Články - obsah článku

Článek   Komentáře   Seznam článků   |<   <<   >>   >|  
Automatizace domácího akvária s LAN kontrolérem tinycontrol
Martin Pilc
(na AKVARKO.cz vyšlo 16.2.2015)
V obýváku mám akvárko 150 l, o rozměrech cca 100 x 40 x 45 cm, a k němu ještě (občas) menší akvárko pro narozené rybky 50 x 16 x 24 cm, tedy cca 15 l.

Designově je vše sladěno s policemi a konferenčními stolky Ikea (nenadávejte mi, prosím :P ). Protože ovšem polička na zeď bez podpěry s nosností 300 kg v nabídce nábytkových prvků bůhvíproč :) chybí, před pár lety jsem při instalaci akvária využil konferenční stolek LACK 120 x 80 cm. Z horní desky stolku jsem odřízl dvě rohové police o rozměrech cca 102 x 40 cm, vyjmul papírovou voštinovou vložku a horní plochu vyztužil vlepením 12 mm SDK desky a vlepením dřevěných lišt na boční stěnu přiléhající ke zdi.

Spodní police, která nese akvárko, je usazena na 8 ocelových konzolích T35, zabetonovaných 40 cm hluboko do zdi, horní polička, uchycená na pantech, obsahovala původně troje elektronické spínací hodiny a 3 kusy zářivek, sloužících k osvětlení akvária. Na horní hraně víka je umístěn otvor pro krmení, konzolka pro umístění automatického krmítka a spínače pro ruční ovládání svítidel, topítka a filtru.

Celkový pohled na zařízené akvárium


Poté, co jsem vloni po poruše termostatu celý obsah akvária uvařil :((, poté, co mi ze 3 spínacích hodin 2 kusy odešly, a poté, co jsem zvážil náklady na osvětlení, jsem se rozhodl akvárko přestavět na osvětlení LED lištami, s řízením osvětlení, měřením teploty a řízením topení malým mikropočítačem.

Celkové náklady na instalaci LED osvětlení a řízení a monitorování teploty (práci nepočítaje) se vešly těsně pod 2000,- Kč, a to včetně řídící jednotky s rozšiřující deskou se 4 relé, POE zdroje a zdroje pro napájení LED osvětlení, včetně 5 metrů LED pásku se superjasnými LED diodami, a včetně kabeláže, konektorů, 2 teplotních čidel a 11 metrů UTP kabelu, a včetně DPH. Při 8 hodinách svícení denně přesahuje úspora na elektrické energii 1500,- ročně, investice se tedy vrátí – bez ohledu na nově přidanou hodnotu – za necelých 18 měsíců. Nutno zmínit, že podobný systém postavený na kontrolérech řady Arduino vychází výrazně dráž.

Řídící kontrolér nyní spíná plné a tlumené osvětlení ve velkém akváriu, spíná večerní osvětlení několika modrými LED diodami na dně, a spíná také osvětlení malou LED lištou nad chovným akvárkem. Mimo to kontrolér snímá teplotu v obou akváriích, spíná topná tělíska a pošle varovný mail při překročení či poklesu teploty vody pod nastavené meze, např. při poruše topení. Osvětlení, měření teploty a napájení topného tělíska v horním akváriu je připojeno přes rozpojovací konektor, chovné akvárium je tedy možno kdykoli jednoduše odpojit a uložit. Měření teploty a vlhkosti v místnosti je už jen přidaným bonusem a s řízením akvária nesouvisí. Řídící počítač je připojen na domácí počítačovou síť a všechny funkce tedy lze monitorovat a nastavovat z kteréhokoli počítače, mobilu či tabletu v domě, přes wifi či vzdáleně přes internet.

Technologie:

K řízení akvária je použit LAN kontrolér polské firmy tinycontrol.pl, prodávaný v ceně okolo 1000,- Kč řadou eshopů v České republice. Systém je založen na procesoru PIC18F67J60 firmy Microchip. Jedná se o osmibitový procesor s relativně nízkou pracovní frekvencí 42 MHz, ovšem s vestavěným kontrolérem Ethernet 10/100MHz, vestavěným 11-ti kanálovým 10 bitovým A/D převodníkem, vestavěnou flash pamětí 128kbyte, SDRAM pamětí 3,8 kbyte a Ethernet RAM bufferem 8 kbyte.

LAN kontrolér s relé, V2.0


Na základní desce o rozměrech 57 x 67 mm je k dispozici 1 spínaný reléový výstup (10A / 270 VAC), konektor RJ-11 pro připojení teplotních senzorů DS18B20, 3 analogové vstupy, 4 digitální vstupy a 1 výkonový výstup 24V / 1A, vyvedené na svorkovnici. Přes dva desetipólové konektory lze připojit rozšiřující desku se 4 relé 10 A / 270 VAC, další 4 výstupy PWM, 2 analogové vstupy a kombinované čidlo pro měření teploty a vlhkosti DHT22.

Firmware LAN kontroléru obsahuje jednoduchý webserver, který slouží k ovládání všech výstupů (5 x relé, 1 výkonový výstup, 4x PWM), k zobrazení naměřených hodnot (6x teplota měřená čidly DS18B20, teplota a vlhkost měřená čidlem DTH22, vlastní teplota desky, hodnota napájecího napětí a stav všech digitálních i analogových vstupů) a konečně k automatizovanému spínání výstupů v závislosti na měřených hodnotách nebo v nastavených časových intervalech. Stav vstupů i výstupů lze číst a nastavit i dálkově, např. zasláním definovaných požadavků na webový server.

K měření teploty může být použito až 6 kusů čidel DS18B20. Jedná se o relativně přesné a kalibrované digitální čidlo teploty fy Dallas Semiconductor, které měří teplotu v rozsahu -55 - +125 °C s přesností 0,5 °C. Po datové lince vysílají čidla digitální informaci, která obsahuje jak údaj o naměřené teplotě, tak unikátní sériové 64-bitové číslo každého čipu – na jeden připojovací kabel lze proto zapojit všech 6 čidel najednou. Čidlo je vestavěno ve standardním třínožičkovém pouzdře TO-92 (prům. 4,5 mm x výška 4,5 mm), přičemž je možno použít jak standardní třívodičové zapojení (zem, napájení, data), tak jednodušší dvoudrátové zapojení (zem, data), kdy je čidlo napájena parazitně z datového vodiče. Cena čidla se v ČR pohybuje od 40,- Kč včetně DPH.

Provedení:

Do prostoru, který vznikl ve víku akvária po odstranění původních spínacích hodin, byla namontována řídící jednotka kontroléru. Jednotka je napájena po Ethernet kabelu z POE napáječe, umístěného v síťové zásuvce o několik metrů dále. K napájení by bylo možné použít i 12V zdroj pro LED osvětlení, POE ale poskytuje větší flexibilitu, zjednodušilo i zapojování ve stísněném prostoru a poskytuje zálohu pro případ poruchy 12V zdroje (osvětlení fungovat nebude, ale topení ano).

Spínací relátko kontroléru spíná 220 VAC do 150W topného tělíska v akváriu, a to podle teploty, kterou měří teplotní čidlo ve vodě. Bimetalový termostat v tělísku je nastaven o několik stupňů výše, jako pojistka pro případ totálního selhání kontroléru – podruhé už vařit nechci :). Druhý spínací výstup kontroléru (24V / 1A) spíná napájecí napětí pro několik malých modrých ledek pro noční svícení, umístěných na dně akvária. Ledky jsou vodotěsně zality do tmavého silikonu.

Ke kontroléru je plochým kablíkem připojen rozšiřující modul se 4 relátky, která spínají napájení hlavního a tlumeného osvětlení akvária a osvětlení a vytápění druhého akvárka.

K měření teploty vody v akváriích jsou použita 2 teplotní čidla DS18B20, připojená na tenký dvoudrátový kablík a na konci vodotěsně zalitá silikonem do plastové hadičky o průměru 6 mm. Čidla jsou opatřena plastovou přísavkou k uchycení na stěně akvária. Kablíky jsou na druhém konci zalisovány do 4pinové telefonní zásuvky RJ-11. K desce kontroléru jsou teplotní čidla připojena přes malý expandér, který dovoluje připojení až 4 teplotních čidel.

K osvětlení akvárií jsou použity LED pásky, nalepené samolepící vrstvou do odrazných plechů z původních zářivek.

Místo 3 zářivek OSRAM T5 / 850 mm s celkovým příkonem včetně předřadníku 145 W jsou použity 4 LED pásky o délce 80 cm (po dvou v každé zářivkové liště), každý se 48 superjasnými SMD ledkami typu 5630 (číslo udává rozměr LED čipu, tedy 3,0 x 5,6 mm). Pásky jsou napájeny napětím 12 V, celkový příkon všech 4 pásků je 36 W (měřeno před zdrojem), svítivost je přitom subjektivně výrazně vyšší v porovnání s původními zářivkovými trubicemi. Jen pro jistotu dodávám, že pásky je nutno chladit, měly by být tedy vždy nalepeny na plechový chladící profil či plech.

Ve víku je osazena i další dvojice pásků o délce 2 x 55 cm (2 x 33 LED 5630), nalepená na hliníkový U profil o šířce 30 mm, určená pro tlumené ranní a odpolední osvětlení. Příkon tohoto zdroje je 14W.

Kryt akvária s vestavěným LED osvětlením včetně 12V zdroje a s vestavěnou řídící jednotkou (v levém horním rohu)


Pro osvětlení malého horního akvárka jsou použity dva pásky o délce 2 x 25 cm, s příkonem necelých 5W. Pásky jsou opět nalepeny na chladící hliníkový profil a vestavěny do krytu vyrobeného z původní nohy ke stolu :) , volně položeného na krycím skle akvária. Kromě LED pásku je v krytu umístěna i malá svorkovnice pro připojení topítka a teplotní sondy.

Osvětlení horního akvária – lišta je volně položena na skleněném krytu, v případě potřeby ji lze zavěsit na stěnu


Všechny pásky jsou napájeny ze spínaného zdroje 12V 5A 60W. Odběr zdroje bez zatížení je zanedbatelný (0,08W), zdroj se i přes špatné větrání kupodivu nepřehřívá, nicméně další teplotní čidlo je pro jistotu umístěno přímo na zdroji).

Jak LED pásky (balení o celkové délce 5 m, využito 4,8 m), tak spínaný zdroj byly vzhledem k výraznému cenovému rozdílu zakoupeny na ebay, zásilka došla z Číny za necelých 5 týdnů.

Bezpečnost:

Vzhledem k tomu, že zařízení je provozováno v těsné blízkosti vody, bylo nutno vyřešit i otázku elektrické bezpečnosti.

Víko akvária s osvětlením a elektronikou je od vodní hladiny odděleno těsným skleněným krytem, uloženým na skleněných lištách podél horního okraje akvária. Díky tomu v prostoru víka nedochází ani k hromadění vodní páry, ani k její kondenzaci. Vnitřní prostor víka je odvětrán perforovaným rámečkem.

Obvody, které jsou pod síťovým napětím (napájení 12V zdroje, spínání topných tělísek a propojovací svorkovnice) jsou překryty plastovými kryty (před focením byly kryty odstraněny), akvárium je do zásuvky zapojeno třížilovým kabelem se zemnícím vodičem, napájecí vedení je jištěno proudovým chráničem. Osvětlení akvária i řídící elektronika pak napájeny bezpečným napětím (osvětlení 12V, elektronika kontroléru napětím 24V z POE zdroje).

Umístění elektroniky ve víku akvária: LAN kontrolér v levém horním rohu, vedle zdroj 12V 5 A pro napájení LED osvětlení. Ve výřezu vpravo rozšiřující deska se 4 relé, vlevo dole expandér pro připojení teplotních čidel DS18B20


Detail řídící jednotky a zdroje 12V


Ovládání:

Ovládání systému je v tuto chvíli řešeno s využitím webového serveru, integrovaného ve firmware kontroléru. Systém spíná v nastavených časových intervalech celkem 4 osvětlovací zdroje, reguluje topení ve 2 akváriích na nastavenou teplotu a zasílá emailové zprávy při překročení nebo poklesu teploty vody pod a nad nastavené meze, případně při překročení pracovní teploty desky kontroléru nebo napájecího zdroje. V případě potřeby lze jednotlivé světelné zdroje, topení a filtr ovládat přepínači, umístěnými na víku akvária.

Během prvních 4 týdnů provozu nedošlo ani k výpadku jednotky, ani k jakémukoli jinému problému.

Ovládání automatiky akvária – tablet je připojen přes wifi


Možnosti rozšíření:

Technicky dovoluje kontrolér ovládání až 10 ks relátek, snímání teploty z celkem 6 teplotních čidel DS18B20, 1 termistoru PT 1000, snímání teploty a vlhkosti z 1 čidla DTH22 a snímání stavu dalších 3 analogových a 4 digitálních vstupů.

S využitím vestavěného webového serveru však lze řídit (v závislosti na teplotě, vlhkosti a stavu analogových či digitálních vstupů) pouze 7 z 10 možných výstupů, časové řízení lze použít pro ovládání nejvýše 6 výstupů. Pokud toto omezení nevyhovuje, je nutné jednotku ovládat programově odjinud nebo použít kontroléry dva.
Text a foto: Martin Pilc
 
Seznam všech komentářů najdete na záložce:  Komentáře
Posledních 10 komentářů k článku:
surpan  (id: 166   Bujná třicítka  
 kategorie malá akvária, objem 30 litrů  Neonové akvárko  
 kategorie malá akvária, objem 54 litrů  Společenská stodvacka  
 kategorie střední akvária, objem 120 litrů  Akvarijní panelák  
 kategorie střední akvária, objem 96 litrů  ) 10.1.2016 (16:23)
Tak tomu říkám dost hustá automatizace a kontrola stavu akvária. Ještě by to chtělo automaticky vyměňovat vodu na dálku, což by také nemuselo být až tak složité. Já zatím využívám jen automatické krmítko a větráky nad akváriem, které sepnou při teplotě vody 25°C, aby mi uchladily hlavně v létě vodu a neuvařil bych si ryby: http://surpanblog.cz/rubriky/akvarium-rady-a...
Bohužel tím, že jsem akvárium nacpal do otvoru ve zdi, který byl stávající, nemohl jsem si moc vymýšlet a je tam docela slušný problém s místem nad akváriem, nešel rozumně vyřešit venkovní filtr, musím používat vnitřní a ani nemám jak dávkovat CO2 bombou. Ale tím že dávám každý den ráno PMDD, tak jen přidám tekuté CO2.
Velmi pěkný článek a parádní řešení. Akvaristika neskutečně pokročila za posledních 15 let.
Olejar  (neregistrovaný návštěvník) 10.1.2016 (21:06)
Zdravím, mám v plánu také nasadit tento LAN controller, jen by mě zajímala jedna věc. Vidím že má i PWM výstup. Nemáte zkušenost zda je možné tento výstup řídit v čase a simulovat tímto způsobem svítání a soumrak?
pepin XXX  (neregistrovaný návštěvník) 16.1.2016 (12:23)
To Olejar: je lepší koupit rovnou zdroj se stmíváním. Je několik možností ovládání, většina má 0-10V - např. http://www.czech-meanwell.cz/meanwell/eshop/... .
Michal XXX  (neregistrovaný návštěvník) 17.1.2016 (14:50)
Dobrý den, měl bych zájem o stavebnici bez krabice.
kelisek.michal@email.cz
Prosím o kontakt
marpik XXX  (neregistrovaný návštěvník) 19.1.2016 (12:49)
Zdravím :)

To Olejar:
LAN controller bohužel nedokáže plynule řídit PWM výstup, PWM lze jen zapnout a vypnout (v daném čase nebo v závislosti na teplotě) s předem nastavenou hodnotou modulace. Teoreticky by šlo postupně spínat PWM v několika úrovních, ale protože i počet jednotlivých eventů (událostí) je omezen, víc jak 2-3 stupně intenzity osvětlení by to nedalo. Takže buď použít některý ze zdrojů podle doporučení pana pepina, nebo Arduino, případně jiný podobný mikrokontroler.

To surpan:
Koukal jsem na řešení akvárka na blogu, a obdivuji :) a přidám poznámku k chlazení - to lze zabezpečit Peltierovým článkem, který dokáže chladit i pod okolní teplotu. Po přivedení napájení pak "studená" strana článku chladí, zatímco "teplá" strana se o něco vyšším výkonem zahřívá. Jako příklad lze uvést TEC1-12706, který je k mání v ČR za cca 200,- Kč, nebo výrazně levnější z Asie. Destička o rozměrech 40x40x4 mm se přilepí tenkou vrstvou silikonu z vnějšku na stěnu akvária, v místě, kde je uvnitř zabezpečeno proudění vody, a při napětí 0-15V a proudu cca 0-6A dokáže z vody přes sklo odebírat až 60W tepla. Má to, pravda, pár problémů:
1) článek není vodotěsný, musí být tedy na vnější straně akvária. Od vody je tak izolován sklem...
2) skutečný příkon je nutno "vychytat" nastavením napětí tak, aby teplota na skle byla v rozumných mezích. Pokud bude mít studená strana článku hodně nízkou teplotu (a může mít i dost pod 0°C), sklo může prasknout;
3) "teplou" stranu článku je potřeba chladit, ideální je hliníkový žebrovaný chladič a ventilátorek (odváděné teplo zahrnuje jak vlastní příkon článku, tak teplo odebrané z vody);
4) účinnost není nijak převratná, na 50W elektrického příkonu je chladící výkon okolo 30W.
Nicméně, je-li třeba chladit akvárium pod okolní teplotu, je to stále nejjednodušší řešení.

A konečně se omlouvám všem, kterým jsem sliboval stavebnici s Arduinem. Řešení regulace teploty, osvětlení a vlhkosti pro akvária a terária s Arduinem Nano, s LCD displejem, světelným čidlem a několika teploměry, vlhkoměry, relé a MOSFETy je uchozené, ovšem celá sestava zahrnuje okolo 20 různých modulů, propojených na dlouhém kontaktním poli více než stovkou kablíků, a taková sestava je nejen nespolehlivá, ale také neskladná :) V testování je ale profesionálnější řešení, kde je většina komponent na jednom SMD plošném spoji, volitelně se 2, 4 nebo 6 relé a stejným počtem MOSFET spínačů pro řízení LED pásků - jakmile bude k dispozici finální výrobek (snad do jara), dal bych sem link. Takže jen poprosím o trpělivost :)
vlami  (id: 2552 ) 27.6.2016 (10:57)
Mám dotaz, jak je daleko, nebo blízko , práce na sestavě s Arduinem?
PaJe68  (id: 15256   Rostlinné akvarium  
 kategorie velká akvária, objem 200 litrů 
 Prezentace je ARCHIVOVÁNA 
 nebyla aktualizována déle jak půl roku!  ) 1.10.2016 (13:37)
Ty poličky vypadají jako z Ikei. Jak je máte přidělané do zdi? zajímá mě hlabně to menší akvarko. Díky za odpověď. PaJe.
marpik XXX  (neregistrovaný návštěvník) 9.10.2016 (20:39)
vlami: No, zatím bohužel žádný pokrok. Plány byly stihnout to alespoň do Vánoc, ale asi to nevyjde :( Nicméně stále doufám, že to v dohledné době bude :)

PaJe68: Konstrukce spodní poličky je popsána v článku. Malá horní polička je klasická Ikea, bez dalších úprav. Ocelová konzolka, na kterou je polička nasunuta, je do zdi zašroubovaná 10 vruty o délce cca 15cm (víc otvorů v konzolce není), do plastových hmoždinek v Porothermu; pokud měla některá hmoždinka snahu se protáčet, zastříknul jsem ji zbytkem no-name chemické kotvy. Podle návodu je polička navržená na zátěž 5 - 15 kg, malé akvárko má něco přes 17 kg. Zatím drží...
brse  (neregistrovaný návštěvník) 20.4.2017 (13:18)
zdravím autora a mám dotaz jak daleko již pokročil tento projekt ?
pavel XXX  (neregistrovaný návštěvník) 1.8.2017 (23:25)
Autor se snaží, budiž mu přáno, ale ten spínanej zdroj na 230V v krytu akvária nad hladinou kde je 100% vlhkost je masakr, o pojmu bezpečnost v elektrotechnice asi moc neslyšel. Když už ho to má pořádně fláknout budiž, co si kdo uvaří... ale neznalci ji doporučit nebo poslat jako stavebnici s návodem udělat to stejně je ublížení na zdraví z nedbalosti jak vyšitý.
Vložit nový příspěvek do diskuze
Článek   Komentáře   Seznam článků   |<   <<   >>   >|