Adaptive Pflanzenbeleuchtung

Adaptive Pflanzenbeleuchtung

Peter Allenspach

Problemstellung
Um eine Forschung in den Bereich, inwiefern verschiedene Lichtspektren das Wachstum von Pflanzen beeinflussen können, zu ermöglichen, muss eine Lampe entwickelt werden, die in einer Klimakammer in der ZHAW eingebaut werden kann. Diese Lampe soll sieben diskrete LED-Farbtemperaturen verbaut haben, die stufenlos steuerbar sind, um eine genaue Einstellung der Farbtemperatur durch Kombination verschiedener LED-Typen zu ermöglichen. Diese Lampe muss ausserdem als System mit einer externen SPS kommunizieren können.

Lösungskonzept
Für die Sicherstellung der Kommunikation wurde sich für das RS232-Protokoll mit einem eigenen Protokoll entschieden; die Kommunikation innerhalb des Systems der einzelnen Lampen in der Klimakammer erfolgt über ein Ringnetzwerk. Die einzelnen Lampen in einem Abteil der Klimakammer bestehen je aus einem Steuerboard, auf dem die gesamte Steuer- und Kommunikationselektronik verbaut ist – dieses befindet sich in einem belüfteten Kasten am Rand des Abteils – und acht LED-Boards, welche auf Alu-PCBs verbaut sind, die die Beleuchtung sicherstellen. Um den Strom zu steuern, wurde sich aufgrund der frei auswählbaren Spannung für ein lineares Element entschieden – dies sorgt dafür, dass eine sehr hohe Effizienz der Speisung möglich ist. Auch wurde ein Konzept erarbeitet, die Beleuchtung mit Erweiterungsboards ausstatten zu können, um auch eine Beleuchtung mit anderen LED-Typen (z.B. UV, IR) zu ermöglichen.

Realisierung
Um die Lösung konzeptualisieren zu können, wurde ein Prototypenboard mit verschiedenen möglichen Stromquellen entwickelt, womit die Leistungsfähigkeit dieser eruiert und die Software des verwendeten ESP32-Mikrokontrollers getestet werden kann.

Ergebnisse
Bis zum Ende der Bachelorarbeit wurde mit dem Prototyp gearbeitet. Das Konzept zur Lösung steht, die Software befindet sich noch im Teststadium. Die Speisung bis zu den LEDs konnte ab Netz mit über 90% Effizienz (Testresultate mit Prototyp) optimiert werden, dies ist ein überaus erfreuliches Resultat

Ausblick
Es wird weiterhin an dem Projekt weitergearbeitet. Da sich die Planung der Klimakammer zeitlich verschoben hat, ist noch nicht klar, wie genau die einzelnen Regale aussehen werden, deswegen ist eine vollständige Endimplementation zu diesem Zeitpunkt noch nicht möglich, eine erfolgreiche Fertigstellung wird jedoch Problemlos möglich sein

Studienbetreuer Prof. Dr. Markus Thalmann
Preisstifter aurora, ZHAW

Konzeptdarstellung einer Kammer mit Steuerbox und LED-Boards
3D-Render des erstellten Prototypenboards
Masse der LED-Boards (Gesamtlänge 60cm)

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