Header image  
Akvárium nebo terárium - časově programovatelný kontrolér s teplotou
 
 
    Zpět
 
-- ENGLISH VERSION --
Automatický kontrolér pro akvárium

Spousta lidí má doma nějaké to akvárium a v dnešní době se stále více objevuje trend nových technologíí a vylepšení jako třeba LED osvětlení a automatizace. Popíši zde moji verzi automatizační jednotky, která zajišťuje automatické ovládání LED světel, teploty a vzduchování, programovatelné přes počítač...
Před nějakou dobou jsem se rozhodl pořídit akvárium, po dlouhém hledání na internetu jsem vybral Aquatlantis Advance 80. Jedná se o akvarijní set, který je vhodný i pro začátečníky. Je vybaven LED osvětlením, filtrem s topítkem a čerpadlem, což by mělo pro začátek stačit. Akvárium má objem 96l a rozměry 80x30x40 cm. Vřele mohu doporučit obchod, který je ofiiálním dodavatelem těchto setů Aquatlantis a to je www.rataj-spk.cz . Pro mé akvárium mi doporučili substrát Profi Soil, který přímo vyrábí firma pana Rataje, ten mohu doporučit, avšak dejte pozor na to, že tento substrát je nutno před použitím 2 dny namočit v teplé vodě, jinak může část plavat na hladině. Odměnou za trpělivost je kvalitní substrát pro růst rostlin a pěkný vzhled. Ceny, fotky a podrobný popis najdete v dalším textu.
Jelikož mě baví elektrotechnika a rád něco kutím, rozhodl jsem se moje akvárium trochu automatizovat. Z Ebay jsem nakoupil nějaké součásti a začal s konstrukcí .Tato automatizační jednotka umí hned několik věcí:

  1. Časové řízení svitu LED osvětlení 0-100% (1 kanál)
  2. Časové řízení svitu doplňkových LED osvětlení 0-100% (2 kanály)
  3. Časové spínání zásuvek (2 kanály)
  4. Řízení teploty (1 kanál, 1 zásuvka)

Tyto fuknkce, kromě řízení teploty zajištuje programovatelný LED kontrolér TC420, který je schopen ovládat 5. kanálů, v závislosti na čase a nastaveném režimu. Tyto funkce se přednastaví přes USB port na počítači v přehledném programu. Čas je nastavitelný od 00:00 do 23:59 myslím, že v max. počtu 99 kroků, kroky se dají nastavit od 0 do 100% buď se skokovou změnou (JUMP) a nebo plynulým přechodem (FADE) na všech pěti kanálech zvlášť. Tento LED kontrolér je schopen sám o sobě řidit jen LED osvětlení 12-24VDC, a proto jsem musel doplnit přídavný modul s relátky(SSR) pro spínání dvou zásuvek na 230VAC. V kontroléru se musí nastavit v buď 0 nebo 100% ,vše v módu JUMP, aby se sepnulo/vypnulo relé. Když nastavíte 100% nebo 0 % (JUMP) výstup kontroléru se sepne nebo vypne, v případě jiné nastavené hodnoty je výstup spínán pulzně-šířkovou modulací, která zajišťuje maximální účinnnost při řízení svitu LED.

Funkci řízení teploty zajišťuje teplotní kontrolér WTS-3A016. Tento kontrolér se chová jako termostat, s digitálně nastavitelnou teplotou, čidlo je vodotěsné (10k, NTC) a pro účely akvária plně dostačuje i jeho rozsah -20/+100 °C . Napájeno je 12VDC, stejně jako kontrolér a připojené LED osvětlení. Teplota se dá nastavit dle libosti, pro akvárium typicky 23-28 °C. Nejmenší hystereze, která se dá nastavit je 1°C . Tento kontrolér má přesnost zobrazení 0.1°C , avšak nastavení teploty se provádí po celých stupních, nicméně pro účely akvária to zcela jistě dostačuje, teplota se tedy udržuje v rozmení jednoho stupně v nastaveném rozsahu ( pro 26 °C je minimální teplota 25 °C a max. nastavených 26 °C ). Termostat je vybaven mechanickým relé, avšak já jsem ho vyměnil za relé polovodičové (SSR), jednak aby nebylo slyšet cvakání a také pro větší spolehlivost. Relé ovládá zásuvku napojenou na topítko, v něm je nastavena samozřejmě větší teplota cca o dva, tři stupně větší než budte standatrně nastavovat. V případě selhání kontroléru se pak teplota zastaví přímo topítkovým termostatem.

Nyní už tedy máme LED programovatelný kontrolér a digitální termostat, ty jsem zakoupil co nejlevněji to šlo – na Ebay. Ačkoli je to Čína, tak jako dnes všechno, kvalita provedení je více než dostačující a po malé úpravě termostatu na SSR by vám měli tyto zařízení vydržet roky.
Jako další součást automatizační jednotky jsem vytvořil DPS s polovodičovými relátky pro spínání zásuvek a doplnjícími pojistkami. Jako zdroj pro celek slouží MeanWell RS-75-12 ( 12VDC/6A ).
Hlavní deska s relátky a pojistkami má ještě LED indikaci sepnutých relé (nestandartně v sérii s SSR, aby jsem poznal případnou poruchu optočlenu v SSR ). Všechny výstupy jsou zapojeny na 3. polohové přepínače, aby bylo možno ovládat (zásuvky a LED výstupy) i manuálně a to v poloze 1 – automatika, poloha 0 – vypnuto, poloha 2 – sepnuto (v případě LED na max. svit).
Orientační seznam komponent a ceny :

  1. LED kontrolér TC420 = 700 Kč
  2. Digitální termostat včetně čidla + SSR= 300 Kč + 150Kč (SSR+RC člen)
  3. DPS s pojistkami a SSR relé = 250 Kč + 250Kč
  4. Krabička (KP14), Spínače (TS123), Zásuvky (1662) = 160 Kč, 120Kč, 200Kč
  5. Zdroj Mean Well RS-75-12 = 480Kč
  6. Ostatní (konektor CANNON15, LED, vodiče, spínač, siťový filtr) = 300 Kč

Celkově se tedy cena automatizační jednotky vyšplhala na cca. max. 3 000 Kč. Avšak v porovnání s profesionální jednotkou stejného rozsahu je to jen zlomek. Pro příklad může sloužit nejmenovaná LED automatizační jednotka, která ovládá pouze jeden kanál LED osvětlení a to jen v přednastaveném režimu smívání a rozsvícení. Cena za takovýto jednoduchý modul se pohybuje kolem dvou tisíc.
Cena akvária Auatlantis Advance 80 se pohybuje kolem 3 800, vzduchovací motorek seženete za cca. 300-700Kč, ostatní potřebné věci pro akvárium mi vyšli na cca. 3000 Kč. Celkem tedy za akvárium s vybavením a příslušenstvím dáte něco kolem 7 500Kč.
Samozdřejmě možností pro automatizaci je víc, a pokud jste zdatní v programování mikrokontrolérů, můžete si vyvořit podobný, propracovanější systém. Avšak cena stejně bude obdobná, spíše vyšší, myslím si, že cena kolem 1000 Kč za hlavní komponenty (termostat a LED kontrolér) je velmi dobrá a pokud se nechcete pouštět do nějakých složitostí s programováním, je to ideální řešení, vše je již vymyšleno a vy jen poskládáte celek dohromady, přidáte pár nápadů, SSR relé a vlastní automatizační jednotka je na světě.


Na internetu jsem našel velmi pěkně zpracovanou diplomovu práci p. Jandy, která popisuje jak chemické parametry vody, tak výrobu velmi komplexního ovládacího kontroléru s mikroprocesorem. Je tam i pár typů na komerční regulátory tohoto typu, jejihž ceny se pohybují v řádu desetitisíců.


Teď trochu povídání o samotné funkci mého zařízení. Ze třech možných programovatelných LED výstupů zatím používám jeden a to pro hlavní osvětlení, v budoucnu plánuji přidat ještě červené světlo(umístěné u hlavního), které by simulovalo úsvit a soumrak v červeném spektru záření(některé dražší LED osvětlení mají již červené LED součástí) . Na další kanál by se pak dalo připojit doplňkové osvětlení přímo ve vodě v akváriu, třeba prosvětlení sopky.


Na spínané zásuvky mám zapojený motorek vzduchování, topítko(zásuvka napojena přes termostat) a filtrační pumpu, ta se samozřejmě vypínat nemá, ale přeci jen, třeba při výměně části vody je potřeba ji vypnout, místo ní lze samozřejmě připojit jakékoliv zařízení, třeba ozónizér pro čištění vody nebo CO2 ventil... možností jsou spousty.


Programování v PC probíhá přes freeware program pro řízení kontroléru. Nastavení teploty přímo přes termostat, obojí je velice jednoduché. V termostatu se tlačítkem SET nastaví poždaovaná teplota, hodnota hystereze „d“ se nastaví „1“ a ostatní hodnoty se dají na „0“, kromě mezí rozsahu, režim je „AH“ – heating. Vše je podrobněji popsáno v dodaném manuálu.


Programování samotného LED kontroléru (a v našem případě i zásuvek) probíhá přes program Pled. Zjednodušeně řečeno, nastavovat se dá po krocích, v každém kroku se nastaví čas a stav všech kanálů. V mém případě, po půl hodině ve 24h režimu je to 49 kroků, myslím, že maximum je 99, což by mělo bohatě dostačovat. Pokud se nedějě nějaká změna, je možno čas přeskočit a zadat například jen 2 kroky, že se ve stanoveném času v 00:00 vše sepne a v 10:00 vše vypne. Kroků tedy nemusí být nutně tolik. Každý souhrn kroků se dá individálně pojmenovat a udělat jako režim, můžete tam mít nastaveno několik režimů dle ročního období, případně ještě „čistící režim“ nebo něco podobného dle libosti. Režimy se přepínají bez PC, pomocí tlačítek na kontroléru. Podrobný popis programování je zde : http://www.tc420.net/programming-the-TC420.php .


Časy a intenzita osvětlení a vzduchování je individuální, avšak je nutno dodržet pravidla pro správný  chod akvária. Pro zaběhnutí je potřeba svítit cca. 6 hod. Denně a v případě zaběhnutého akvária je to kolem 10 hodin. Bublinkování/Vzduchování by nemělo být dlouho zaplé při plném svitu ve dne, avšak když světlo nesvítí, mělo by se vzduchovat častěji, kvúli absenci kyslíku z fotosystézy rostlin. Doplňkové osvětlení dekorací je samozřejmě zcela individuální a případné ozónování či CO2 pro růst rostlin už nechám na posouzení odborníka.


Hlavně pro hlavní osvětlení jsem vytvořil graf, který znázorňuje tendeci osvětlení akvária a vliv slunečního světla(aktuální pro ranné zimní období), akvárium mám umístěno sice na protější stěně od oken, ale slunečního světla se tam dostává i tak dost. Vše je tedy smozřejmě závislé na ročním období, můžete si proto nastavit klidně 12 režimů pro každý měsíc. Jednoduše řečeno, dodržím svícení kolem 10hod, když svítí slunce, tak intenzitu lineárně snižím a poté zvýším kdy nesvítí. Ano, šlo by sice třeba sledovat ještě intenzitu světla v okolí akvária a dle toho řídit automatiku, ale tento způsob svícení díky časovému automatu je víc než dostačující, nejen, že se plynule reguluje úsvit a soumrak, ale také se zhruba reguluje intenzita v závisloti na svitu slunce v daném období a ryby a hlavně rostliny mají větší komfort bez větších změn. Časem bych chtěl ještě přidat červené led pro simulaci úsvitu/soumraku. Vzduchování zapínám určitých 0.5-1 . hod. Intervalech, večer, aby motorek vduchování nerušil ho už nezapínám vůbec. Vše ale zavisí na více faktorech, například umístění akvária, chemických hodnot vody, počtu rostlin a ryb v akváriu...V akvaristice jsem začátečník, a tak jen doporučím pročíst články na inernetu, popřípadě nějaké odborné publikace, kde se dozvíte víc.

Graf spínání všech kanálů - OSVĚTLENÍ, VZDUCHOVÁNÍ ...


Teď už k samotné kostrukci :

-- Blokové schéma --

Hlavní DPS : Layout

Hlavní DPS : Schéma

DPS - STRANA SPOJŮ

EAGLE PODKLADY

All component list

Resistors :

  1. 390R/0.6W / (R5,R6) / 2x
  2. 470R/0.6W / (R10) / 1x
  3. 68R/3W / (R11,R12, TEMP.CONT.) / 3x
  4. 560R/3W (OPTIONAL) / (R13,R14,R15) / 3x
  5. VCR10D391KAR ( VARISTOR, Uac/Udc=250V/320V, RM7.5) / ( R1,R2,TEMP.CONT.) / 3X

Capacitors :

  1. CFAC 47n / 275VAC (X2,RM15) / (C1,C2,TEMP.CONT.) / 3x
  2. 1000nF (63V, TANTAL) / (C3,C4) / 2x

Semiconductors :

  1. S216S02 SHARP (SSR RELAY, 16A/230VAC) / (K1,K2, TEMP.CONT.) / 3x
  2. P600K (DIODE, 6A) / (D4) / 1x
  3. GREEN LED, 5mm / (D1,2,3) / 3x

Others :

  • S1G20 2,54mm (PINS) / (JP1,2,3,D1,2,3) / 12x
  • JUMP-UCH BLK (JUMPER) (JP1,2,3) / 3x
  • SPK-2 (JUMPER CONNETOR, 2PIN) / (JP1,2,3,D1,2,3) / 6x
  • SPK-PI (PIN TERMINAL) / (JP1,2,3,D1,2,3) / 12x
  • KS-PTF78+BS232 (FUSE HOLDERS) / (F1,2,3,4,5, TEMP.CONT.) / 6x
  • 5X20 FUSE 1A / (F1,F2, TEMP.CONT.) / 3x
  • 5X20 FUSE 3A / (F3) / 1x
  • 5X20 FUSE 5A / (F4,F5) / 2x
  • ARK500/2 / 7x
  • ARK500/3 / 2x
  • 1662 (230VAC SOCKET) / (SCK1,2,3) / 3x
  • SCREW. TERMINALS (8 TERMINALS) / 1x
  • DISTANCE HOLDERS M3X08MM (MAIN BOARD) /3x
  • DISTANCE HOLDERS M3X25MM (TC420) /4x
  • CANNON 15, MALE + FEMALE + COVER / 1x
  • KP14 (Z-17) (PLASTIC BOX) / 1x
  • MEAN WELL RS-75-12 (PSU) / 1x
  • POWER FILTER FEH51104 / 1x
  • POWER SWITCH / 1x
  • 3 POSITION, 1 POLE SWITCH / 6x
  • PHOTOCUPREXTITE FR4 75x100x1,5 / 1x
  • CONTROLLER TC420 DC12V/24V 5 Channel / 1x
  • WTS-3A016 TEMPERATURE CONTROLLER / 1x

 

-- A zde už pár fotek z výroby --