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