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Lukas Preußer 2

Akkuquarium: Lichtgesteuertes Aquarium auf ATtiny-Basis

Das Akkuquarium ist ein Goldfischglas, das bunt beleuchtet wird, sobald das Licht im Badezimmer angeht. Eingebaut habe ich eine ATtiny-Steuerung, eine RGBW-LED, eine Luftpumpe und einen LiPo-Akku, der etwa 2 Wochen hält.

In einer runden Glaskugel leuchten eine blaue Qualle und zwei kleine kleine Häuschen

Zutaten

Die Idee

Das fensterlose Badezimmer sollte mit einem Aquarium zu verschönert werden. Es sollte allerdings wenig Platz beanspruchen, keine Pflege benötigen und ohne Steckdose funktionieren. Ein Aquarium mit Fischen fiel also raus.

Am Rand einer Badewanne steht eine blau beleuchtete Glaskugel mit Pflanzen.

Stattdessen besorgte ich ein 12-Liter-Aquarium in Goldfischglasform, ohne Tiere, dafür aber mit einer wunderschönen Silikonqualle, Kunstpflanzen, Sand, Steinchen und Muschelschalen. Es benötigt keinen Filter, nur stimmungsvolle Beleuchtung. Damit das Wasser darin nicht herumsteht, werden mit einer Membranpumpe Luftblasen erzeugt. All dies lässt sich im Batteriebetrieb durchführen, da eine Steuerung hinzukommt, die alle Verbraucher nur dann einschaltet, wenn das Bad benutzt wird. Solange das Licht eingeschaltet ist, läuft das Akkuquarium mit. Der Batteriebetrieb erfordert außerdem eine Spannungsüberwachung, um Tiefentladung zu vermeiden.

Die Materialien

Eine LED auf einem Stück Holz

Als Akku nahm ich einen alten 2-Zellen-Lipo mit 5Ah aus dem Modellbau. Im Zoofachmarkt kann man 12-Volt-Membranpumpen erwerben. Meine läuft bis auf 6 Volt hinunter zuverlässig, verringert unter den Betriebsbedingungen aber ein wenig ihren Luftausstoß. Eine RGBW-LED mit 3 Watt, aufgelötet auf eine Kühlkörperplatine, hatte ich auch noch übrig. Im Akkuquarium selbst sollte Beleuchtung sein, also habe ich ein paar warmweiße LEDs verlötet und mit Schrumpfschlauch ummantelt, selbigen mit Heißkleber vollgespritzt und geschrumpft – fertig ist die Unterwasser-LED.

Desweiteren benötigte ich etwa zwei Meter Silikonschlauch und ein Rückschlagventil, damit das Wasser nicht die Pumpe flutet, wenn diese abgeschaltet ist. Auch ein perforierter Schlauch oder Blubberstein, über den die Luft im Akkuquarium entweichen kann, ist nötig. Schließlich benötigt man Holz für den Sockel des Akkuquariums, in den die ganze Technik passt, sowie für einen Deckel, in den die Beleuchtung eingebaut wird. Natürlich kommt noch Deko dazu.

Der Stromverbrauch

Eine Schemazeichnung einer gelben Platine

Im abgeschalteten Zustand soll das System so wenig Strom wie möglich verbrauchen. Dies ist vor allem wichtig, wenn sich das Akkuquarium wegen leerer Batterie abschaltet, denn es soll zu keiner Tiefentladung kommen. Für die Aufgabe ausreichend ist der ATtiny 44A, ein 8-Bit-RISC-Prozessor, der sich in verschiedene Schlafstadien schicken lässt und im angestrebten Zustand weniger als 10 µA Strom benötigt. Dabei stehen allerdings die Taktgeber still sodass ein Aufwachen nur durch einen externen „Pin Change Interrupt“ oder zyklisch durch einen aktivierten „Watchdog Interrupt“ durchgeführt werden kann. Somit kann aus dem Tiefschlaf heraus regelmäßig geprüft werden, ob die Batteriespannung noch OK ist bzw. ob das System aktiviert werden soll. Eine Überschlagsberechnung ergab, dass eine Akkuladung etwa 14 Tage hält.

Der Tiefentladeschutz

Damit sich das Akkuquarium bei einer Batteriespannung unter 6,2 Volt nicht mehr einschaltet, wird diese laufend kontrolliert. Ein Analogeingang des Controllers ist als Vergleicher eingerichtet, der als Referenz eine im Controller intergrierte Ladungspumpe auf 1,1 Volt verwendet – das entspricht dem in der Software festgelegten Maximalwert 255. Der Spannungsteiler wird entsprechend so ausgelegt, dass das System unter einem Wert von 187 abgeschaltet wird.

Der Taster

Das Akkuquarium verfügt über einen Taster, dem gleich mehrere Funktionen zukommen:

Der Lichtsensor

Der Lichtsensor ist ein lichtabhängiger Widerstand, dessen Wert sich bei Dunkelheit in den Megaohmbereich erhöht und bei direktem Sonnenlicht auf wenige Ohm zurückgeht. Er hängt über einen Spannungsteiler an einem Analogeingang des Controllers.

Ein Glaskugel erstrahlt in blauem Licht

Das Akkuquarium soll sich einschalten, sobald das Licht im Bad brennt, und wieder abschalten, wenn das Licht ausgemacht wird. Nur: wie hell ist „Licht an“ und was soll als „Licht aus“ durchgehen? Da das Akkuquarium selbst leuchtet, ist die Unterscheidung nicht ganz einfach. Deswegen unterstützt das Programm eine Kalibrierung der Lichtwerte, die über einen Taster gestartet wird. So wird zuerst der „Licht Aus“-Wert gespeichert. Dafür blinkt das Akkuquarium tiefblau und liest den Lichtsensor aus. Sobald fertig, blinkt das Akkuquarium weiß, sodass der „Licht An“-Wert eingespeichert werden kann. Anschließend wird noch etwas Puffer vorgesehen, sodass die Schwellen auch satt über bzw. unterschritten werden und die Erkennung damit einwandfrei ist, bevor die Werte dann in den nichtflüchtigen Speicher des Controllers geschrieben werden.

Die LEDs

Für die Leistungs-LEDs (RGBW) ist keine Stromquelle vorgesehen, sie hängen samt Leistungstransistor an einer Zelle des Akkus (3,7 Volt). Da die LEDs unterschiedliche Versorgungsspannungen benötigen, sind zum einen Dioden vorgeschaltet. Zum anderen wird die Tastbreite der Pulsweitenmodulation jeder LED abhängig von der aktuellen Zellspannung limitiert.

Die Beleuchtung

Das Licht soll binnen fünf Minuten einen „Tag“ durchlaufen: Startend mit tiefblau ändert sich die Farbe erst zu blaugrün, dann in Richtung gelb. „Mittags“ wechselt sie in reines weiß. Danach kommt rot dazu, die Abenddämmerung ist orange und wird von einem blaugrün abgelöst. Am Schluss wird es wieder tiefblau, bevor die Beleuchtung ganz ausblendet.

Der Aufbau

Ein quadratisches Stück Holz mit einem runden Loch in der Mitte. Darunter glänzt es metallisch

Damit das Akkuquarium sicher steht, habe ich den Deckel des Sockels zweilagig ausgeführt. Die obere, sichtbare Lage hat ein Loch mit dem Durchmesser des Glasbodens, sodass das Glas auf der direkt darunter verschraubten und verleimten Platte steht und nicht wegrutschen kann.

Eine Holzkiste ist aufgeklappt, darin ist Elektronik verbaut.

Sind irgendwo noch ein paar Teppichreste verfügbar, klebt man sie am Besten mit Doppelklebeband in den Sockel, dies reduziert den Geräuschpegel der Luftpumpe deutlich. Dann fehlen nur noch Wasser und etwas Deko.

In einer Glaskugel sind Sand, Wasser und einige Pflanzen.

Mehr zum Thema: Leser-Projekt "Meer in der Kuschelhöhle"

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