Protótipo de fitolamps adaptáveis ​​no Arduino

Este artigo será dedicado à criação de um protótipo de lâmpada LED para iluminação de plantas. Claro, isso não é apenas uma lâmpada, caso contrário, por que escrever sobre isso nos geeks? O phytolamp é controlado usando um controlador Arduino e possui um sensor de luz integrado (para controle de brilho adaptável), um driver de LED para controlar o brilho usando PWM, um módulo de rádio de 433 Mhz e, é claro, bluetooth (porque tudo fica mais frio com ele ...) para controlar do seu telefone a partir de um aplicativo Android desenvolvido. Também abordarei a questão da instalação de LEDs adequados, fontes de alimentação e como eles se mostraram durante 6 meses de operação. Desde o início da ideia, eu estava interessado na questão de criar produção em pequena escala, mas mais sobre isso abaixo.

Agora, muitas vezes à noite, nas janelas de Moscou, você pode ver um brilho púrpura, o que pode significar duas coisas: o proprietário do apartamento é um jardineiro ávido ou um jardineiro que cultiva cânhamo. Esse brilho violeta é fornecido por LEDs especiais usados ​​para iluminação de plantas (quando não há luz natural suficiente).

Veio, serra, automatizado

O espectro de absorção de luz em plantas superiores está na faixa de 350 a 900 nm. O processo de crescimento requer que as plantas tenham uma composição espectral diferente da luz, mas existem duas faixas mais usadas pelas plantas. 440-470 nm de luz percebida pelo olho como azul. Afeta o sistema vegetativo responsável pelo crescimento de massa verde, folhas e brotos. E luz vermelha de 630 a 670 nm, afetando o sistema generativo das plantas. Floração, amadurecimento de frutos e sementes. Isso conclui nossa excursão biológica e prossegue para a parte mais interessante.

O objetivo de criar um phytolamp é a exposição mais eficaz à planta com luz nas faixas de 440 - 470 nm e 630 - 670 nm. É essa combinação de azul e vermelho que dá luz violeta. Para esse fim, foram selecionados LEDs de espectro completo com potência de 1W e 3W. cuja composição espectral é apresentada na figura abaixo. (diagrama do site do fabricante dos LEDs).

Além disso, para iluminação, os LEDs 5050, 5630, 5730 podem ser usados, mas sua eficiência luminosa é menor devido ao uso de um resistor limitador no circuito. Além disso, essas linhas são aquecidas muito mais. Os phyto-LEDs de 1 W do Aliexpress mostraram os melhores resultados (em termos de aquecimento e luz Lm), embora 3W sejam usados ​​no protótipo.

Então, o que uma pessoa com formação em engenharia e tempo livre suficiente pode oferecer aos jardineiros?

Um controlador nano do Arduino é instalado dentro do gabinete em uma placa gravada.

Se brevemente, o controlador controla o brilho dos LEDs que recebem informações sobre a iluminação de um fotorresistor montado no compartimento da lâmpada.



Assim, o brilho adaptativo da lâmpada é alcançado. A demonstração está no vídeo.

/ * O parágrafo dos detalhes técnicos pode ser ignorado

Todo o circuito é alimentado por uma fonte de alimentação de 24V. Um fusível de 1 A é instalado no lado de 220 V. A energia é fornecida aos LEDs através do driver LDD-700H com uma corrente de saída de 700 mA e uma entrada de escurecimento que suporta PWM. A potência da lâmpada é de 18 W, o phytolamp fornece iluminação de 3000 lx a uma distância de 20 cm. Vale a pena notar que a energia é fornecida ao controlador através de um regulador de tensão L7809C, que reduz a tensão de 24V da fonte de alimentação para um 9V aceitável na entrada Vin do controlador. Na amarração do estabilizador de tensão, existem 2 capacitores com os valores nominais de 0,33 μF na entrada e 0,1 μF na saída, isso é feito para filtrar as oscilações de tensão e permite reduzir o aquecimento do estabilizador. Os resistores R3 = 1kΩ, R4 = 2kΩ na entrada do módulo Rx Bluetooth são projetados para reduzir a tensão para 3,3 volts. O resistor R1 = 10 kΩ, juntamente com o fotorresistor, é um divisor de tensão e permite medir a alteração na tensão (ou melhor, resistência) no fotorresistor, dependendo da iluminação ambiente. E, finalmente, o resistor R2 = 100 Ohm na saída de 10 arduino é instalado para protegê-lo. A saída 10 controla o brilho da lâmpada e também a apaga quando o potencial zero é aplicado. * /

Uma placa foi gravada para montar o protótipo.



Um receptor de 433 MHz está instalado na caixa para controlar a lâmpada do controle remoto (se não houver telefone na mão) E, claro, o mais interessante é que o módulo Bluetooth hc-05 está instalado na lâmpada, o que permite controlá-lo usando seu telefone Android a partir de um aplicativo escrito.



No momento, você pode definir 3 modos de operação da lâmpada:

• Inclusão
• Desligado
• Brilho adaptável pelo fotorresistor

Para verificar os resultados da exposição, foram realizados vários experimentos com mudas.

Em uma panela, as mudas foram iluminadas à noite por 3 horas.

Resumindo o resultado intermediário, percebo que os LEDs de 1W se mostraram melhores (o espectro de emissão desejado é obtido através do uso de fósforo aplicado à lente). De uma lâmpada de 12W, obtive iluminação de 4000 Lux a uma distância de 15 cm. Para 5630 LEDs (montagem em uma linha de LEDs vermelhos e azuis) com potência de 16W, apenas 2000 Lux foram alcançados a uma distância de 15 cm, os fito-LEDs de 3W apresentaram características semelhantes. Obviamente, depende muito da qualidade dos LEDs.

No futuro, eu queria fazer uma alteração no espectro da luz de acordo com programas pré-determinados para diferentes plantas em diferentes períodos de sua vida. Havia também uma idéia para adicionar rega automática.

Como mencionei, havia a ideia de criar produção em pequena escala, do ponto de vista técnico, foram encontrados fornecedores de LEDs e caixas de lâmpadas, mas para a montagem de aparelhos elétricos (que incluem lâmpadas), é necessário um certificado de conformidade. E obter um certificado implica a presença de produção que um servidor público pode inspecionar. Acontece que a burocracia é mais complicada do que circuitos e programação. Por esses motivos, decidi disponibilizar publicamente a ideia, embora não pretenda ser original.

E no final, o prometido vídeo demonstrando o trabalho dos fitolamps. Você pode ver o código para o controlador de aplicativos no meu site, o link está no perfil.

Adicionado 17/07/17

Nos comentários, notei uma pergunta sobre o aquecimento dos LEDs e seu resfriamento. A questão é realmente interessante e merece uma menção. Uso refrigeração passiva, os LEDs são colados à carcaça de metal da lâmpada com cola condutora de calor. Acabou sendo muito difícil equilibrar a potência da lâmpada e seu aquecimento. Para 5630 LEDs, a temperatura limite para operação normal é de 40 C. (de acordo com os fabricantes). Para LEDs de alta potência, isso é cerca de 60 ° C. Para fontes de alimentação, não mais que 40 ° C. As linhas de LEDs 5630 são aquecidas mais devido a perdas no resistor (um resistor por 3 LEDs). Por métodos empíricos, criei a combinação ideal do número de LEDs, do tamanho da lâmpada (superfície de dispersão) e do método de colocação dos LEDs na lâmpada. A temperatura foi verificada com um pirômetro.