Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка светодиодного светильника для теплиц

Содержание:

Введение……………………………………………………………………………………………. 7

1 Постановка задачи…………………………………………………………………………… 9

2 Обзор известных технических решений……………………………………………. 11

2.1 Необходимость
использования освещения в теплице……………………. 11

2.2 Варианты ламп
светильника……………………………………………………….. 12

2.2.1 Люминесцентные лампы…………………………………………………….. 12

2.2.2 Газоразрядные лампы……………………………………………………….. 13

2.2.3 Светодиодные ленты и светильники……………………………………. 13

2.3 Варианты решений систем управления
светильником в теплице……. 14

2.3.1 Светодиодный
фитооблучатель………………………………………….. 14

2.3.2 Система светодиодного освещения теплиц…………………………… 15

2.3.3 Устройство-источник света для выращивания листовых
овощей 17

2.3.4 Устройство
для межрядкового досвечивания тепличных

растений…………………………………………………………………………………… 18

2.3.5 Светодиодный светильник и способ

освещения
сельскохозяйственной культуры………………………………… 21

2.4 Выводы по разделу……………………………………………………………………. 24

3 Описание концепции конструкции
разрабатываемого устройства……… 26

4 Разработка структурной схемы……………………………………………………….. 27

5 Разработка функциональной схемы…………………………………………………. 29

6 Разработка принципиальной схемы…………………………………………………. 34

6.1 Выбор элементной
базы…………………………………………………………….. 34

6.1.1 Микроконтроллер…………………………………………………………….. 34

6.1.2 Датчик движения……………………………………………………………….. 38

6.1.3 Датчик освещения……………………………………………………………… 39

6.1.4 Часы…………………………………………………………………………………. 41

6.1.5 Светодиодная лента…………………………………………………………… 43

6.1.6 Пульт управления……………………………………………………………… 44

6.1.7 Блок
индикации…………………………………………………………………. 45

6.1.8 Блок питания…………………………………………………………………….. 46

6.2 Описание работы
схемы…………………………………………………………….. 47

7 Разработка алгоритма функционирования……………………………………….. 49

8 Стандартизация……………………………………………………………………………… 52

Заключение………………………………………………………………………………………. 53

Список использованных источников…………………………………………………… 54

Приложение А
Графическая часть……………………………………………………… 56

Приложение Б Перечень
элементов……………………………………………………. 59

Приложение В Алгоритм
работы………………………………………………………. 60

Введение:

Введение

На рост и развитие растений влияет множество факторов –
воздух, вода, тепло, питание и, конечно же, свет. Потому неотъемлемым атрибутом
современных теплиц являются специальные системы освещения.

Началось всё с того, что в конце XVIII века учёными был
открыт процесс фотосинтеза, отвечающий за развитие растений [1]. Позже
исследователь Тимирязев К.А. доказал, что интенсивность роста растений зависит
не только от количества света, но и от спектра. На фотосинтез растений особенно
влияет длинноволновая часть спектра — инфракрасные лучи. Эти наблюдения
были сделаны до того, как началось развитие области светодиодного освещения.
На сегодняшний день светодиодное освещение достигло уровня, когда
физические характеристики, мощность и экономичность светодиодов делают их
наиболее оптимальным вариантом для применения в тепличной среде.

Самый эффективный способ повлиять на обильность урожая –
управлять фотосинтезом, и лучший способ достижения хороших показателей в
выращивании – использование инфракрасной светодиодной ленты (фитоленты).

Известно, что для развития корневой системы расходуются
пигменты, поглощающие красный цвет, а для развития зеленой листвы – синий [2]. Для роста растений
световое соотношение свечения данных кристаллов подходит наиболее оптимально.

Инфракрасная светодиодная лента, помимо увеличения
урожайности, позволит сэкономить на электричестве.

Более того, срок службы такой ленты составляет более 50000
часов, что в разы больше, чем у обычных светильников. Светодиодная лента не хрупкая, не содержит газа, а потому не
взрывоопасна. С помощью клейкой основы закрепляется на любую установку.

Однако это инфракрасное освещение неудобно при проведении
работ в теплице персоналом, а также вредно для глаз человека.

Именно поэтому возникла необходимость в разработке светодиодного
светильника для теплиц для переключения режимов свечения.

Данное устройство предназначено для автоматического переключения
режима освещения в теплице при появлении персонала для комфортной работы в зоне
действия светильника.

Целью выпускной работы является проектирование архитектуры,
разработка алгоритмов работы и реализация микроконтроллерной системы управления
(МСУ) работой светильника для теплицы.

Установленная цель обуславливает следующие задачи:

— проведение анализа задач МСУ;

— определение структуры МСУ;

— обоснование и выбор средств реализации МСУ;

— проектирование функциональной и принципиальной схемы МСУ;

— проектирование алгоритма работы МСУ.

Объектом исследования является система управления
светильником в теплице.

Предметом исследования является использование современных
технологий для автоматизации процесса управления работой светильника.

В результате внедрения разработанного устройства планируется
получить комплект документов для производства системы управления светодиодным
светильником, предназначенного для применения в теплицах в течение года. 1 Постановка задачи

В работе выполняется разработка светодиодного светильника
для теплиц.

Данное устройство предназначено для автоматического переключения
режимов освещения в теплице при появлении персонала для комфортной работы в
зоне действия светильника.

Принцип работы устройства следующий:

— при отсутствии персонала в теплице в ночное время суток
включен режим 0 (нет свечения);

— при отсутствии персонала в теплице включен режим 1
(красно-синее излучение) в течение заданного периода времени суток;

— при наличии персонала в теплице включен режим 2 (белый)
для комфортной работы.

Определение наличия персонала происходит по результатам
срабатывания датчика движения.

После последнего срабатывания датчика движения светильник
работает в режиме 2 еще некоторое время (например, 1 мин), после чего
переключается в режим 1.

Яркость свечения светодиодов в режиме 2 регулируется в
зависимости от внешнего освещения, проникающего через прозрачные стены и крышу
теплицы.

Для измерения уровня внешнего освещения используется датчик
освещения.

Управление устройством происходит с помощью пульта
управления, которое состоит из кнопок «Больше», «Меньше», «Выбор». Путем нажатия кнопок пользователь может установить время
работы в режиме 2 после последнего срабатывания датчика движения, а также
изменить степень яркости светодиодов в зависимости от уровня внешнего
освещения. В устройстве также предусмотрено и изменение времени отключения
освещения на ночь для имитации светового дня, поскольку нельзя организовывать
круглосуточное освещение теплицы, т.к. это будет отрицательно влиять на
рост растений – они будут истощены и ослаблены. Для растений в течение суток
необходима темнота и отдых не менее 6 часов. И так как каждому виду культур для
выращивания плодов необходима индивидуальная длительность светового периода в
сутки, то возможность установки нужных времен включения и отключения режима 1 очень
важны. Предусмотрено, что режим 2 включается независимо от времени дня и ночи
при появлении персонала.

Информация при изменении параметров выводится на блок
индикации. Там же отображается текущий режим и уровень освещенности во время
работы в режиме 2. Во время работы в режиме 1 блок индикации не работает.

Технические параметры устройства:

Режим работы – автоматический;

Мощность – 150 Вт;

Напряжение питания – переменное, 165-265 В;

Два режима:

0 режим: свет отключен;

1 режим: спектр излучения – красно-синий;

2 режим: спектр излучения – 
белый;

Смена режимов происходит по результатам данных от датчика
движения и датчика освещения.

Заключение:

В данно работе выполнена разработка светодиодного светильника
для теплиц. Данное устройство предназначено для автоматического переключения режима
освещения в теплице при появлении персонала для комфортной работы в зоне
действия светильника.

Целью выпускной работы было проектирование архитектуры,
разработка алгоритмов работы и реализация микроконтроллерной системы управления
работой светильника для теплицы.

В ходе проектирования были выполнены следующие задачи:

— проведение анализа задач МСУ;

— определение структуры МСУ;

— обоснование и выбор средств реализации МСУ;

— проектирование функциональной и принципиальной схемы МСУ;

— проектирование алгоритма работы МСУ.

В результате внедрения разработанного устройства создан комплект
документов для производства системы управления светодиодным светильником,
предназначенного для применения в теплицах в течение года.

Внедрение данного устройства предполагает снижение
энергозатрат на дополнительное освещение растений красно-синим цветом, а также
даст дополнительную прибыль в виде увеличения урожая вследствие досветки в
процессе их роста. Также светильник позволит автоматически отключать
красно-синий свет и по необходимости включать белый при появлении персонала в
зоне действия светильника.

Фрагмент текста работы:

2 Обзор известных технических решений

2.1 Необходимость использования освещения в теплице

Можно с уверенностью утверждать, что правильное освещение в
теплицах является залогом хорошего роста растений.

Свет используется в качестве источника энергии для
преобразования хлорофиллом неорганических веществ в органические. Из него же
растения получают жизненно необходимое для своего роста тепло. Активность
растений также напрямую зависит от количества света — когда дни удлиняются,
развитие растений ускоряется, и наоборот.

Однако естественного освещения не всегда бывает достаточно.
Это может быть обусловлено как плохой погодой, так и высокой потребностью
конкретного растения в свете. Тем не менее, эта проблема легко решается с
помощью искусственного освещения.

Время созревания плодов, цветения, период роста или покоя
подземных частей растений – на все это влияет интенсивность света. Поэтому,
прежде чем начинать применение искусственного освещения, что может изменить
период цветения или приблизить время сбора урожая, необходимо изучить основы
такого влияния.

Больше
всего нуждаются в свете такие овощные культуры как огурцы, болгарский перец,
помидоры, салат, – они требуют до 10 часов непрерывного освещения в сутки
[2]. Электрический свет в основном используется для выращивания рассады.
Молодые, еще не окрепшие саженцы очень нуждаются в специальных комфортных
условиях. Взрослые растения уже не столь