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水耕栽培の植物育成用にLEDライトを自作しました。


ポイントとしては

・植物に成長に必要な赤色＋少々の青成分を用意
・光合成のタイミングにあわせる200μSecの点滅
・LEDの電源の電圧・電流の管理。なるべくロスを少なく
・簡素で安価で作りやすい回路

について意識して設計しています。





製作手順やポイントを紹介します。

リフレクターに使用したのはダイソーで売っているキッチン用のステンレス製ボール。
直径20cm程度で底面が平らになっているものが良さそうです。
使用するLEDの照射角が120度となっていますが、効率を考えるとビームは絞ってなるべくこぼさず葉っぱに当てたいところです。そのため、深めのものを選定しました。
ちなみに放熱を考えると熱伝導の良いアルミ製が良いのですが、安価で底面が平らなものが見つからなかったのと、ステンレスでも十分ではないかと判断（これが甘かった）したので、とりあえずダイソーのボールで製作します。





こんな感じでLED取り付け穴と放熱穴、吊り下げ用の穴をあけます。




LEDの取り付け

そこそこ発熱するので配慮が必要です。
アルミ基板のLEDですが、ネジ止めすると電極部分にネジが触れそうになるので、あらかじめ該当部分をパターンカットしておきます。アルミ基板も導通するのでショートが心配ですが、気をつけてカットしましょう。ちなみに保護回路があるので万一、ショートしても大事には至らないはずです。
赤3個、青1個を直列にします。順番は関係ありません。使用したLEDは秋月電子にあるOSR5XME3C1SとOSB5XME3C1Sでいずれも1個300円です。




当初はリフレクターが放熱板を兼ねる予定でしたが、底面部のみ熱くなり周辺に熱が分散しないため、急きょアルミアングルで放熱フィンを取り付けました。LEDおよび放熱フィンの取り付け部分には放熱グリスを塗布しました。

LED部分はこれで完成です。






続いて駆動回路です。

駆動方式については何度も検討、実験しましたが、一般的な抵抗や定電流ダイオードを用いる方式ですと、どうしても損失（電力のムダ）が多くなってしまいます。しかもパルス発光と定電流回路を同時に組むのは大掛かりとなってしまうので、なんとか都合よく点灯する方法を考えました。


実験中の様子



約2.5kHzのパルス点灯を行うためには、タイマーICの555で発振回路を組むのが簡単ですが、秋月電子で売っているPWM方式DCモーター速度可変キットがほぼそのまま使えることに気づいたので、このキットを使用しました。


回路図はこのとおり


キットでは発振周波数が10kHzですので、発振周波数を決定するコンデンサ、C1を1000pFから4700pFに変更することで、約2.5kHz（200μSec間欠)にすることができます。

また、LED1個あたりのVfが約3Vで4個でほぼ12Vとなりますが、過電流保護でポリスイッチを挿入します。500mAタイプ(1000mA遮断)がちょうどよく動作します。


以下が実際に駆動したときの波形です。電流プローブは100mV/Aですので、80mVは800mAと読み替えてください。


デューティー比50%のとき


この時の電流値は840mAと、LEDの直流点灯時の絶対最大定格800mAを目安に設定しました。ちなみにパルス点灯では1000mA(最大パルス幅10mSec、デューティ比1/10)となっています。


デューティー比を高くした場合

デューティー比95%まで上げていくと、ポリスイッチが動作し始めます。
ON時の電流が840mAから584mAまで下がりました。直流点灯でも絶対最大定格を超えるような場合は電流が制限されます。


実際の使用では、発熱や素子の余裕をみてデューティー50%を少し下回るくらいが良さそうです。

デューティー34%で平均300mA、このくらいでどうでしょうか。
半固定抵抗の位置はおおよそ10時から11時の間くらいです。





電源制御回路「ももパワー」をケースに納めた様子
（秋月のターミナルが予想以上にでかかった！）










平均300mA時のボリューム位置




とりあえずこのくらいでテスト運用してみようと思います。


あーりん！！

ひょんなことから水耕栽培がやってみたくなったので、植物育成用のLEDライトを自作します。

。


長期間点灯するものだから効率すなわち電気代も大変ねってことで、様々な研究がなされているようです。
まずは葉っぱの色が緑だから緑は反射するだけで役に立たないので不要らしい。
重要なのは赤と青で、色によって役割が違うとか。一般的には赤のほうが多く必要らしい。
で、パルス点灯で200μS周期が良いってのが書いてあって、それは光合成をするのに待ち時間があるので、その間は点灯しなくて良い、むしろ点灯しないほうが育成が早いらしい。

あとは技術的な話だけど、LEDの駆動回路もいろいろ難しくって、定電流回路でなおかつドロップの少ないものがいいんだけど、パルス点灯と合わせるとなかなか回路も難しい。

LEDは秋月のアルミ基板つきの3Wタイプを用意。回路はいろいろ検討したんだけど、いまのところは「ＰＷＭ（スイッチング方式）ＤＣモーター速度可変キット」をちょっと回路変更して使うのがよさそう。
発振周波数を下げるのと、あと0.5V程度の電圧ドロップと、過電流保護を兼ねて0.5Aのポリスイッチを挿入。

リフレクターはダイソーで買ったケーキの型の内側を、これまたダイソーで買った銀色スプレーで塗装

もう少し進んだら実際になんか育ててみよう。