Iluminação LED automatizada para aquários plantados usando RTC: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Há alguns anos, decidi montar um aquário plantado. Fiquei fascinado com a beleza daqueles aquários. Fiz tudo o que deveria fazer durante a montagem do aquário, mas negligenciei uma coisa mais importante. Essa coisa estava iluminando. Tudo parecia bem por alguns dias, mas então as algas começaram a crescer em todo o tanque e as plantas não estavam indo muito bem. É um trabalho difícil fazer tudo voltar ao normal.

Agora, passados muitos anos, quero voltar a montar o aquário dando importância à iluminação. Fiz algumas pesquisas na internet e descobri que as plantas precisam de exposição contínua à luz por cerca de 10-12 horas diárias. Também descobri que as plantas respondem mais ao espectro de luz vermelha e azul.

O truque é simular a natureza o mais próximo possível dentro do aquário. Eu poderia ter LIGADO ou DESLIGADO as luzes manualmente, mas por que não automatizar? Isso reduz o erro humano. Então, decidi fazer um sistema de iluminação LED que liga e desliga automaticamente usando o Arduino. Isso torna o período de iluminação consistente, que é o que as plantas precisam.

Meu tanque terá uma tampa em cima. Então decidi montar a placa controladora fora do tanque, pois a umidade é o maior inimigo da eletrônica.

Vamos começar!

Etapa 1: RTC - Relógio em tempo real

O plano é LIGAR e DESLIGAR os LEDs em uma hora específica do dia. Os LEDs não acenderão com o brilho total imediatamente, mas em vez disso, ele atingirá o brilho zero ao brilho total em uma hora. Isso é para simular o nascer do sol. O mesmo se aplica ao desligar os LEDs.

O trabalho de fornecer a hora exata é feito pelo Real Time Clock ou RTC. A vantagem de usar um RTC em vez de millis () é que o tempo preciso pode ser obtido diretamente. Além disso, o módulo RTC tem sua própria bateria de reserva. Portanto, mesmo que o Arduino seja desligado ou reiniciado, a hora não é perdida. Isso o torna perfeito para nosso aplicativo.

O módulo que utilizarei é o DS3231 IIC Real Time Clock. Ele usa a interface I2C para se comunicar com o Arduino. Eu peguei o meu daqui.

Obrigado à Rinky-Dinky Electronics por fazer o trabalho árduo. Baixe a biblioteca para DS3231 aqui

Etapa 2: LEDs e drivers

Para um aquário plantado, a regra prática é 2 Watts por Galão. O meu é um tanque de 20 galões e estarei usando dois LEDs de 10 Watts. Eu sei que é a metade do Watts recomendado, mas meu aquário fica ao lado da minha janela com muita luz entrando por ele. Vou testar a configuração por algumas semanas, monitorar o crescimento da planta e adicionar mais LEDs, se necessário.

Estou usando LEDs que comprei no Ebay com uma temperatura de cor de 6500K, o que é ótimo para o crescimento das plantas. De acordo com a lista, a tensão direta deve ser 9-11 V e o máximo direto em torno de 900 mA. Eu encomendei os drivers de LED de acordo.

Por que usar drivers?

Não vivemos em um mundo perfeito. Portanto, a saída será sempre menor do que a entrada. Então, onde está o poder perdido? É convertido em calor. O mesmo acontece com os LEDs. Um semicondutor tem um coeficiente de temperatura negativo (NTC), o que significa que, conforme a temperatura aumenta, sua resistência diminui. Um LED também é um semicondutor. À medida que sua temperatura aumenta, sua resistência começa a diminuir devido ao aumento da corrente que flui por ele. Isso aumenta ainda mais o aquecimento. Isso continua até que o LED seja danificado. Portanto, precisamos limitar a corrente para que ela não aumente acima de um limite definido. Este trabalho é feito pelos drivers de LED

Nos testes, descobri que em 11 V o LED está consumindo cerca de 350 mA apenas. Isso é estranho!

Configurando o driver de LED

Um driver é basicamente um dispositivo que fornece uma tensão de saída constante com capacidade de limitação de corrente. Existem vários drivers de LED disponíveis no mercado que produzem uma corrente constante. Se você comprou o mesmo que eu comprei, ele conterá 3 potes para ajustes. Estamos preocupados com apenas dois deles. O primeiro é para o ajuste de tensão e o último é usado para definir o limite de corrente. Siga as etapas para configurá-lo:

1. Conecte a alimentação de 12 Vcc aos pinos marcados com IN + e IN-. Verifique a polaridade.
2. Conecte um multímetro aos pinos marcados com OUT + e OUT- e defina o multímetro para ler a tensão.
3. Gire o potenciômetro de ajuste de tensão até que o multímetro leia a tensão nominal direta do LED. No meu caso, é 9-11V. Eu escolhi 10.7V. (Um pouco menos não fará mal).
4. Agora coloque o multímetro no modo de leitura atual. A corrente começará a fluir por ele. Gire o potenciômetro de ajuste de corrente até que a corrente nominal do LED comece a fluir.
5. É isso! Agora você pode conectar seu LED a ele.

Etapa 3: fazer o painel de LED

Como mencionei antes, decidi usar dois LEDs de 10 Watts e quatro fitas de LED RGB que eu tinha ao redor. Usarei a faixa para as cores vermelha e azul. Eu usei uma moldura de alumínio (que é mais comumente usada para fazer molduras de janelas e portas) quase do comprimento do meu aquário. Optei por uma moldura de alumínio, pois serve como dissipador de calor para os LEDs. Os dissipadores de calor são importantes para esses LEDs de alta potência, pois dissipam muito calor. A vida útil do LED será reduzida na ausência dele. Como é oco no meio, toda a fiação pode permanecer escondida e segura dentro dele.

Estendi todas as conexões de LED para os 6 conectores de terminal como mostrado na imagem. Torna-se fácil conectar o painel ao controlador que faremos a seguir.

Etapa 4: Fazendo o controlador

O objetivo principal é ligar e desligar os LEDs de acordo com o tempo definido pelo usuário. O cérebro do controlador é um Arduino Nano. Por que apenas controlar a iluminação? Como eu tinha alguns relés disponíveis, irei usá-los para LIGAR ou DESLIGAR alguns dos aparelhos, como filtro, bomba de ar, aquecedor, etc., se necessário. Eu adicionei um ventilador de computador de 12 V DC para fornecer ventilação.

Um switch é fornecido para escolher entre o modo Manual e Automático. No caso de precisarmos acessar o aquário após os LEDs serem desligados à noite, o interruptor pode ser colocado na posição Manual e então o brilho dos LEDs pode ser controlado usando um potenciômetro.

Eu usei um CI ULN2803 Darlington Transistor Array para controlar os relés e o ventilador. Este IC é comumente conhecido como Driver de Relé.

O esquema para a construção foi anexado aqui. Um PCB personalizado fará com que pareça elegante e profissional.

Optei por usar a caixa de distribuição como um invólucro para o controlador, pois tem orifícios pré-perfurados para montagem e uma placa de cobertura. Colei uma porca em cada ranhura usando um pouco de cola epóxi. Eu fiz o mesmo no lado oposto. Isso garante que a placa de circuito impresso seja presa com segurança pelos parafusos. Fiz pequenas aberturas na parte inferior da caixa, conforme mostrado na imagem, para o cabo de alimentação e os fios que vão para o painel de LED.

Etapa 5: É hora de algum código

Depois de fazer a placa controladora, é hora de fazê-la funcionar! Baixe o sketch em anexo e abra-o no Arduino IDE. Certifique-se de baixar e instalar a biblioteca para DS3231 anexada aqui.

Configurando o RTC

1. Insira uma bateria de célula tipo moeda 2032.
2. Abra o DS3231_Serial_Easy a partir dos exemplos, conforme mostrado.
3. Remova o comentário das 3 linhas e insira a hora e a data conforme mostrado na imagem.
4. Faça upload do esboço para o Arduino e abra o monitor serial. Defina a taxa de transmissão para 115200. Você deve ser capaz de ver o tempo que continua sendo atualizado a cada 1 segundo.
5. Agora, desconecte o Arduino e conecte-o novamente após alguns segundos. Olhe para o monitor serial. Deve mostrar o tempo real.

Feito! O RTC foi configurado. Esta etapa deve ser realizada apenas uma vez para definir a data e a hora.

Antes de fazer upload

• Defina a hora de início dos LEDs.
• Defina o tempo de parada dos LEDs.
• Defina a hora de início do ventilador.
• Defina a hora de parada do ventilador.

Observação: a hora está no formato de 24 horas. Defina a hora em conformidade

Como mencionado anteriormente, os LEDs não ligam com brilho total. Por exemplo, se você definir a hora de início do LED como 10:00 AM, os LEDs irão lentamente LIGAR e alcançar seu brilho total até 11:00 AM e permanecerão constantes até que a hora de parada seja atingida. Isso simula o nascer e o pôr do sol. Os LEDs vermelho e azul são constantes. Eles permanecem completamente LIGADOS durante todo o tempo.

Isso é tudo que você precisa definir. Faça upload do código para o Arduino. Agora, não precisa mais se lembrar de ligar e desligar as luzes do aquário!

Não consigo tirar algumas fotos do aquário em que será montado, pois ainda não o configurei. Atualizarei o instrutível assim que estiver tudo configurado!

Espero que você tenha gostado da construção. Faça você mesmo e divirta-se! Sempre há espaço para melhorias e muito para aprender. Tenha suas próprias ideias.

Voltarei a começar com aquários plantados depois de muitos anos. Eu não sou um especialista neste campo. Sinta-se à vontade para comentar qualquer sugestão sobre a construção. Obrigado por ficar até o fim.