Большая часть жителей Хабаровска и других городов нашей страны имеют дачи, любят выращивать овощи, ягоды и фрукты собственными руками. За последнее десятилетие много всевозможных технических средств вошло в обиход дачника: мотоблоки, газонокосилки, поливальные установки, теплицы и т.д. Но лето в нашем крае короткое, и дачные заботы начинаются ранней весной с выращивания рассады на подоконнике городской квартиры. Не все любители выращивать растения имеют солнечную сторону с достаточной освещенностью или стабильной и необходимой температурой для растений. Поэтому была поставлена задача: изготовить бокс для поддержки благоприятных условий для выращивания растений.
Для воссоздания необходимых условий необходимо регулировать температуру, освещать определенным спектром света растения, обеспечивать водой и минеральными веществами. И если полив можно делать и самому, а почву можно уже приобрести обогащенную минеральными веществами, то температуру и освещенность придется делать искусственно.
Рис. 1. Интенсивность поглощения оптического диапазона спектра хлорофиллом
Зеленый цвет растениям придает хлорофилл. Хлорофилл – это пигмент, с помощью которого происходит фотосинтез. Хлорофилл у зеленых растений бывают двух видов – a и b (есть еще c, d и f, но они есть только у водорослей и цианобактерий). Для фотосинтеза хлорофиллу нужен свет. Но не весь свет хлорофилл может поглотить, график интенсивности поглощения света можно увидеть на рисунке 1.
Из графика видно, что пики поглощения находятся на синем и красных частях спектра, в то время как зеленая часть спектра для фотосинтеза практически бесполезна.
Монтаж освещения
В качестве основных светодиодов были использованы трёхваттные светодиоды двух типов: красные, с длиной волны 650-660 нм и синие — 440-450 нм. Оптимальное соотношение светодиодов по цветам: один синий к двум красным.
В качестве радиатора в данном проекте используется профильная алюминиевая труба сечением 40 х 20 мм. К трубе крепятся светодиоды через специальную плату с алюминиевой основой, изображенные на рисунке 2. При монтаже светодиодов использовалась теплопроводная паста, поскольку перегрев светодиода может вызвать как снижение яркости свечения, так и полный выход из строя.
|
a) |
б) |
|
а – светодиод; б – светодиодные ленты Рис. 2. Установка светодиодов на алюминиевые ленты |
|
Плотного присоединения светодиодов к местам на ленте при креплении только термопастой не удалось получить. Поэтому, для более надёжного соединения, концы светодиодов были припаяны к местам соединения на ленте.
Всего было использовано 24 светодиода, шесть светодиодных лент, т. е. по четыре светодиода на каждой ленте.
Характеристики схемы терморегулятора и принцип его действия
При выборе схемы терморегулятора было принято решение придерживаться условия простоты и минимальных затрат. Схема терморегулятора изображена на рис. 3.
Рис. 3. Схема терморегулятора
В схеме терморегулятора используются: резистор на 100КОм и на 51КОм, переменный резистор на 100КОм, терморезистор на 22КОм, диод КД521А, стабилитрон TL431, реле на 12В, симистр КУ208Г.
Стабилитрон TL431 применяется в роли компаратора с одним входом, так как опорное напряжение вырабатывается самой микросхемой. Подобное простое применение стабилитрона максимально упрощает всю конструкцию терморегулятора и позволяет обойтись минимальным количеством деталей.
Резистор R3 – термистор, т.е. терморезистор с отрицательным ТКС (уменьшение сопротивления от нагрева). Если на контакте управления стабилитрона напряжение более 2,5В, микросхема пропускает ток и включает реле. Реле в свою очередь коммутирует управляющий вывод симистора, вследствие чего включается нагрузка (нагреватель).
Когда температура поднимается, сопротивление термистора уменьшается и из-за этого потенциал на управляющем выводе TL431 опускается ниже 2,5В, реле терморегулятора обесточивается и нагрузка отключается. Переменный резистор R1 позволяет просто устанавливать уровень необходимой температуры, при котором будет срабатывать терморегулятор.
Необходимый уровень напряжения, на управляющем выводе стабилитрона TL431, устанавливается посредством делителя на сопротивлениях Rl, R2, R3.
Термистор типа СТ1, ММТ, КМТ. С помощью симистора КУ208Г можно управлять нагревателем до 1500. Если же мощность нагревателя невелика (менее 200 Вт), то в этом случае надобность в радиаторе отпадает. Реле — РЭС47 с рабочим напряжением 10…12 В. В таблице 1 указаны технические характеристики схемы терморегулятора.
Таблица 1
Технические характеристики
|
Наименование |
Параметры |
|
Напряжение питания схемы, В |
12 |
|
Ток потребления схемы, мА |
76 |
|
Напряжение подачи питания на реле, В |
2,5 |
|
Размеры монтажной платы, мм |
52x50 |
Сборка корпуса устройства
На начало сборки корпуса уже имелись некоторые детали: дно и крышка бокса вместо утилизации были использованы в проекте (рис. 4).
Рис. 4. Дно и крышка корпуса
В качестве боковин были использованы стёкла размерами 500-480мм (рис. 5).
Монтаж схемы терморегулятора
Монтаж схемы терморегулятора проводился на монтажной схеме при помощи паяльника на 40Вт, припоя, а так же флюса. Затем необходимо было подключить греющий кабель. После монтажа схемы терморегулятора были проведены тестирования, для этого датчик помещался в среды, с различной температурой и с помощью переменного резистора включалась, и выключалась схема, путем изменения сопротивления.
Рис. 5. Бокс для растений в собранном виде
Разработанный бокс для растений, хотя и проигрывает в изяществе, но существенно отличается по цене от аналогов, представленных на рынке, при этом главные функции выполняются. В схеме устройства нет ни каких дорогостоящих комплектующих, что сказывается на его общей стоимости. Следовательно, он является более доступным для массового использования.
Литература:
- Гальперин М. В. Электротехника и электроника: уч. пособие, М: ФОРУМ ИНФРА_М, 2009.
- Никулин С. А., Повный А. В. Энциклопедия начинающего радиолюбителя: учебник, Санкт-Петербург: Наука и Техника, 2011.
- Семь умных устройств для выращивания зелени на подоконнике — [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.7dach.ru/wert/elektronnyy-ogorod-na-vashem-podokonnike-6-variantov-4790.html (дата обращения 29.02.2017).
- Терморегулятор для мини-инкубатора — [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.cavr.ru/article/3933-termoregulyator-dlya-mini-inkubatora (дата обращения 11.03.2017).
- Искусственное освещение для рассады своими руками — [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://vsaduidoma.com/2016/02/03/iskusstvennoe-osveshhenie-dlya-rassady-svoimi-rukami/ (дата обращения 10.03.2017).
