Prototyp adaptiver Phytolampen auf Arduino

Dieser Artikel widmet sich der Erstellung eines LED-Prototyps für die Beleuchtung von Pflanzen. Natürlich ist dies nicht nur eine Lampe, sonst warum auf Geektimes darüber schreiben? Die Phytolampe wird über einen Arduino-Controller gesteuert und verfügt über einen integrierten Lichtsensor (zur adaptiven Helligkeitssteuerung), einen LED-Treiber zur Steuerung der Helligkeit über PWM, ein 433-MHz-Funkmodul und natürlich Bluetooth (weil damit alles kühler wird ...) von Ihrem Telefon aus über eine entwickelte Android-Anwendung zu steuern. Ich werde auch auf das Problem der Anbringung geeigneter LEDs, Netzteile und deren Darstellung während des 6-monatigen Betriebs eingehen. Seit Beginn der Idee interessierte mich die Frage der Schaffung einer kleinen Produktion, aber dazu weiter unten mehr.

Jetzt kann man ziemlich oft abends in Moskauer Fenstern ein lila Leuchten sehen, was zwei Dinge bedeuten kann: Entweder ist der Besitzer der Wohnung ein begeisterter Gärtner oder ein Gärtner, der Hanf anbaut. Ein solches violettes Leuchten wird durch spezielle LEDs bereitgestellt, die zur Beleuchtung von Pflanzen verwendet werden (wenn nicht genügend natürliches Licht vorhanden ist).

Kam, sah, automatisiert

Das Spektrum der Lichtabsorption in höheren Pflanzen liegt im Bereich von 350 bis 900 nm. Der Wachstumsprozess erfordert, dass Pflanzen eine unterschiedliche spektrale Lichtzusammensetzung haben, aber es gibt zwei Bereiche, die von Pflanzen am häufigsten verwendet werden. 440-470 nm Licht, das vom Auge als blau wahrgenommen wird. Beeinflusst das vegetative System, das für das Wachstum von grüner Masse, Blättern und Trieben verantwortlich ist. Und 630-670 nm rotes Licht, das das generative System von Pflanzen beeinflusst. Blüte, Reifung von Früchten und Samen. Dies schließt unsere Biologieexkursion ab und geht zum interessantesten Teil über.

Der Zweck der Erzeugung einer Phytolampe ist die effektivste Exposition der Pflanze mit Licht im Bereich von 440 - 470 nm und 630 - 670 nm. Es ist diese Kombination von Blau und Rot, die violettes Licht gibt. Zu diesem Zweck wurden Vollspektrum-LEDs mit einer Leistung von 1 W und 3 W ausgewählt. Die spektrale Zusammensetzung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. (Diagramm von der Website des Herstellers von LEDs).

Zur Beleuchtung können auch die LEDs 5050, 5630, 5730 verwendet werden, deren Lichtausbeute jedoch aufgrund der Verwendung eines Begrenzungswiderstands in der Schaltung geringer ist. Auch solche Leitungen werden viel stärker erwärmt. 1 W Phyto-LEDs von Aliexpress zeigten die besten Ergebnisse (in Bezug auf Heizung und Licht-Lm), obwohl im Prototyp 3 W verwendet werden.

Was kann eine Person mit einem Ingenieurabschluss und genügend Freizeit Gärtnern bieten?

Ein Arduino Nano Controller ist im Gehäuse auf einer geätzten Platine installiert.

Kurz gesagt, steuert die Steuerung die Helligkeit der LEDs, die Informationen über die Beleuchtung von einem am Lampengehäuse montierten Fotowiderstand empfangen.



Somit wird die adaptive Helligkeit der Lampe erreicht. Die Demonstration ist auf dem Video.

/ * Absatz technischer Details kann übersprungen werden

Der gesamte Stromkreis wird von einer 24-V-Stromversorgung gespeist. Auf der 220-V-Seite ist eine 1-A-Sicherung installiert. Die LEDs werden über den LDD-700H-Treiber mit einem Ausgangsstrom von 700 mA und einem Dimm-Eingang, der PWM unterstützt, mit Strom versorgt. Die Lampenleistung beträgt 18 W, die Phytolampe liefert eine Beleuchtung von 3000 lx in einem Abstand von 20 cm. Es ist zu beachten, dass der Regler über einen Spannungsregler L7809C mit Strom versorgt wird, wodurch die Spannung von 24 V von der Stromversorgung auf akzeptable 9 V zum Vin-Eingang des Reglers reduziert wird. In der Umreifung des Spannungsstabilisators befinden sich 2 Kondensatoren mit den Nennwerten 0,33 μF am Eingang und 0,1 μF am Ausgang. Dies dient zum Filtern der Spannungsstöße und ermöglicht eine Reduzierung der Erwärmung des Stabilisators. Die Widerstände R3 = 1 kΩ, R4 = 2 kΩ am Eingang des Rx-Bluetooth-Moduls reduzieren die Spannung auf 3,3 Volt. Der Widerstand R1 = 10 kΩ ist zusammen mit dem Fotowiderstand ein Spannungsteiler und ermöglicht es Ihnen, die Änderung der Spannung (oder vielmehr des Widerstands) am Fotowiderstand in Abhängigkeit von der Umgebungsbeleuchtung zu messen. Und schließlich wird der Widerstand R2 = 100 Ohm am Ausgang von 10 Arduino installiert, um ihn zu schützen. Ausgang 10 steuert die Helligkeit der Lampe und schaltet sie auch aus, wenn kein Potential angelegt wird. * /

Eine Platte wurde geätzt, um den Prototyp zusammenzubauen.



Im Gehäuse ist ein 433-MHz-Empfänger installiert, mit dem die Lampe über die Fernbedienung gesteuert werden kann (wenn kein Telefon zur Hand ist). Das Interessanteste ist natürlich, dass das Bluetooth-Modul hc-05 in der Lampe installiert ist, mit dem Sie es mit Ihrem Android-Telefon über eine schriftliche Anwendung steuern können.



Im Moment können Sie 3 Lampenbetriebsarten einstellen:

• Einbeziehung
• Aus
• Adaptive Helligkeit durch Fotowiderstand

Um die Expositionsergebnisse zu überprüfen, wurden mehrere Experimente mit Sämlingen durchgeführt.

In einem Topf wurden die Sämlinge abends 3 Stunden lang beleuchtet.

Zusammenfassend kann ich feststellen, dass sich 1W-LEDs am besten zeigten (das gewünschte Emissionsspektrum wird durch die Verwendung eines auf die Linse aufgebrachten Leuchtstoffs erhalten). Von einer 12-W-Lampe erhielt ich eine Beleuchtung von 4000 Lux in einem Abstand von 15 cm. Bei 5630 LEDs (Montage auf einer Reihe roter und blauer LEDs) mit einer Leistung von 16 W wurden nur 2000 Lux in einem Abstand von 15 cm erzielt, 3 W Phyto-LEDs zeigten ähnliche Eigenschaften. Natürlich hängt viel von der Qualität der LEDs ab.

In Zukunft wollte ich das Lichtspektrum nach vorgegebenen Programmen für verschiedene Pflanzen in verschiedenen Lebensabschnitten ändern. Es gab auch die Idee, eine automatische Bewässerung hinzuzufügen.

Wie bereits erwähnt, bestand die Idee, aus technischer Sicht eine Produktion in kleinem Maßstab zu schaffen. Es wurden Lieferanten von LEDs und Lampengehäusen gefunden. Für die Montage von Elektrogeräten (einschließlich Lampen) ist jedoch eine Konformitätsbescheinigung erforderlich. Das Erhalten eines Zertifikats setzt das Vorhandensein einer Produktion voraus, die ein Beamter überprüfen kann. Es stellt sich heraus, dass Bürokratie komplizierter ist als Schaltung und Programmierung. Aus diesen Gründen habe ich beschlossen, die Idee öffentlich zugänglich zu machen, obwohl ich nicht vorgebe, originell zu sein.

Und am Ende das versprochene Video, das die Arbeit von Phytolampen zeigt. Sie können den Code für den Anwendungscontroller auf meiner Website sehen, der Link befindet sich im Profil.

Hinzugefügt am 17.07.17

In den Kommentaren bemerkte ich eine Frage zur Erwärmung der LEDs und ihrer Kühlung. Die Frage ist wirklich interessant und verdient eine Erwähnung. Ich benutze passive Kühlung, die LEDs werden mit wärmeleitendem Kleber auf das Metallgehäuse der Lampe geklebt. Es stellte sich als sehr schwierig heraus, die Leistung der Lampe und ihre Heizung in Einklang zu bringen. Bei 5630 LEDs beträgt die Grenztemperatur für den normalen Betrieb 40 ° C (laut Hersteller). Bei Hochleistungs-LEDs sind dies etwa 60 ° C. Bei Stromversorgungen sind es nicht mehr als 40 ° C. 5630 LED-Leitungen werden aufgrund von Widerstandsverlusten (ein Widerstand pro 3 LEDs) stärker erwärmt. Durch empirische Methoden habe ich die optimale Kombination aus der Anzahl der LEDs, der Größe der Lampe (Streufläche) und der Methode zum Platzieren der LEDs in der Lampe gefunden. Die Temperatur wurde mit einem Pyrometer überprüft.