Prototype de phytolampes adaptatives sur Arduino

Cet article sera consacré à la création d'un prototype de lampe LED pour l'éclairage des plantes. Bien sûr, ce n'est pas seulement une lampe, sinon pourquoi en parler sur les geektimes? La phytolamp est contrôlée à l'aide d'un contrôleur Arduino et possède un capteur de lumière intégré (pour le contrôle adaptatif de la luminosité), un pilote LED pour contrôler la luminosité à l'aide de PWM, un module radio 433 Mhz et bien sûr le bluetooth (car tout devient plus frais avec lui ...) pour contrôler à partir de votre téléphone à partir d'une application Android développée. Je vais également aborder la question de l'installation de LED, d'alimentations appropriées et de la façon dont elles se sont manifestées pendant 6 mois de fonctionnement. Depuis le début de l'idée, je me suis intéressé à la question de la création d'une production à petite échelle, mais plus à ce sujet ci-dessous.

Maintenant, assez souvent dans les fenêtres de Moscou le soir, vous pouvez voir une lueur violette, ce qui peut signifier 2 choses, soit le propriétaire de l'appartement est un jardinier passionné, soit un jardinier cultivant du chanvre. Une telle lueur violette est fournie par des LED spéciales utilisées pour l'éclairage des plantes (lorsqu'il n'y a pas assez de lumière naturelle).

Entré, vu, automatisé

Le spectre d'absorption de la lumière dans les plantes supérieures se situe entre 350 et 900 nm. Le processus de croissance nécessite que les plantes aient une composition spectrale de lumière différente, mais il existe deux gammes les plus utilisées par les plantes. 440-470 nm de lumière perçue par l'œil comme bleu. Affecte le système végétatif responsable de la croissance de la masse verte, des feuilles et des pousses. Et une lumière rouge de 630 à 670 nm, affectant le système génératif des plantes. Floraison, maturation des fruits et graines. Ceci conclut notre excursion de biologie et passe à la partie la plus intéressante.

Le but de la création d'une phytolampe est l'exposition la plus efficace à la plante avec une lumière dans les plages de 440 - 470 nm et 630 - 670 nm. C'est cette combinaison de bleu et de rouge qui donne une lumière violette. À cet effet, des LED à spectre complet avec une puissance de 1W et 3W ont été sélectionnées. dont la composition spectrale est présentée dans la figure ci-dessous. (schéma du site internet du fabricant de LED).

De plus, pour l'éclairage, les LED 5050, 5630, 5730 peuvent être utilisées, mais leur efficacité lumineuse est plus faible en raison de l'utilisation d'une résistance de limitation dans le circuit. De plus, ces lignes sont beaucoup plus chauffées. Les phyto-LED de 1 W d'Aliexpress ont montré les meilleurs résultats (en termes de chauffage et de lumière Lm), bien que 3 W soient utilisés dans le prototype.

Que peut donc offrir aux jardiniers une personne diplômée en ingénierie et disposant de suffisamment de temps libre?

Un nano contrôleur Arduino est installé à l'intérieur du boîtier sur une carte gravée.

Si brièvement, le contrôleur contrôle la luminosité des LED recevant des informations sur l'éclairage à partir d'une photorésistance montée sur le boîtier de la lampe.



Ainsi, la luminosité adaptative de la lampe est obtenue. La démonstration est sur la vidéo.

/ * Le paragraphe des détails techniques peut être ignoré

L'ensemble du circuit est alimenté par une alimentation 24V. Un fusible de 1 A est installé sur le côté 220 V. L'alimentation est fournie aux LED via le pilote LDD-700H avec un courant de sortie de 700 mA et une entrée de gradation qui prend en charge PWM. La puissance de la lampe est de 18 W, la phytolampe fournit un éclairage de 3000 lux à une distance de 20 cm. Il convient de noter que l'alimentation est fournie au contrôleur via un régulateur de tension L7809C, qui abaisse la tension de 24 V de l'alimentation à un 9 V acceptable à l'entrée Vin du contrôleur. Dans le cerclage du stabilisateur de tension, il y a 2 condensateurs avec les valeurs nominales de 0,33 μF à l'entrée et 0,1 μF à la sortie, cela est fait pour filtrer les surtensions et permet de réduire l'échauffement du stabilisateur. Les résistances R3 = 1kΩ, R4 = 2kΩ à l'entrée du module Bluetooth Rx sont conçues pour réduire la tension à 3,3 volts. La résistance R1 = 10 kΩ avec la photorésistance est un diviseur de tension et permet de mesurer le changement de tension (ou plutôt de résistance) sur la photorésistance en fonction de l'éclairage ambiant. Et enfin, la résistance R2 = 100 Ohm à la sortie de 10 Arduino est installée pour la protéger. La sortie 10 contrôle la luminosité de la lampe et l'éteint également lorsque le potentiel zéro est appliqué. * /

Une planche a été gravée pour assembler le prototype.



Un récepteur 433 MHz est installé dans le boîtier pour contrôler la lampe à partir de la télécommande (s'il n'y a pas de téléphone à portée de main) Et bien sûr, le plus intéressant est que le module Bluetooth hc-05 est installé dans la lampe, ce qui vous permet de le contrôler en utilisant votre téléphone Android à partir d'une application écrite.



À l'heure actuelle, vous pouvez définir 3 modes de fonctionnement de la lampe:

• Inclusion
• Éteint
• Luminosité adaptative par photorésistance

Pour vérifier les résultats de l'exposition, plusieurs expériences ont été menées avec des semis.

Dans un pot, les semis ont été illuminés le soir pendant 3 heures.

Pour résumer le résultat intermédiaire, je peux remarquer que les LED 1W se sont montrées les meilleures (le spectre d'émission souhaité est obtenu grâce à l'utilisation d'un luminophore appliqué à la lentille). À partir d'une lampe de 12W, j'ai obtenu un éclairage de 4000 Lux à une distance de 15 cm.Pour 5630 LED (assemblage sur une ligne de LED rouges et bleues) d'une puissance de 16W, seulement 2000 Lux ont été atteints à une distance de 15 cm, les phyto-LED 3W ont montré des caractéristiques similaires. Bien sûr, beaucoup dépend de la qualité des LED.

A l'avenir, je voulais faire un changement dans le spectre lumineux selon des programmes prédéterminés pour différentes plantes à différentes périodes de leur vie, il y avait aussi une idée d'ajouter un arrosage automatique.

Comme je l'ai mentionné, il y avait l'idée de créer une production à petite échelle, d'un point de vue technique, des fournisseurs de LED et de boîtiers de lampes ont été trouvés, mais pour le montage d'appareils électriques (qui incluent les lampes), un certificat de conformité est nécessaire. Et l'obtention d'un certificat implique la présence d'une production qu'un fonctionnaire peut inspecter. Il s'avère que la bureaucratie est plus compliquée que les circuits et la programmation. Pour ces raisons, j'ai décidé de rendre l'idée publique, bien que je ne prétende pas être originale.

Et à la fin, la vidéo promise démontrant le travail des phytolampes. Vous pouvez voir le code du contrôleur d'application sur mon site Web, le lien est dans le profil.

Ajouté le 17/07/17

Dans les commentaires, j'ai remarqué une question sur le chauffage des LED et leur refroidissement. La question est vraiment intéressante et mérite une mention. J'utilise un refroidissement passif, les LED sont collées au boîtier métallique de la lampe avec de la colle conductrice de chaleur. Il s'est avéré très difficile d'équilibrer la puissance de la lampe et son chauffage. Pour les 5630 LED, la température limite de fonctionnement normal est de 40 ° C (selon les fabricants). Pour les LED haute puissance, elle est d'environ 60 ° C. Pour les alimentations, pas plus de 40 ° C. Les lignes LED 5630 sont davantage chauffées en raison des pertes sur la résistance (une résistance pour 3 LED). Par des méthodes empiriques, j'ai trouvé la combinaison optimale du nombre de LED, de la taille de la lampe (surface de diffusion) et de la méthode de placement des LED dans la lampe. La température a été vérifiée avec un pyromètre.