Aquacontroller caseiro do Arduino - essencial para um aquário doméstico

Saudações a todos os amantes do microcontrolador caseiro. Se você é um feliz proprietário de um aquário doméstico, talvez este artigo seja do seu interesse. Nele, descreverei detalhadamente todo o processo de criação de um controlador aquático caseiro simples, mas muito útil, projetado para facilitar a vida do proprietário de um pequeno mundo subaquático.

Como você sabe, qualquer projeto de sucesso começa com a preparação de especificações técnicas. A seguir, são apresentados os requisitos e funções básicos que eu queria obter do controlador aquacom:

- baixo custo e disponibilidade de componentes;
- tempo personalizável para ligar e desligar a luz no aquário;
- modo de alimentação (o filtro desliga e inicia automaticamente após 15 minutos);
- a inclusão de um horário de alimentação;
- medição da temperatura e umidade do ar ambiente (como complemento);
- exibição da data, hora e outros parâmetros atuais no visor LCD;
- configurações de controle e parâmetros através do menu usando 4 botões (Para cima, Para baixo, Ok, Cancelar);

Com base no exposto, nasceu o circuito mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Diagrama elétrico do controlador aquático

O elemento principal é o quadro Arduino Prominiadquirida na China. Como se viu depois, um controlador foi instalado nele ATMega168 em vez de ATMega328. Isso me fez mexer com a otimização do programa, já que ele era insuportável para esse controlador devido à metade do tamanho da memória flash.

Um conhecido visor LCD de 16 linhas e 2 linhas foi escolhido para exibir informações. No projeto, ele está conectado a Arduino em um barramento de dados de 4 fios.

Um sensor digital é responsável por medir a temperatura e a umidade. Dth11. Para as necessidades domésticas é suficiente. De fato, ele não tem um objetivo específico e é adicionado apenas como uma adição à imagem geral.

Para controlar a lâmpada fluorescente e o filtro, usei dois canais de simistor, feitos em um monte de opto-simistor MOC3063 e simistor de potência BT137-600E. Isso nos permitiu livrar o circuito dos relés mecânicos, pelos quais, por algum motivo, não sinto simpatia.

Os botões de controle são relógio regular, sem fixação.

Bem, como todas as configurações estão vinculadas a um período específico, o dispositivo deve necessariamente conter um relógio em tempo real.Nesse caso, eu usei o módulo Tinyrtc baseado em microcircuito DS1703. O módulo é controlado pelo protocolo i2c e contém um conector para instalar uma bateria, que permite salvar a data e a hora em que a energia é desligada. A alimentação do módulo externo é mostrada na foto nº 2

Foto No. 2 - módulo de relógio em tempo real

Assim, os requisitos são definidos, o esquema é elaborado - você pode ir para o estágio de design da placa de circuito impresso. O serviço online EasyEda me ajudou com êxito a lidar com esta tarefa. Para não me preocupar com os furos, decidi colocar todas as faixas e componentes que transportam corrente na camada superior. Tendo distorcido um pouco os detalhes no editor, consegui um design de PCB com apenas três jumpers. A aparência do quadro pode ser vista na figura 3.

Figura 3 - A aparência da placa de circuito aquacontrol

Aqueles que desejam repetir o projeto podem baixar o arquivo PCB neste link: pcb-lut.pdf [69.4 Kb] (downloads: 131)
Visualizar arquivo online:

Então, em quais pontos você deve prestar atenção. Resistência R4 e R8 - gêmeo, todo o resto é feito em SMD habitação 1206. Os botões do relógio têm tamanho 12x12. A placa também possui um conversor de voltagem chinês 220V / 5V, cuja aparência é mostrada na foto nº 4.

Foto No. 4 - conversor de voltagem 220V / 5V.

A tela de LCD e o módulo de relógio em tempo real estão planejados para serem montados em racks integrados, cuja função desempenhei com sucesso com cavilhas de plástico cortadas.

Nisso, todos os recursos da instalação são definidos e resta apenas transferir a placa da tela do monitor para o nosso mundo físico. Um método bem conhecido foi escolhido para isso. LUT, implicando a presença de uma impressora a laser e ferro. Para aqueles que não estão familiarizados com essa tecnologia do futuro, o processo de criação de uma placa de circuito no meu banheiro será descrito abaixo.

Portanto, para iniciantes, procure qualquer revista com páginas brilhantes ou uma folha de papel fotográfico. Imprimimos o padrão de placa na impressora a laser, sem esquecer de inverter. Preparamos um pedaço de texalita de vidro revestido com papel alumínio de acordo com o tamanho do espaço em branco e trituramos a superfície de cobre com uma lixa de grão fino para dar brilho. Deve ser algo assim (foto número 5).

Foto nº 5 - o quadro está preparado para a tradução do desenho

Em seguida, passamos a impressão para o papel alumínio e aplicamos no PCB. Depois disso, conduzimos o papel com um ferro quente por cerca de 3 minutos. O tempo de aquecimento aqui pode variar dependendo da temperatura do ferro e da experiência do performer desse ritual secreto. Isso se parece visualmente com isto (foto nº 6):

Foto nº 6 - transferência da imagem para a superfície da folha

Depois que o papel estiver firmemente aderido à PCB, desligue o ferro e deixe a placa de circuito esfriar. Agora você precisa remover cuidadosamente a camada de papel e, ao mesmo tempo, não danificar o toner pegajoso. Para que o estojo seja bem-sucedido, o papel deve ser umedecido e removido, rolando com as pontas dos dedos. Este processo é mostrado mais claramente na foto nº 7.

Foto nº 7 - removendo papel da placa de circuito

Às vezes acontece que em alguns lugares o toner simplesmente não cola. Nesse caso, essas áreas podem ser preenchidas com um marcador permanente. A foto nº 8 mostra o cartão depois de remover o papel. Observe que na parte superior esquerda não há parte da figura, que será restaurada posteriormente pelo método acima.

Foto nº 8 - cartão após remover o papel

Quando todos os momentos desagradáveis ​​forem eliminados, você poderá começar a gravar. Para isso, usei uma solução de cloreto férrico, como uma das opções mais acessíveis e seguras. Depois de gravar a placa, lave-a com um solvente para remover o toner das faixas. Então, novamente, limpamos com uma lixa fina, desengordure e estanho. O resultado é mostrado na foto nº 9.

Foto nº 9 - a placa está pronta para instalar componentes de rádio

Uma das principais etapas está concluída. O próximo estágio é a instalação e solda de componentes de rádio. Este é um processo criativo e puramente individual. Se você tiver alguma dúvida, estou pronto para respondê-las nos comentários, mas agora vou mostrar o que recebi (foto 10):

Foto No. 10 - uma placa com componentes selados

Como escrevi acima, a tela e o módulo do relógio são elevados acima da placa usando racks de plástico feitos de cavilhas para instalação rápida, e seus contatos são soldados à placa com fios finos.O sensor de temperatura e umidade é exibido separadamente na parte superior do dispositivo. Na minha opinião, com esse arranjo, as leituras serão mais precisas. Para os canais de iluminação e o filtro, duas saídas externas são exibidas na parte inferior da placa. Além disso, a altura dos botões era insuficiente, por isso pretendo aumentá-los com buchas de plástico. Após algumas manipulações, o dispositivo parece quase acabado, mostrado na foto nº 11.

Foto No. 11 - controlador aquático sem caixa

Antes de selar a parte superior do gabinete, você deve escrever o firmware em Arduino ProMini. Para fazer isso, coloquei pinos na placa conectada aos contatos Vcc, GND, Rx e TX. Para programar Arduino ProMini mais fácil de usar Programador USB, mas isso não estava disponível. Seu papel foi desempenhado com sucesso por outro conselho Arduino uno com o controlador removido. Não vou entrar em detalhes desse processo, pois existem muitos artigos sobre esse assunto na Internet. Darei apenas a foto nº 12 para maior clareza.

Foto nº 12 - preparação para firmware

Agora vamos falar sobre o próprio programa. Quando você liga, a tela principal é exibida. Ele exibe informações sobre a data atual, hora, temperatura e umidade. Além disso, vários caracteres especiais são exibidos dependendo do estado atual do sistema, a saber: a luz está acesa - o ícone do sol; luz apagada - ícone da lua; filtro ligado - ícone do filtro; a alimentação está em andamento - ícone de peixe. Quando você clica em OK, o usuário entra em um menu onde é possível configurar parâmetros como:
- modo de controle de iluminação. Nesta seção, você pode ligar e desligar a luz manualmente, selecionando o item de menu correspondente, e também definir o horário para ligar e desligar de acordo com a programação.
- modo de controle de filtro. Permite ativar e desativar o filtro manualmente, selecione a função "alimentação" (fundição) e defina a programação de alimentação. No modo de alimentação, o filtro para e restaura automaticamente após 15 minutos.
- definindo a data atual.
- acertando a hora atual. Os dados de data e hora são registrados no módulo do relógio e, quando a energia é desligada, eles não são redefinidos se houver uma bateria instalada.

Para uma melhor compreensão, a figura 13 mostra a estrutura do menu.

Figura №15 - estrutura do menu do controlador aquático.

Faça o download do firmware para Arduino Pro Mini e todas as bibliotecas necessárias podem ser esse link

Depois de gravar o programa no microcontrolador, você pode fechar o gabinete e prosseguir com os testes em condições reais. Aproximadamente uma semana de operação passou antes de escrever este artigo. O controlador aquático funcionou perfeitamente, sem avarias, me impedindo de puxar constantemente os garfos, se necessário, para alimentar os peixes ou desligar as luzes. O resultado de meus esforços é mostrado na foto nº 16.

Foto No. 16 - Controlador aquático em operação