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Arduinoを使ったアクアリウム照明コントローラー(機能解説編)

 小さな水草水槽用に作った照明コントローラーの話の続きです。前回の記事(ハード解説編)に、「次はソフト解説編です」と書いてしまったのですが、説明が必要な内容が多いので機能解説編と操作解説編(プログラム解説編?)に分けることにしました。

アクアリウム照明コントローラー

 ということで今回は機能解説編です。

◆機能
次のような機能があります
 ・日の出・日の入り時刻に同期してLEDを点灯、消灯させることで季節変化を再現。
 ・日の出・日の入り時刻は、緯度・経度とカレンダータイマーの値から自動計算。
 ・白と赤の二色のLEDを使い、各々の光量をPWM制御で滑らかに変化。
 ・LEDのパワーを指数関数で変化させることで、人間の感覚に合った明るさ変化
 ・早朝/夜間はインテリアライトとして弱いパワーで点灯。消灯(点灯)前に夕焼け(朝焼け)演出機能。
 ・日の出、日の入り時刻の補正値(±4.0Hr)、インテリアライト点灯時刻の設定は液晶画面から入力可能。
 ・マニュアルでLEDのパワーを指定した点灯が可能。
 ・電源投入時にプログラムの状態(LEDの明るさ)を現在時刻の状態までキャッチアップさせる機能。
 ・設定値はEEPROMに保存しているので、電源を切っても前の値が残る。

 説明を読むだけで中身が判る機能が多いですが、この照明コントローラーの中心になる調光機能を少し詳しく説明します。

▼1日の光量変化(LED電流変化)
照度変化カーブ
 説明の便宜上日の出時刻(T1)を6:00、日の入り時刻(T2)を18:00としていますが、実際にはその日の時刻を計算で求めています。また、オフセットを各々±4.0Hrまで設定出来るので、設置場所の違いなど状況に合わせた補正が可能です。

 日の出から3時間かけて100%出力になり、日の入りの3時間前から徐々に光量を落としています。このカーブはプログラムを修正すれば変更することが出来ます。

 早朝や夜中に真っ暗になると寂しいので、弱いパワー(7%)で点灯させています。とは言っても点けっ放しでは生物に悪影響がありそうなので、指定時刻には消灯させます。この時刻はボタン操作で設定可能です。

▼消灯前の夕焼けの演出
夕焼けの演出
 消灯前の部分の拡大図です。

 日没時刻 (18:00) の後は白だけで弱く点灯させています。これで水槽の中を観察できるし、インテリアのスポットライトとして緑が綺麗です。20:00になるとゆっくりと赤LEDの光を混ぜ、その後は白を消灯させていきます。これで真っ赤な照明になります。その後は赤をゆっくり消して夜の始まりです。ここはプログラムを修正することで好みのプラグラムに変更出来ます。朝にも同じようなプログラムが仕込んであるのですが、こちらは見る人がほとんどいないと思われるので、雑な作りになっています。

 上のグラフは明るさが直線で変わっていますが、実際には指数関数変化にしてあって、人間の感覚に合わせています。具体的には以下のデモプログのようなカーブで変化します。とは言っても、5分かけてゆっくりと明るさが変わるので、あまりご利益は無かったです。

▼光量変化のデモプログラム
プログラムポイント間は指数関数で変化
 このグラフのように指数関数変化になっています。

 なお、昼間の太陽の明るさはカマボコ型に変化するので、指数関数一発では表現できません。ということで、1時間おきに目標値を与えてその間は指数関数で変化させています。ここは直線変化にした方が良いのですが、プログラムがややこしくなるので指数関数で調光しています。

◆まとめ
 かなり高機能なアクアリウム照明コントローラーが完成しました。調べてみると、同じような機能を持つコントローラーは市販品には無いようです。どこにも売っていない特別な物を所有できるのは、自作する人 (Maker) の特権です。

 次回は操作解説編を予定しています。汚いですがプログラムも公開予定です。
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