XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Управление работой фитоламп

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Биушкин А.А. 1

---

1МБОУ Наро-Фоминская средняя общеобразовательная школа №4 с углубленным изучением отдельных предметов

Енякин В.Е. 1

---

1МБОУ Наро-Фоминская средняя общеобразовательная школа №4 с углубленным изучением отдельных предметов

Работа в формате PDF

0.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Для того что бы растение гармонично развивалось ему необходим естественный свет. Недостаток ультрафиолета приводит к снижению роста саженца, увяданию побегов. Едва проклюнувшиеся ростки тонкие, выглядят слабыми и безжизненными. Наибольший дефицит солнечного света приходится на январь – март. Именно в это время начинается посев семян на рассаду. Для подсветки растений не рекомендуется применять обычные лампы накаливания. Они сильно нагревают воздух вокруг себя, одновременно пересушивая его. Кроме того, свет таких ламп не содержит синего спектра. Эффективность от такого освещения будет крайне мала. Для успешного роста рассады нужно увеличить длину светового дня, желательно, чтобы она составляла не менее 12 часов. Увеличить количество полезного излучения можно с помощью специальных приборов – агроламп (фитоламп). Фитолампы позволяют получить широкий спектр электромагнитного излучения, необходимый для роста и развития растений. Работают за счёт светодиодных или газоразрядных ламп. В настоящее время в продаже имеются несколько различных видов фитоламп. При помощи преобразователей и электронных микросхем разработчики создают фитолампы с направленным потоком света определенного, чаще всего красного или синего, оттенка. Имеются также таймеры, запрограммированные на включение и выключение ламп по времени.

Актуальность работы: Я поставил перед собой задачу изготовить устройство включающее и выключающее фитолампу в зависимости от освещённости рассады естественным светом.

Цель: Изготовить устройство , включающее и выключающее фитолампу, с помощью фотореле, в зависимости от её освещения естественным светом.

Задачи:

Ознакомиться с видами фитоламп, особенностью их работы;

Выяснить как устроена фитолампа;

Рассмотреть устройство фотореле и управление автоматическим включением уличного освещения с помощью фотореле;

Рассмотреть возможность управления фитолампой с помощью фотореле;

Разработать технологическую карту сборки устройства автоматического включения и выключения фитолампы с помощью фотореле;

Изготовить устройство автоматического включения и выключения фитолампы в зависимости от её освещения естественным светом;

сделать выводы;

Гипотеза: Я предположил, что для решения поставленной мною цели, нужно рассмотреть как автоматически включаются и выключаются уличные фонари. Возможно по такому же принципу удастся сделать устройство для включения в сумерки и тёмное время суток и выключения при достаточной освещённости естественным светомфитолампы.

Раздел I. Основная часть

Фитолампы и их назначение.

Больше всего рассада нуждается в дополнительном свете в период с января по март, когда световой день короткий, температура низкая, много пасмурных дней. Все эти факторы замедляют естественный рост даже при наличии питательной почвы и регулярного увлажнения. У каждого вида растений свои потребности в количестве света, длительности светового дня и даже собственные предпочтения относительно спектра. Это нужно учитывать при выращивании рассады. Также важно следить за чередованием дня и ночи, т. е. темных и светлых периодов. Поэтому приборы должны периодически включаться и выключаться. Длительность светового дня зависит от вида растения и фазы роста. Всё это может обеспечить фитолампа. Фитолампы можно настроить таким образом, чтобы они максимально имитировали натуральное освещение:

• подобрать оптимальную цветовую температуру;

• установить модификации с необходимым спектральными характеристиками;

• менять интенсивность света в зависимости от времени суток.

Каждому этапу роста соответствуют определённые параметры освещения.

Использование фитоламп позволяет обеспечить растения достаточным количеством света на любом этапе роста и ускорить этот процесс.

На современном рынке представлены три основные вида светодиодных фитоламп:

Биколорные применяются для дополнительного освещения рассады, выращиваемой на подоконнике или балконе. Там она получает естественный свет, а фитолампа используется в качестве вспомогательного средства. Это наиболее простой и бюджетный вид приборов, излучающих красный и синий свет – цвета спектра, хорошо влияющие на рост растений, активизирующие процесс фотосинтеза.

Мультиспектровые применяются для освещения взрослых растений в комнатных условиях (в затененных помещениях, в пасмурную погоду, зимой, в начале весны).

Лампы полного спектра, называемые личным солнцем. Они подходят для всех стадий жизни растения, в том числе проращивания семян. Могут использоваться как основной и единственный источник света: рассада будет расти даже в помещении без окон (кладовке, подвале) при условии достаточного количества тепла и влаги. В спектре свечения объединены все цвета радуги, при этом максимальная яркость приходится на синий и красный.

Для выращивания рассады дома на подоконнике будет достаточно биколорной лампы. При наличии дневного света растения получат некоторые виды спектров в достаточном объеме, даже если небо пасмурное. А лампа добавит энергию для фотосинтеза и роста. Если же вы намерены выращивать растение до стадии цветения и плодоношения, тогда стоит обратить внимание на лампы полного спектра и мультиспектровые.

Чем отличается фитолампа от лампы накаливания

Для развития растениям необходим синий и красный диапазон лучей. Обычные лампы накаливания излучают свет в желтом и зеленом спектре и не оказывают значительного влияния на вегетативные процессы. При этом они выделяют большое количество тепла, способного вызвать ожоги на листьях. Лампы накаливания имеют низкий срок службы и высокое потребления энергии.

Фитолампы разработаны специально для стимуляции вегетативных процессов растения. Они не выделяют тепла и не обжигают рассаду. Приборы полностью пожаробезопасны. Полная герметизация лампы позволяет использовать ее в условиях повышенной влажности. Фитолампы могут излучать свет одного спектра или несколько лучей разного оттенка одновременно. Необходимый спектр подбирают, ориентируясь на стадию роста растений:

Синий спектр предпочтительней использовать для выращивания рассады. Он активирует прорастание семян, стимулирует рост корневой системы.

Красный спектр применяют в период цветения и формирования завязей. Для органичного роста рассады рекомендуется чередование синего и красного оттенков.

Голубой и зеленый спектры способствуют накоплению хлорофилла в листьях растений.

Желтый и оранжевый стимулируют процессы фотосинтеза, выработку бета-каротина.

Ультрафиолет стимулирует рост зеленной массы, укреплению корневой системы.

Самый главный вопрос - какой свет будет считаться лучшим? Казалось бы, что тут гадать. Лучший вариант это солнечный свет и его близкие аналоги. Однако это не совсем так. Солнечный свет – универсальный и растениям приходится приспосабливаться к нему.

Вот оптимальное распределение спектров для двух самых популярных у нас овощей - огурца и помидора:

На этих двух элементарных примерах между огурцом и томатом хорошо видно, насколько у них разная потребность. И если одной и той же лампочкой засвечивать оба овоща сразу, то результаты будут совершенно непредсказуемыми. Кроме правильно подобранного спектра, важную роль играет еще два параметра - время и ритм освещения. Все растения изначально произрастали на улице при естественном солнце. А солнце как известно не висит в зените 24 часа в сутки. Утром всходит, а вечером заходит. То есть естественная интенсивность освещения сначала постепенно растёт, а во второй половине дня, достигнув своего пика, начинает падать. Это и есть так называемый ритм. И растения его хорошо чувствуют. Измените ритм, не меняя ничего другого, и ваши овощи могут начать болеть, почувствовав себя «не в своей тарелке». Опытные садоводы выделили три группы растений - короткого, длинного и нейтрального дня. Длинный день - это когда интенсивность света наблюдается более 13 часов. Короткий - до 12 часов. Растениям для нейтрального дня все равно когда созревать, хоть при коротком, хоть при длинном. Поэтому мало просто купить супер разрекламированные сорта, правильно их высадить, удобрять и поливать. Как оказывается, ещё нужно их правильно освещать. Причём и здесь нет универсального светильника для больших групп растений, везде требуется индивидуальный подход. При выборе света для растений нужно учитывать интенсивность фотосинтеза. Учёные доказали, что углекислый газ лучше всего поглощался в красных лучах и сине-фиолетовых. В зелёном спектре, данный процесс был минимален. Фактически большая часть зелёного света не поглощается растениями, а отражается. Поэтому то мы их и видим зелёными. Получается, что из общего спектра, растениями наиболее хорошо поглощается свет с диапазоном волны 440-460нм (синий) и 635-665нм (красный).

Устройство фитоламп.

При смешивании красного и синего цвета в одной светодиодной лампе, получаются биколорные модели.

Специализированные светодиодные фитолампы для растений

Фитолампы – это красные и синие светодиоды с пиком интенсивности в диапазоне 440 и 660 нанометров, т.е. вся мощность излучения находится в эффективном для растений диапазоне. Такой светодиодный светильник для растений применяется, если необходимо освещать небольшую площадь в 30-50 см2 (одно растение или один горшок), т.к. светоизлучающий модуль имеет угол светового потока 120 градусов. Для подсветки большого количества рВ фитолампах используются оба цвета. В зависимости от задач, которые стоят перед владельцем в разные периоды роста растения, необходимое соотношение цветов может меняться.Обычно в промышленных образцах сохраняют соотношение красных и синих цветов как 5:2. Этот вариант с высокой долей красного света хорошо; подходит для различных видов растений; на протяжении всего их цикла роста. Отлично стимулирует фотосинтез во время вегетативного роста и облегчает цветение. Применяется для общего назначения! Можно встретить фитолампы и с другим соотношением количества красных и синих светодиодов, например 4:1. Можно изготовить фитолампу своими руками. Для этого нам пригодится светодиодная лента и блок питания.

В своей работе я использую промышленную фитолампу LEDWideTube.

Фотореле и их применение

Фотореле применяемое для уличного освещения, изобрели сравнительно недавно, но оно уже прочно вошло в практику городских коммунальных служб. Популярность этот прибор завоевал благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам: надёжность в работе и значительная экономия электроэнергии. Если говорить конкретнее, то выгода от использования фотореле для уличного освещения заключается в том, что при наступлении тёмного времени суток та или иная зона освещается в автоматическом режиме. Фотореле с большой точностью может определить начало включения и отключения световых приборов, при этом за счет работы потенциометра автоматически контролирует уровень освещения. Применяют фотореле также и в осветительных системах фасадов зданий, дворов, загородных домов, автостоянок, зоны видимости видеокамер при наступлении темноты, чтобы автоматизировать освещение витрин магазинов, вывесок и рекламных щитов.

Раздел 2. Практическая часть.

2.1. Подбор деталей для изготовления фотореле (на примере фотореле для уличного освещения)

Теперь я хочу сделать фотореле для управления работой фитолампы при недостаточной освещённости рассады естественным светом.

Чтобы решить эту проблему, я решил узнать, как устроено фотореле для уличного освещения. Зачастую фотореле уличного освещения называют – автомат уличного освещения. Основным его компонентом является фотодатчик, в качестве которого используется фотодиод. Фотодатчик может находиться в корпусе или снаружи. При первом варианте все устройство монтируют на улице. Во втором случае фотодатчик – на улице, а электронный блок устанавливают в электрическом щитке в помещении. Большинство таких приборов на корпусе имеют механический выключатель и регулятор порога срабатывания для задания величины освещённости, при которой включается свет. В схеме также предусмотрены элементы, предназначенные для предотвращения ложных срабатываний провоцируемых помехами. Конструкция некоторых моделей имеет таймер, который отключает устройство в запрограммированное время. При этом, таймер можно запрограммировать так, чтобы его включение происходило в назначенный день недели.

2.2. Принцип действия фотореле

Работа фотореле основана на свойствах фотодатчика, который контролирует величину освещённости. Принцип действия заключается в том, что при недостаточном уровне света (при наступлении сумерек) контакты замыкаются, вследствие этого происходит включение системы освещения. А на рассвете природная освещённость возрастает, что приводит к размыканию контактов и отключению источников искусственного света. Конструкция прибора предусматривает возможность установки того диапазона чувствительности к свету, который будет наиболее рациональным к условиям его использования. То есть, устройство действует в зависимости от интенсивности освещения.

2.3.Схема подключения фотореле.

Схема подключения фотореле в едином пластмассовом корпусе достаточно проста, Внутри корпуса прибора есть две пары клемм. Одна из них подсоединяется к сети, а к другой подключают светильник. Из корпуса приборов, в которых клемм нет, выводятся три провода различного цвета. Для их подсоединения вблизи фотореле устанавливают распределительную коробку. «Нулевой» провод подключаются к светильнику и к самому реле на прямую через скрутку или клемник, «земля» так-же через скрутку или клемник на прямую к светильнику, «фазный» провод через реле в разрыв. Проще говоря перед нами схема подключения одноклавишного выключателя, только в роли выключателя реле.

Про управление уличным освещением всё понятно. Попробуем использовать этот принцип для управления работой фитолампы.

Мы приобрели фотореле 25870 4, которое предназначено для автоматического включения и выключения нагрузки в зависимости от уровня освещённости. Данное фотореле имеет регулятор, который позволяет установить порог срабатывания фотореле в зависимости от уровня освещённости окружающей среды.

2.4.Технологическая карта подключения фотореле к фитолампе.

2.5.Техника безопасности при электротехнических работах

Все работы проводятся в присутствии и под руководством учителя

Во время работы на монтажной панели должны находиться только те материалы или детали, которые монтируются.

Электромонтажные инструменты должны иметь изолированные ручки.

Работать можно только исправным инструментом. Подавать инструмент надо ручкой от себя, а класть на стол — ручкой к себе.

Необходимо бережно обращаться с инструментом и материалами, не ронять их на пол. Использовать электромонтажные инструменты следует только по назначению.

Лезвие отвёртки должно плотно входить в шлиц винта. Работать отвёрткой на весу запрещается.

На рабочем месте надо соблюдать порядок. Инструменты и материалы должны находиться в отведённых для них местах.

III. Заключение.

1.Эффективность и оценка стоимости изделия.

Фотореле, используемое для автоматического включения и выключения фитоламп, обеспечивает достаточную освещённость рассады в сумеречное и тёмное время суток.При этом датчик света срабатывает автоматически и не требует механического включения. Данный прибор позволяет экономить электроэнергию, удобен в эксплуатации.Устройство фотоэлемента имеет небольшую плату управления и корпус, поэтому оно не занимает много места и обладает незначительным весом. По этой причине датчик можно установить практически на любой поверхности. Также к преимуществам использования фотоэлемента следует отнести: работу устройства при малых токах; высокую скорость срабатывания, в сравнении с механическими аналогами; большую производительность устройств; отсутствие механических контактов (что исключает быстрый износ оборудования); длительный период эксплуатации.

Подсчитаем затраты на устройство автоматического включения и выключения фитолампы:

Подсчитаем затраты на оплату электроэнергии при бесконтрольном включении фитолампы и работы лампы с фотореле:

Вывод: изделие получилось сравнительно дешёвым. Бесконтрольное освещение рассады повлечёт за собой затраты на оплату электроэнергии большие, чем при управлении работой лампы фотореле. И, конечно, так как изделие будет эксплуатироваться длительное время, то эти затраты окупятся.

3.2. Реклама изделия и возможности его применения в масштабах производства

Сама идея: управлять освещённостью растений, может использоваться и в промышленном масштабе. Например, можно управлять освещённостью растений в теплицах.

.

Выводы:

Задачи, поставленные в проекте выполнены. Мама была очень довольна и в настоящее время выращивает рассаду с помощью моего устройства.

Вырастить рассаду, здоровые и вкусные растения зимой возможно без химии и стимуляторов. Для этого мы используем фитолампы, а, чтобы получить экономическую выгоду, ещё и научились управлять автоматическим включением и выключением этих ламп.Разработанное нами устройство рекомендуется применять в промышленных масштабах тепличных хозяйств для выращивания вкусных и полезных овощей.

Используемая литература

Интернет-источники:

https://seti.guru/fotorele-dlya-ulichnogo-osveshheniya

https://kachestvolife.club/elektrika/datchik-vklyucheniya-sveta-fotorele-dlya-ulichnogo-osvescheniya

https://zelen-na-podokonnike.ru/inventar/absolyutno-vse-o-fitolampah-kak-vybrat-i-ispolzovat-top-10-modelej-fitolamp

Что нужно знать о фитолампах. https://market.yandex.ru/journal/expertise/chto-nuzhno-znat-o-fitolampah-dlja-rassadi?utm_source_service=web&clid=70

Приложение

Фото №1. Фото №2. Рассада на подоконнике

Фото №3. Фитолампа и рассада Фото №4. Реле управления