Лампа для растений из светодиодной ленты (09.02.2018).
" title="Написать письмо">Написать письмо
Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год.
Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта ВТБ для материальной поддержки сайта: 4893470220568296.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
Ваш IP: 54.156.85.167
Вы подарите мне деньги на развитие этого сайта? Номер карты указан зеленым цветом.
 

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 1051
Просмотры материалов : 3505122
 
Лампа для растений из светодиодной ленты (09.02.2018). Печать E-mail
2018 - Февраль
09.02.2018 19:42
Save & Share
Предпосылкой стало перегорание советской синей-фиолетовой лампы для растений. Такие более не выпускаются: произошел переход на светодиоды. В итоге произошло уменьшение энергопотребления (ради чего все это затевалось) - в ущерб качеству продукции. Так было с заменой ЭЛТ на LCD и уничтожением формата мониторов 4:3. Светодиодные лампы были экспериментально опущены ранее лично дважды; стандартные светодиодные же лампы для цветов благополучно экспериментально опущены другими российскими экспериментаторами. Высокая цена, быстрый выход из строя (в основном, драйвер), малое световое пятно, разнообразие оттенков светодиодов без каких-либо пояснений. В итоге из светодиодных ламп не фигней выступают только лампы, изготовляемые под заказ, с особенными светодиодами - при соответствующей цене. Задача - разработка "лампы" (подсветки) для растений самостоятельно на основе предпочтений растений и свойств светодиодных лент. Такие поделки уже изобретены; но данных для обоснования именно таких их ТТХ - недостаточно.

Прежде всего, почему советская лампа была синей-фиолетовой. Не УФ, а четко синего цвета: нет запаха озона, УФ в непосредственной близости от растения требует настолько точной дозировки - что от этого отказались. Утверждается, что растению в начальном процессе роста требуется длина волны, соответствующая синему-фиолетовому цвету; во взрослом виде - красному цвету, зеленый спектр - полностью игнорируется. В обратную сторону утверждается, что зеленый свет должен быть, иначе выращенные фрукты получаются невкусными.

Чтобы разобраться, было собрано 4 миниатюрных подсветки: белый свет (как совокупность 3 цветов), красный, синий и зеленый. Бралась покупная фасоль и выращивалась на блюдечках, как в школе делали.

На алиэкспрессе продаются фитолампы для растений. Не огрызки-лампочки с цоколем по 12-30 светодиодов, а полноценные. 70$, 100$ - подвесные панели, при этом тоже имеют малую площадь освещения, а также разную от модели к модели направленность световых потоков. Отдавать 4-6 тысяч за девайс, который может собрать школьник, - несерьезно. Есть фитолампочки с прищепкой по 15$ - в них может быть толк, т.к. там стоят самые слабые светодиоды 3528, которые почти не греются. Однако 200 светодиодов с током 0.02А порождают общий ток 4А при 3.1В и КПД 60% - 7.5Вт тепла только на светодиодах, без учета теплопотерь на резисторах и драйвере. Диоды прям утыканы друг к дружке на малой площади, как следствие - вероятный перегрев. Почему 200, очень узкий момент: возможно, эти лампы - лучшее, что есть на рынке, чтобы не собирать конструктор. Вот и получается: раньше накаливания лампа для растений стоила 40руб и светила ярко (60Вт), теперь - почти штуку рублей и света меньше (хотя бы за счет того, что чисто синюю лампу такого типа не нашел вообще).

Об огрызках-лапочках: купил 2 штуки. С 4 большими светодиодами и с 72 маленькими. Большие светодиоды создают яркое пятно диаметром 10см - остальным растением ничего не достанется; это лампа именно для растениЯ. Вторая светит тусклым светом - но по большой площади.

На основе вышесказанного формируются первые ТТХ самодельной лампы для растений:
- большая площадь светового охвата;
- равномерный свет, чтобы всем одинаково досталось;
- правильный выбор цветовых оттенков;
- правильный выбор модели светодиода, после анализа их ТТХ и поведения;
- правильный выбор или создание источника питания. От этого напрямую зависит, сколько светодиоды проживут - а китайцы уделяют этому очень мало внимания (запланированное устаревание, чтоб брали больше);
- возможность фиксации на столе.

Первый прототип с белым светом (при проверке реакции растений на свет) определил концепцию сборки итогового образца:
- центральное верхнее штыревое расположение на столе для всестороннего доступа при поливе (панель);
- легкое плоское основание для расположения лент;
- резинки или термоусадочная лента для дополнительной фиксации лент без использования строительного степлера (двусторонний скотч в составе лент имеет свойство отлипать или не прилипать);
- выключатель на безопасном для человека напряжении;
- значительный запас по силе тока для источника питания, чтобы исключить перегрев на 100%;
- суммарная длина ленты - 1м, 60 светодиодов разного калибра.



На первом прототипе были получены данные:
- сопротивление светодиода падает при его нагреве. Пусковой ток 0.94А, ток после прогрева 1.02А - повышение тока на 8.5%. Проверялось на стабилизированном источнике питания 12В/1.5А: 11.97В и 11.95В соответственно. Это всего 4 ленты по 25см с разными типами светодиодов (3825, 5630, 5050);
- несмотря на свои заявленные 1.5А, ощутимо грелся при 1.02А - пришлось сверлить дырки. Сверлить нужно сверлом по металлу, чтобы не причинять повреждения электронным компонентам штырем в составе сверл по дереву;
- нержавейка в роли токопроводника работает как часы.

Очень спорный вопрос был, нужен ли для светодиодной ленты стабилизатор тока, или достаточно стабилизатора напряжения (для светодиода важна именно сила тока, особенно ее не превышение). Однозначного ответа не существует, т.к. зависит от конкретных параметров:
- светодиоды в ленте на 12В расположены секциями "один резистор и 3 светодиода". Секции подключены параллельно друг другу. Через каждую секцию течет номинальный ток светодиода (например, для 3528 это 20мА). То есть 20мА достаточно для питания 3 диодов сразу;
- пусть есть стабилизированное напряжение 12В. Тогда на всех секциях ленты падает по 12В. Пусть одна секция ленты оборвалась или, наоборот, закоротила. На здоровых секциях в первом случае это никак не отразится (ток источника уменьшится на 20мА, напряжение на секциях останется 12В). Во втором случае либо сработает предохранитель источника, либо напряжение источника (и на всех секциях) просядет - но на других секциях превышения тока у светодиодов не будет. Кстати, источники питания без предохранителя даже не рассматриваются;
- пусть есть стабилизированный ток 400мА, питающий 20 секций по 20мА. Пусть одна секция ленты оборвалась или, наоборот, закоротила. На здоровых секциях в первом случае это скажется пагубно, т.к. общее сопротивление нагрузки вырастет - источник поднимет напряжение, для сохранения выходных 400мА. Итог - в данном случае будет превышен ток светодиода на 1.05мА (5.25%), светодиоды начнут изнашиваться. Если секций меньше - эффект еще более пагубный; вплоть до того, что все секции будут сожжены каскадно за короткое время или мгновенно. Во втором случае предохранитель источника не сработает, т.к. стабилизатор не изменит значение тока 400мА - закороченная секция будет тлеть, возможен риск пожара. Здоровые секции при этом потухнут, т.к. весь ток уйдет на участок наименьшего сопротивления;
- другая ситуация. Как было показано ранее, ток светодиода растет с его нагревом. Если охлаждения у светодиодов нет - цепочка "нагрев - уменьшение сопротивления - больший ток - больший нагрев" уничтожат светодиод. То есть, стабилизатор напряжения сожжет неохлаждаемую конструкцию. Но если сделано нормальное охлаждение - стабилизатор тока превращается в потенциальный уничтожитель, как было описано выше, и не имеет в себе практического смысла.

В зависимости от ситуации, можно выбрать либо стабилизатор тока, либо стабилизатор напряжения. Унифицировать же написанное выше можно только одним способом: стабилизатор напряжения с ограничителем тока. Например, БП ПК как источник стабилизированного напряжения 12В с небольшим превышением, последовательный резистор для гашения излишков 12В и ограничитель тока на основе высокомощного резистора и стабилизаторов серии LM. Или нестабилизированный источник питания, стабилизатор напряжения на основе LM350T, ограничитель тока на основе второго LM350T. Но стоит учесть, что стабилизатор напряжения необходим сразу и до конца дней светодиодов, а стабилизатор тока требуется только при нештатных ситуациях.

Чем больше светодиодов, тем больший ток протекает, тем большая мощность ограничителя тока требуется. Можно собрать высокоамперный ограничитель тока на транзисторе и том же стабилизаторе LM - падение напряжения на ограничителе будет по-любому, что выведет напряжение БП ПК на отметку <=12.00В.

Если же не использовать ограничитель тока, а излишки напряжения >12В сбить нужно - используется последовательно подключенный резистор. В случае выхода из строя секции ленты (обрыв) получим увеличение общего сопротивления лент, однако для связки с большим количеством секций это увеличение будет незначительным. Стандартные ленты 60LED/м (20 секций) в случае 20 секций и обрыва одной из них - прибавят всего 0.032В, при напряжении источника 12.6В. И эти 0.032 распределятся между 3 светодиодами и резистором секций - можно грубо считать, увеличение напряжения на светодиоде на 0.011В. По аналогии понятно, что в случае ленты с 2 секциями последовательно подключенный резистор - смерть ленте, т.к. секция прибавит 6В, а светодиодам достанется +1.5В.

Светодиодные ленты бывают 30, 60, 120 светодиодов на метр. 120 выглядит как спаренные 60 - похоже, это максимальная плотность. Однако для 120LED/м, естественно, требуется металлическое охлаждение и никакое иное: уж очень близко нагревающиеся элементы друг к другу. При этом 120LED/м совсем чуть-чуть дороже, чем две по 60LED/м.

Теперь переход от теории светодиодов к практике. Заказал на алиэкспрессе теплый белый, красный, синий и зеленый цвета. Светодиод 3014, заявленная мощность одного светодиода 0.1W (по даташиту 30мА). На деле же теплый белый - 20мА, красный - 20мА, синий - 18мА, зеленый - 14мА. Сделав тест - можно легко изъять у продавца 1/3 стоимости ленты, т.к. она светит на 33-54% ниже нормы; при напряжении питания, заявленного производителем. Светодиоды 3014 слабо греются даже на деревяшке (12В). Превышение длительного тока относительно стартового - 1%.

Из этого сразу идет вывод, что никакой резистор на БП ПК, сбивающий у 12В лишние 0.6В, - не нужен. Превышение напряжения производителя ленты - допустимо: ток производителя именно светодиода меньше номинального тока производителя этого диода. Мало того, произошел прикол при сборке второго опытного образца: светящего только красным, синим и зеленым светом (желтый был установлен для кучи).



И дело тут не в параллельных трех адаптерах питания разных моделей (как делать нельзя), не в провисшей ленте от плохого клея (убил мороз, пока на таможне лежала?), не в использовании ленты от бутылок (чтоб светодиодные не упали). И даже не в преобразователе 5В в 12В (которого не видно). Ввиду того, что при 12В ток через светодиоды составлял всего 20мА вместо 30мА - было решено поднять напряжение на преобразователе до 13В. При 12В был суммарный ток 0.3А (3 ленты по 5 секций). И тут замечаю, что предохранитель на 1А греется. Ток оказался 1.45А (почему не сгорел сразу - секрет). Грешил на все: на провода, на преобразователь, на кривые руки, на строенный адаптер. Но нет: у светодиодов нелинейная ВАХ; и как только напряжение было поднято всего на 1В - ток светодиодов стал 30мА (с учетом потерь на преобразователе). Еще одно доказательство, что превышение напряжения для светодиодов губительно, а при пониженном они могут успешно работать с недокалом. Но допуск вверх составляет целый вольт от номинального.

Итоги второго опытного образца:
- преобразователь терпимо греется даже при выходном токе 0.45А, хоть и рассчитан на 2А. Решается приклеиванием герметиком к микросхеме и дросселю какого-нибудь металлического хлама;
- тестировалась 2-недельная фасоль с маленькими листочками, не загнувшаяся за это время без источника естественного света. При синем свете фасоль поворачивалась в сторону источника света, но что-то было не так с листьями. При красном свете фасоль не повернулась к источнику света, но сильно развернула листья к нему. Повторил опыт. Оказалось, растение не может вывернуться наизнанку - поэтому движения листьев и корпуса согласованны и одновременно ограниченны. И когда фасоль была поставлена в другом положении - ее движение к "солнцу" было менее скованным;
- самое важное то, что фасоль тянулась и к зеленому свету тоже (по силе, одинаковой с синим). Поэтому исключение зеленых светодиодов из ламп для растений может быть еще одним негативным последствием стремления к экономии электроэнергии - в ущерб конечному потребителю. Красный свет показал себя более сильным по углу наклона фасоли, но это может быть и просто более удобным ее расположением;
- проблема соединения нарезанных лент маленькими проводками тем выше, чем больше кусков. На этом образце суммарно было около 40 проводов - это 80 взмахов стриппером, 80 лужений проводов, 80 лужений поверхностей для проводов, 80 паечных действий - слегка напрягает. А если лент не 12, а 40? Нужно научиться как-то изгибать ленту или еще что-то с ней сделать. Есть соединители для лент, но даже они стоят по 13-30руб/шт - дороговато получается;
- непонятно, почему 5 секций красного света потребляют 0.09А, синего - 0.1А, зеленого - 0.07А. Скорее всего, дело в материалах светодиодов или в законах физики.

Нужно быть осторожным при работе со светодиодами. Лучше в солнцезащитных очках. Если на них смотреть недолго - потом болят голова и глаза, особенно от красного света.

Из всех этих опытов следует, что под землей можно выращивать пищу, освещая растения правильным светом. Пусть они не получат ультрафиолета или инфракрасного излучения - но все равно вырастут.

Тонкости в плане выбора светодиода. Тут 2 стороны медали. Были куплены на пробу 3014 - как одни из самых дешевых после 3528 (не путать с 2835). У обоих плюс: крайне слабый нагрев - но и светят они тускло. Огрызки 5050 в первом образце светят ярче, т.к. заявленный световой поток в 3 раза выше. Но и мощность увеличивается, нагрев выше. На сайте ледобзор-ру в темной коробке включали 3528, 5050, 5630 - почувствуйте разницу. То есть, те, кто хотят сделать светодиодную лампу для растений из адаптера питания от ноутбука - смогут использовать только 3528 или 3014: метр ленты потребляет 0.6А - и больше 3 метров (12 полосок) на тестовом образце не разместить. Зато те, кто будут питать ленты от 12В БП ПК, - имеют запас тока в десятки ампер с активным охлаждением - что позволяет создавать или целые навесные "потолки" над столом, или использовать мощные светодиоды - или и то, и другое вместе. Однако вряд ли даже самые яркие светодиоды обеспечат такое же по люменам освещение, как на огороде: солнышко помощнее будет.

На основе однократных опытов без использования фотосъемки установлено, что растения тянутся к любому цвету света. На основе этого решено собирать третий образец, с учетом двух предыдущих.



Сравнение 120LED 3014 (красный/синий 50/50) с 72LED 2835 в покупной лампе (красный/синий 75/25), с одинаковыми выдержкой и фокусным расстоянием.



Если взять минимальный световой поток 3014 6лм - то суммарный поток самоделки 720лм. 72LED 2835 при 20лм имеют световой поток 1440лм. То есть, должна светить в 2 раза ярче. На практике же ситуация удручающая: самоделка светит ярче (причем синего в ней больше, который визуально светится слабее). Ребус решается очень просто: если в случае со светодиодной лентой можно измерить ток и закатить продавцу истерику - то с покупной лампой 220В этого не сделать (мало того, если КПД драйвера низок, - мощность от розетки будет приближена к реальным теоретическим ТТХ LED по потребляемой мощности). В общем, не 2835 стоят в покупной лампе, однозначно, - а что-то намного менее мощное. Как пишут в интернете, изготавливается корпус, например, 5030 - и помещается в него, например, 3014.

ТТХ самоделки:
- светодиоды 3014: 2 метра красных, 2 метра синих, метр зеленых, метр теплых белых (читай, желтых) - 360 светодиодов. Тупо потому, что лент разноцветных было куплено по 5м - и нужно их куда-то девать. Ну вот кому нужна цветная светодиодная лента, это же чистый элемент украшения. Заодно проверится реакция фасоли на 3 цвета одновременно + повтор цветов по отдельности; ведь мощность светодиодов должна суммироваться. Кстати, было очень приятно включить все 3 цвета одновременно - и получить белый свет: физика не врет;
- каждая секция включается отдельно. Суммарный ток всей лампы - 1.98А, что составляет 55% от номинального тока 3.6А для светодиодов 3014. Связано это, что в БП <13В и >12В - светодиоды светят с недокалом. И с недокалом ярче покупной лампы. Если бы знал, что выйдет всего 2А - поставил бы адаптер от ноутбука. С количеством светодиодов, с учетом, что светят ярче покупной лампы, вышел очень сильный перебор: более чем в 3 раза. Вот и избыток выключателей сгодился;
- корпус с регулировкой по высоте: из огромного радиатора, салазки от мебели и металлического листа 260x200x2мм (это его звездный час);
- ленты подключаются без разрезания. Приклеивается у концов листа суперклеем и дальше просто изгибается - образуется небольшой выступ-петля, при этом лента поворачивается на 180 градусов без разрушений:

;
- питание от БП ПК напрямую, без каких-либо ухищрений;
- ленты утыканы вплотную друг к другу. Нагрев сильный, даже с учетом, что вентилятор БП дует четко на светодиоды - требуется больший объем радиатора или большее расстояние между лентами. Лента клеится к металлическому листу гораздо лучше, чем к дереву. Алюминиевый лист легок - можно подвесить и 6мм в толщину.

Возможно, именно нагрев происходит и по иной причине. Если в метре ленты 20 секций, и они соединены параллельно - они имеют общий провод, доставляющий им питание. Есть вероятность, что этот провод в ленте тонкий - и идет нагрев именно токопроводящей дорожки, а не только светодиодов. Продавец не говорит, сколько метров ленты можно включать, не разрезая, без последствий - а это важная характеристика ленты.

А теперь об обмане человека собственными рецепторами: происходит постоянно, в т.ч. и здесь. Температура "нагрева сильного" была 42 градуса, согласно датчику мультиметра. Всего 42. "Требуется больший радиатор" - это очко играет, светодиодам на такую температуру начхать. К слову, покупная лампа греется в патроне ничуть не хуже, и даже сильнее.

Итоги третьего образца повторили результаты второго: растения тянутся ко всем цветам, сила притяжения идет с поправкой на возраст.

Итоговые рекомендации для приобретения ламп для растений:
- лампы должны иметь мелкие светодиоды в большом количестве, что в большинстве случаев породит равномерный световой поток по большой площади;
- преобладание красного цвета в лампе необходимо, т.к. период "младенчества" растения мал (синий цвет), а "подростковый" период до грядки велик;
- обращать внимание на качество теплоотводящих элементов;
- гибель такой лампы от уничтожения драйвера остается самой вероятной. Уже две лампы накрылось таким образом из купленных на алиэкспрессе - спустя 8 месяцев нечастого использования.

Предпосылки к сборке собственной лампы:
- создание качественного драйвера;
- сообщение растению зеленого цвета, исключенного из ламп растений с целью уменьшения энергопотребления, - при условии, что он растениям необходим;
- ТТХ светодиодов ламп 220В не соответствуют действительности ну совсем нагло.

Итоговые рекомендации для сборки ламп для растений:
- т.к. нужны все цвета - нет смысла усложнять жизнь цветными лентами - использовать одну ленту теплого или холодного белого света (кстати, какого именно - вопрос интересный). В свою очередь, это диктует использование одного-единственного выключателя типа ASW-11-102 (дешевый, высокоамперный);
- тяжелое основание лампы не даст ей перевернуться от случайных толчков;
- лучше использовать металлический лист для отвода тепла светодиодов;
- светодиоды 3014 субъективно показывают себя равными 3528 по яркости. В интернете утверждается, что 3014 ярче (но не в 1.5 раза) - а потребление больше именно в 1.5 раза. Если эти 2 типа светодиодов почти не греются, то с иными другая ситуация. Отзыв пользователя о 7020: "светит ярко, но греется как чайник". Имеются предпосылки к откату на 3528 ввиду их малого энергопотребления и большей площади соприкосновения чипа с лентой;
- исключать синий цвет для растений "подросткового" периода так же не стоит, т.к. они тянутся и к нему тоже. Есть также подозрение, что для разных растений в разное время требуется тот или иной свет. Что еще раз говорит о необходимости смешанного света;
- большая мощность светодиода дает больший световой поток при меньшем суммарном количестве, но требует большего охлаждения. В случае охлаждения ленты при помощи БП ПК есть возможность создать компактную лампу на светосильных светодиодах.

Сосед очень заинтересовался этим вопросом - будет тестировать мои опытные образцы уже не на бобовых, а на цветах. Расскажет - допишу; но раздолбай он еще тот, может и забыть (да, Дима, это я о тебе Smile).

И только сейчас, за несколько минут до публикации статьи, нашлась-таки в продаже "синяя" лампа накаливания. Это "запасная лампа к рефлектору Минина", стоимостью 130-500руб. Но только... нужна ли она теперь. Можно также использовать обычную лампу накаливания 40Вт - но дороговато и горячо. Мало того, рассматривая ту же лампу рефлектора Минина - это не просто синее покрытие: оно не устраняет волны, отличные от синего, а изменяет их, создавая именно ИК-излучение.

Покраска же синим маркером лампы дала кучу проблем: руки липнут к стеклу (маркер остается на руках), маркер склонен к истиранию и выгоранию, лампа склонна к перегреву и перегоранию. Свет меняется в сторону синего, однако закрасить лампу идеально в несколько слоев стоит усилий. Потому что через 1 слой желтый свет продолжает пробиваться, получая сине-желтый свет. Попробую покрасить лампу цапонлаком; но если ничего не напишу - значит, и там фиаско.

(добавлено 10.02.2018) Странный феномен. Если более 8 часов светить на фасоль исключительно красным светом - листья выворачиваются к источнику света, но позже сворачиваются в трубочку, оставаясь повернутыми к источнику света. Добавление зеленого света исправляет ситуацию. Отсюда сразу вопрос: возможно, чисто зеленая лампа эффективнее белого света? Это уже надо, смотреть, к какому цвету тянется сильнее и сворачиваются ли листья, - уже с фотофиксацией.

(добавлено 23.02.2018) Эмпирически выведены величины: длина куска ленты - 5м, светодиоды лучше - холодный белый. Такой цвет греется меньше всех остальных, т.к. корпус светодиода не гасит на себя "лишние" длины волн.
Обновлено ( 24.02.2018 13:53 )
 
 

Последние новости

©2008-2018. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).