Sterownik Akwariowy Bella

[mn-tech]

Od kiedy tylko ludzie zaczęli interesować się akwarystyką od tego momentu postanowili na każdym kroku ułatwiać sobie pracę. Powstawały coraz to nowsze urządzenia – napowietrzacze, filtry, oświetlenia i tym podobne. Także w tej dziedzinie pojawiły się urządzenia w pełni zautomatyzowane (sterowane za pomocą różnego rodzaju przełączników oraz czujników).

Przykładem takiego rozwiązania był chociażby sterownik akwariowy “Skalar”. Jako że powstał on w czasach gdy o diodach mało kto słyszał a sterowanie PWM już chyba nikt postanowiłem stworzyć własny sterownik akwariowy Bella.  Jest to kompletny sterownik oparty na Arduino Nano v3.

Sterownik akwariowy Bella – lista materiałów do budowy

• Obudowa uniwersalna Z1W
• Panel przedni MN-Tech
• Panel tylny MN-Tech
• Płytka prototypowa Bella Compact 1.1
• moduł pod driver PWM firmy Meanwell (5 kanał) – opcjonalny
• arduino nano wraz z programem sterownika akwariowego Bella
• zegar ds1307
• wyświetlacz LCD 20×4 znaki na szynie I2C
• termometr DS18b20 wodoodporny na kablu – 1 szt
• drivery firmy Meanwell serii LDD (dowolny model) (max 5 szt)
• przekaźnik 1 kanałowy – 2 szt
• przekaźnik 4 kanałowy – 1 szt
• kable połączeniowe FF długości 20cm do podłączenia modułów (30 szt – liczone z zapasem)
• gniazdo na goldpin 3 pinowe – 8 szt
• gniazdo na goldpin 4 pinowe – 2 szt (do wyświetlacza)
• gniazdo na goldpin 5 pinowe – 1 szt (do klawiatury)
• gniazdo na goldpin 6 pinowe – 2 szt (przekaźnik 4 kanałowy)
• zworka 2 pinowa (używana w przypadku braku sondy pH)
• przycisk chwilowy – 4 szt (jako klawiatura)
• włącznik kołyskowy okrągły – 2 szt
• gniazdo montażowe płaskie (GS-035) – 6 szt 
• gniazdo zasilające na kabel ósemka – 1 szt
• gniazdo + wtyk 3 pinowy mini CB (termometr)
• gniazdo + wtyk 2 pinowy mini CB do podłączenia zasilania driverów
• 2x gniazdo + 2x wtyk 4 pinowy CB na listwę led (każde na 2 kanały oświetlenia) lub 1 gniazdo CB 8 pinowe na 4 kanały
• gniazdo montażowe do zasilania arduino 5,5/2,1
• gniazdo bezpiecznikowe – 1 szt
• śruby czarne M3 długość 12mm  – około 30szt
• nakrętki M3 –  około 60 sztuk

Oświetlenie

Najważniejszym założeniem sterownika akwariowego Bella było oczywiście sterowanie oświetleniem. Sterownik obsługuje 5 kanałów PWM. Na samej płytce jest miejsce na zamontowanie 5 driverów z firmy Meanwell (dowolnych od LDD-300L do LDD-1500H). 4 z nich znajdują się na płytce natomiast piąty można zamontować osobno na dodatkowej płytce. Napięcie zasilania driverów jest w zakresie od 12 do 48V. Na płytce zostały wyciągnięte piny pwm oraz masy do podłączenia dodatkowych driverów. 

Moc każdego kanału można ustawić dowolnie w granicy 0-100% (wartości 0-255 na wyświetlaczu). Wszystkie kanały włączają się jednocześnie i gaszą o tej samej godzinie (wyjątkiem są kanały 1 i 2, które w przypadku ustawienia oświetlenia nocnego gaszą się dopiero o północy.  W przypadku kiedy moc któregoś z kanałów jest zmniejszona jego ściemnianie / rozjaśnianie działa tak samo długo lecz jest proporcjonalnie wolniejsze (skoki są mniejsze). Długości i zakresy które można ustawić w tym dziale zostaną opisane w ostatnim akapicie “Zakresy”.

Termostat

Kolejnym punktem jest zastosowanie wodoodpornego termometru DS18b20 i możliwość podłączenia do niego dwóch niezależnych urządzeń (np grzałki oraz chłodnicy czy też wentylatora). Jak w poprzednim punkcie zakresy zostały opisane na końcu. W przypadku awarii / odpięcia termometru temperatura na wyświetlaczu znika (zostaje zastąpiona przez znaki –. Dodatkowo w ramach zabezpieczenia w takim przypadku gniazda zarówno grzania jak i chłodzenia zostają odłączone od zasilania. 

W przypadku tej funkcjonalności mamy dostępne 2 zmienne. Pierwsza to temperatura (oznaczająca temperaturę dolną) poniżej której uruchomiona zostanie grzałka. Druga to histereza. 

Główną wartością jest temperatura – jest to deklarowana wartość dolna poniżej której uruchomiony zostanie przekaźnik odpowiadający za grzałkę. Na wyświetlaczu zmieni się opis z G-OFF na G- ON.  Temperatura będzie rosła do momentu przekroczenia 1x histerezy w górę. W przypadku jeśli temperatura przekroczy wartość zadaną + 2x histerezę uruchomi się chłodzenie i będzie działać do momentu w którym włączyło się grzanie (T+H).

Stycznik 1 oraz stycznik 2

Stycznik 1 może zostać ustawiony w 2 trybach – pierwszym z nich jest to tryb pracy do sterowania elektrozaworem do CO2 (sterowanie uruchamia się automatycznie po podłączeniu sondy pH). Drugim trybem jest uruchamianie się 1x dziennie na dowolny okres (od 1 minuty do 23 godzin i 59 minut). W przypadku gdy nie ma podpiętej sondy pH do sterownika należy zrobić mostek pomiędzy pinem A7 a pinem GND – program automatycznie zmienia działanie stycznika na tryb pracy 1x dziennie.  Stycznik 2 działa tylko jako uruchamiany 1x dziennie (jak wyżej).

Stycznik 3 oraz stycznik 4

Działają one automatycznie w zależności od pór dnia. Stycznik numer 3 uruchamia się w momencie rozpoczęcia świtu i wyłącza w momencie gdy kończy się zmrok. Stycznik numer 4 uruchamia się tylko w czasie trwania dnia.

Sonda pH

Program obsługuje sondy pH opisane w tym artykule. Podpinana jest ona do pinu A7. Za jej pomocą sterowany jest stycznik numer 1 do którego można podpiąć jak pisałem powyżej elektrozawór dozujący CO2. W momencie w którym nie mamy podpiętej sondy pH należy zewrzeć piny A7 oraz GND. Dzięki temu stycznik nr 1 przełącza się na działanie 1x dziennie. Wartości które możemy zmieniać to dolna granica pH oraz histereza. Po przekroczeniu górnej granicy uruchomiony zostaje stycznik (do którego można podłączyć elektrozawór dozujący CO2) i działa on do momentu obniżenia pH poniżej zadanej wartości.

Oświetlenie awaryjne

Pin analogowy A6 został przygotowany jako uruchamianie oświetlenia awaryjnego. W przypadku gdy pin zwarty jest do masy (za pomocą rezystora 10kOhm program działa w normalnym trybie. Gdy włącznik zostanie uruchomiony i zwarty do pinu 5V oświetlenie zacznie świecić na około 50% mocy (na tyle mocno żeby było widać lecz aby nie oślepiać). W tryb pracy awaryjnej zostaną uruchomione kanały 1 oraz 2. Do uruchomienia oświetlenia awaryjnego służy przycisk na boku obudowy (z przodu) po stronie wyświetlacza. 

Wyłącznik oświetlenia

Istnieje także możliwość wyłączenia całkowicie napięcia podawanego na diody. Do tego celu służy przełącznik znajdujący się z boku obudowy (od strony wyświetlacza z tyłu). Dzięki temu możemy w sytuacji w której jest potrzeba odpięcia oświetlenia od sterownika odłączyć całkowicie zasilanie driverów. 

Wyświetlacz LCD

Sterownik akwariowy Bella oferuje dwa tryby działania. Pierwszym z nich jest tryb wyświetlania informacji znajdujących się na sterowniku. Poniżej znajduje się właśnie taki układ.

Na żółto zostały oznaczone pola odpowiednio od góry: Grzałka, Wentylator, Stycznik 1 (jeśli używamy sondy pH zmienia się jego nazwa z S na C – można podpiąć do niego elektrozawór CO2) oraz Stycznik S2. Styczniki S3 oraz S4 (ich godziny działania) wyświetlane są w menu rotacyjnym na dole ekranu.

Kolejnym trybem w jakim pracuje ten sterownik akwariowy jest tryb menu. Aby go uruchomić należy jednocześnie przytrzymać przyciski + oraz – (góra i dół). W tym momencie układ wyświetlacza zmieni się całkowicie na prezentowany poniżej:

Funkcje menu (nazwa, dostępne wartości oraz ich skoki)

W trybie ustawień zmieniają się dwa dolne wiersze na wyświetlaczu. Na górnym jest informacja o aktualnie zmienianej funkcji oraz jej wartości. W dolnym rzędzie pokazany jest dostępny zakres w jakim może być on zmieniany. Dokładna struktura menu zakresy oraz skoki są dostępne w tabeli poniżej. Po uzyskaniu maksymalnej wartości  (dla przykładu PWM1 – 255) jeśli nadal będzie włączony przycisk + wartości będą liczone dalej od najniższej. Podobnie dzieje się w przypadku uzyskania najniższej wartości i trzymania przycisku -. W tym przypadku wartość zmieni się na największą.

Więcej informacji znajdziecie w filmie:

Edytowano Listopad 4, 2019 przez Gieneq

[Treker (Damian Szymański)]

@mn-tech świetny projekt! Jak widać nawet małe Arduino Nano może być sercem całkiem rozbudowanego urządzenia  

Jakieś plany dalszej rozbudowy lub kolejnych wersji?

[mn-tech]

@Treker Tak - powstała wersja programu do sterowania samym oświetleniem (ilośc kanałów pwm zwiększona do 6) dołożone oświetlenie nocne dla każdego kanału (od zmroku do północy i od północy do świtu) a także wprowadzone opóźnienia świtu i zmroku dla każdego kanału. Omówiłem to dokładnie na filmie:

W planach na tych samych płytkach jest sterownik do terrarium (nazwa robocza "Luna") ale to najprędzej za jakieś pół roku (brak czasu i tym podobne )

[RFM]

Nie ma kodu programu więc nie wiem, co się stanie gdy zewrzesz magistralę 1-Wire z masą?

[mn-tech]

19 godzin temu, RFM napisał:

Nie ma kodu programu więc nie wiem, co się stanie gdy zewrzesz magistralę 1-Wire z masą?

tam nigdzie nie ma takiego zwarcia jest rezystor 4,7K dla termometru ds18b20 ale on jest zwierany do napięcia 5V.

[SOYER]

Akwarystyka mnie nie kręci, ale kręci mnie porządek i dokładność. Dlatego doceniam jakość wykonania. Bardzo ładnie to wygląda wewnątrz. Brawo @mn-tech :). 

[mn-tech]

Dnia 12.11.2019 o 15:58, SOYER napisał:

Akwarystyka mnie nie kręci, ale kręci mnie porządek i dokładność. Dlatego doceniam jakość wykonania. Bardzo ładnie to wygląda wewnątrz. Brawo @mn-tech :). 

Też lubię wiedzieć gdzie mam poszczególny kabel i do czego on ma służyć. W tym przypadku postawiłem na modularność - wszystkie elementy które potencjalnie mogą się popsuć (wyświetlacz arduino drivery itp) można podmienić w ciągu pary chwil. Reszta elementów - jak gniazda 230V raczej nie powinny się popsuć więc są montowane bardziej na stałe.

W głowie kiełkuje mi jeszcze jeden pomysł na pozbycie się niektórych elementów ale to muszę dokładnie przemyśleć stworzyć prototyp i dopiero wdrażać takie rozwiązanie. Niby projekt skończony a jednak cały czas coś zmieniam i modyfikuję

[Marek141]

Jaki jest kosz takiego sterownika? Interesuje mnie sterowanie co2 w akwarium i ewentualnie załączanie oświetlenia.

[lukaszd82]

Mała poprawka w tekście...Gdzie tam masz styczniki? Takich urzadzeń to tam nie ma. Popraw to na przekaźniki bo to jest zupełnie co innego...

Stycznikiem nazywa się elektryczny łącznik mechanizmowy, który obsługiwany jest w inny sposób niż ręcznie. Jego głównym celem jest załączanie, wyłączanie, a także przewodzenie prądu w obwodzie zarówno w warunkach normalnych, jak i przy przeciążeniach.

Styczniki charakteryzują się bardzo dobrą trwałością, dużą częstością łączeń, przy czym mają niewielkie wymiary i masę, a także są mało awaryjne.

Przekaźnik to urządzenia elektryczne lub elektroniczne, których głównym zadaniem jest wywoływanie ustalonej nagłej zmiany stanu w obwodach elektrycznych wyjściowych wtedy, gdy zostaną spełnione odpowiednie warunki wejściowe.

Przekaźnik może reagować między innymi na zmiany napięcia, natężenia prądu, ciśnienia płynu, temperatury.

Różnica pomiędzy stycznikiem a przekaźnikiem

Zasadniczo styczniki i przekaźniki działają na tej samej zasadzie, ponieważ za pomocą załączenia przekazują sygnał dalej. W zależności od danej konstrukcji sygnały mogą być napięciowe lub prądowe.

Główna różnica zasadza się na tym, że stycznikami określa się urządzenia do załączania układów silnoprądowych, natomiast przekaźnikami te, które załączają sygnały niskoprądowe albo też sygnały o potencjale zerowym. W związku z tym styczniki znajdują zastosowanie przykładowo w silnikach elektrycznych, natomiast przekaźniki w sterownikach PLC.

Realizuje się również układy stycznikowo-przekaźnikowe, które bazują na stycznikach jako elementach wykonawczych, które odpowiadają za włączanie i wyłączanie obwodów roboczych, natomiast przekaźniki zajmują się wtedy sterowaniem pracą styczników.

 

 

Poza tym jak dla mnie za duże wymiary... Nie miałbym gdzie takiego klocka do akwarium pchać a do wyświetlacza wypada mieć dostęp i widoczność zawsze. Dlatego propozycja by wyświetlacz wypchnąć z obudowy i umieścić w dodatkowej małej, schludnej obudowie, którą można przymocować gdzieś do akwarium... Sterowanie enkoderem w takiej formie też zajmie mniej miejsca i dla mnie (ale nie dla wszystkich) jest bardziej intuicyjne..

Czy bezpośrednio na płytce sterownika nie mam miejsca na wpięcie przekaźników? Po co więc dodatkowa płytka z takowymi... Znowu niepotrzebne miejsce i koszty...

Jeśli coś źle zrozumiałem to dlatego że nie ma schematu. Przydałby się opis płytki co i jak...

 

Już znalazłem opis na kolegi stronie...aż się prosiło by go tu przerzucić...

Edytowano Kwiecień 29, 2020 przez lukaszd82

[Philip]

Dnia 29.04.2020 o 12:56, lukaszd82 napisał:

mają niewielkie wymiary i masę

Nie zgodziłbym się. Widziałeś kiedyś taki stycznik TSM-1 LEGRAND? On ma duże wymiary  @lukaszd82Jak kogoś poprawiasz, to pisz prawdę. To jest jedna z zasadniczych różnic pomiędzy stycznikami, a przekaźnikami. Ich wymiary właśnie, a co za tym idzie zdolność do wyłączania prądów.

https://www.tim.pl/stycznik-16a-3p-400v-ac-2z-2r-tsm-1-3211-150002?gclid=EAIaIQobChMImNnHs8yQ6QIVQcKyCh2Lxg1SEAYYASABEgIuCPD_BwE

[lukaszd82]

Fakt, skopiowałem tą definicję.

A jeśli chodzi o styczniki i przekaźniki to w różnicach jest to co najważniejsze. 

Poza tym pracuję w elektrowni, jednej z największych w Polsce, więc gwarantuję ci że widziałem styczniki największe jakie są na rynku. 

A jeśli chodzi o przekaźniki to również istnieją wielkości 20x20cm przy dopuszczalnym prądzie przewodzenia 8A -takie starocie sie jeszcze u nas trafiają na obiektach pozablokowych... Teraz zobacz jakiej wielkości stycznik przepuści taki prąd ciągły....

No i oddzielna grupa przekaźników stosowanych na kolei...ale to inny temat i specyfika...ale wymiary mają spore .

Fakt, są małe przekaźniki teraz na prąd do 8A, ale obciąż taki długotrwale...tym bardziej jak wiele jest obok siebie....niezła grzałka...a wyprowadzenia w postaci cienkich szpileczek potrafią się upalić...

Zwykle w przemyśle przekaźnik to maks 1-2A a później tylko stycznik...A w elektrowni w 99% przypadków to przekaźnik pośredniczy tylko w załączeniu styczników.

I cała nasza rozmowa nie zmienia fakty, że w urządzeniu autora styczników nie ma.

Edytowano Maj 1, 2020 przez lukaszd82

[Philip]

Teraz w 100% się z tobą zgodzę 

[kmkier]

Sterownik

Super sterownik. Bardzo ładnie wykonany. Szczególnie wewnątrz. Chciałbym taki mieć. Jednak teraz to już dla mnie za bardzo skomplikowane. Pozdrawiam. Krzysztof Michalski. [email protected]