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CASA : Centrale Automatique de Surveillance d’Aquarium

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Difficulté:

Détecter et afficher la température, le pH et le niveau d’eau d’un aquarium. Contrôler le chauffage, le filtre, l’éclairage et le distributeur de nourriture.


Un aquarium, c’est reposant mais sans surveillance quotidienne, cela peut vite devenir une galère. Le système de surveillance d’aquarium CASA permet de gérer le bon fonctionnement de l’aquarium en votre absence prolongée. CASA se présente sous la forme de 5 cartes électroniques :
• Une carte Microcontrôleur équipée d’un clavier et d’un afficheur, elle gère le système à partir des consignes saisies, affiche les paramètres de fonctionnement et commande les actionneurs.
• Une carte Température et niveau : convertit les grandeurs physiques en tensions adaptées à la carte Microcontrôleur (0V pour 15°C et 3V pour 30°C ; 0V pour un niveau d’eau trop bas, 2,5V pour un niveau normal et 5V pour un niveau trop haut).
• Une carte pH : convertit la grandeur physique en tension (0V pour un pH 4 et 3,5V pour un pH 9).
• Une carte Commande des actionneurs : réalise l’interfaçage entre les signaux de commande bas niveau issus de la carte Microcontrôleur et les actionneurs fonctionnant sur le réseau 230V.
• Une carte Alarme : affiche à l’aide de 3 voyants bicolores les défauts liés à la température, au niveau et au pH.

Matériel :

Budget : 1€

  • La liste du matériel étant longue, j’ai fait une nomenclature pour chaque carte, que vous trouvez ci-dessous.

Etape 1 : La carte Microcontôleur

La carte microcontrôleur est basé sur un ATMega8535 de chez Atmel. C’est cette carte qui reçoit toutes les informations en provenance des capteurs et qui gère le fonctionnement de la CASA.

Sur la carte Microcontrôleur, les trous de fixation de l’afficheur et du clavier ne sont pas indiqués sur le typon. Tracez-les au crayon et percez avant de souder les composants. consiste à souder les composants en respectant scrupuleusement l’implantation donnée (attention à la polarité des diodes et condensateurs, repère des circuits intégrés) et en commençant par les composants les moins volumineux (straps, puis résistances, puis diodes, puis supports de circuit intégré, etc). L’afficheur à cristaux liquides et le clavier sont soudés sur la carte à l’aide de picots d’une barrette sécable.
Ensuite, il faut souder les composants en respectant scrupuleusement l’implantation donnée (attention à la polarité des diodes et condensateurs, repère des circuits intégrés) et en commençant par les composants les moins volumineux (straps, puis résistances, puis diodes, puis supports de circuit intégré, etc). L’afficheur à cristaux liquides et le clavier sont soudés sur la carte à l’aide de picots d’une barrette sécable.
Le schéma structurel, le typon et le schéma d’implantation sont donnés ci-dessous.

Le microcontrôleur doit également être programmé à l’aide du programme gestaquaV1.c

Etape 2 : La carte Alarme

La carte Alarme est constituée essentiellement de trois leds bicolores qui indiquent :
– un défaut de température
– un défaut de pH
– un défaut de niveau d’eau
Un buzzer retentit lors de la détection d’un de ses trois défauts.

Le schéma structurel, le typon et le schéma d’implantation sont donnés ci-dessous.

Etape 3 : La carte Commande des actionneurs

La carte Commande des actionneurs permet à l’aide d’optocoupleurs et de relais de commander :
– le filtre ou pompe
– le chauffage
– l’éclairage
– la pompe à air
– le distributeur de nourriture
– un autre accessoire (distributeur de CO2 par exemple).

Le schéma structurel, le typon et le schéma d’implantation sont donnés ci-dessous.

Etape 4 : La carte Température et Niveau

La carte Température et Niveau reçoit les informations en provenance des capteurs de température et niveau, les adapte pour les renvoyer vers la carte Microcontrôleur.

Le schéma structurel, le typon et le schéma d’implantation sont donnés ci-dessous.

Etape 5 : Le capteur de température

Le capteur de température est un LM35 qui fournit une tension proportionnelle à la température.
Pour le mettre en oeuvre, il faut :
– Couper 3 fils (noir, jaune, rouge) d’une longueur suffisante pour aller de la carte à l’aquarium.
– Dénuder les à chaque extrémité sur 0.5 cm environ.
– Etamer les.
– Faire passer dans un tuyau plastique de pompe à air les 3 fils ainsi préparés.
– Souder le fil rouge à +VS, le jaune à VOUT et le noir à GND comme indiqué sur la photo.
– Isoler les 3 électrodes à l’aide de gaine thermorétractable.
– Coller le capteur à l’extrémité du tube à l’aide d’Araldite pour rendre le tout étanche. (voir photo)

Etape 6 : Le capteur de niveau

Le capteur de niveau est un flotteur muni d’un petit aimant qui attire un contact électrique. Pour le mettre en oeuvre, il faut procéder comme pour le capteur de température:
– Couper 2 fils d’une longueur suffisante pour aller de la carte à l’aquarium.
– Dénuder les à chaque extrémité sur 0.5 cm environ.
– Etamer les.
– Faire passer dans un tuyau plastique de pompe à air les 2 fils ainsi préparés.
– Souder les fils au capteur.
– Isoler les 2 soudures à l’aide de gaine thermorétractable.
– Coller le capteur à l’extrémité du tube à l’aide d’Araldite.
– Préparer le second capteur (pour le débordement).

Etape 7 : La carte pH et son capteur

La carte pH associée à son capteur délivre une tension image du pH à la carte Microcontrôleur. La réalisation de la carte ne pose pas de problème particulier. La mise en oeuvre du capteur est, quant à lui, plus complexe.
Il faut :
– Récupérer sur un connecteur quelconque, un contact de diamètre extérieur de 3 mm au maximum et de diamètre intérieur de 1,5 mm au minimum et pouvant recevoir le capteur de pH. (voir photo).
– Préparer un fil rouge de 5 cm de longueur et dénuder le à chaque extrémité sur 0.5 cm environ.
– Souder ce fil sur le contact et isoler avec de la gaine thermorétractable.
– Insérer le contact dans une douille 4 mm. (voir photo)
– Souder le fil rouge sur la sortie Capteur et la cosse pliée à 90 ° sur le plan de masse de la carte (voir implantation précédente).
– Percer un trou de 12.5 mm sur le coté du boîtier et l’élargir légèrement afin que la sonde de Ph puisse être introduite dans le boîtier.
– Faire une encoche sur le coté opposé du boîtier pour le passage de la nappe de liaison.
– Fixer la carte dans le boîtier de telle façon que la douille soit au centre du trou.
– Fixer la douille à l’aide de deux vis de part et d’autre de la cosse.
– Mettre en place le capteur et le visser avec un écrou (si vous trouvez la bonne dimension) ou coller le. (voir photo)

Etape 8 : Réalisation du boitier

Cette étape consiste à installer la carte Commande des actionneurs dans un boitier étanche. Je vous conseille vivement de regarder les photos pour réaliser le percage et le câblage du boîtier étanche.

Perçage la face avant :
– Tracer le contour des parties à supprimer et l’emplacement des trous des led.
– Percer les trous des LED à 7mm.
– Percer quelques trous sur le pourtour des parties à supprimer (1) afin d’y glisser une lame de scie à métaux ou une scie sauteuse (attention ces trous ne devront pas empiéter sur la partie à conserver).
– Découper les parties à supprimer et parfaire le travail à la lime.
– Placer les supports métalliques rectangulaires de prises, repérer les endroits de perçage et percer.
– Fixer les supports, mettre les prises en place.
– Fixer les cache-prises.
– Placer les supports de led et les leds.

Perçage de la partie latérale :
– Limer la profondeur nécessaire au passage de la nappe.
– Percer les trous pour les presse-étoupes.

Câblage
La carte Commande des actionneurs doit être testée avant de réaliser le câblage définitif du boîtier.

– Faire une nappe reliant le connecteur J10 de la carte Commande des actionneurs et les cathodes des led (électrode sous le méplat). Attention, coté led, il ne faut pas mettre de connecteur.
– Souder, sans oublier d’y glisser au préalable un morceau de gaine thermorétractable, le fil rouge (n°1 qui doit correspondre au +5V de la carte) à l’anode de la led AIR.
– Repartir de là avec du petit fil rouge et faire le tour pour relier toutes les anodes entre elles.
– Souder ensuite le fil n°2 à la cathode (électrode sous le méplat) de la led TEMP, puis 3 à FIL, 4 à NOU, 5 à AIR, 6 à ECLA et 7 à ACCE.
– Placer les supports de led et y insérer les led.
– Passer le cordon secteur dans le presse-étoupe en le laissant dépasser d’une longueur suffisante.
– Dénuder la gaine extérieure du câble délicatement depuis son extrémité jusqu’au presse-étoupe.
– Fixer le presse-étoupe au boîtier.
– Relier le cordon secteur au bornier J11 de la carte Commande des actionneurs. Prévoir un peu de mou.
– Passer le câble d’alimentation (50 à 100 cm) de la carte Microcontrôleur dans le second presse-étoupe.
– Fixer le presse-étoupe au boîtier.
– Relier ce câble au bornier J6.
– Relier les borniers J12 et J13 aux pôles gauches des prises correspondantes avec du fil marron ou noir de 1 mm2.
– Connecter le fil de terre (jaune/vert) du cordon secteur au pôle milieu de la prise AIR. Partir de cet endroit avec du fil jaune/vert de 1mm2 pour aller au pôle milieu de la prise suivante et ainsi de suite pour toutes les prises.
– Relier avec du fil bleu de 1mm2 (neutre) la borne 2 de J11 au pôle droit de la prise AIR. Partir de cet endroit avec du fil bleu pour aller au pôle disponible de la prise suivante et ainsi de suite pour toutes les prises.
– Pour chaque prise, mettre un condensateur de 100nF/275V entre la phase et le neutre. Si les pattes sont trop courtes, souder un morceau de fil rigide et mettre un morceau de gaine thermorétractable.
– Former des torons en soignant l’esthétique.
– Si les led ne tiennent pas suffisamment, coller les avec de l’Araldite.
– Insérer la nappe de liaison (50 à 100 cm) sur le connecteur J5.

Etape 9 : Dossier de fabrication

J’ai réalisé ce projet de A à Z pour mon aquarium personnel et beaucoup de personnes m’ont demandé de leur en faire un. N’ayant pas le temps de répondre à toutes ces sollicitations, j’ai préféré faire un dossier qui permettra aux novices en électronique de pouvoir réaliser la CASA en prenant beaucoup de soin et d’application. Ci dessous, vous trouverez toute la notice de fabrication.
Bon courage.

Etape 10 : L’utilisation

Comme pour la notice de fabrication, j’ai réalisé une notice d’utilisation que vous trouverez ci-dessous.

Etape 11 : Installation de la CASA

Personnellement, j’ai fixé les cartes Microcontrôleur, Alarme, Température et niveau sur une plaque de plexiglas. Cette maquette peut ainsi être fixée au mur ou posée sur le couvercle de l’aquarium.
Vous pouvez également enfermer le tout dans un boîtier mais il faut accéder au clavier, à l’afficheur et aux voyants d’alarme.

Pour les capteurs :
– Fixer le capteur de température à l’aide d’une ventouse près de la résistance chauffante. Régler la valeur du thermostat de la résistance chauffante à une valeur supérieure à celle programmée sur la CASA.
– Fixer le capteur de niveau bas à l’aide de ventouses avec le flotteur vers le haut et au dessus de l’entrée du filtre.
– Fixer le capteur de niveau haut à l’aide de ventouses avec le flotteur vers le haut et au dessus du niveau d’eau.
– Fixer le capteur de pH à l’aide d’une ventouse de telle sorte que l’extrémité de la sonde soit immergée sur environ 1 cm.

Vous trouverez davantage de photos dans les notices de fabrication et d’utilisation.

Etape 12 : Améliorations

Bien que complet, nous pouvons améliorer ce projet en installant un module GPRS ou un module Ethernet qui permettrait d’informer le propriétaire d’un défaut soit par l’envoi d’un SMS soit la consultation d’une page Web.

J’ai pris beaucoup de plaisir à réaliser la CASA. J’espère que vous en prendrez autant, déjà à la lecture de ce tutoriel et peut être à la réalisation.

Ipxav
07 - 07 - 2016 : 00:00

Impressionnant ! J'ai toujours promis à mon beau père de lui automatiser son aquarium d'eau de mer sans jamais rien faire mais on dirait que là j'ai une base pour commencer un projet ! Merci pour le tuto.

Titchoi
07 - 07 - 2016 : 00:00

Je ne me suis jamais penché sur les aquariums d'eau de mer. Il y a certainement plus de paramètres à surveiller mais comme tu le dis, la base est là. S'il y a plus de capteurs, il faut les connecter au port A du microcontrôleur via peut être une nouvelle carte d'interface et augmenter le nombre de prises s'il y a d'autres actionneurs.

Ipxav
07 - 07 - 2016 : 00:00

je partirais sur une base arduino et des relais car je t'avoues que je ne maîtrise pas de faire mon circuit de 0.

Titchoi
07 - 07 - 2016 : 00:00

Cela sera plus simple effectivement avec une Arduino.

bagou91
07 - 07 - 2016 : 00:00

Super projet ! Très bien réalisé et expliqué.
On dirait que la réalisation des circuits imprimés a été fait par un professionnel 🙂

Titchoi
07 - 07 - 2016 : 00:00

Merci pour tes compliments et bravo pour ton projet Arduino.
Pour les circuits imprimés, j'ai une insoleuse et une graveuse à perchlorure de fer. Comme je suis perfectionniste (même trop !!!), je sors la carte avant qu'elle ne soit complètement gravée. S'il reste des résidus de cuivre, je finis avec une brosse à dent en déposant un peu de perchlorure et en frottant légèrement. C'est un peu plus long et salisant pour l'espace de travail mais le rendu est nickel.

Mic2001
07 - 07 - 2016 : 00:00

très bon tuto,
est-ce qu'on pourrait faire la même chose avec arduino ?

Titchoi
07 - 07 - 2016 : 00:00

Merci.
Il n'y a aucun souci pour gérer toute la centrale avec un Arduino. Le microcontrôleur que j'ai utilisé est un ATMega8535, compatible donc avec l'ATMega328 d'une Arduino. Il y a un peu de boulot pour adapter le programme (langage C vers langage Arduino) mais cela est jouable.
Si un jour, j'ai le temps, je m'y mettrais en utilisant certainement une Arduino Mega. On gagnerait probablement des composants sur les cartes.

Mic2001
07 - 07 - 2016 : 00:00

Ok je vais me pencher sur la question
pour la gravure, j'utilise de l'eau, de l'acide chlorhydrique, de l'eau oxygénée 130 Volumes 1/3-1/3-1/3. si l'on prend des précautions (gants lunettes local aéré)c'est très bien aussi, j'ai déjà gravé une platine SMS avec précision . il y a des tutos sur Youtube

Titchoi
07 - 07 - 2016 : 00:00

Merci pour l'info. Je ne connaissais pas cette technique pour graver.

Titchoi
07 - 07 - 2016 : 00:00

Mon projet n'est plus en ligne sur la page du concours Capteurs Snif, Snif !!

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