Автономный светильник для комнатных растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«Смоленская областная технологическая академия»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: Автономный светильник для комнатных растений

Преподаватель:

Афанасьев Н.С.

Студент:

Куликов А.А.

Содержание

Введение

1. Назначение, основные технические характеристики

2. Структурная схема изделия

3. Принципиальная схема изделия

4. Разработка инструкции по настройке и регулировке

5. Характерные неисправности изделия

6. Алгоритм поиска неисправностей изделия

7. Расчетная часть

7.1 Электрический расчет

7.2 Расчет надежности

Заключение

Литература

автоматический светильник принципиальная схема

Введение

В данной работе рассматривается устройство автоматического светильника для комнатных растений. Его основная задача обеспечивать комнатные растения достаточным светом, когда уровень освещения в комнате низок, это позволит без проблем поддерживать здоровое состояние растений.

Актуальность: Растения снижают уровень углекислого, что в больших городах особенно актуально, а здоровые комнатные растения позволят поддерживать в комнате приятную атмосферу и насыщать ее кислородом, что благотворно сказывается на здоровье домочадцев.

Производственная значимость: Возможно и экономически выгодно применять данный вид светильник не только для выращивания комнатных растений, но и в парниках, так как светодиоды реагируют только если естественного освещения не достаточно, то есть в вечернее время и пасмурную погоду.

Цели и задачи проекта: исследовать назначение рассматриваемого устройства и в соответствии с заданными техническими характеристиками; осуществить выбор схемы электрической принципиальной изделия; описать принцип действия, произвести разработку инструкции по ремонту и регулировке, которая должна содержать необходимый набор контрольно-измерительной аппаратуры, схему ее подключения, порядок проведения технологических операций, необходимую инструкцию по технике безопасности и противопожарной безопасности; выявить характерные неисправности рассматриваемого изделия, привести методы их поиска и устранения, на основании чего составить алгоритм поиска неисправностей с указанием его назначения, правил и порядка составления, в алгоритме привести необходимый набор контрольно-измерительной аппаратуры, используемой на каждом этапе диагностики; выполнить расчет надежности, целью которого будет являться нахождение среднего времени наработки на отказ изделия и вероятность его безотказной работы; произвести электрический расчет.

1. Назначение, основные технические характеристики

Данное изделие предназначено для автоматического освещения помещения в условиях недостаточной естественной освещенности.

ТТХ приведены в таблице 1

№	Наименование характеристики	Числовое значение	Единица измерения	Примечание
1	Напряжение	5	V	При замене светодиодов на лампы накаливания увеличить до 7 V
2	Допустимый потребляемый ток	0,5	А	Максимальный допустимый ток

2. Структурная схема изделия

Структурная схема разрабатывается на начальных стадиях проектирования и предшествует разработке схем других типов. Структурная схема определяет основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи между ними. Схема отображает принцип действия изделия в самом общем виде.

Схема электрическая структурная приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Структурная схема изделия

При проектировании структурной схемы были учтены назначения каждого из блоков входящих в состав устройства автоматического светильника для комнатных растений

Стабилизатор набряжения - можно использовать стандартный блок питания для мобильных телефонов

Фоторелле на фототранзисторах - отвечает за автоматическое включение светодиодов при недостаточном освещении

Светодиоды - можно использовать как маломощные светодиоды, так и лампы накалывания (для ламп накалывания нужно изменить напряжение до 7 В)

3. Принципиальная схема изделия

На основе предложенной структурной схемы была составлена схема электрическая принципиальная изделия, она приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема электрическая принципиальная изделия

Устройство предназначено для освещения растений в темное время суток, но так же может использоваться как компактный автоматический светильник для улицы и крыльца в частных домах и как автоматический ночник. Принцип работы светильника основывается на фотореле, который в свою очередь с помощью фототранзисторов реагирует на уровень света. При достаточном освещении сопротивление фототранзистора VT 1 мало, что в свою очередь позволяет всему току, который контролируют резисторы R1 и R2 спокойно проходить через него. Напряжения для работы транзисторов VT 3 и VT 4 недостаточно, поэтому они остаются закрытыми, а светодиоды обесточенными. По этой причине светильник не начинается работать днем или когда на светочувствительный элемент попадает достаточное количество люменов. Нужно заметить, что в таком режиме потребление тока не превышает 0.1 мА. Но чем меньше на фототранзистор VT1 поступает света, тем большим сопротивлением он начинает обладать, напряжение в нем увеличивается, пока его не начинает хватать для открытия транзистора VT2, соответственно, ток попадает на резисторы R3 и R4, что помогает отрегулировать напряжение для открытия транзисторов V3 и VT4. Ток для работы светодиодов устанавливают подборкой резистора R5, исходя из количества и мощности светодиодов, нужно высчитать сопротивление резистора. Чем больше используется светодиодов или чем они мощнее, тем меньше сопротивление должно быть у резистора R5.

Интересно, что при замене обычного резистора R5, на построечный резистор, можно изменять тип и количество ламп от ситуации, без серьезного изменения электросхемы и трудоемких расчетов.

4 Разработка инструкции по настройке и регулировке

Соблюдение инструкции по настройке и регулировке позволяет правильно включить автоматический светильник для лампы и настроить его для комфортной сборки и использования.

Все детали размещены на односторонней печатной плате. Применены постоянные резисторы - С2 - 23 и построечный СП 3-3. Транзисторы КТ3107Б можно заменить транзисторами КТ203Д, КТ209В, КТ209Е, КТ361Б, КТ361Г, КТ361Е. Фототранзистор ТЕРТ5600 или BPW85B. Диоды - любые маломощные, светодиод - белого свечения (на ток 20-30 мА), до 10 штук, мощные светодиоды КИПД138А или SVL03P1 - не более двух, так как суммарный потребляемый ток не должен превышать 0,5 А или же лампы накалывания на напряжение 6,3 В при увеличении напряжения питания до 7В, резистор токоограничивающий R5 не нужен.

Вопросы техники безопасности при работ по монтажу элементов на печатную плату нужно учесть следующие опасности:

Опасности механического характера.

· Запрещается использование любого нестандартного инструмента, не прошедшего специальные испытания и не имеющего сертификата.

· достаточная освещенность

· механическая прочность и устойчивость рабочего места

· обязательное наличие воздухоотсоса при работе связанных с пайкой и использованием химических веществ

· надежное механическое (устойчивое) расположение измерительных приборов, устройств, приспособлений.

Опасности электрического характера.

· К работе с любыми электроустановками допускаются лица, обученные безопасным методам работы. Инструмент должен быть с изолированными ручками. Измерение режимов работы устройства производить только одной рукой. Переносное освещение должно использоваться с напряжением не свыше 36 В. Работать с разобранным и выключенным аппаратом разрешается только в одежде с длинными рукавами.

Опасности термического характера.

· Из-за перегрева происходит отслаивание фольги печатного монтажа. При работе с паяльником нужно быть предельно острожным, необходимо иметь аптечку на рабочем месте.

Опасности химического характера.

· Запрещается даже использовать кислотосодержащие флюсы и агрессивные промывочные жидкости. При пайке иметь вытяжку при использовании клея проветривать помещение.

Противопожарная безопасность.

· Не оставлять паяльник без присмотра. При возгорании обесточить ремонтируемый аппарат, для тушение радиоаппарата допустимо использование только углекислот

5. Характерные неисправности изделия

Неисправность - состояние технического устройства, при котором хотя бы один из его основных или дополнительных параметров не соответствует требованиям, обусловленным технической документацией. В неисправное состояние устройство переходит в следствии отказа или повреждения. Отказ приводит устройство в неработоспособное состояние, так как при этом, по крайней мере, один из основных параметров не соответствует техническим требованиям, предъявляемым к устройству. Повреждение может и не приводить к потере работоспособности, если вследствие повреждения устройство перестаёт соответствовать техническим требованиям только по дополнительным параметрам.

Характерные неисправности устройства автономного освещения комнатных растений указаны в таблице 2

Таблица 2 - Характерные неисправности устройства автономного освещения комнатных растений

№ п.п.	Внешнее проявление	Неисправность	Причина возникновения	Способ устранения	КИА и ЗИП
1	Светодиоды горят тускло или не загорается	Для светодиодов подобрано неправильное сопротивление для резистора R5	Сопротивление сети выше или ниже проектного расчета	Уточнить расчет сети и правильно выбрать сопротивление R5	мультиметр M890F
2	Светодиоды не загораются при отсутствии основного света	Фототранзистор не срабатывает	Внешний предмет загораживает попадание фотонов на фототранзистор	Убрать препятствие мешающее поступлению фотонов	Мультиметр M890F
3	Светодиоды загораются при включении блока питания и тухнут если обесточить цепь	Фототранзистор работает не корректно	Ошибка в монтаже на печатной плате или бракованный элемент	Проверить фототранзистор и при необходимости заменить	Мультиметр M890F
4	Светодиоды не загораются	Короткое замыкание	Один или несколько элементов сгорели	Проверить схему на наличие КЗ и заменить сгоревшие элементы	Мультиметр M890F
5	Загораются не все светодиоды	Светодиод сгорел	Один или несколько светодиодов повредились в следствии скачка напряжения или из-за внешних факторов	Заменить неработающий светодиод	Мультиметр M890F

6. Алгоритм поиска неисправностей изделия

Обычные неисправности можно отнести к двум типам: механические и электрические.

Механические неисправности часто появляются из-за воздействия внешних факторов, таких как удары, коррозия, использование некачественных материалов, эксплуатация не по назначению, вмешательство пользователя без инструкции и т.д .

К механическим неисправностям можно отнести сколы, царапины, трещины в корпусе или в печатной плате, обрыв контактов, взрыв лампочки, повреждение цоколя.

К электрическим неисправностям относят: необратимый пробой радиоэлемента, выгорание резисторов, вздутие и пробой конденсаторов, электрический пробой микросхем, необратимые ошибки прошивки микросхем.

В связи с такой классификацией все методы поиска неисправностей делятся на:

Основные группы:

1 Внешний осмотр, позволяет обнаружить механические и некоторые типы электрических неисправностей.

2 Последовательных измерений. Суть заключается в последовательной проверке входных и выходных параметров блоков изделий от входа к выходу и их сравнение с паспортными данными

3 Метод замещения, заключается в последовательной замене блоков изделия на заведомо исправные.

4 Метод исключения, с целью сокращения времени на отыскание неисправности и только в совокупности с каким-то другим методом.

5 Метод сравнения используется при отсутствии требуемой нормативно-технической документации и аналогичен методу последовательных измерений для ремонтируемого изделия и заведомо исправного.

Дополнительные методы:

1 Метод теплового воздействия.

2 Метод внешних воздействий.

3 Метод электропрогона.

Алгоритм поиска неисправностей электронного макета колледжа приведен на рисунке 3

Рисунок 3 - Алгоритм поиска неисправностей устройства контроля работы вентилятора

7. Расчетная часть

7.1 Электрический расчет

Рассчитаем и подберем светодиоды исходя из количества люменов, которые потребуются

Все источники света, как естественного, так и искусственного, излучают энергию, величина которой определяется по длине волн. При этом один источник энергии может излучать волны разной длины. Их суммарное количество формирует спектр, показатели которого колеблются от 300 до 2 500 нанометров. Поэтому, выбирая источник искусственного освещения, следует обратить внимание на его технические характеристики, поскольку неправильный выбор может привести к отрицательному результату.

Рисунок 4. Высота и мощность освещения комнатных растений

Исходные данные:

U= 5 V

I = 0.5 A

P = 400 W

Используя значение тока, можно рассчитать мощность по следующей формуле: P = U · I · N/K, где U - напряжение LED-ленты, I - ток, N - число светодиодов на 1 м, K - количество соединенных друг за другом SMD. В лентах на 12 В это обычно 3 светодиода, а на 24 В - по 6. Количество элементов на метр в большинстве случаев составляет 30 или 60, но также существуют более яркие ленты с числом диодов 120, 180, и 240 шт. на 1 м. От их числа будет зависеть итоговое значение мощности.

P = U · I · N/K N/K = P/(U*I) K = (P/(U*I))/N

400=5*0.5*6/K

К = 26.6 ± = 27

Нам понадобится маломощная лед лента на 27 диодов.

Теперь рассчитаем сопротивление R5 для работы ленты. Для начала посмотрим по таблице зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета значение Uled

Рисунок 5. Таблице зависимости рабочего напряжения светодиода от его цвета

Мы используем светодиоды белого свечения, но для растений так же подходит одновременное использование светодиодов синего и красного свечения.

Возьмем среднее значение Uled для светодиодов белого свечения Uled = 3.5

По формуле R5 = (U- Uled) / I рассчитаем R5

R5 = (U- Uled) / I

R5 = (5- 3.5) / 0.5

R5 = 3 Ом

7.2 Расчет надежности

Надежность-это свойство аппаратуры выполнять все заданные ей функции в определенных условиях эксплуатации в течении заданного времени при сохранении основных параметров пределов установленных техническими условиями.

Целью расчета является определение времени наработки на отказ изделия и вероятности его безотказной работы. Исходными данными для расчета является: схема электрическая принципиальная, описание режимов работы элементов.

Методика расчета:

1 Определяется интенсивность отказов () - соотношение числа отказавших объектов в единицу времени к среднему числу объектов, исправно работающих в данный отрезок времени при условии, что отказавшие объекты не восстанавливаются и не заменяются исправными.

2 Температура окружающей среды ().

3 Определяется коэффициент интенсивности отказов, учитывающий электрический режим (коэффициент нагрузки) и температуру окружающей среды ()

4 Определяется коэффициент () учитывающий влияние механических нагрузок.

5 В зависимости от условий эксплуатации определяется коэффициент эксплуатации ().

6 Определяется интенсивность выхода из строя элемента

(7.1)

7 Определяется интенсивность отказов группы однотипных элементов

(7.2)

8 Определяется среднее время наработки на отказ всего изделия

(7.3)

9 Вероятность безотказной работы

Результаты расчета сводятся в таблицу.

Расчет надежности приведен в таблице 3.

Таблица 3 - Расчет надежности

№ п.п.	Наименование и тип элемента	N			Коэффициенты интенсивности отказов		Интенсивность отказов группы элементов
1	Резистор	5	0,06	30	2,7	0,75	1	0,12	0,6
5	Светодиод	27	0,85	30	2,7	0,92	1	2,11	56,97
7	Транзистор	4	0,74	30	2,7	0,55	1	1,09	4,36
8	Пайка печатного монтажа	15	0,01	30	2,7	1	1	0,027	0,00027

Коэффициент использования элемента - 0,7

61,93

Tср = 0,01614

0,36

Данное изделие будет работать девять тысяч часов 1614 с интенсивностью отказа 0,64

Заключение

В результате работы над проектом было исследовано назначение рассматриваемого устройства в соответствии с заданными техническими характеристиками; осуществлен выбор схемы электрической принципиальной изделия; описан принцип действия, произведена разработка инструкции по настройке и регулировке, которая должна содержит необходимый набор контрольно-измерительной аппаратуры, схему ее подключения, порядок проведения технологических операций, необходимую инструкцию по технике безопасности и противопожарной безопасности; выявлены характерные неисправности рассматриваемого изделия, приведены методы их поиска и устранения, на основании чего составлен алгоритм поиска неисправностей с указанием его назначения, правил и порядка составления, в алгоритме приведен необходимый набор контрольно-измерительной аппаратуры, используемой на каждом этапе диагностики; выполнен расчет надежности, в котором определены: среднее время наработки на отказ изделия и вероятность его безотказной работы; произведен электрический расчет.

Устройство контроля работы автоматического освещения комнатных растений целесообразно использовать для промышленных нужд.

Литература

1. Электрорадиоизмерения: учебник/В.И.Неферов, А.С.Сигов, В.К. Битюков, Е.В.Самохина; под ред.А.С.Сигова.-4-е изд., перераб. и доп.-М: Форум: инфра-м, 2017.-383с.-(Средние профессиональное образование ).

2. http://radiostorage.net/?area=news/1670

3. http://elektronchic.ru/elektronika/xarakteristiki-tranzistora.html

4. http://www.radio-magic.ru/beginners/97-harakteristiki-tranzistorov.

Размещено на Allbest.ru