Grundsätzliches zur Funktionsweise
Dieses Projekt baut auf der Grundidee auf, alles für den Anwender so einfach wie möglich zu realisieren. Es existieren (käuflich zu erwerbende bzw. selbst gebaute) Lösungen, die viele Funktionen zur Verfügung stellen. Diese Funktionen (Touch-Displays mit mehreren Menüebenen, Anbindung an die Kommunikationsplattform „Twitter“) schauen sehr gut aus, sind aber entweder nicht essentiell notwendig oder überfordern auf Grund ihrer Komplexität den nicht technisch versierten Anwender, der einfach nur ein funktionierendes Aquarium haben möchte.
Trotzdem soll die Steuerung bzw. Regelung die wichtigsten Belange abdecken und den Betrieb, ohne die Technik in den Vordergrund zu stellen, sicherstellen.
Nachfolgend finden sich die wichtigsten Funktionen mit einer Erklärung warum sie so realisiert, wie sie eben realisiert wurden.
Zeit
Die meisten Steuer-/Regelungsvorgänge benötigen die exakte Tageszeit, da die meisten Änderungen zeitabhängig stattfinden. Da der Empfang eines DCF77-Signals (Atomuhr) nicht garantiert werden kann, wurde auf ein Real-Time-Clock-Modul zurückgegriffen. Dieses basiert auf einem Quarzkristall der mit 32768kHz schwingt. Da naturgemäß trotzdem Abweichungen auftreten werden, wird eine einfache Möglichkeit benötigt, die Zeit zu korrigieren. Es wurde entschieden (eine in der Software enthaltene Zeit) mittels Schalter jederzeit übernehmen zu können. Damit braucht der Anwender nur etwas vor dem definierten Zeitpunkt einen Schalter betätigen, warten bis der genaue Zeitpunkt erreicht ist, beim Schalten in den Normalzustand wird die Zeit in die Uhr geschrieben. Um zu verhindern, dass der Anwender das Rückschalten vergisst, blinkt die Hauptbeleuchtung des Aquariums abwechselnd blau und rot. Dies soll darauf hinweisen, dass kein Normalzustand vorliegt.
Beleuchtung
Die Beleuchtung soll lichttechnisch einen gesamten Tag abdecken und den Pflanzen und Fischen ein naturnahes Licht zur Verfügung stellen. Normalerweise hält man in einem Süßwasseraquarium Fische die aus tropischen Gegenden, also aus Äquatornähe stammen. In diesen Breiten ist der Tag in etwa so lang wie die Nacht. Die Lichtsteuerung wurde so gewählt, dass die Nachtbeleuchtung nahtlos in die Tagbeleuchtung übergeht, dies dauert eine halbe Stunde und simuliert einen Sonnenaufgang. Am Abend (nach 12 Stunden) findet der umgekehrte Prozess statt, damit wird der Sonnenuntergang simuliert. Die Spektrumverschiebung in den roten Bereich lässt sich vom Anwender in 16 Schritten festlegen und ist in Software codiert. Des Weiteren wird einmal pro Tag über eine Zufallsfunktion eine Wolkensimulation gestartet, diese kann (muss aber nicht) stattfinden.
Die Beleuchtung lässt sich vom Anwender über einen Schalter ausschalten, eine Kontroll-LED zeigt dies an.
Temperatur
Die Temperaturregelung soll ähnlich wie die Beleuchtung einen Tageszyklus abbilden. Zu berücksichtigen ist dabei, dass sich die Temperatur stündlich ändert. In der Nacht ist es eben kälter als am Tag. Um die Änderungen nicht abrupt auftreten zu lassen, folgt die Temperatur einer Sinusschwingung. Eine Glättung der stufigen Sollwerte findet durch die Trägheit der Wassermenge statt. Um starkes Überschwingen zu vermeiden wird die Leistung des Heizstabes zurückgenommen, je näher sich die Isttemperatur der Solltemperatur annähert. Weiters berücksichtigt das Programm, dass ein Tag nicht wie der andere ist. Leichte Temperaturschwankungen finden statt und werden mittels Zufallsfunktion dargestellt.
Sollte in den Sommermonaten die Wassertemperatur auf Grund der Außentemperatur einen kritischen Wert übersteigen, so schaltet sich ein Ventilator ein, der über die Verdunstungskälte das Wasser etwas abkühlt.
Der Heizstab lässt sich vom Anwender über einen Schalter ausschalten, eine Kontroll-LED zeigt dies an.
Filterpumpe
Die Filterpumpe läuft prinzipiell immer, ohne Unterbrechung. Für Wartungsarbeiten am Aquarium kann der Anwender die Pumpe über einen Schalter ausschalten. Eine Kontroll-LED zeigt dies an.
Blubber (Luftpumpe)
Die Luftpumpe fördert Luft zu einem Ausströmer, der im Aquarium platziert ist. Dadurch wird das Wasser mit Sauerstoff angereichert. Pflanzen geben untertags Sauerstoff an das Wasser ab, benötigen in der Nacht jedoch selbst Sauerstoff aus dem Wasser. Je nach Pflanzenbesatz ist diese Funktion der Sauerstoffanreicherung mittels Pumpe nicht notwendig, zum Beispiel bei einem reinen Pflanzenaquarium bzw. einem Pflanzenaquarium mit wenigen Fischen. Anderseits kann es bei einem Becken ohne Pflanzen (so werden Malawi-Buntbarsche gehalten) notwendig sein, die Pumpe im Dauerbetrieb laufen zu lassen. Der häufigste Fall wird der sein, bei dem die Luftpumpe in der Nacht läuft und während des Tages ausgeschalten ist.
Der Anwender kann mittels Schalter die Luftpumpe aus- bzw. einschalten, über einen anderen Schalter lässt sich der Dauermodus auf Tag/Nacht-Modus umstellen.
Demonstrationsmodus
Den Demonstrationsmodus benötigt man für den laufenden Betrieb des Aquariums nicht. Der eigentliche Sinn hinter diesem Programmteil liegt in der Visualisierung der 16 hinterlegten Farb-/Helligkeitsstufen der Sonnenaufgangssimulation. Im Demomode wird jede dieser 16 Werte für eine Sekunde angesteuert. Dadurch kann der Anwender sofort erkennen, ob eine Anpassung notwendig wäre um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Danach werden die Filterpumpe und die Luftpumpe, sowie der Lüfter im Sekundenrhytmus angesteuert. Dadurch kann vom Anwender die Funktionsfähigkeit beurteilt werden. Der Demomodus wird mittels Schalters eingeschalten und bietet auf Grund der auffälligen, optischen Gestaltung keine Rückmeldung mittels LED. Ein Zyklus dauert 30 Sekunden und kann nicht vorzeitig beendet werden, schaltet man den Schalter wieder in die Ausgangsstellung wird nach Ablauf des gesamten Zyklus der Demonstrationsmodus verlassen und der Normalbetrieb wieder aufgenommen. Anderenfalls wird der Demomodus so lange wiederholt bis man den Schalter betätigt. Die Heizstabansteuerung ist während des Demomodus deaktiviert, der Heizstab wird vom Programm ausgeschaltet.
Ein zweiter Einsatzzweck ist die Demonstration der optisch und akustisch wahrnehmbaren Funktionen der Aquariumsteuerung.
Ausgabe Daten
Das Konzept dieser Aquariumsteuerung sieht vor die vorhandene Technik so einzusetzen, dass diese möglichst unbemerkt wird. Andererseits werden die Beleuchtung und die Temperatur so angepasst, dass eine Zufallsvariante tragend wird. Der Anwender kann prinzipiell (ein Glasthermometer vorausgesetzt, dies ist aber als Standard anzusehen) jederzeit feststellen, ob sich die momentanen Eigenschaften des Aquariums in den festgelegten Grenzen bewegen, oder nicht. Wenn man eine Visualisierung der Werte benötigt oder um die aktuellen Daten genau zu erhalten, benötigt man eine Möglichkeit dies darzustellen. Dies leistet dieses Subprogramm welches Daten wie Zeit, Solltemperatur, Ist-Temperatur, etc. über die serielle Schnittstelle an einen PC schickt. Mittels der Entwicklungsumgebung lassen sich diese Daten im SerialMonitor-Fenster anzeigen.
