Разработка и изготовление термостатичного фитоспектрального бокса для растений | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 ноября, печатный экземпляр отправим 6 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Головкин С. С. Разработка и изготовление термостатичного фитоспектрального бокса для растений // Молодой ученый. — 2017. — №50.1. — С. 16-20. — URL https://moluch.ru/archive/184/47318/ (дата обращения: 19.10.2019).



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.

http://2.bp.blogspot.com/-12A8kzs50rk/UjIBYEwy6II/AAAAAAAAADQ/C0Q3b0HmNcU/s400/Chlorophyll_ab_spectra-en.png

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.

C:\Users\Серега\Desktop\IMG_20170214_105500.jpg

a)

C:\Users\1\Desktop\FEVFZZi0OZY.jpg

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.

https://pp.userapi.com/c837226/v837226363/4ec94/HpLjOMdKE_4.jpg

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).

C:\Users\Серега\Desktop\Новая папка (12)\IMG_20170612_133146.jpg

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.

C:\Users\Серега\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.Word\IMG_20170404_164050.jpg

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:

  1. Гальперин М. В. Электротехника и электроника: уч. пособие, М: ФОРУМ ИНФРА_М, 2009.
  2. Никулин С. А., Повный А. В. Энциклопедия начинающего радиолюбителя: учебник, Санкт-Петербург: Наука и Техника, 2011.
  3. 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).
  4. Терморегулятор для мини-инкубатора — [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.cavr.ru/article/3933-termoregulyator-dlya-mini-inkubatora (дата обращения 11.03.2017).
  5. 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).
Основные термины (генерируются автоматически): переменный резистор, схема терморегулятора, светодиод, реле, растение, лента, управляющий вывод, монтаж схемы терморегулятора, необходимая температура, хлорофилл.


Похожие статьи

Температурный датчик на основе инфракрасного приёмника

Основное преимущество электронного датчика терморегулятора — точность регулирования заданной температуры, простота монтажа и управления, надежность, мобильность.

Светодиод желтый. Рис. 2. Электрическая схема.

Механические терморегуляторы - простота и надежность

Механические терморегуляторы - простота и надежность. Если вы хотите эффективно и просто управлять системой отопления в загородном доме, то механический терморегулятор - это ваш вариант. Именно его наиболее часто используют для контроля за температурой в доме.

Модель системы освещения на основе микроконтроллера.

Обучающимся согласно принципиальной схеме необходимо собрать устройство на макетной плате, а затем загрузить готовый скетч.

Светодиодная лента — универсальный источник света, гибкая печатная плата с прикрепленными светодиодами и резисторами.

Применение булевых функций к релейно-контактным схемам

Из этого можно сделать вывод, что методы логического анализа и синтеза релейно-контактных схем находят широкое применение в разных бытовых жизненных ситуациях.

Переменная y, соответствующая схеме, очевидно, является булевой функцией от переменных , , …, реле.

Система информирования о светофорах | Статья в журнале...

– БП — блок памяти. Предназначен для хранения информации о городской конфигурация, также необходимых переменных при работе управляющей программы. Рис. 2. Структурная схема системы.

Способы защиты устройств СЦБ от перенапряжения

Более поздняя разработка это разрядники РКН-600 предназначенные для замены разрядников типа РВНШ-250 в цепях защиты вводов питания и цепях ввода-вывода. Он предназначен для защиты изоляции переменного тока с напряжением от 0 до 250В и постоянного тока с...

Анализ отказов и надежности полупроводниковых приборов...

Рассмотрим надежность конденсаторов, резисторов, трансформаторов, коммутационных и

Таблица 3. Значения интенсивности отказов компонентов электронных схем.

Второй по значимости причиной отказов (26 %) является коррозия анодного вывода и анодной фольги.

Разработка блока управления для стиральной машины

Рис. 2. Схема структурная, где: 1 — датчик температуры; 2 — датчик протечки; 3

Резистор R4 с конденсатором C3 образуют цепь начального сброса микроконтроллера.

Если же время не вышло, программа переходит к пункту алгоритма с выводом данных о режиме стирке.

Похожие статьи

Температурный датчик на основе инфракрасного приёмника

Основное преимущество электронного датчика терморегулятора — точность регулирования заданной температуры, простота монтажа и управления, надежность, мобильность.

Светодиод желтый. Рис. 2. Электрическая схема.

Механические терморегуляторы - простота и надежность

Механические терморегуляторы - простота и надежность. Если вы хотите эффективно и просто управлять системой отопления в загородном доме, то механический терморегулятор - это ваш вариант. Именно его наиболее часто используют для контроля за температурой в доме.

Модель системы освещения на основе микроконтроллера.

Обучающимся согласно принципиальной схеме необходимо собрать устройство на макетной плате, а затем загрузить готовый скетч.

Светодиодная лента — универсальный источник света, гибкая печатная плата с прикрепленными светодиодами и резисторами.

Применение булевых функций к релейно-контактным схемам

Из этого можно сделать вывод, что методы логического анализа и синтеза релейно-контактных схем находят широкое применение в разных бытовых жизненных ситуациях.

Переменная y, соответствующая схеме, очевидно, является булевой функцией от переменных , , …, реле.

Система информирования о светофорах | Статья в журнале...

– БП — блок памяти. Предназначен для хранения информации о городской конфигурация, также необходимых переменных при работе управляющей программы. Рис. 2. Структурная схема системы.

Способы защиты устройств СЦБ от перенапряжения

Более поздняя разработка это разрядники РКН-600 предназначенные для замены разрядников типа РВНШ-250 в цепях защиты вводов питания и цепях ввода-вывода. Он предназначен для защиты изоляции переменного тока с напряжением от 0 до 250В и постоянного тока с...

Анализ отказов и надежности полупроводниковых приборов...

Рассмотрим надежность конденсаторов, резисторов, трансформаторов, коммутационных и

Таблица 3. Значения интенсивности отказов компонентов электронных схем.

Второй по значимости причиной отказов (26 %) является коррозия анодного вывода и анодной фольги.

Разработка блока управления для стиральной машины

Рис. 2. Схема структурная, где: 1 — датчик температуры; 2 — датчик протечки; 3

Резистор R4 с конденсатором C3 образуют цепь начального сброса микроконтроллера.

Если же время не вышло, программа переходит к пункту алгоритма с выводом данных о режиме стирке.

Задать вопрос