Адаптивная фитолампа на Ардуино: создаем прототип
08.23.17

Адаптивная фитолампа на Ардуино: создаем прототип

Вы здесь

Мы решили посвятить эту статью созданию прототипа светодиодной лампы, с помощью которой можно досвечивать растения. Естественно, данная лампа не будет обыкновенным решением, иначе зачем бы нам было писать о ней целую полноценную статью?

 

Мы будем говорить о создании фитолампы, которой управляет контроллер Ардуино. В нашем оригинальном приборе будет присутствовать датчик освещения (чтобы адаптировать уровень яркости под актуальные условия).

 

В конструкции также весомую роль играет LED драйвер. Именно с его помощью осуществляется управление уровнем яркости посредством ШИМ. Будет у новой лампы и свой собственный радиомодуль, работающий на частоте 433 МГц. Ну и как же можно было обойтись без Bluetooth (Bluetooth все на свете делает более крутым и продвинутым)... Ну в действительности этот модуль понадобиться нам для того чтобы реализовать возможность управления при помощи смартфона.

 

Также мы рассмотрим вопрос выбора качественных светодиодов, подберем источник питания и узнаем, как все это добро проявило себя за полгода активного использования. На самом раннем этапе создателей очень мучил вопрос, а не запустить бы эту инновацию в производство, но об этом далее.

 

Сегодня в окнах то и дело можно увидеть специфический фиолетовый свет. А это может символизировать один из двух вариантов: в квартире живет заядлый садовод или наркодилер, занимающийся выращиванием конопли. Такого свечения удается добиться благодаря специальным светодиодам, которые как раз-таки и используются для того чтобы подсвечивать растения (в условиях недостатка естественного освещения).

 

Пришли, увидели, автоматизировали

 

Высшие растения поглощают свет примерно в диапазоне 350-900 нм. Во время роста растение нуждается в разном спектральном составе освещения. Но есть два самые востребованные диапазона - 440 и 470 нм. Именно они отражаются на вегетативной системе отвечающей за рост зелени, а также листьев с побегами. Диапазоны 630 и 670 сказываются на генеративной системе: цветении, созревании плодов и семян. Так, биологию вспомнили, отлично, а теперь о самом интересном.

 

Фитолампа создается для того чтобы эффективно воздействовать на растение при помощи света в диапазоне 440-470 и 630-670 нм. Именно благодаря сочетанию синих и красных оттенков удается добиться фиолетового свечения. Чтобы добиться подобного результата, нам с вами понадобятся полноспектральные светодиоды, мощность которых составляет 1W и 3W.

 

В качестве подсветки можно использовать диоды 5050, 5630, 5730. Но важно отметить, что ограничивающий резистор снижает уровень светового КПД, а также повышается уровень нагрева. Самым лучшим вариантом, как показывает практика, являются фитосветодиоды на 1W.

 

Итак, что же способен сделать для садовода дипломированный инженер, у которого внезапно появилось свободное время?

 

Внутрь корпуса нашего оборудования мы помещаем контроллер Arduino nano. Именно этот миникомпьютер занимается регулированием уровня яркости на основе получаемой с фоторезисторов информации. Фоторезисторы в свою очередь размещаются непосредственно на корпусе платы. Таким образом мы получаем адаптивный уровень яркости.

 

В корпусе устанавливается специальный приемник, с помощью которого будет осуществляться управление лампой при помощи пульта (если под рукой каким-то удивительным образом не оказалось телефона). А наличие модуля Bluetooth обеспечивает управление через смартфон. Но для этого также понадобиться особое приложение, разработанное с учетом всех нюансов и аспектов.

 

Создаваемая конструкция будет предусматривать 3 рабочих режима:

 

  • включенное состояние;

  • выключенное состояние;

  • адаптируемая яркость на основе информации от фоторезистора.

 

Чтобы проверить эффективность полученного устройства, мы провели специальные эксперименты, высадив рассаду.

 

Один горшок с рассадой подсвечивался по вечерам по три часа.

 

Немного выводов

 

На основании полученного результата можно смело констатировать факт, что лучшим образом проявить себя сумели светодиоды 1W. Нужного спектра свечения удается добиться благодаря использованию люминофоров, которые наносятся непосредственно на линзу.

 

Лампа на 12W дала возможность получить уровень освещенности около 4000 Лк на расстоянии в 15 сантиметров. Светодиоды на 16W продемонстрировали худшие показатели и дали всего 2000 Лк при том же расстоянии, что и в предыдущем случае. Само собой, много чего зависит и от качества самого светодиода.

 

В будущем мы планируем изменить световой спектр на основе предварительно заданной программы для различных растений в различные периоды жизни. Также есть идеи по добавлению антиполива.

 

Как уже упоминалось выше, было предложено запустить полученное приспособление в малосерийное производство. Дело дошло до того этапа, когда уже удалось найти поставщиков светодиодов с ламповыми корпусами, но чтобы собирать электроприбор нужно позаботиться о сертификате соответствия.

 

А чтобы получить уже этот сертификат, возникает необходимость в инспектировании государственным служащим. Бюрократия сумела переплюнуть достижения схемотехники и программирования. Из-за этого идея и была выложена на просторы интернета, а на ее оригинальность никто не претендует.

 

Много кто задает вопросы относительно охлаждения светодиода. Очень важный момент, кстати говоря. В оригинальном устройстве было использовано так называемое пассивное охлаждение. Светодиод крепится к металлическому корпусу при помощи теплопроводящего клея. Практика показала, что соблюдение баланса мощности и нагрева - задача далеко не из легких.

 

Светодиоды должны работать в условиях температуры 40 градусов по Цельсию (если верить тому, что пишут нам производители). Каждая модель светодиода обладает собственными техническими характеристиками и нуждается в определенных условиях эксплуатации. В итоге проблему удалось решить за счет оптимального сочетания количества диодов, размеров ламп, а также способа их размещения. Температура проверяется при помощи пирометра.

 

Надеемся вам было интересно узнать от школы робототехники IT INSTITUTE о таких интересных возможностях применения схемотехники и системы Ардуино на практике.