Крышка для аквариума с электронной "начинкой"
Наконец-то я решился сделать «апгрейд» своему аквариуму. Всё-таки 25 литров – это слишком мало. И вот уже на моей аквариумной тумбе стоит сооружение из стекла и силикона, ёмкостью около 80 литров – больше бы просто на тумбе не уместилось, делали под заказ, по моим размерам. И снова я заказал аквариум без крышки: электрик внутри меня восстаёт против ламп, проводов и разъёмов, висящих в нескольких сантиметрах над водой.
Зачем вообще написана эта статья? Просто делая эту крышку, я нарисовал кучу набросков схем, многое менял на ходу и у меня не осталось никакой документации. А сейчас, уходя в отпуск, я решил собрать все эти разрозненные листочки в единое целое. А раз всё равно будут рисоваться схемы, то почему бы не выложить их для всеобщего обозрения, вдруг кому-нибудь пригодятся. Тем более, если когда-нибудь, спустя какое-то время, мне придётся ремонтировать, или модернизировать начинку крышки, мне будет проще вспомнить, почему было сделано так, а не иначе, прочитав это "высокохудожественное" произведение.
Итак, начнём...
Новая крышка делалась с учётом моих предыдущих наработок, но я решил несколько расширить функционал и осовременить «начинку». Изобретать велосипед я не стал, вся электроника – либо купленная, либо собранная мной по давно «обкатанным» схемам.
Мои требования к новой крышке:
- Электроника должна быть защищена от воды и водяных паров.
- Часть крышки должна открываться для кормления.
- Встроенная электроника должна потреблять не слишком много электроэнергии.
- Конденсат с крышки не должен попадать на наружные стенки аквариума.
Устройство должно:
- Освещать аквариум в заданное мной время, желательно, чтобы цвет освещения был «холодного» оттенка – его больше любят растения.
- Показывать температуру воды и уметь её регулировать, причём, как подогревать, так и охлаждать.
- Отключать фильтр – помпу на время кормления, чтобы корм не «раздувало» по всему аквариуму.
- По возможности, делать всё то же и для второго аквариума, старого 25-литрового, «пониженного в должности» до «малявочника».
В принципе, не такие уж и большие требования. Что для этого пришлось закупить:
1. Аквариумный электронный термометр с ЖК дисплеем, их я заказал два, для обоих аквариумов. На тот момент каждый из них обошёлся мне в $2.14 (75 руб.) с батарейками в комплекте. На Алиэкспрессе он называется « New Mini Aquarium LCD Display Digital Thermometer Fish Tank Water Household Refrigerstor Thermometers», или, по-русски «Новый мини аквариум ЖК-дисплей Цифровой термометр Fish Tank воды бытовые Refrigerstor Термометры 01IJ»
2. Терморегулятор, или термостат. Этот стоил дороже, около 160 руб. ($4.34). Заказывал там же, «-50-110 Degree DC12V Heat Cool Temp Thermostat Temperature Control Switch Jecksion», или «-50-110 Степень DC12V Тепло Прохладный Темп Термостат контроля температуры Переключатель Jecksion» - на китайском «русском» языке.
3. Источник питания 12В 1А для питания всего низковольтного оборудования крышки. Тоже оттуда же, за $2.02 (74 руб.), «1Pcs AC 100-240V to DC 12V 1A US Plug AC/DC Power Converter Adapter Charger Power Supply Brand New», или «1шт AC 100-240В в постоянный 12В 1А США Plug AC / DC преобразователь питания адаптер зарядного источника питания Brand New». Устройство с американской вилкой, но это не важно – он будет встроен внутрь корпуса крышки.
4. Электронный таймер. Самая дорогая «железка», тоже купленная у китайцев. Обошлась в $6.12 (256 руб.). Называется «DIGITAL PROGRAMMABLE WEEKLY TIMER SWITCH 220V 16A», или «Цифровой программируемый ЕЖЕНЕДЕЛЬНЫЙ ТАЙМЕР ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ 220 16A», модель CN101, 220В.
5. Купленные там же, по 15 руб. ($0.39) за штуку, патроны для ламп MR11/MR16 - 5 штук – для обоих аквариумов.
6. Сами лампы лампы для точечных светильников, 3.0 Вт GU 5.3 4000K 150 Lm 230 В (модель не пишу, чтобы не было рекламы), я покупал в обычном магазине электротоваров по 80 руб. за штуку, т.к. присланные из Китая оказались настолько отвратительного качества, что по договорённости с продавцом, я их уничтожил и мне вернули деньги. Такой формат ламп выбрал из-за их малой высоты и направленности светового потока.
7. Вентилятор для корпуса 92x92x25 – куплен в компьютерной фирме за 51 руб.
8. Ну и мелочовка – радиодетали, провода, разъёмы, выключатели, крепёж – что-то пришлось купить, кое-что нашлось дома.
9. Да, ещё же в аквариуме нужно чем-то очищать воду и насыщать её кислородом. По совету продавца в зоомагазине, я купил помпу AquaEL Circulator 500 Professional с губкой подходящего размера.
Пластик АБС, толщиной 3 мм, для корпуса мне подарил один знакомый несколько лет назад – у него остался неполный лист от какого-то его проекта. Спасибо, Олег!!!
Стекло я вырезал из старой оконной рамы, оставшейся после установки дома пластиковых окон.
Я не даю ссылки на сайты, т.к. цены на товары и их номенклатура могут меняться, что-то покупалось во время распродаж. Если кому-то понадобится, можно найти по названию, а цены привожу для справки, чтобы было на что ориентироваться. Да, цены даны по состоянию на июль - август 2014 г.
Плату термостата пришлось доработать. Дело в том, что реле, клеммник и разъём датчика ВЫШЕ, чем экран и кнопки. Соответственно, закрепив плату на передней панели в оригинальном виде, я бы получил экран индикатора, утопленный внутрь корпуса миллиметров на 10-15, что меня никак не устраивало. Поэтому, аккуратно выпаяв указанные элементы, я припаял их, соблюдая полярность, с обратной стороны платы. С реле пришлось немного «поколхозить»: его выводы расположены несимметрично, после переворота обмотка и один из контактов встали на место, а вот второй контакт упёрся в плату. Просверленное под него отверстие оказалось у края нужной мне дорожки, так что с монтажом проблем не возникло. Ещё я приклеил к экрану кусочек чёрной тонировочной плёнки – благодаря ему, экран хорошо вписался в корпус.
Собственно, мне пришлось спаять только два устройства: реле времени, отключающее фильтры на время кормления и электронное токовое реле, включающее дополнительную 12-вольтовую подсветку, которую я впоследствии отключил. Разместил я их на одной плате, которую здесь буду называть «электронный блок», так что сейчас у меня задействована только половина её. Но обо всём – по порядку.
Склейку корпуса крышки я начал с его внешних стенок. Как и прошлые две крышки, я сделал внутренние её размеры равными внутренним размерам аквариума. Высоту решил сделать 7 см. Для того, чтобы крышка надёжно держалась на аквариуме, с внутренней её стороны я приклеил полоску такой же пластмассы шириной около 1 см. Она на 5мм выступает ниже нижнего края крышки и надёжно фиксирует её, не давая сдвигаться, кроме того, конденсат с крышки стекает по ней обратно в аквариум, а не на наружные стенки, как было бы, если бы крышка выступала за стенки аквариума.
Затем был сделан каркас для крепления вентилятора и плат с электроникой. Для того, чтобы в холодное время года на вентилятор не попадал влажный воздух, под него я вклеил верхнюю часть ведёрка из-под майонеза с крышкой. Когда режим охлаждения не включен, я эту крышку закрываю. Из-за этой крышки и для того, чтобы было удобно выводить провода из аквариума наружу, каркас с вентилятором приподнят над уровнем стекла на 2 см., получился своеобразный подиум. Кроме того, для уменьшения шума от вентилятора, он закреплён через поролоновую прокладку. В левой стенке корпуса, под подиумом, между вентилятором и задней стенкой я сделал прорезь для проводов и трубки воздухозабора помпы. И это было ошибкой: надо было делать её сзади, так же, как в крышке старого аквариума. В таком случае, приподняв переднюю часть крышки, можно не беспокоиться о том, что придется снова заправлять провода-шланги обратно.
Далее, по той части периметра корпуса, где предполагалось установить стекло, я приклеил полоску пластика шириной 5 мм., на которую стекло и опирается.
Между внутренней частью корпуса с электроникой и отсеком кормушки я поместил перегородку из стекла. Всего у меня получилось три стеклянных детали: основное стекло, закрывающее дно от вентилятора до кормушки, стеклянная перегородка около кормушки и маленькое стёклышко между вентилятором и передней стенкой. Зачем я его сделал? Понятия не имею. Пользы от него никакой, можно было вклеить кусок пластика. Но что сделано - то сделано.
Да, конечно же, все отверстия для органов управления были сделаны заранее, сразу, как только были вырезаны панели для корпуса. После того, как корпус склеен, а тем более, в него вставлены стёкла, что-то вырезать в нём будет гораздо сложнее.
Стёкла были установлены на свои места на силиконовый герметик и закреплены обрезками пластмассы, приклеенными к корпусу. Это важно, т.к. силиконовый герметик плохо пристаёт к пластмассе, и в данном случае играет роль только уплотнителя. Стекло - перегородка также зафиксировано обрезками пластмассы и герметизировано силиконом. Им же оно приклеено к основному стеклу. Благодаря этому, электроника внутри корпуса надёжно изолирована от влаги аквариума.
Для кормления рыбок я оставил отсек шириной 12 см., закрывающийся сверху крышкой из пластика, закрепленной на два тонких самореза, вкрученных в её торцы с одного края таким образом, чтобы получилось что-то вроде дверцы, или люка.
На боковой стенке подиума вентилятора, на кронштейнах из обрезков пластика, я закрепил плату блока питания, вытащенную из корпуса.
На задней стенке я установил внутренности 4 розеток, вытащенных из корпусов и два разъёма для подключения второго, «дочернего», аквариума. Разъёмы я взял от сгоревших компьютерных блоков питания формата АТ - там это были выходные разъёмы для подключения мониторов. Их я немного доработал, чтобы исключить возможность их перепутать: в щель, в которую входит юбка кабельного разъёма, вклеил кусочки пластмассы, под которые сделал соответствующие прорези в юбках. Т.е., получился своеобразный ключ. Естественно, в обоих разъёмах я установил эти ключи в разных местах и теперь в каждый из разъёмов можно подключить только его "родной" кабель. На левую стенку я установил два пятиконтактных разъёма "DIN" - такие применялись в советских магнитофонах и лежали у меня с незапамятных времён. Для уменьшения сопротивления контакта, я запараллелил две пары контактов.
Две розетки из четырёх я установил на всякий случай, они были подключены к кабелю питания и выполняли роль удлинителя. Потому и обозначены как "220". Сейчас я одну из них подключил к выходу таймера освещения, чтобы туда можно было включить ещё какой-нибудь светильник. Вторую тоже хочу подключить через выключатель. Отключаемая розетка всегда пригодится. В третью включается обогреватель, в четвёртую - фильтр.
Электронный блок - громкое название для небольшой платы - я тоже закрепил на кронштейны из обрезков пластмассы около задней стенки.
Верхняя панель, закрывающая все внутренности устройства, сделана из того же пластика, что и само устройство. В ней я прорезал два круглых отверстия - для таймера управления освещением и для доступа воздуха к вентилятору. Последнее я прикрыл найденной в моих "закромах" декоративной решёткой от какого-то вентилятора.
А теперь - самое сложное - о сборке всей электроники «в кучу». Вот схема того, что у меня получилось.
Из соображений безопасности, т.к. коммутируется у меня почти везде только одна линия сетевого питания, я определил, где в розетке "ноль" и "фаза" и отметил на вилке положение, в котором фазовый провод соединён с линией 2 на схеме.
Единственный выключатель, отключающий обе линии - "Воздух" - он включает фильтр-помпу. Между ним и фильтром-помпой установлен таймер кормления, который запускается нажатием на кнопку SB1. При этом, 220 вольт приходят на вход блока питания (БП) 12 В, а эти самые 12 В попадают на вход питания таймера. Таймер запускается и включает реле K1, которое своими контактами блокирует контакты кнопки и отключает фильтр-помпу. По истечении 15 минут, на которые рассчитан таймер, он отключает реле, переводя устройство в первоначальное состояние: БП отключен, таймер обесточен, фильтр-помпа работает.
Таймер собран по схеме, которая описана в моей статье "Интеллектуальный" светильник для входной двери", только там он рассчитан на 45 секунд.
Изменив пару номиналов, я увеличил время задержки до 15 минут:
DA1 – КР1006ВИ1, или NE555
R1 – 15 кОм
R2 – 1,5 МОм
C1 – 0,47 мкФ
C2 – 470 мкФ х 16 В
C3 – 0,01 мкФ
Дополнительно, в цепь питания микросхемы, установил фильтрующий конденсатор C4 - 0,01 мкФ
VD1, VD2 – КД522, либо любые другие маломощные.
VT1 – КТ315, либо любой N-P-N с током коллектора, достаточным для работы реле.
Реле EE2-5SNU я выпаял из какого-то неисправного устройства. Так как обмотка реле рассчитана на 5 В, мне пришлось установить последовательно с ней ограничительный резистор 240 Ом.
После окончательной сборки проявился один мой просчёт: оказалось, что после включения, напряжение на выходе БП нарастает медленнее, чем на конденсаторе цепочки запуска R1C1. Из-за этого таймер не запускается. Надо было попробовать увеличить либо R1, либо C1, либо и то и другое, но я поленился демонтировать уже установленную плату, тем более, что таймер прекрасно запускается двойным нажатием на кнопку.
Выключатель "Свет" одной парой контактов включает таймер управления освещением, а другой - схему, о которой я расскажу чуть ниже.
Таймер управления освещением включает и выключает освещение в аквариуме по заранее заданной мной программе утром и вечером. Причём, внутри таймера есть батарейка, позволяющая его часам идти, а программам храниться в памяти и при отключенном питании.
В крышке я установил три светодиодные лампы, описанные выше. Лампы установлены ближе к передней стенке аквариума. Благодаря направленности светового потока ламп, у поверхности аквариума, ближе к его задней стенке, имеются области тени, что даёт возможность рыбкам при необходимости прятаться от света не только под листьями растений у дна, но и у поверхности, оставаясь при этом на виду.
Когда я только проектировал крышку, я хотел установить в неё кусок светодиодной ленты синего цвета для того, чтобы получить освещение более «холодного» тона. Как говорят, это лучше для растений, да и рыбки при таком освещении выглядят гораздо ярче. Однако, после того, как были установлены светодиодные лампы, оказалось, что их свет имеет такой тон, что никакая коррекция не нужна. Хотя они имеют нейтральную цветовую температуру 4000К. В общем, лента установлена, электронное токовое реле работает, но отключено. Само токовое реле также описано в моей статье "Интеллектуальный" светильник для входной двери".
Токовый датчик реле включен между контактом реле управления освещением и лампами светильника (линии 8 и 9). Потребляемый лампами ток зажигает светодиод оптрона, симистор которого включает БП. Т.к. БП используется для питания нескольких модулей устройства, просто подключить к нему подсветку не получится. Для того, чтобы подсветка зажигалась только когда горят лампы, пришлось сделать ещё один датчик работы ламп. Для этого я использовал фотодиод от сломанной компьютерной мышки, который закрепил под одной из ламп. Обычный биполярный транзистор для управления светодиодной лентой использовать не получилось из-за большого падения напряжения в цепи коллектор - эмиттер (потеря около 2 вольт при питании 12 вольт сильно сказывается на яркости свечения светодиодной ленты). В моих "закромах" валялся выпаянный из неисправного ИБП силовой полевой транзистор YTFP250. На нём я и собрал электронный ключ. Для более чёткого его срабатывания пришлось добавить маломощный транзистор. Вообще, эта схема делалась "на коленке", опытным путём, уже во время монтажа в корпус. При проектировании я упустил из виду эту проблему. Так что, что получилось - то получилось. Жаль, что в конце концов, все эти ухищрения остались невостребованными. Сейчас линии 8 и 9 соединены, а фотодиод замотан изолентой и убран в тёмный угол крышки.
Одна группа контактов выключателя "Термостат" включает всё тот же БП, а другая - подаёт +12 вольт на вход питания платы китайского термостата. Термостат можно запрограммировать как на управление обогревателем, так и охладителем. Чтобы можно было подключать и то (обычный аквариумный обогреватель без терморегулятора), и другое (компьютерный вентилятор), установлен переключатель "ТЕПЛО/ХОЛОД". Правильнее его было назвать "Обогрев/Охлаждение", но на корпусе не хватило места для надписи. Этот переключатель включает контакты реле либо в цепь питания вентилятора (между +12 В и вентилятором), либо между фазовым проводом питания 220 В и розеткой для обогревателя. Для уменьшения шума от вентилятора, если в квартире не слишком жарко, его обороты можно уменьшить с помощью простейшего регулятора.
В результате, сейчас мой аквариум выглядит так:
Только воды в нём сейчас больше: эти снимки делались сразу после того, как крышка была собрана, а на время "бескрышья" я уменьшал уровень воды, чтобы рыбки не выпрыгивали. К сожалению, я сообразил это сделать поздно и потерял одного сомика - коридораса...
Сейчас аквариумы у меня стоят один над другим: на тумбочке - основной, закрытый новой крышкой, а внутри тумбы, за прозрачной дверцей - старый 25-литровый. Описывать переделки его крышки нет смысла, они понятны, исходя из "интерфейса", которым аквариумы соединяются. 12 вольт используются для работы терморегулятора (того, который был сделан для этой крышки давным-давно, см. статью) и вентилятора с таким же регулятором оборотов, как и "наверху". Фильтр теперь не имеет выключателя, т.к. управляется "сверху". Зато теперь есть аж два выключателя освещения: вместо 12-ваттной энергосберегайки, я установил две светодиодных лампы, таких же, как в основном аквариуме. Их яркости хватает с избытком, так что, чтобы не беспокоить мальков слишком ярким светом, я отключаю одну из ламп. С учётом того, что в "малявочнике" я не выращиваю растения, по-моему, это правильно. При этом, у меня есть возможность в любой момент яркость увеличить, включив вторую лампу, например, если всё-таки соберусь посадить там растения.
Разъёмы для подключения кабелей межаквариумного интерфейса тоже взяты от компьютерных блоков питания. Только на сей раз - входные. Их тоже пришлось доработать, вклеив внутрь кусочки пластмассы и сделав соответствующие им вырезы в кабельных разъёмах. Теперь и их нельзя перепутать.
За температурой в малявочнике можно следить по такому же термометру, что стоит в основном аквариуме - я специально купил 2 штуки.
В самом конце добавлю ссылки на документацию к использованным комплектующим. Может быть пригодится...
Интегральный таймер NE555, он же КР1006ВИ1
Симисторные оптроны MOC3061M - 3063M
Вот, кажется, и всё. По-моему, это самая большая статья на моём сайте.
Дополнение, октябрь 2016 года.
Прошло уже два года с тех пор, как эта крышка была сделана. За время эксплуатации выявились некоторые недостатки, кроме того, мне захотелось добавить дополнительные функции. В общем, за прошедшие два года конструкция претерпела кое-какие изменения, которые и опишу ниже.
Начну с того, что трёх ламп мощностью по 3 Вт всё-таки оказалось маловато. Кроме того, где-то через полгода я заметил, что одна из лампочек стала светить гораздо слабее. Настолько, что на неё можно было смотреть вплотную, рассматривая горящие светодиоды. Потом, в течение ещё полутора лет точно так же вышли из строя остальные лампы. Судя по всему, для питания светодиодов в них используется конденсаторный балласт и в моих лампах оказались конденсаторы из бракованной партии, которые со временем теряли ёмкость. В общем, за эти два года я поменял все пять ламп. Благо, гарантийный срок на них как раз два года. При замене я немного доплачивал и брал лампы большей мощности - 4-5 Вт. Так что теперь общая мощность подсветки у меня немного выросла, зато увеличилась и её яркость. Сейчас света достаточно, даже если по моему недосмотру роголистник полностью затягивает поверхность слоем сантиметров в 10.
Поставив более яркие лампы, я задумался, зачем освещать аквариум днём, когда в комнате светло, тем более что окна у меня выходят на юг. Неплохо бы сделать так, чтобы днём горела только одна лампа, а остальные работали только утром, до восхода солнца и вечером, после его заката. Не мудрствуя лукаво, я заказал ещё один таймер. Теперь у меня одна (центральная) лампа управляется от одного таймера - я называю его "дежурным", две другие - от второго, "основного".
Соответственно, я изменил и включение ламп 25-литрового аквариума. Теперь одна из них управляется "основным" таймером, другая - "дежурным", синхронно с лампами большого аквариума. Для этого в кабеле, соединявшем аквариумы, я задействовал линию, по которой ранее подавалось некоммутируемое питание 220 В (фаза).
Далее. Со временем выяснилось, что двух аквариумов мне мало. Ну неуютно гуппёшкам вместе с моллинезиями и гурами. Особенно, если это гуппи Эндлера, уж очень они маленькие. Вот и отдал им 25-литровый аквариум. Там же и молодняк моллинезий подращиваю до размера гуппи. А малькам поставил свой старый 8-литровый малявочник. И сразу возник вопрос, как управлять его освещением и фильтром. Выше я уже писал, что одну из "лишних" розеток, установленных на всякий случай, я подключил к таймеру освещения. В неё я и включил кабель освещения малявочника. Только перед этим я переключил эту розетку с "основного" таймера на "дежурный", ведь малькам нужно больше света. Ну а фильтр я подключил через "тройник" в ту же розетку, в которую включен и фильтр большого аквариума.
Раз уж я занялся переделкой, то сделал и ещё одну доработку, о которой писал выше: подключил последнюю из оставшихся розеток через выключатель, который врезал в переднюю панель.
Вот, вроде бы, и всё. Кажется ничего не забыл.