lunes, 9 de abril de 2012

El proyecto Aquarium

Con este artículo empiezo la explicación del proyecto Aquarium. Se trata de un proyecto relativamente sencillo que permite automatizar los cuidados diarios de un acuario usando un microcontrolador de 8 bits.

Acuario a automatizar



El acuario al que hacer referencia el proyecto es el de la figura de arriba. Un pequeño acuario de agua dulce caliente de unos 20 litros. El acuario cuenta con un sistema de control de la temperatura del agua, una bomba de aire para oxigenar el agua, una luz fluorescente y una bomba para el filtrado del agua.

El sistema de control de temperatura está permanentemente en marcha para mantener a los peces en la zona de confort entre los 26 ºC. Igualmente la bomba de aire está también permanentemente en marcha para garantizar a los peces un suministro continuo de oxígeno.

El cuidado diario del acuario consisten en:

  • Apagar la luz por la noche y encenderla por el dia
  • Dar de comer a los peces una vez al dia
  • Apagar la bomba mientras los peces comen para evitar ensuciar el filtro con comida

Lo que se pretende en este proyecto es automatizar los tres puntos anteriores de manera que se pueda gestionar el acuario automáticamente durante unos dias de viaje o vacaciones. Eso no evita tener que limpiar el filtro o cambiar parte del agua de vez en cuando, pero automatiza el trabajo del dia a dia.

La siguiente figura muestra un esquema general del sistema a diseñar:

Esquema general

El sistema contará con un LCD y algunos botones para controlar sus funciones.
La bomba de aire y el control de temperatura se dejarán siempre en marcha, por lo que nuestro sistema únicamente tendrá que gestionar la luz, la bomba de filtrado y la alimentación de los peces.
Como tanto la bomba de filtrado como la luz son sistemas eléctricos, bastará un relé para controlar cada uno. El principal problema es la alimentación de los peces, dado que esta se hace actualmente de manera completamente manual, por lo que se ha de diseñar un sistema completo.


Dando de comida a los peces

Existen en el mercado sistemas para dar de comer a los peces de manera automática. En general se trata de sistemas que tienen un depósito más o menos grande de comida que se va dosificando poco a poco en tomas controladas por un temporizador horario.

Uno de los sistemas típicos, esquematizado en la figura siguiente, se basa en emplear un depósito grande "A" de comida unido a otro pequeño "B" en el que cabe sólo una dosis.


Dando un giro completo al depósito grande, se transfiere una pequeña cantidad de comida al depósito pequeño, la cual cae dentro del acuario al acabar una vuelta completa. Tal y como se muestra en la siguiente figura.

Funcionamiento de un alimentador típico

La rotación del depósito normalmente es contínua y lenta por lo que cada vez que el depósito pequeño "B" queda en la parte de abajo del depósito grande "A", cae una dosis de comida.

Para implementar esta solución se requeriría de:

  • Un depósito
  • Un motor
  • Un desmultiplicador
  • Un sistema de detección de origen

El motor hace girar el depósito, pero dado que los motores eléctricos normales giran demasiado rápidamente, es necesario desmultiplicarlos mediante engranajes para lograr la lenta velocidad de rotación que requiere el sistema. Adicionalmente, para saber cuantas vueltas se han dado y para dejar siempre el sistema en la misma posición de reposo, será necesario un sistema que permita indicar cuando el depósito pasa por una determinada posición.

Como deseamos un sistema lo mas sencillo posible, vamos a eliminar el desmultiplicador y el sistema de detección de origen. La propuesta es la mostrada en la siguiente figura:

Alimentador a implementar
Con la solución propuesta el depósito grande "A" ya no puede dar vueltas completas porque tienen un tope. En la posición de reposo "Stop 1" el depósito se halla contra el tope que limita el giro en la dirección horaria. A partir de ese punto se hace girar el depósito en dirección antihoraria hasta que llegue al tope en sentido contrario y se detenga en la posición "Stop 2". Después de que se alcance esta posición, se puede volver a mover el depósito, esta vez en sentido horario, para volver a la posición "Stop 1". Cada vez que el motor gira y pasa de una posición "Stop" a la otra, cae algo de comida en el acuario.

Con esta solución simplificada únicamente necesitamos:

  • Un depósito
  • Un motor

 Lo cual es realmente sencillo.

Para implementar el depósito "A" se ha elegido un bote cilíndrico de los que antes se empleaban para película fotográfica de 35mm. Para el depósito dosificador "B" pequeño se ha elegido un recorte de un blister de comprimidos de ibuprofeno. La siguiente figura muestra  el detalle del posicionamiento del depósito "B".

Detalle del depósito "B"

 Al depósito le insertaremos un eje que lo atraviesa para poder girarlo. La siguiente figura muestra el depósito con el eje y el tope que evita que pueda dar vueltas completas.

Depósito alimentador

Para garantizar que la comida llega siempre al depósito pequeño, situaremos el eje inclinado con el orificio de salida en la parte mas baja.
La siguiente figura muestra el soporte para el depósito de comida con el motor montado. El motor se ha recuperado de un radiocasette desmontado hace ya bastante tiempo.
El soporte se ha realizado sobre una plancha de aluminio. El motor (1) se ha pegado con cola de impacto. La pieza (2) es el tope que limita el giro del depósito. Las guías (3 ) y (4) encajan con el eje del depósito. Finalmente, el orificio triangular de la parte inferior (5) es por donde cae la comida.

Elementos del soporte del alimentador


En la siguiente figura se muestra un detalle del encaje del eje del depósito. El uso de una goma elástica para la transmisión del motor obliga al eje a apoyarse en el lado izquierdo del soporte.


Detalle del soporte del eje

La siguiente figura muestra el sistema alimentador completo. La transmisión entre el motor y el depósito se realiza mediante una goma elástica. Al motor se ha añadido un pequeño disco de madera que evita que la goma se salga del eje del motor.

Alimentador completo


Una vez diseñado el sistema alimentador, que es la única parte con una cierta complejidad mecánica, el resto es prácticamente todo electrónica.

En el siguiente artículo de sobre el acuario explicaré el esquema eléctrico empleado para el sistema.

Sigue con el diseño de la electrónica


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