19

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Mikroprocesorowy sterownik akwarium
zwalnia posiadacza akwarium od wykony−
wania codziennych podstawowych czynno−
ści takich jak włączanie rano i wyłączanie
wieczorem oświetlenia, pompki powietrza.
Utrzymuje stałą temperaturę wody, powiada−
mia o jej zbyt niskiej lub wysokiej wartości
sygnałem dźwiękowym i włączeniem pod−
świetlenia wyświetlacza, jednocześnie
podejmując próby przywrócenia jej do tem−
peratury zadanej. Urządzenie pełni także
rolę zegarka.
Sterownik umożliwia ustawienie:

●

temperatury w akwarium (20−36

o

C),

●

temperatury alarmowej min i

max

(20−36

o

C),

●

czasu włączenia i wyłączenia oświetlenia,

●

czasu włączenia i wyłączenia powietrza,

●

ustawienie czasu rzeczywistego,

●

możliwe jest także włączenie lub wyłącze−

nie oświetlenia w dowolnym momencie po−
przez dodatkowy przycisk oraz przerywanie
pracy powietrza w czasie jego włączenia.

Wszystkie czasy ustawia się z dokładno−

ścią do jednej minuty, a temperatury do jed−

nego stopnia Celsjusza. Temperatura mierzo−
na jest co 1 sekundę. Urządzenie posiada 5−
przyciskową klawiaturę, wyświetlacz alfanu−
meryczny LCD, 4 diody LED sygnalizujące
stany wyjść, dźwiękowy sygnał alarmowy,
przycisk reset.

★★

★★

★★

+

+

+

1

8

2

9

3

10

4

11

5

12

6

13

15

7

14

16

Vss Vdd Vo RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A(+) K(−)

LCD Display

LCD 1*16

1

39

8

32

2

38

3

37

13

21

4

36

12

22

23

19

28

5

35

18

10

6

34

15

24

16

7

33

14

25

9

11

31

27

26

17

30

29

P10

P11
P12

P13

P14

P15

P16
P17

P00

P01

P02

P03

P04

P05

P06
P07

INT1 3,3
INT0 3,2

T1 3,5

T0 3,4

EA/VP

X1

X2

RESET

RD 3,7

WR 3,6

P20

P21

P22

P23

P24

P25

P26

P27

3,0 RXD
3,1 TXD

ALE/P

PSEN

89C51

U1

8051

VCC

R1 R2 R3 R4 R5

SW1

SW5

SW4

SW3

SW2

YES

NO

LIGHT

<

>

PK1

D4

D1

T1

R9

220V~

220V~

220V~

220V~

R14

D12

C7

C6

3

1

2

D10

C8

C5

M

TR1

R13

T4

D13

D8

D7

BATERIA (np.3x1,5V)

D11

Powietrze

Oświetlenie

PK2

PK3

Grzałka

R11

D3

D6

T4

R8

Grz

D2

D5

R10

R7

Św

T2

R6

Pow

BUZZER

Grz
Św

Buz

Pow

C4

TH1

termistor

TH1

termistor

R2

U2A

1

2

3

D9

C2

C1

XTAL1

C3

SW6

RESET

U3

+5V

Vin

GND

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

V+

V+

V+

V+

V+

V+

V+

µµ

µµ

P

P

P

P

−

−

3

3

3

3

0

0

0

0

0

0

0

0

4

4

4

4

M

M

M

M

ii

ii

k

k

k

k

rr

rr

o

o

o

o

p

p

p

p

rr

rr

o

o

o

o

c

c

c

c

e

e

e

e

ss

ss

o

o

o

o

rr

rr

o

o

o

o

w

w

w

w

yy

yy

ss

ss

tt

tt

e

e

e

e

rr

rr

o

o

o

o

w

w

w

w

n

n

n

n

ii

ii

k

k

k

k

a

a

a

a

k

k

k

k

w

w

w

w

a

a

a

a

rr

rr

ii

ii

u

u

u

u

m

m

m

m

Rys. 1 Schemat ideowy

Opis układu

Sercem

układu

jest

mikrokontroler

AT89C51 firmy Atmel. Odczytuje stan kla−
wiatury, mierzy temperaturę, i steruje urzą−
dzeniami zewnętrznymi. Do portu pierwsze−
go przyłączony jest wyświetlacz alfanume−
ryczny. Tranzystor T4 włącza podświetlanie
wyświetlacza w momencie korzystania
z klawiatury lub włączenia alarmu, gaśnie
z ok. 15−sekundowym opóźnieniem. Tempe−
ratura mierzona jest na podstawie zdekre−
mentowanej zmiennej w pamięci RAM pro−
cesora w czasie ładowania kondensatora C4
przez termistor do napięcia progowego prze−
rzutnika Shmidtta w bramce U2A. Im wy−
ższa temperatura, tym mniejsza jest rezy−
stancja termistora, kondensator ładuje się
szybciej i zmienna ma większą wartość
(mniej więcej proporcjonalnie do temperatu−
ry). Przez ok. 0,5 sekundy końcówka 12 U1
jest w stanie niskim. W tym czasie rozłado−
wuje się C4. W momencie przejścia P3.2
w stan wysoki kondensator ładuje się przez
termistor, D9 odcina plus napięcia od P3.2.
Teraz procesor czeka (dekrementuje zmien−
ną) na stan niski z wyjścia U2A. Będzie to

jednoznaczne z zakończeniem pomiaru tem−
peratury. Stabilność wskazań temperatury
zależy od stabilności pojemności kondensa−
tora C4 przy zmianie temperatury otoczenia
(to z praktyki). Kalibracja termometru pole−
ga na dobraniu wartości tego kondensatora
(np. przez połączenie równoległe kilku)
i powinna wynosić ok. 200nF. Mikroproce−
sor pracuje z kwarcem 11059200Hz co
umożliwia łatwe i dokładne odmierzanie
czasu. Klawiatura jest podłączona do portu
P0. Rezystory R1−R5 podciągają wyjścia
portu do plusa zasilania. Do wyjścia P3.5
jest podłączony buzzer z wewnętrznym ge−
neratorem. Tranzystory T1−T3 sterują trze−
ma przekaźnikami załączającymi grzałkę,
oświetlenie i pompkę powietrza (tzw. brzę−
czyk). Wybrałem tranzystory NPN ponie−
waż przekaźniki pracują z napięciem ok.
12V a “cała reszta” z 5V więc wspólna jest
masa. Diody D4−D6 zabezpieczają układ
przed przepięciami powstającymi gdy prze−
kaźnik jest odłączany od napięcia zasilają−
cego. Diody D1−D3 informują o włączeniu
odpowiedniego urządzenia. Informacje te są
także widoczne na wyświetlaczu. W ukła−
dzie zastosowałem zasilanie awaryjne do
kontrolera i wyświetlacza dlatego że li−
czy on czas rzeczywisty. Pamięć nieulot−
na EEPROM rozwiązałaby jedynie pro−
blem danych wprowadzonych przez użyt−
kownika. Mogłoby się zdarzyć, że godzi−
na włączenia urządzenia wypadnie
w czasie zaniku napięcia i włączenie to
by nie nastąpiło. Z baterii zasilany jest
µC i LCD (nie przekaźniki), pobór prądu
jest rzędu 8mA. Zastosowanie trzech
ogniw 1,5V znacznie pogarsza kontrast wy−
świetlacza, ale układ działa prawidłowo.
Baterie alkaliczne wymieniane raz na rok
nie sprawią chyba wielkiego kłopotu.

Oprócz ustawienia temperatury w akwa−

rium, czasu włączenia i wyłączenia oświe−
tlenia i powietrza, możliwe jest także usta−
wienie temperatur włączających alarm
dźwiękowy. Zapobiega to w sytuacji awa−
ryjnej (uszkodzenie grzałki, sklejenie sty−
ków przekaźnika) nadmiernemu ochłodze−
niu lub ogrzaniu wody w akwarium. W mo−
mencie gdy temperatura wody spadnie po−
niżej alarmowej MIN podejmowane są
próby ratowania życia w akwarium: włą−
czana jest grzałka i wyłączane powietrze,
gdy temperatura przekroczy alarmową
MAX włączane jest powietrze i wyłączana
grzałka niezależnie od innych ustawień po
unormowaniu się warunków temperaturo−
wych, napowietrzanie i grzałka pracuje tak
jak przed wystąpieniem alarmu. Pomiędzy
włączeniem i wyłączeniem powietrza moż−
liwe jest ustawienie przerw w pracy pomp−
ki, co daje bardziej równomierne napowie−
trzenie akwarium. Sprawdzanie temperatur
co minutę zapobiega ewentualnym częstym
przełączaniu przekaźnika na pograniczu
dwóch wartości temperatury.

Montaż i uruchomienie

Proponowana płytka drukowana pokazana
jest na rysunku 2. Jedyna uwaga jaka mi
się nasunęła odnośnie montażu to, że nie
należy zbyt mocno przegrzewać podczas
lutowania termistora i kondensatorów bio−
rących udział w mierzeniu temperatury.
Zwłaszcza termistor może zmienić trwale
swoje parametry.

Po włączeniu urządzenia do sieci należy

zresetować układ, będą wtedy prawidłowo
wyświetlane znaki zdefiniowane w CGRAM
wyświetlacza (?).

Obsługa

Sterownik posiada 5−cio przyciskową kla−
wiaturę, pokazaną na rysunku 3. Strzałki
służą do zmiany wartości ustawianych tem−
peratur oraz godzin i minut wszystkich cza−
sów. Przyciskiem YES wchodzimy w edycję
tych wartości i wychodzimy. Przycisk NO
służy do wychodzenia z podmenu temperatu−
ry alarmowej i załączania powietrza oraz

do natychmiastowego wyświetlania godziny

i temperatury. Piszę natychmiastowego, bo
po 15 sekundach nieużywania klawiatury
układ sam przechodzi do tego trybu.

Symbol żarówki to bezpośrednie włączanie
i wyłączanie oświetlenia. Stan tego przycisku
sprawdzany jest co sekundę. Jeszcze kilka
słów na temat pracy napowietrzania. W me−
nu jest opcja Wł. powietrza w niej znajdują
się czas wł., okres wł., praca ciągła. W przy−
padku wybrania praca ciągła w opcji TAK
napowietrzacz pracuje od godz. wł. do godz.
wył. Jeśli wybierzemy NIE praca ta jest prze−
rywana zgodnie z okresem wł. i okresem wył.
w menu Wył. powietrza. Można to porównać
do współczynnika wypełnienia regulowane−
go od 1:59 do 59:1 (w minutach).

Rysunek 4 pokazuje opis kontrolek.

Cezary Kuśmierski

20

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

Wykaz elementów

R

R11−R

R88,,R

R1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk

Ω

Ω

R

R99−R

R1111,,R

R1144 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..443300

Ω

Ω

R

R1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200

Ω

Ω

C

C11−C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222ppFF

C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11

µµ

FF//1166V

V

C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 220000nnFF

C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11000000

µµ

FF//2255V

V

C

C66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 110000

µµ

FF//1166V

V

C

C77−C

C88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

D

D11−D

D33,,D

D1122 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. LLEED

D

D

D44−D

D1111 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D

D1133 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..5500V

V//11A

A

TT11−TT44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. B

BC

C554477

U

U11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. A

ATT8899C

C5511

U

U22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 44009933

U

U33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..77880055//11A

A

LLC

CD

D 11**1166

M

M .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. m

moosstteekk 11A

A//5500V

V

B

BU

UZZZZEER

R zz ggeenneerraattoorreem

m

P

PK

K11−P

PK

K33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. pprrzzeekkaaźźnniikk 1122V

V

S

SW

W11−S

SW

W66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzeełłąącczznniikk R

REES

SEETT

TTR

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..TTS

S22//1144

X

XTTA

ALL .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 1111005599220000 H

Hzz

K

Koom

mpplleett ppooddzzeessppoołłóów

w zz ppłłyyttkkąą jjeesstt

ddoossttęęppnnyy w

w ssiieeccii hhaannddlloow

weejj A

AV

VTT

jjaakkoo kkiitt sszzkkoollnnyy

µµ

P

P−33000044

Rys. 3

Rys. 4