Kibertix

Привет, продолжаю рассказывать, как я мастерил интеллектуальное светодиодное освещение в своем аквариуме. Начало вот тут.

В комментариях писали, что лист будет сильно греться, я тоже опасался этого. Дно является теплопроводом от светодиодов к корпусу, поэтому очень важно плотно прижать его, для этого я использовал алюминиевую полосу. Сначала я хотел все соединения крышки промазать термопастой, но сначала решил собрать так и попробовать в работе. Как потом выяснилось, и так отлично охлаждает, термопаста не нужна:

Даже со всеми включенными светодиодами температура листа поднимается чуть выше комнатной. Это достигается еще и за счет того, что я подаю на каждый светодиод напряжение ниже номинального примерно на 1/3. Т.е. они не работают в полную мощность, отсюда минимальный нагрев. Поэтому и такое большое количество светодиодов. На преобразователе CC-CV можно регулировать подаваемое напряжение и силу тока (настраивается один раз при подключении).

Вот так выглядит собранная крышка без стекла изнутри, как будут видеть ее рыбы:

А вот так вижу ее я (раньше видел, потом все перепаял, как уже говорил)

А это момент истины! Работает! Тут еще нет Ардуино, просто блок питания, преобразователь CC-CV, вольтметр, и всего один контур светодиодов – Белый:

Освещение работает, рыбы и растения довольны! Данный факт позже подтвердил мощный рост растений, какого я еще не видел в своем аквариуме. Сборка крышки заняла около трех недель. Жаль, только, что однажды я перелил удобрений, после чего мой аквариум атаковал ксенококус (сине-зеленый почти черный налет на листьях, камнях и стеклах). Эта неприятность побудила меня особенно оперативно заняться регулировкой освещения, т.к. освещение играет наиважнейшую роль в развитии водрослей. Наступил следующий этап – автоматизация и подключение Ардуино.

3. Автоматизация

Фoтографировать процесс написания кода нереально, скажу лишь, что знакомство с Ардуино заняло куда больше времени, чем сборка крышки – около двух месяцев я учился кодить и писал свою первую рабочую программу. На данный момент освещением полностью управляет программа.

Программа состоит из интерфейса управления, таймеров на все цвета. Также измеряется температура воздуха и влажность в квартире. Температура воды, сигнализации и GPRS модули закуплены и лежат в коробках, нужно только подключить и настроить, но недавно сменил работу и свободного времени почти не осталось. Также будет установлен датчик потока воды для оценки загрязнения внешнего фильтра и своевременного оповещения об этом. Отмечу отдельно, что если вы знакомы с Ардуино, то написание такой программы можно выполнить и за неделю. Если не знакомы – дольше, но это очень интересный и захватывающий процесс. Особенно, когда видишь результаты своей собственной работы. Материалов по работе с Ардуино в сети очень много, разобраться посильно каждому, все упирается только во время и желание. Поэтому выложу фoтографии имеющейся на текущий момент крышки, еще не законченной (нет стекла и верхней стенки, нет передней и задней крышек самого аквариума. На систему СО2 пока нет денег, кормушку тоже отложил на потом.

Так выглядит крышка сверху:

Каждым цветом управляет свой CC-CV преобразователь с подключенным к нему мосфетным ключом (ШИМ-модуляция). На Белый цвет освещения и на плату Ардуино подключен один блок питания 100w – 12В, на все остальные цвета – другой точно такой же (справа на фoто). Все управление программой осуществляется с помощью одного энкодера (вращающаяся и нажимающаяся ручка с красной шляпкой и изолентой слева на фoто). Вращение по часовой плавно увеличивает яркость, против часовой уменьшает. Нажатие ручки плавно включает свет до 100% яркости. Если свет горит, нажатие плавно уменьшает яркость до полного выключения. Время плавного нарастания и уменьшения яркости можно регулировать (можно сделать плавный рассвет и закат за 10 секунд, а можно за два часа). Таким образом управляется яркость каждого цвета, который выбирается нажатием на ручку энкодера и одновременным вращением. Простое длительное нажатие переводит в режим таймера, настройки времени и обратно.

Так выглядел интерфейс моей первой программы. Позже я ее доработал и интерфейс изменился.

Стало вот так:

И этот интерфейс программы будет изменен, т.к. тут зарезервировано место под фито-фильтр, который я тоже сначала планировал сделать сам (блок информации с листиком на дисплее). Сейчас передумал и решил отказаться от этой затеи, а оставить только аквариум (блок информации с рыбкой). Кругляшки – это таймеры. Когда таймер включен, он зажигается соответствующим цветом. Я посчитал достаточным два таймера в сутки (включаем свет утром, потом выключаем, потом снова включаем вечером и снова выключаем – итого на освещение аквариума получилось десять таймеров, а каждый таймер – это час включения, минута включения, час выключения, минута выключения, плюс еще яркость). Короче, переменных, которые нужно сохранить в программе - много. Заложены таймеры на Автоматическую кормушку и подачу СО2.

Вот так выглядит меню установки таймеров:

Я могу запрограммировать включение, например, Синего цвета в 12:35 на яркость 62%. И если с утра в 9:00 я решил сам вручную включить аквариум и установил яркость Синего цвета 100%, то программа в 12:35 поймет, что Синий уже горит, и что его не нужно включать, а наоборот – погасит Синий цвет до установленных 62%.

Желтые два таймера внизу отключены. Остальные включены. После установки таймеров главный экран стал таким:

Синий цвет тут отмечен как текущий. Значит вращение ручки энкодера будет управлять Синим.

Управление цветами выглядит так:

Только Красный:

Только Синий:

Только Зеленый:

Только Желтый:

Комбинация цветных светодиодов (смешивание разных цветов, Белые отключены!):

Количество возможных комбинаций цветов бесконечное множество.

На этом я особенно хотел бы остановиться. Решил недавно провести эксперимент, какой же спектр и с какой яркостью будет наиболее приятным для растений. Каково было мое удивление, когда я получил весьма не очевидный результат. Вычитав в сети, что слишком яркое освещение вредно, я недавно, все-таки, включил все цвета. И как я был удивлен, когда через полчаса случайно взглянул на растения – все они просто мега-сильно пузыряли (процесс выработки кислорода, как продукта фoтосинтеза). Мой аквариум как будто наполнили шампанским! Пузыри струями выходили почти с каждого листочка. Я даже испугался, т.к. никогда такого не видел. Некоторые струи превратились в подобие ниток, состоящих из множества расположенных друг над другом мельчайших пузырьков.

Я начал потихоньку уменьшать яркость каждого из цветов по очереди. Везде пишут, что зеленый цвет не нужен растениям. Я начал с него. Да, особой разницы не увидел, но при плавном отключении Зеленого цвета расстояние между пузырьками увеличилось. Едва заметно, но увеличилось!!! Значит нужен Зеленый цвет, раз кислорода стало вырабатываться меньше! Не знаю, я не претендую на защиту диссертации, необходимо долго и тщательно все измерять, не исключено, что я в чем-то ошибся.  Вернул Зеленый и стал убавлять Синий. И снова уменьшение кислорода! Причем сильней, чем с Зеленым. А когда я опять включил все цвета и убавил Красный – выработка кислорода упала почти до нуля. И время реакции пузырьков на свет составляло от 5 до 20 секунд! Практически мгновенно растения отзывались на изменение освещения. По всем статьям и обсуждениям на форумах одного только моего Белого цвета должно было с запасом хватить, но пузыряние полностью прекращалось в течение 30 секунд с момента отключения цветных светодиодов. Думаю, растениям, достаточно и только Белого цвета, раз они растут и плодятся (ранее я включал только Белый, цветные были больше для украшения интерьера). Но цветное яркое освещение гарантировано положительно влияет на растения и обеспечивает эффективный фoтосинтез.

Эффективный фoтосинтез с интенсивным пузырянием достигнут мной буквально на днях (что и побудило меня написать данный пост). Буду наблюдать и экспериментировать дальше, один за другим меняя такие параметры, как спектр, яркость, длину светового дня. Очень интересно, как поведут себя водросли (вредная плесень на стекле и растениях - не путать с растениями). Теоретически, при отлаженном фoтосинтезе должен происходить уверенный рост растений и сокращение органики в воде, что должно обезвредить водросли и прочую нечисть. Время покажет. Также буду искренне рад, если мой опыт кому-то пригодится. Если есть вопросы, задавайте в комментариях. Не обещаю отвечать оперативно, но отвечу всем.

Привет! В этом посте я расскажу о том, как можно своими руками с нуля создать правильное освещение для аквариума. Приведу примеры своих собственных успехов и неудач в этом процессе, расскажу о результатах своих исследований, которые я проводил после, постараюсь ответить на все вопросы в комментариях, также с радостью приму аргументированную критику, так как исследования продолжаются. Информации очень много, не впихнуть в один пост, поэтому постараюсь кратко обзорно. Позже по заинтересованности могу запилить посты по каждому из процессов воплощения идеи.

Итак, поехали. Свой аквариум я купил давненько, объем 115 литров, с внутренним фильтром, с освещением – две люминесцентные лампы Т5, одна белая (для общего освещения), вторая фиолетовая (для растючки). Через непродолжительное время заметил, что растения замедлили свой рост (хотя прекрасно росли и плодились в маленьком аквариуме на 20 литров с переносной лампой). Я попытался найти новые лампы, но понял, что моего размера ламп в продаже нет, поэтому вообще убрал люминесцентные лампы и попробовал переделать крышку на светодиоды. Собрал, все заработало, но сделал кучу ошибок, неправильно рассчитал блок питания, светодиоды сильно грелись. Но об этом сейчас рассказывать нет смысла, лучше расскажу, как в апреле 2018 я решил сделать новое освещение, только уже основательно, правильно и с возможностью расширения функционала.

Поставил перед собой следующие задачи:

1. Старую крышку использовать было уже нерационально, поэтому было решено создать новую, куда будет установлены светодиоды и электроника.

2. Освещение должно быть светодиодное с правильным расчетом интенсивности освещения, цветовой гаммы (спектра излучения исходя из природных условий протекания эффективного фoтосинтеза).

3. Правильно рассчитать блок питания под все электронные узлы (исключив перегрев и обеспечить необходимый запас мощности).

4. Предусмотреть охлаждение всей системы в случае необходимости.

5. Тщательно подобрать все необходимые комплектующие.

6. Предусмотреть возможность автоматического управления освещением (и не только) по таймеру и удаленно.

7. Обеспечить возможность тонкой регулировки цветовой гаммы. Основной цвет белый, в качестве дополнительных цветов - синий, красный, зеленый, желтый). Все цвета должны быть отдельно регулируемыми по интенсивности освещения, времени включения и выключения, причем неоднократно в течение суток.

8. Предусмотреть возможность в последующем расширять функционал – защитными сигнализациями на протечку и перегрев, возможность отключения системы в аварийном режиме, возможность последующего встраивания автоматической системы подачи СО2, автоматической кормушки, а также возможность экстренного оповещения на телефон в случае протечки, перегрева и т.д.

Словом – создать интеллектуальную автоматическую систему управления аквариумом настолько, на сколько это возможно. Все – с самого нуля - было решено делать самому, а именно: крышку, электронику на Ардуино, написание программы.

Ардуино – наиболее подходящая платформа для подобных задач. Она недорогая, программируется относительно несложно, ее возможностей достаточно как раз для данных целей. Сразу хочу отметить, что до этого я даже не знал, что такое Ардуино. Вдохновил меня на все это AlexGyver, за что ему ОГРОМНОЕ СПАСИБО!!!

1. Рассчитываем освещение.

Отправной точкой для меня были пост и еще пост

Перечитал массу других статей в интернете, после чего решил собрать лампу из светодиодов: Белый (холодный) 6500К – 30 светодиодов, Синий 450nm – 9 светодиодов, Красный 660nm – 12 светодиодов, Зеленый 520nm – 9 светодиодов, Желтый 590nm – 4 светодиода.

2. Создаем крышку.

Для начала делаем проект. Измеряем все посадочные места в аквариуме и вычерчиваем будущую крышку, чтобы она идеально в него вписалась. На этом этапе важно знать также размеры электронных компонентов, чтобы они вместились в крышку, не задевая дно и потолок крышки, при этом необходимо сделать крышку как можно тоньше. Когда проект готов, едем в Леруа и покупаем алюминиевые листы, профили, метизы согласно проекта. Алюминий наиболее хорошо отводит тепло, легко пилится и сверлится, не ржавеет и т.д. Ну а потом режем, сверлим, соединяем. Ниже поэтапные фoто процесса (сверху описание, снизу фoто).

В таком виде продается алюминиевый лист:

Отрезаем будущее дно крышки (на нем снизу будут устанавливаться светодиоды). Поцарапал лобзиком, пока пилил, но это не страшно:

Размечаем места под каждый светодиод:

Керним места под крепежные отверстия для светодиодов:

Просверливаем тонким сверлом:

Проходим толстым сверлом и снимаем фаски, чтобы провода и крепежные стяжки не повреждались при последующей установке светодиодов:

В итоге получили вот такое чудо. На все это у меня ушло около трех часов:

Начинаем устанавливать светодиоды. Промазываем термопастой посадочное место и плотно прижимаем:

С обратной стороны фиксируем кабельными стяжками. Данный способ крепления я придумал сам, преследуя возможность последующей замены светодиода в случае необходимости, чего не позволит термоклей. Хотя, может и позволит:

Вот так выглядит полностью установленный контур белого цвета. В остальные посадочные места равномерно будут устанавливаться все другие цвета. Решил сначала спаять все белые, чтобы случайно не перепутать соединения проводами светодиодов других цветов. В коробках из под обуви хранятся радиодетали:

Подготавливаем и нарезаем провода. Зачищаем и лудим концы. В итоге позже все эти провода я убрал и перепаял, т.к. придумал более рациональное соединение, но за неимением фoтографий перепайки выкладываю эти:

Аккуратно припаиваем провода, чтобы не перегреть паяльником светодиоды:

И аккуратно продеваем провода в два оставшихся отверстия, чтобы концы проводов оказались на внутренней стороне крышки, где будем их соединять. Это позволит не портить вид внешней стороны дна крышки. Важно продевать провода очень бережно, т.к. в случае излишнего давления изоляция на сгибе провода может повредиться, и жилы провода будут коротить с алюминиевым листом:

Изнутри это выглядит пока так. После сборки прозваниваем каждый светодиод. Я нашел два коротыша, пришлось перепаивать провода. Видимо, пока продергивал провода в отверстия – нарушилась изоляция, также не везде идеально получилось снять фаску с алюминиевого листа. Поэтому прозвонить нужно обязательно:

Соединяем провода и подключаем к блоку питания для тестирования. Подбираем напряжение и силу тока с помощью переменных резисторов, подключенных к Преобразователю CC-CV. Подробное описание всех электронных компонентов, стоимости и где купил требуют отдельного поста, поэтому этот момент в данном посте упущу, чтобы влезло продолжение:

И О-Чудо!!! Оно светится! Два не горят, так как соединение всех светодиодов пришлось делать блоками по три штуки, соединенными последовательно. Блок питания на 12 вольт, каждый светодиод на 3-4 вольта. Десять блоков по три штуки соединены параллельно:

Начинаем собирать корпус крышки. Это стенки. Их я решил сделать из трубчатого алюминиевого профиля прямоугольного сечения. Он очень прочный, отличный теплоотвод, внутренние полости предполагалось использовать для создания естественной вентиляции, чтобы вообще не ставить шумные вентиляторы. Как позже выяснилось, я был прав. Вентиляторы даже не пригодились:

Получился такой вот короб (стенки крышки), Кофеин проверил, все нормально:

Стенки крышки соединяются между собой обычными уголками, которые мне было лень рассверливать (болты не пролазили в отверстия, решил превратить минус в плюс, нарезав резьбу). В итоге сборка осуществляется без гаек, что существенно упрощает жизнь, так как конструкция будет непростой.

Устанавливаем уголки, которые позволят держать снизу защитное стекло и будут являться держателем крышки в аквариуме. Болты заменил на винты, так как шляпки не позволили крышке беспрепятственно поместиться в аквариум. Да, в Леруа я ездил часто:

Входит и замечательно выходит. Уголок является также площадкой для установки маленьких крышечек спереди и сзади, которые можно закрыть и открыть для кормления или обслуживания аквариума. Их я пока еще не сделал:

Примерно так выглядит крышка со стенками сверху (без дна):

А так выглядит снизу. Тут хорошо видно плоскость трубчатого профиля – на нее закрепится дно со светодиодами, а плоскость уголков будет использоваться для установки защитного стекла:

Заводим дно крышки в корпус и закрываем боковой стенкой:

Получилось очень даже прилично! Теперь можно разбирать и надежно закреплять дно со светодиодами к корпусу:

К сожалению, исчерпал лимит на выкладывание фoтографий, поэтому продолжение в следующем посте (часть 2)...