Une “domotique” 8 commandes pour votre aquarium Description et réalisation

Bien que nous vous proposions ce projet comme un temporisateur à utiliser avec un aquarium, vous apprendrez, à la lecture de l’article, comme il est simple de le programmer. De ce fait, vous vous rendrez compte que vous pourrez l’utiliser également comme temporisateur pour allumer une enseigne publicitaire, pour la mise en service d’une chaudière de chauffage ou d’une pompe d’arrosage, etc.


Les fonctions capables d’être effectuées par ce temporisateur sont les suivantes :
- Allumage, tous les matins, de façon automatique et à intervalles programmables, d’une première lampe, puis d’une seconde, d’une troisième et d’une quatrième, pour simuler le lever du jour.
- Extinction, tous les soirs, toujours de façon automatique et à intervalles programmables, d’une première lampe, puis d’une seconde, d’une troisième et d’une quatrième pour simuler le crépuscule.
- Excitation et désexcitation séparées de quatre relais sur des durées programmables pour pouvoir alimenter des moteurs, des compresseurs ou d’autres petits accessoires électriques.
- Visualisation sur un afficheur, des temps de programmation, d’allumage et d’extinction des 8 sorties, avec la possibilité de pouvoir les modifier facilement à l’aide d’un bouton poussoir.
- Possibilité de régler l’heure, soit sur l’heure légale, soit sur l’heure solaire, grâce à d’une horloge précise, en heures, minutes, secondes, visible sur l’afficheur.
- Maintien des temps programmés, même si la tension secteur venait à manquer.
- Indication du relais excité, grâce à l’allumage d’une LED.
Toutes ces fonctions sont exécutées à l’aide d’un seul circuit intégré et d’une douzaine de LED. Comme vous pouvez le constater à la lecture de ses possibilités, ce temporisateur (ou timer pour être dans l’air du temps) n’intéressera pas seulement les passionnés d’aquariophilie, mais également ceux qui souhaitent arroser leur jardin, allumer des chauffages, des lampes pour une vitrine ou autre, actionner des petits moteurs électriques ou bien allumer des enseignes lumineuses et, qui sait, certains trouveront encore de nombreuses applications à ce très intéressant appareil.
Cela dit, passons immédiatement au schéma électrique de ce circuit que nous allons décrire en détail.

Figure 1 : Sur le panneau avant de ce temporisateur se trouvent un afficheur LCD et quatre boutons poussoirs qui vous permettront de programmer les temps d’allumage et d’extinction. Chaque fois qu’un relais est excité, une LED s’allume sur le panneau avant.

Figure 2 : Sur le panneau arrière du coffret se trouvent 8 prises 220 volts (voir inscriptions “AUX 1, 2 et 3”, “SEA EFFECT”, “DAY/NIGHT 1, 2, 3 et 4”) qui sont directement alimentées par les relais reliés à la tension secteur, comme vous pouvez le voir à la figure 4.

Figure 3 : En enlevant le couvercle du coffret, vous pouvez voir les prises du secteur 220 volts appliquées sur le panneau arrière et le circuit imprimé de l’afficheur sur le panneau avant (voir figures 9 et 10). Notez, sur la gauche du transformateur d’alimentation, la pile de 9 volts. N’ouvrez jamais le coffret sans avoir préalablement débranché la prise secteur.

Le schéma électrique
En figure 4, vous trouverez la totalité du schéma du timer. Comme nous l’avons déjà évoqué, un seul circuit intégré est utilisé dans ce timer (IC1), qui n’est autre qu’un microcontrôleur ST62T25 déjà programmé en usine.
Les pattes de sortie 20 à 25 d’IC1 sont utilisées pour piloter un afficheur alphanumérique composé de 2 lignes de 16 caractères.
Le trimmer R1, dont le curseur est connecté à la patte 3 de l’afficheur LCD sert pour ajuster le contraste, il sera réglé une fois pour toutes à la première mise sous tension du timer.
La patte de sortie 27 d’IC1 est reliée à la base du transistor NPN TR2 par la résistance R8.
TR2 est utilisé pour commander la base du transistor PNP TR1, dont le collecteur est relié à la patte 15 de l’afficheur.
En appuyant sur le poussoir P1, indiqué “LIGHT” (lumière), relié à la patte 6 d’IC1, dans l’afficheur s’allume une petite lampe verte, qui s’éteint automatiquement au bout de 10 secondes.
Les pattes de sortie 19, 18, 17 et 16 pilotant les bases des transistors TR3, TR4, TR5 et TR6 permettent de commander les relais 1, 2, 3 et 4 nécessaires pour allumer en séquence, 4 lampes qui servent à simuler l’aube et le crépuscule.
Pour simuler au mieux l’aube et le crépuscule, il faut donc allumer l’une après l’autre les quatre lampes, qui seront de préférence des tubes néon (pour ne pas chauffer l’eau de l’aquarium) de couleurs différentes.
Au relais 1 sera reliée une lampe bleue
Au relais 2 sera reliée une lampe verte
Au relais 3 sera reliée une lampe rose
Au relais 4 sera reliée une lampe blanche

Au matin, à l’heure que nous aurons programmée, la lampe bleue s’allume, puis, après un délai pouvant être choisi entre 10, 20, 30 ou 40 minutes, la seconde lampe, la verte, s’allume.
Le délai choisi passé, c’est la troisième lampe, la rose, qui s’allume et enfin, après le même délai, la quatrième et dernière lampe, la blanche, s’allume à son tour.
Le soir, à l’heure programmée, la dernière lampe, la blanche s’éteint, puis après le délai choisi, la rose, puis la verte et enfin la bleue, ce qui permet d’avoir une obscurité totale.
De cette façon, on parvient à reproduire le plus fidèlement possible des conditions similaires à celles présentes dans la nature, dans le monde subaquatique, évitant aux poissons le choc inutile et dangereux provoqué par un éclairage imprévu et brutal.
La patte de sortie 15, qui pilote la base du transistor TR7, permet de commander le relais 5, utilisé pour obtenir “l’effet de marée”.
Il faut ouvrir ici une petite parenthèse, car certains pourraient se demander quelle est la nécessité de créer cet effet.
Contrairement à ce qu’on pourrait croire, il ne s’agit nullement de faire monter et descendre le niveau de l’eau dans l’aquarium, mais par “effet de marée”, on entend un mouvement de l’eau, similaire à celui généré par les courants marins, qui, en plus de permettre une meilleure oxygénation de la masse d’eau présente dans l’aquarium, permet une meilleure uniformité de la température, ainsi qu’une meilleure distribution des aliments dans les diverses zones.
Ainsi, en pratique, le relais 5 est utilisé pour commander un type de pompe conçu pour faire circuler l’eau.
L’eau peut ainsi être maintenue en circulation durant un cycle de 1 à 2 heures et au repos durant le même temps, mais au besoin, ce délai peut être modifié suivant l’effet recherché.
Les dernières pattes de sortie, 14, 13 et 12, qui pilotent les bases des transistors TR8, TR9 et TR10 permettent la commande des relais 6, 7 et 8, qui constituent des sorties auxiliaires, pouvant être utilisées pour actionner toutes sortes d’appareils, comme des oxygénateurs, des spots, des ventilateurs, etc.
Pour programmer ce temporisateur, 4 boutons sont nécessaires, ils se trouvent sur la face avant de l’appareil.
Poussoir “LIGHT” : Sert à allumer une lumière verte à l’intérieur de l’afficheur durant environ 10 secondes.
Poussoirs “<” “>” et poussoir “ENTER” : Ces poussoirs, comme vous le verrez, sont utilisés de façon combinée.
Le poussoir “ENTER” sert pour entrer et sortir du menu, pour accéder aux 6 fonctions disponibles et pour confirmer les horaires désirés.
Les poussoirs flèche servent pour sélectionner les 6 fonctions disponibles et les horaires de début et de fin de chacune des fonctions.
Vu sous cet angle, la procédure peut paraître compliquée, mais lorsque vous mettrez en pratique nos indications, vous vous rendrez compte que c’est exactement le contraire.
Dans les paragraphes “mise au point” et “paramétrage” vous trouverez toutes les explications détaillées, accompagnées d’exemples simples des différentes phases de la programmation de ce temporisateur.
Pour obtenir une horloge ayant une bonne précision (centième de seconde), il faut utiliser un quartz de 2,4576 MHz entre les pattes 4 et 3 d’IC1.
Considérant que le quartz et les deux condensateurs céramique C8 et C9 ont une tolérance, si à la fin d’une semaine nous avons accumulé un retard ou une avance de quelques dizaines de secondes, nous pourrons les corriger en agissant sur le condensateur ajustable C7, connecté entre la patte 4 et la masse.
Il faut nous arrêter un instant sur les relais pour préciser que leurs contacts sont en mesure de supporter un courant maximum de 1 ampère en 220 volts, donc, sur les sorties, il ne faut pas relier des charges consommant plus de 220 watts.

Note : Si vous voulez utiliser le timer dans des applications devant commuter des charges de puissance supérieure à 220 watts, vous pouvez utiliser les relais de la platine pour piloter des relais à fort pouvoir de coupure.

Les lampes au néon utilisées dans les aquariums ne dépassent pas 40 watts et même les pompes capables de débiter 2 200 litres par heures ne dépassent que très rarement 60 watts.
Nous vous rappelons que lorsque le relais est au repos, la patte centrale est électriquement reliée avec le contact supérieur, ainsi, sur le schéma électrique, nous avons indiqué “NF”, qui signifie Normalement Fermé.
Lorsque le relais est activé, par contre, le contact central est électriquement relié au contact inférieur, ainsi, dans le schéma électrique, nous l’avons nommé “NO”, qui signifie Normalement Ouvert.
Chaque fois qu’un relais est activé, automatiquement, la diode LED connectée entre le positif 12 volts et le collecteur du transistor s’allume.
Lorsque la LED est éteinte, cela signifie que le relais est au repos.
Pour alimenter ce temporisateur, on redresse, à l’aide du pont de diodes RS1, la tension alternative de 10 volts débitée par le secondaire du transformateur T1. Cette tension, une fois filtrée, fournit sur le condensateur électrolytique C16 une tension continue d’environ 13 à 14 volts, utilisée pour alimenter tous les relais de l’appareil.
Le circuit intégré stabilisateur IC2, un classique 7805, sert à obtenir une tension stabilisée de 5 volts utilisée pour alimenter le microcontrôleur IC1 et l’afficheur alphanumérique.
La parade à une coupure imprévue du secteur 220 volts est assurée, dans ce circuit, par les deux diodes au silicium DS1 et DS2 et par une pile de 9 volts.
En présence de la tension du secteur, sur la cathode de la diode DS2 nous avons une tension d’environ 12 volts, dans cette situation, la diode ne conduit pas et ainsi, c’est comme si la pile de 9 volts était déconnectée du circuit.
Si une coupure du secteur 220 volts venait à se produire, la diode DS2 passe en conduction et le circuit intégré IC2 est alimenté par la pile de 9 volts. Dans ce cas, la pile fournit la tension uniquement au microcontrôleur IC1 et à l’afficheur alphanumérique.
Par contre ni l’alimentation des relais, ni l’éclairage de l’afficheur ne sont assurés.
Dès le retour de la tension du secteur, le circuit d’éclairage de l’afficheur est de nouveau opérationnel, ainsi que les relais en fonction du temps de programmation déjà en cours.

Figure 4 : Schéma électrique du temporisateur. Avec un seul circuit intégré programmé (voir IC1) on obtient toutes les fonctions requises.

Figure 5 : Photo du circuit imprimé alimentation, avec le transformateur en place, le circuit intégré IC2 et tous les relais.

Figure 6a (ci-dessous) : Schéma d’implantation des composants du circuit alimentation. Comme vous pouvez le voir sur ce dessin, le circuit intégré 7805 (voir IC2) est fixé sur un dissipateur en forme de U. Les 11 fils visibles en bas à droite du circuit imprimé sont reliés au circuit imprimé afficheur (voir figure 7a), sans inverser les numéros.

Figure 6b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé simple face de la partie alimentation.

Figure 7a : Schéma d’implantation des composants du circuit imprimé de l’afficheur vu du côté des composants. Les 11 fils visibles sur la droite du circuit imprimé sont reliés au circuit imprimé visible sur la figure 6a sans inverser leurs numéros.

Figure 7b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la partie affichage, côté composants.

Figure 8a : Du côté opposé du circuit de l’afficheur, vous devrez fixer les 8 LED, les quatre poussoirs et le trimmer R1. L’afficheur est fixé sur le circuit imprimé à l’aide de quatre entretoises en plastique de 8 mm, visible à la figure 9. Il est sous-entendu que dans les 16 trous visibles en bas sous l’afficheur, sera inséré et soudé le connecteur mâle permettant la mise en place de l’afficheur dans le support femelle.

Figure 8b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé double face à trous métallisés de la partie affichage, côté soudures.

Figure 9 : Sur la face avant du coffret se trouvent fixées quatre vis sur lesquelles seront montées des entretoises métalliques de 12 mm. Après avoir inséré l’afficheur dans le connecteur femelle du circuit imprimé, tenez-le bloqué à l’aide de quatre entretoises en plastique de 8 mm. Avant de souder les pattes des LED sur les pistes, vérifiez que leur tête dépasse légèrement de la face avant (voir figure 1).

Figure 10 : Comme vous pouvez le voir sur ce dessin, le corps des poussoirs et des LED dépassent légèrement de la face avant. Lorsque vous insérez les pattes des LED sur le circuit imprimé, rappelez-vous que la patte la plus longue (patte A) est orientée vers la droite. Après les avoir soudées, coupez toujours la partie excédentaire.

Figure 11a : Sur cette photo, vous pouvez voir le circuit de l’afficheur vu du côté du microcontrôleur IC1 et des transistors (voir figure 7a).

Figure 11b : Sur cette photo, le même circuit imprimé vu du côté de l’afficheur et des boutons poussoirs (voir figure 8a).

Figure 12 : Dès que l’appareil est allumé, vous voyez apparaître ces messages. Dans l’article, nous vous expliquons comment mettre l’horloge à l’heure.

Figure 13 : Si aucune inscription n’apparaît ou si toutes les cases apparaissent noires, il faut retoucher le trimmer R1.

Figure 14 : Brochages de l’afficheur LCD, des transistors vu de dessous et du circuit intégré stabilisateur 7805, utilisés dans ce montage.

Figure 15 : Sur cette photo, vous pouvez observer, en bas, toutes les prises secteur 220 volts et en haut, le circuit imprimé de l’afficheur déjà fixé sur la face avant du coffret. Notez, sur la droite, près du transformateur, la pile de 9 volts qui permet de faire fonctionner l’horloge en cas de coupure du secteur.

Liste des composants
R1 = 10 kΩ trimmer
R2 = 10 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 10 kΩ
R7 = 10 kΩ
R8 = 4,7 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 68 Ω 1 W
R11 = 10 kΩ
R12 = 2,2 kΩ
R13 = 4,7 kΩ
R14 = 10 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 10 kΩ
R17 = 4,7 kΩ
R18 = 10 kΩ
R19 = 4,7 kΩ
R20 = 10 kΩ
R21 = 4,7 kΩ
R22 = 10 kΩ
R23 = 4,7 kΩ
R24 = 10 kΩ
R25 = 4,7 kΩ
R26 = 10 kΩ
R27 = 4,7 kΩ
R28 = 10 kΩ
R29 à R36 = 680 Ω
C1 = 100 nF polyester
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 nF polyester
C6 = 1 μF électrolytique
C7 = 3-40 pF ajustable
C8 = 10 pF céramique
C9 = 22 pF céramique
C10 = 22 μF électrolytique
C11 = 100 nF polyester
* C12 = 10 μF électrolytique
* C13 = 100 nF polyester
* C14 = 100 nF polyester
* C15 = 22 μF électrolytique
* C16 = 470 μF électrolytique
* C17 à C32 = 10 nF pol. 630 V
XTAL = Quartz 2,4576 MHz
* RS1 = Pont redres. 100 V 1 A
* DS1 à DS10 = Diodes 1N4007
DL1 à DL8 = Diodes LED rouge 5 mm
LCD = Afficheur WH1602A 2 l. 16 c.
TR1 = PNP 2N4033
TR2 à TR10 = NPN BC547
IC1 = Intégré EP.1488
* IC2 = Régulateur 7805
* T1 = Transfo. 10 W (T012.03) sec. 10 V 1 A
* RELAIS 1 à 8 = Relais 12 V min. pour ci
P1 à P4 = Poussoirs pour ci

Les composants marqués d’un astérisque (*) sont montés sur le circuit imprimé de l’étage alimentation.


La réalisation pratique
La réalisation de ce temporisateur nécessite l’utilisation de deux circuits imprimés, le premier est utilisé pour recevoir le microcontrôleur IC1, l’afficheur, les transistors, les diodes LED et les quatre boutons poussoirs, comme on peut le voir sur les figures 7a et 8a.
Le second circuit imprimé est utilisé pour recevoir le transformateur d’alimentation T1, les relais et le circuit intégré IC2 (voir figure 6a).
Même si le montage peut indifféremment être commencé par l’un ou l’autre des deux circuits imprimés, il est préférable de commencer par le circuit le plus simple, visible à la figure 6a. Insérez les diodes au silicium DS3 à DS10, en orientant le côté de leur corps entouré d’une bague blanche en direction du transformateur. Insérez les diodes silicium DS1 et DS2 en orientant leur bague en direction de IC2.
Après les diodes, vous pouvez installer le pont redresseur RS1 en orientant sa patte “+” en direction du relais 1.
Insérez tous les condensateurs polyester et c’est seulement lorsque vous passerez aux électrolytiques C12, C15 et C16 que la polarité de leurs pattes +/– devra être respectée.
Comme vous pouvez le voir sur la figure 6a, le circuit intégré IC2 est d’abord fixé sur un petit dissipateur en forme de U avant d’être mis en place.
Soudez ensuite tous les relais et les borniers à vis pour la liaison au secteur 220 volts ainsi que les prises femelles des sorties.
C’est au tour du transformateur T1 de prendre place sur le circuit imprimé, sans oublier la prise pour la pile de 9 volts et les 11 fils placés sur la droite du circuit imprimé.
Pour les 11 fils, utilisez de préférence une nappe multicolore d’une longueur d’environ 25 cm, qui servira à la jonction avec le second circuit imprimé (voir figures 6a et 7a).
Important : Lors de la mise en place de cette nappe, faites attention de respecter les couleurs et l’ordre des fils, car si le fil 1 que vous insérez dans le trou 1 devait être de couleur marron, il est évident que le fil marron devra être inséré dans le trou 1 du second circuit imprimé et ainsi de suite pour tous les fils de différentes couleurs composant la nappe.
Le montage du second circuit imprimé, qui est un double face à trous métallisés, est un peu plus complexe, parce que d’un côté, vous devrez fixer le microcontrôleur IC1 et tous les transistors utilisés pour commander les relais (voir figure 7a) et sur le côté opposé, l’afficheur, les diodes LED et les boutons poussoirs P1, P2, P3 et P4 (voir figure 8a).
Pour commencer, nous vous conseillons d’insérer dans le sens visible sur la figure 7a, le support pour le circuit intégré IC1 et, après en avoir soudé toutes les pattes, vous pouvez insérer toutes les résistances, le condensateur ajustable C7, les condensateurs céramique, les polyesters et les électrolytiques en respectant la polarité de leurs pattes.
Sur la droite du microcontrôleur IC1, vous devez insérer le quartz de 2,4576 MHz, que vous maintiendrez en position horizontale en soudant son boîtier métallique à l’aide d’une goutte d’étain.
Vous pouvez à présent installer le transistor métallique TR1, en orientant vers la résistance R12, le petit ergot métallique de son corps.
Après ce transistor en boîtier métal, poursuivez la mise en place de ceux en boîtier plastique BC547. A ce propos, il ne faut pas s’inquiéter si sur leur corps vous apercevez seulement le marquage C547 au lieu de BC547.
Lorsque vous soudez ces transistors sur le circuit imprimé, respectez une longueur de 4 à 5 mm pour leurs pattes et orientez la partie plate de leur corps vers la gauche, vers le circuit intégré IC1.
Insérez le circuit intégré IC1 dans son support, en orientant son repère-détrompeur vers le quartz.
Pour terminer l’équipement de ce circuit imprimé, il faut maintenant le retourner, car c’est de l’autre côté que doivent être montés tous les composants visibles sur la figure 8a.
En premier lieu, soudez sur le circuit imprimé, la barrette sécable à 16 broches, dans laquelle sera inséré le connecteur mâle de l’afficheur.
Puis, sur la droite de l’afficheur, insérez le trimmer R1 (réglage du contraste) et les boutons poussoirs P1, P2, P3 et P4, puis au-dessus de ceux-ci, les 8 LED qui ont pour fonction d’indiquer lorsque les relais sont activés. Rappelez-vous que la tête des LED doit sortir légèrement de la face avant du coffret, donc, faites bien attention à les placer à la même hauteur que les poussoirs. Lors de la mise en place des LED, il faut respecter la polarité de leurs pattes et si vous observez la figure 14, vous noterez que la patte “anode” (A) est plus longue que la patte “cathode” (K).
Si vous voulez que les diodes LED s’allument lorsque les relais sont activés, il faut placer vers la droite, la patte la plus longue qui est l’anode (voir figures 9 et 10).
Pour tenir en place l’afficheur sur le circuit imprimé, utilisez de petites entretoises en plastique.
Il est sous-entendu que le circuit imprimé de l’afficheur sera relié au circuit imprimé de base de l’étage d’alimentation à l’aide de la nappe à 11 fils en respectant l’ordre de ces derniers, de 1 à 11.
Si, le montage achevé, le circuit ne fonctionne pas, c’est que vous aurez commis une banale erreur comme, par exemple, avoir interverti deux valeurs de résistance, avoir inséré le circuit intégré dans son support sans avoir vérifié si une de ces pattes ne s’était pas repliée, ou même avoir fait un pont avec goutte d’étain mettant en court-circuit deux pattes contiguës, etc.

Le montage dans le coffret
Dans le coffret en plastique choisi pour ce temporisateur, il vous faut ôter le panneau avant et, sur les quatre goujons filetés qui sortent sur les côtés du panneau, il faut visser des entretoises métalliques de 12 mm (voir figure 9).
Fixez ensuite le circuit imprimé de l’afficheur sur ces entretoises, en faisant sortir les LED par les trous pratiqués sur le panneau.
Passons à présent au panneau arrière du coffret, sur lequel vous voyez des découpes dans lesquelles vous devez placer les prises femelles à trois broches, dont le fil central sera relié à la terre du câble secteur vert/jaune.
A l’un des plots des extrémités de ces prises, est reliée la tension du secteur prélevée du petit bornier à 2 plots placé près de T1.
A l’autre plot de ces prises, vous devez relier à l’aide d’un court morceau de fil, la sortie “NO” des borniers à 2 plots (voir figure 6a).
De cette façon, chaque fois qu’un relais sera activé, une tension de 220 volts sera présente sur la prise femelle.
Si vous souhaitez obtenir la condition inverse, afin que la tension soit coupée lors de la commutation du relais, il faut relier cette broche sur la sorte “NF” du même bornier.
Sur le fond du coffret, fixez l’autre circuit imprimé à l’aide de quatre entretoises adhésives (voir figure 15).

A suivre…

Les réglages

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