das Untermenü „Geschlossen“ und stellen die Position der geschlossenen Klappe ein. Die so gewählten Dämpferpositionen werden anschließend im Betrieb des elektronischen Zuführers übernommen. Durch das letzte Drücken der SB3-Taste werden die Werte aller geänderten Parameter in das EEPROM geschrieben und das Programm kehrt zum Menü „Haupt“ zurück.

Die Leiterplattendatei im Sprint Layout 5.0-Format und das Mikrocontroller-Programm können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/11/aquarium.zip heruntergeladen werden.

Autor: A. Laptew

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