СВЕТОДИОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ОРГАНИЗМОВ

Техническое решение относится к светотехнике, используемой для растений или животных, выращиваемых в закрытых помещениях, в случае, когда важно создать высокую стабильную регулируемую освещенность для выращиваемых организмов, не занимая много места и не потребляя большого количества электроэнергии, например, в лаборатории. Устройство может быть использовано в научных, сельскохозяйственных и других областях деятельности человека, где требуется индивидуальная подсветка биологически активных объектов.
Известен светодиодный осветитель растений снабженное индивидуальным защитным покрытием для каждого растения, в котором имеется искусственный источник света, выполненный на светодиодах, защитное покрытие выполнено в виде тонкостенной цилиндрической или многогранной трубы. Нижнюю часть защитного покрытия выполняют открытой. Растение находится на поверхности в центре защитного покрытия. Светодиоды установлены на площадке в верхней торцевой части защитного покрытия на оси его симметрии. При этом центральную ось светового потока источника света направляют вниз по оси симметрии покрытия на растение. Площадь освещаемой поверхности в нижней части защитного покрытия изменяют по мере разрастания рассады так, чтобы освещать всю надземную часть растения. (RU 91250, A01G 9/24, дата публикации 10.02.2010).
Известны варианты светоимпульсного осветителя, в котором в качестве источников света применены светодиоды с различным спектром излучения. Вход блока управления связан с регулятором частоты импульсов, регулятором темновых пауз, регулятором спектра излучения и регулятором амплитуды световых импульсов. Формирователь импульсов выполнен в виде выключателя, установленного в цепи питания светодиодов между общим минусовым выходом и блоком управления. По второму варианту, корпус с источниками света выполнен в виде полосы, расположенной вдоль поверхности с растениями, источники света выполнены на светодиодах с различным спектром излучения, распределенных вдоль полосы. По третьему варианту, поверхность с растениями представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, корпус с источниками света выполнен из нескольких полос, расположенных на равном расстоянии, с некоторым шагом, вдоль образующих поверхности с растениями. По четвертому варианту, поверхность с растениями представляет собой внутреннюю полость цилиндрической трубы, формирователь импульсов выполнен в виде правильной призмы. (RU 232652, A01G 9/26, опубл. 10.12.2007 г.)
Недостатком данных решений является отсутствие возможности компьютеризированного контроля за температурой и освещенностью, а также быстрый перегрев светодиодов и, как следствие, недолговечность устройства.
Наиболее близким аналогом является техническое решение по патенту RU 2454066 (МПК A01G 9/20, опубл. 27.09.2011 г.) В данном решении светодиодное устройство для выращивания организмов в виде светодиодного фитооблучателя содержит платы со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, вентилятор и систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчиком освещенности и датчиком-спектрометром. Платы выполнены из гибкого материала в виде полуцилиндров, соединены попарно навесами и установлены в цилиндрический плафон. Светодиоды расположены с наружной стороны плат в несколько рядов. Система управления вынесена за пределы корпуса и выполнена на базе промышленного компьютера, управляющего фитооблучателем по программе.
Известное решение не предназначено для индивидуального подсвечивания живых организмов и не обеспечивает создание микроклимата для выращиваемого объекта.
Задачей, на решение которой направленно данное техническое решение, является повышение долговечности и эффективности использования источников света и снижение потребления электроэнергии при искусственном освещении живых организмов.
Поставленная задача решается за счет того, что в светодиодном устройстве для выращивания организмов, содержащем камеру с крышкой, светодиоды, по крайней мере, один вентилятор, а также датчики параметров связанные с блоком управления, согласно полезной модели светодиоды размещены на крышке, крышка выполнена в виде теплообменника, а вентилятор установлен с обеспечением возможности охлаждения наружной поверхности крышки, при этом стенки камеры выполнены светонепроницаемыми и снабжены вентиляционными отверстиями
Блок управления предпочтительно вынесен за пределы камеры, соединен с крышкой, содержит блок питания, соединенный с, по крайней мере, одним вентилятором и датчиками параметров, источник питания для светодиодов соединенный с блоком питания и светодиодами, и модуль управления, соединенный с, по крайней мере, одним вентилятором, источником питания для светодиодов и датчиками параметров, причем модуль управления выполнен с обеспечением функции мониторинга и управления вентиляцией и освещенностью, а также с возможностью подключения к персональному компьютеру, управляющего устройством по программе.
Блок управления дополнительно может содержать резервную батарею, соединенную с модулем управления.
При этом блок управления может быть выполнен с обеспечением возможности подключения к внешнему источнику электроэнергии.
Кроме того, камера может быть выполнена из непрозрачного материала, а вентиляционные отверстия в стенках камеры могут быть выполнены обеспечивающими пропуск минимума наружного света.
Внутренние стенки камеры могут быть выполнены светоотражающими.
Дополнительный вентилятор может быть выполнен обеспечивающим вентиляцию в камере.
Предпочтительно чтобы крышка была выполнена из листового металла или из материала с высокой теплопроводностью.
Светодиоды могут быть установлены на крышке методом пайки или с использованием теплопроводящий пасты или клея с высокой теплопроводностью.
Светодиоды могут быть дополнительно снабжены печатной платой или основанием.
Целесообразно чтобы крышка с блоком управления были выполнены съемными.
Датчики параметров могут быть выполнены мощностью до 1 Вт, имеющим выходной сигнал с амплитудой 5 В и возвращающим (принимающим) сигнал аналогичной амплитуды, а входы датчиков параметров предпочтительно расположены на внутренней стороне камеры или крышки.
Техническим результатом данной полезной модели является снижение потребления электроэнергии и эксплуатационных расходов за счет повышения долговечности и эффективности использования источника света и обеспечения возможности изменения интенсивности и времени освещенности, а также устранение влияния внешних источников света на создаваемый за счет освещения и вентиляции внутри камеры микроклимат.
Известно, что КПД светодиодов на порядок выше, чем у ламп накаливания. В то же самое время, большая часть энергии, потребляемой светодиодами (около 75%), все-таки уходит в рассеиваемое тепло. С ростом светового потока от светодиодных источников растет тепловыделение. Обеспечение эффективного теплоотвода в светодиодной (LED) светотехнике очень важно, поскольку в отличие от традиционных ламп накаливания и газоразрядных ламп современные светодиоды чувствительны к высоким температурам, поскольку при перегреве светодиода уменьшается его эффективность, падает интенсивность светового потоак, изменяется цветовая температура, а срок службы может сокращаться в разы.
Таким образом, для эффективной работы светодиодного устройства важно обеспечить температуру не более 80°C в области расположения светодиодов, а также предпочтительно такую же температуру обеспечить в области источника питания. Несоблюдение рекомендуемого температурного режима может приводить к потере количества и качества света, увеличению стоимости света от светодиодного устройства, а также сокращению срока службы устройства в целом.
Однако при реализации данной задачи также следует учитывать что многие выращиваемые организмы не выдержат долговременного воздействия температуры 70°C, при которой светодиоды продолжают функционировать. Таким образом, реализация теплоотвода в светодиодной светотехнике, используемой для выращивания живых организмов, и создание комфортного микроклимата для них становится наипервейшей задачей.
Сущность заявленного устройства поясняется схемой, не охватывающей и, тем более, не ограничивающей объем притязаний по данному решению, а лишь являющейся иллюстрирующим материалом к частному случаю выполнения устройства.
На фиг.1 изображена схема подключения составляющих частей устройства в одном из вариантов его выполнения с присоединенным к устройству персональным компьютером для управления режимами его работы.
На схеме цифрами обозначены следующие части:
1. Светодиоды;
2. Вентилятор;
3. Датчики параметров (температуры и освещенности);
4. Блок питания;
5. Модуль управления;
6. Источник питания для светодиодов;
7. Резервная батарея;
8. Внешний источник электроэнергии;
9. Персональный компьютер.
Светодиодное устройство для выращивания организмов называемое люминостат содержит камеру со светонепроницаемыми стенками и вентиляционными отверстиями, крышку с размещенными на ней светодиодами, несколько вентиляторов, блок управления, а также датчики параметров связанные с блоком управления.
Крышка выполнена из цельного металлического листа и выполняет функцию теплообменника и рассеивателя. По крайней мере, один вентилятор установлен с обеспечением возможности охлаждения наружной поверхности крышки.
Блок управления вынесен за пределы камеры, соединен с крышкой, содержит блок питания 4, соединенный с вентиляторами 2 и датчиками параметров 3, источник питания 6 для светодиодов 1 соединенный с блоком питания 4 и светодиодами 1, и модуль управления 5, соединенный с вентиляторами 2, источником питания 6 для светодиодов 1 и датчиками параметров 3, причем модуль управления 5 выполнен с обеспечением функции мониторинга и управления вентиляцией и освещенностью, а также с возможностью подключения через разъем USB к персональному компьютеру 9, управляющего устройством по программе.
Блок управления выполнен с обеспечением возможности подключения к внешнему источнику электроэнергии 9 и дополнительно содержит резервную батарею 7, соединенную с модулем управления.
Тепло, выделяемое светодиодами рассеивается вентилируемой снаружи металлической крышкой. С целью повышения стабильности поступающего на организмы светового потока, вся камера сделана светонепроницаемой, за исключением вентиляционных отверстий, выполненных таким образом, чтобы пропускать минимум наружного света. Крышка люминостата сделана съемной для того, чтобы можно было использовать ее для освещения только вместе с блоком управления отдельно от всей камеры.
Поскольку система кондиционирования по температуре и влажности сильно увеличивает стоимость и размер изделия, в данной конструкции этой системы нет, но зато предусмотрена возможность компьютерного мониторинга за различными параметрами: освещенностью, температурой и др. Функции мониторинга и управления вентиляцией и освещенностью осуществляет модуль управления, подключающийся к персональному компьютеру через USB-интерфейс. Простой интерфейс позволяет легко управлять, следить и устанавливать обратную связь прямо с компьютера. Входы датчиков параметров расположены на внутренней стороне камеры и позволяют работать с любыми датчиками мощностью до 1 Вт, имеющим выходной сигнал с амплитудой 5 В и возвращающим (принимающим) сигнал аналогичной амплитуды.
Устройство работает следующим образом:
Устройство подключают к внешнему источнику электроэнергии 8 и создают с использованием светодиодов 1 и вентиляторов 2 необходимый микроклимат, параметры которого через датчики параметров 3 контролируются и поддерживаются на заданном посредством персонального компьютера 8 уровне модулем управления 5. Выращиваемый организм помещают внутрь камеры. При временном отключении электроэнергии заданные параметры поддерживаются с использованием резервной батареи 7.
2
Данная конструкция люминостата может быть использована в случае, когда важно создать высокую стабильную регулируемую освещенность для выращиваемых организмов, не занимая много места в лаборатории и не потребляя большого количества электроэнергии. За счет использования светодиодов удается добиться освещенности летнего дня (порядка 30-40 Вт/м), потребляя всего 300 Вт электрической энергии.