CC BY
23ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 539.1.07:539.1.047:628.977.9:631.22(084.2)
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И АЛГОРИТМА РАБОТЫ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ СВЕТОДИОДНОЙ ОБЛУЧАТЕЛБНОЙ УСТАНОВКИ
Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г., Ильясов И.Р., Зембеков Ю. С., Литвинова В.М.
Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, г. Ижевск
Аннотация. Для ультрафиолетового облучения семян овощных и зерновых культур используются ртутные газоразрядные лампы как низкого, так и высокого давления. Облучательные установки с такими источниками излучения экологически опасны, не энергоэффективны, пожароопасны, не электробезопасны и при своей работе выдедяют значительное количество озона. Практически все применяемые ультрафиолетовые установки не содержат устройства, которое автоматически поддерживает требуемую дозу ультрафиолетового облучения, в виду уменьшения потока излучения лампы при эксплуатации. Ультрафиолетовые светодиоды не содержат ртути, не выделяю озона, питаются от пониженного напряжения, нагреваются не выше 420С, а для поддержания требуемой дозы ультрафиолетового излучения предложено использовать программируемые логические контроллеры или микроконтроллеры. В работе изложен материал по разработке структурной схемы и алгоритма работы энергосберегающей, энергоэффективной, экологически чистой, пожаробезопасной и электробезопасной светодиодной ультрафиолетовой облучательной установки с использованием программируемого логического микроконтроллера для поддержания требуемой дозы ультрафиолетового облучения. Применение микроконтроллера позволяет управлять работой ультрафиолетовой облучательной установкой и дает возможность использовать ее для предпосевной обработки семян различных культур, например, овощных, зерновых, декоративных, хвойных.
Ключевые слова: структурная схема, алгоритм работы, ультрафиолетовое излучение (облучение); светодиодные ультрафиолетовые установки, программируемые логические контроллеры (ПЛК), микроконтроллеры, предпосевная обработка семян.
Введение. На основании ранен полученных положительных результатов по облучению семян ели финской была разработана дешевая экологически чистая, электро и пожаробезопасная ультрафиолетовая облучательная установка [1, 2, 3, 4, 5, 6 ].
Целью работы является разработка структурной схемы и алгоритма работы для энергосберегающей экологически чистой ультрафиолетовой светодиодной облучательной установки.
Объект и методика Светодиодная УФ облучательная установка была разработана нами ранее [7, 8, 9, 10, 11, 12].
В состав этой установки входят 54 ультрафиолетовые светодиоды, которые соединены в группы по три штуки (рис. 1).
Рисунок 1 - Размеры светодиодов и общий вид и светодиодной облучательной установки
Технические данные УФ облучательной установки:
Напряжение питание УФ LED облучательной установки ипит=11,98 В;
Напряжение на резисторе UPE3=2,7 В;
Напряжение на трех УФ светодиодах Uha 3 уф led=9,3 В;
Напряжение на одном УФ светодиоде Uha i уф led=3,1 В;
Общая мощность всей установки (54 светодиода) pS4LED = 2 Вт
На рис. 2 приведена структурная схема облучательной установки [13. 14, 15].
Основное назначение составляющих:
Устройство ввода предназначено для ручного выбора программы в соответствии с облучаемой культурой.
Блок управления данными - обрабатывает поступающие данные, вычисляет необходимые поправки при коррекции длительности излучения.
Супервизор - контролирует напряжение питания, при понижении ниже допустимого уровня выполняет сброс блока управления данными.
Часы реального времени - необходимы для поддержания постоянных интервалов времени.
Рисунок 2 - Структурная схема облучательной установки
Блок включения LED-матрицы: по команде блока управления выполняет включение или отключение облучательной установки
LED-матрица - источник излучения.
Источник питания предназначен для формирования вторичного напряжения питания +12 и + 5В из сетевого переменного напряжения 220В
Блок измерения потока предназначен для контроля текущего потока излучения.
Блок внешнего управления предназначен для управления установкой с помощью персонального компьютера.
Блок отладки и программирования предназначен для программирования и отладки установки на стадии производства.
В качестве основного управляющего устройства выбран микроконтроллер фирмы ATMEL - ATMEGA128A (DD1), который показан на рисунке 3. Этот микроконтроллер имеет в своём составе аналого-цифровой преобразователь (АЦП), что позволяет преобразовывать сигналы непосредственно в микросхеме, тем самым упрощая электрическую схему и сокращая энергопотребления устройства в целом. Так же в микроконтроллере присутствует оперативная память, энергонезависимая память, центральный процессор и порты для ввода и вывода логической информации. Для синхронизации и стабильной работы применяется SMD кварц фирмы JAUCH на 8.192 МГц (BQ1) [16].
ш
Рисунок 3 - Общий вид контроллера ЛТМЕОЛ128Л На рисунке 4 показан алгоритм работы контроллера.
Определение поправки
Включение таймера
Работа установки
Рисунок 4 - Алгоритм работы контроллера АТМЕОА128А
В дальнейшем мы планируем использовать эту облучательную установку для семян различных культур благодаря возможности изменения дозы облучения [17, 18, 19].
Выводы
1. Разработана структурная схема и алгоритм работы ультрафиолетовой светодиодной облучательной установки, которая является экологически чистой, электробезопасной и энергоэффективной.
2. Облучение семян ультрафиолетовым излучением выводит их из состояния покоя, усиливает их способность к быстрому и, что очень важно, дружному прорастанию.
Список использованных источников:
1. Кондратьева Н.П. Повышение эффективности электрооблучения растений в защищенном грунте. Дисс. ... д-р техн. наук М.: ВИЭСХ. - 2003. - 250 с.
2. Украинцев B.C. Кондратьева Н.П., Корепанов Д.А., Бывальцев A.B. Влияние ультрафиолетового облучения на повышение посевных качеств семян хвойных пород. Вестник Удмуртского университета. Серия 6: Биология. Науки о Земле. Выпуск 1. -Ижевск, УдГУ, 2011. - С. 132-137.
3. Кондратьева Н.П., Корепанов ДА., Бывальцев A.B., Перевозчиков Е.А. Ультрафиолетовое облучение семян туи западной и ели колючей. СПб.: Известия Международной академии аграрного образования. 2011. № 12. - С. 13-15.
4. Бывальцев A.B., Кондратьева Н.П., Украинцев B.C. Влияние УФ облучения на повышение посевных качеств семян. Методика и технология. Сабрюкен, 2012. - 56 с.
5. Стерхова Т.Н., Кондратьева Н.П., Корнаухов П.Д, Краснолуцкая М.Г Триер с УФ излучателем Патент на изобретение RUS 2589781 24.09.2014
6. Кондратьева Н.П., Юран СИ, Владыкин И.Р., Баранова И.А., Козырева Е.А., Баженов В.А. Энергосберегающие электротехнолоогии и электрооборудование на предприятиях АПК. В сборнике: Энергоресурсосбережение в промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и агропромышленном комплексе материалы регионального научно-практического семинара: электронное научное издание. Министерство образования и науки Российской Федерации, ФГБО УВПО "Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова". 2016. - С. 303-311.
7. Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г., Батурин В.И., Глазырин КФ Обоснование применения ресурсосберегающих источников энергии В сборнике: Научно-образовательная среда как основа развития агропромышленного комплекса и социальной инфраструктуры села Материалы международной научно-практической конференции (посвященной 85-летию ФГБОУ ВО Чувашская ГСХА). Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашская государственная сельскохозяйственная академия". 2016. - С. 435-440.
8. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г.
Разработка УФ светодиодной (LED) облучательной установки для предпосевной обработки семян В сборнике: Актуальные проблемы энергетики АПК Материалы VII международной научно-практической конференции. 2016. - С. 93-97.
9. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Энергоэффективное энергосберегающие светодиодные облучательные установки . Вестник ВИЭСХ. 2016. № 3 (24). - С. 48-53.
10. Кондратьева Н.П., Владыкин И.Р., Баранова И.А., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Энергосберегающие электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве. Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 4 (19). - С. 11-16.
11. Kondratieva N.P., Vladykin I.R., Litvinova V.M., Krasnolutskaya M.G., Bolshin R.G. Energy saving technologies and electric equipment appeled in agriculture. Research in Agricultural Electric Engineering. 2016. № 2. - C. 62-68.
12. Кондратьева Н.П., Коломиец А.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Энергосберегающие электротехнологии для предпосевной обработки семян. В сборнике: Актуальные проблемы энергетики АПК. VI Международная научно-практическая конференция. Под общей редакцией Трушкина В.А.. 2015. - С. 108111.
13. Кондратьева Н.П., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г. Разработка УФ светодиодной (LED) облучательной установки для предпосевной обработки семян. В сборнике: Актуальные проблемы энергетики АПК материалы VII международной научно-практической конференции. Под общей редакцией Трушкина В.А.. 2016. - С. 93-96.
14. Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г. Энергоэффективное электрооборудование для обработки семян перед посевом. В сборнике: Биотехнология. Взгляд в будущее IV Международная научная Интернет-конференция. Казань, 2015. - С. 5761.
15. Кондратьева Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г.. Энергоэффективные электротехнологии в подготовке семян к посеву. В сборнике: Актуальные вопросы и тенденции развития в современной науке Материалы II Международной научно-практической конференции. 2015. - С. 49-55
16. Кондратьева Н.П., Владыки13н И.Р., Баранова И.А., Большин Р.Г., Краснолуцкая М.Г Микропроцессорные системы управления . Учебное пособие по дисциплине "Микропроцессорные системы управления" для студентов, обучающихся по направлению подготовки "Агроинженерия", профиль "Электрооборудование и электротехнологии" Ижевск, 2015.. - 136 с.
17. Корепанов Д. А., Кондратьева Н.П. Установка для повышения посевных качеств семян длинноволновым УФ облучение. Монография. - Ижевск, 2006, - 61 с.
18. Кондратьева, Н.П., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г., Энергоэффективное электрооборудование для обработки семян перед посевом. Биотехнология. Взгляд в будущее.ДТекст] : IV Международная научная Интернет-конференция, материалы конф. (Казань, 24-25 марта 2015 г.): Сервис виртуальных конференций Pax Grid ; сост. Синяев Д. Н. - Казань : ИП Синяев Д. Н. , 2015. - 57...61 с.
19. Кондратьева Н.П., Романов В.Ю., Чефранова М.Н., Нуреева Т.В., Корепанов Д.А., Краснолуцкая М.Г., Большин Р.Г. Перспективы использования электротехнологии для повышения посевных качеств семян УФ-излучением. Известия Международной академии аграрного образования. 2015. № 24. - С. 10-13..
Надежда Петровна Кондратьева, доктор технических наук, профессор; Роман Геннадьевич Большин, канд. техн. наук; Мария Геннадьевна Краснолуцкая, преподаватель, преподаватель-исследователь; Ильнур Ильясов, магистр; Юрий Сергеевич Зембеков бакалавр; Вера Михайловна Литвинова, канд. филологич. наук, доцент Ижевская государственная сельскохозяйственная академия, г. Ижевск
DEVELOPMENT OF THE BLOCK DIAGRAM AND THE ALGORITHM OF THE UV LED IRRADIATOR
Kondrateva N. P., Bolshin R. G., Krasnolutska M. G., Ilyasov I. R., Zembekov Yu. S., Litvinova V. M.
Izhevsk state agricultural Academy, Izhevsk
Abstract. For ultra-violet radiation of seeds of vegetable and grain crops mercury gas-discharge lamps of both low, and high pressure are used. Irradiating installations with such sources of radiation are ecologically dangerous, aren't energy efficient, fire-dangerous, not electrical safety and the significant amount of ozone during the work emits. Practically all applied ultra-violet installations don't contain the device which automatically supports the required dose of ultra-violet radiation, in a type of reduction of a stream of radiation of a lamp at operation. Ultra-violet
light-emitting diodes don't contain mercury, don't emit ozone, powered from low voltage, heat up not higher than 420C, and for maintenance of the required dose of ultra-violet radiation.Iit is offered to use programmable logical controllers or microcontrollers. In work material on development of the block diagram and an algorithm of work of energy saving, energy efficient, environmentally friendly, fireproof and electrical safety LED ultra-violet irradiating installation with use of the programmable logical microcontroller for maintenance of the required dose of ultra-violet radiation is stated. Use of the microcontroller allows to operate work as ultra-violet irradiating installation and gives the chance to use her for preseeding processing of seeds of various cultures, for example, vegetable, grain, decorative, coniferous. Key words: structural scheme of the algorithm, ultraviolet radiation (irradiation); led UV installations, programmable logic controllers (PLC).
Nadezhda P. Kondratieva, doctor of technical science, Professor;
Roman G. Bolshin, candidate of technical Sciences; Maria G. Krasnolutska, lecturer, lecturer-researcher;, Ilnur Ilyasov, master: Yury S Zembekov, bachelor: Vera Mikhailovna Litvinova, candidate of philological Sciences, associate Professor Izhevsk state agricultural Academy, Izhevsk
