Prototipo de phytolamps adaptativos en Arduino

Este artículo estará dedicado a la creación de un prototipo de lámpara LED para iluminación de plantas. Por supuesto, esto no es solo una lámpara, de lo contrario, ¿por qué escribir sobre eso en geektime? El phytolamp se controla mediante un controlador Arduino y tiene un sensor de luz incorporado (para control de brillo adaptativo), un controlador LED para controlar el brillo usando PWM, un módulo de radio de 433 Mhz y, por supuesto, Bluetooth (porque todo se enfría con él ...) para controlar desde su teléfono desde una aplicación de Android desarrollada. También abordaré el tema de la instalación de LED adecuados, fuentes de alimentación y cómo se mostraron durante 6 meses de funcionamiento. Desde el inicio de la idea, me interesó la cuestión de crear producción a pequeña escala, pero más sobre eso a continuación.

Ahora, con bastante frecuencia, en las ventanas de Moscú por la noche, se puede ver un brillo púrpura, que puede significar 2 cosas, ya sea el propietario es un ávido jardinero o un jardinero que cultiva cáñamo. Tal brillo violeta es proporcionado por LED especiales utilizados para la iluminación de plantas (cuando no hay suficiente luz natural).

Vino, sierra, automatizado

El espectro de absorción de luz en plantas superiores está en el rango de 350 a 900 nm. El proceso de crecimiento requiere que las plantas tengan una composición espectral de luz diferente, pero hay dos rangos más utilizados por las plantas. Luz de 440-470 nm percibida por el ojo como azul. Afecta el sistema vegetativo responsable del crecimiento de la masa verde, hojas y brotes. Y luz roja de 630-670 nm, que afecta el sistema generativo de las plantas. Floración, maduración de frutos y semillas. Esto concluye nuestra excursión de biología y procede a la parte más interesante.

El propósito de crear un phytolamp es la exposición más efectiva a la planta con luz en los rangos de 440 - 470 nm y 630 - 670 nm. Es esta combinación de azul y rojo que da luz violeta. Para este propósito, se seleccionaron LED de espectro completo con una potencia de 1W y 3W. cuya composición espectral se presenta en la figura a continuación. (diagrama del sitio web del fabricante de LED).

Además, los LED 5050, 5630, 5730 se pueden usar para iluminación, pero su eficiencia de luz es menor debido al uso de una resistencia limitadora en el circuito. Además, tales líneas se calientan mucho más. Los fito-LED de 1 W de Aliexpress mostraron los mejores resultados (en términos de calentamiento y luz Lm), aunque se utilizan 3 W en el prototipo.

Entonces, ¿qué puede ofrecer una persona con un título en ingeniería y suficiente tiempo libre para los jardineros?

Un controlador nano Arduino está instalado dentro de la caja en una placa grabada.

Si brevemente, el controlador controla el brillo de los LED que reciben información sobre la iluminación de un fotorresistor montado en la carcasa de la lámpara.



Por lo tanto, se logra el brillo adaptativo de la lámpara. La demostración está en el video.

/ * Se puede omitir el párrafo de detalles técnicos

Todo el circuito está alimentado por una fuente de alimentación de 24V. Se instala un fusible de 1 A en el lado de 220 V. La energía se suministra a los LED a través del controlador LDD-700H con una corriente de salida de 700 mA y una entrada de atenuación que admite PWM. La potencia de la lámpara es de 18 W, el phytolamp proporciona una iluminación de 3000 lx a una distancia de 20 cm. Vale la pena señalar que la energía se suministra al controlador a través de un regulador de voltaje L7809C, que reduce el voltaje de 24 V desde la fuente de alimentación a un 9 V aceptable a la entrada Vin del controlador. En el flejado del estabilizador de voltaje hay 2 condensadores con valores nominales de 0.33 μF en la entrada y 0.1 μF en la salida, esto se hace para filtrar las sobretensiones y permite reducir el calentamiento del estabilizador. Las resistencias R3 = 1kΩ, R4 = 2kΩ en la entrada del módulo Bluetooth Rx están diseñadas para reducir el voltaje a 3.3 voltios. La resistencia R1 = 10 kΩ junto con el fotorresistor es un divisor de voltaje y le permite medir el cambio de voltaje (o más bien la resistencia) en el fotorresistor dependiendo de la iluminación ambiental. Y finalmente, la resistencia R2 = 100 Ohm a la salida de 10 arduino está instalada para protegerla. La salida 10 controla el brillo de la lámpara y también la apaga cuando se aplica un potencial cero. * /

Se grabó una placa para ensamblar el prototipo.



Se instala un receptor de 433 MHz en el estuche para controlar la lámpara desde el control remoto (si no hay un teléfono disponible) Y, por supuesto, lo más interesante es que el módulo Bluetooth hc-05 está instalado en la lámpara, lo que le permite controlarlo usando su teléfono Android desde una aplicación escrita.



Por el momento, puede configurar 3 modos de funcionamiento de la lámpara:

• Inclusión
• Apagado
• Brillo adaptativo por fotorresistencia

Para verificar los resultados de la exposición, se realizaron varios experimentos con plántulas.

En una maceta, las plántulas se iluminaron por la noche durante 3 horas.

Resumiendo el resultado intermedio, puedo notar que los LED de 1W se mostraron mejor (el espectro de emisión deseado se obtiene mediante el uso de un fósforo aplicado a la lente). De una lámpara de 12W obtuve una iluminación de 4000 Lux a una distancia de 15 cm. Para 5630 LED (ensamblados en una línea de LED rojo y azul) con una potencia de 16W, solo 2000 Lux se logró a una distancia de 15 cm, los fito-LED de 3W mostraron características similares. Por supuesto, mucho depende de la calidad de los LED.

En el futuro, quería hacer un cambio en el espectro de luz de acuerdo con programas predeterminados para diferentes plantas en diferentes períodos de su vida, también hubo una idea para agregar riego automático.

Como mencioné, existía la idea de crear una producción a pequeña escala, desde un punto de vista técnico, se encontraron proveedores de LED y carcasas de lámparas, pero para el ensamblaje de electrodomésticos (que incluyen lámparas), se necesita un certificado de conformidad. Y obtener un certificado implica la presencia de producción que un servidor público puede inspeccionar. Resulta que la burocracia es más complicada que los circuitos y la programación. Por estas razones, decidí hacer pública la idea, aunque no pretendo ser original.

Y al final, el video prometido que demuestra el trabajo de los phytolamps. Puede ver el código para el controlador de la aplicación en mi sitio web, el enlace está en el perfil.

Añadido 17/07/17

En los comentarios, noté una pregunta sobre el calentamiento de los LED y su enfriamiento. La pregunta es realmente interesante y merece una mención. Utilizo enfriamiento pasivo, los LED están pegados a la carcasa metálica de la lámpara con pegamento conductor de calor. Resultó ser muy difícil equilibrar el poder de la lámpara y su calentamiento. Para los LED 5630, la temperatura límite para el funcionamiento normal es de 40 ° C (según los fabricantes). Para LED de alta potencia, esta es una temperatura de aproximadamente 60 C. Para fuentes de alimentación de no más de 40 C. Las líneas de 5630 LED se calientan más debido a las pérdidas en la resistencia (una resistencia por 3 LED). Por métodos empíricos, se me ocurrió la combinación óptima de la cantidad de LED, el tamaño de la lámpara (superficie de dispersión) y el método para colocar los LED en la lámpara. La temperatura se verificó con un pirómetro.