Проектирование функциональной схемы устройства питания трехканальной светодиодной лампы для рассады

В статье целью исследования является предложение устройства питания трехканальной светодиодной лампы для рассады. На рынке электронных устройств отсутствуют девайсы с оптимальными стоимостными характеристиками и функциональностью/энергетическими параметрам. Решением данной проблемы является проектирование наиболее простого устройства питания (например, на основе микроконтроллера семейства AVR), но при этом удовлетворяющим основным функциональным требованиям к подобным техническим решениям.

Ключевые слова: полезное устройство, беспроводной интерфейс Bluetooth, системы домашней автоматизации, светодиодная лампа для рассады, микроконтроллер.

Проектирование устройств питания светодиодных ламп для рассады является важным аспектом для функционирования современных экономических субъектов аграрно-промышленной направленности и объектов садоводства (то есть, частные объекты). Светодиодные лампы имеют ряд преимуществ перед традиционными источниками освещения, такими как наиболее простая реализация режима энергосбережения (с точки зрения программно-аппаратной реализации), долговечность (то есть больший период наработки на отказ), меньший нагрев, и спектральные свойства (что особенно важно для рассады), которые можно настроить для оптимального роста и развития сельскохозяйственных культур.

При проектировании устройств питания для светодиодных ламп для рассады необходимо учитывать возможность регулирования яркости (фактически интенсивность потока электромагнитных волн видимого диапазона света), что позволит оптимизировать условия для роста конкретных видов растений.

Предлагаемое техническое решение является одним из полезных устройств промышленной электроники, функциональность которых заключается в организации питания светодиодных светильников, обеспечивающих наилучшую эффективность роста рассады. Целью настоящего исследования является предложение технического решения с беспроводным интерфейсом для возможности упрощенной интеграции в системы домашней автоматизации. Актуальность исследования обусловлена тем, что существующие полезные устройства и технические решения не могут в полной мере обеспечить оптимальные стоимостные характеристики и функциональность/энергетические параметры).

Предлагаемое устройство должно реализовывать следующие функции:

1. Напряжение питания каждого из каналов 60 В и мощность порядка 15 Вт (количество каналов светодиодной подсветки — 3 шт.);
2. Возможность включения/отключения каналов лампы по таймеру;
3. Управление основными режимами работы устройства по интерфейсу Bluetooth ;
4. Возможность изменения средней передаваемой мощности на канал светодиодной подсветки;
5. Питание устройства — внешнее сетевое напряжение 230 В .

Функциональная схема предлагаемого устройства, удовлетворяющего обозначенных техническим и функциональным характеристикам, представлена на рис. 1. Основу работы устройства составляет микроконтроллер семейства AVR [1].

Рис. 1. Функциональная схема устройства питания трехканальной светодиодной лампы для рассады

1. Микроконтроллер, в составе которого должен быть интегрирован периферийный узел таймера, необходимый для выполнения широтно-импульсного регулирования с целью косвенного изменения средней передаваемой за период коммутации мощности на светодиодные ленты для выполнения требования (4). Также необходим дополнительный таймер для включения/выключения отдельных светодиодных лент с течением времени (выполнение требования 2).
2. Электронные ключи (в наиболее простом и дешевом случае необходимо использование транзисторов), с использованием которых будет выполняться фактическое изменение средней передаваемой за период коммутации мощности на светодиодные ленты для выполнения требования (4).
3. Bluetooth -модуль [2], необходимый для выполнения требования (3). При этом возможно подключение как смартфона (один из наиболее распространённых в настоящее время электронных девайсов), так и системы домашней автоматизации. Модуль представляет собой преобразователь интерфейсов: из последовательного интерфейса UART в беспроводной интерфейс Bluetooth и обратно.
4. Цепь питания (выполнение требований 1 и 5), представляющая собой совокупность AC/DC преобразователей для получения напряжения постоянного тока +5 В (питание микроконтроллера и Bluetooth -модуля) и напряжений постоянного тока +60 В (питание каждой отдельной взятой светодиодной ленты) при использовании в качестве источника питания сетевого напряжения 230 В .

Таким образом, было предложено устройство питания трёхканальной светодиодной лампы для рассады, представленная соответствующей функциональной схемой, на которой отражены особенности интерфейсов взаимодействий и организация цепи питания.

Литература:

1. Мартин Т. Микроконтроллеры Atmega. Семейство микроконтроллеров AVR. Вводный курс. — М.: изд. Додэка-XXI, 2010. — 296 с.
2. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Беспроводные сети. 5-е изд. — М.: Техносфера, 2016. — 323 с: ил.