Висит тут полгода уже "светлая идея" и тишина. Начав приводить примеры "с помидорами" народ заметно оживился. За полгода идея осталась без изменений. Показатель однако. Поменялись только временные параметры импульсов и количество диодов в линейке. Итак в каждой лампе 2 синих и 9 красных 3х ваттных светодиодов. Общее падение напряжение составляет чуть меньше 24 вольт. Изследование изучений фотосинтеза показало что свет растения усваивают всего-то на 1-2 процента. Сейчас пускает корешки один весьма полезный и вкусный вид который усвоит его аж на 3% и выдаст вдвое больше кислорода (съев вдвое больше углекислого газа) чем обычные растения. О нем будет подробнее потом. Так что из непрерывного света люьщегося на лист 97-99% льется зря и нафиг не нужно и даже вредно(!) для уже запущеных этим светом реакций по чудесным превращениям. Там такое творится!
Можно пропустить описание прошлой версии и сразу прыгнуть к текущей.
Посему вместо того чтобы тупо поливать светом один единственный куст мы сделаем нечто интересное: Посветим на первый куст 125нс(наносекунд!). Посветим на второй куст 125нс. ... Посветим на восемнадцатый(!) куст 125нс. Полную пробежку по всем 18 кустам мы совершим за 1.8 микросекунды. Но... 0.125x18=2.25мкс + время на переход к началу цикла. Дело в том что используемый в качестве ключа(включатель/выключатель) полевой транзистор (FET) IRLZ44 требует накачки весьма увесистым зарядом в 66 наноКулонов чтобы включиться. И пока он не включился - его сопротивление будет греть его (с нашими то токами) аки кипятильник. Лапка микроконтроллера "накачает" его нужным зарядом примерно за 50-60нс. Чтобы не палить зря энергию и не греть воздух транзистором мы сделаем так чтобы в это время (один такт на 16МГц Arduino atmega328p (Nano v3) занимает 62.5нс) был открыт предыдущий транзистор и ток шел в дело (в предыдущую лампу). То есть будем активировать наши соседние транзисторы с перекрытием. Кроме первого транзистора на каждом порту. Коих в atmega328p целых три: B,C и D. Вот примерно по такой схеме:
B0B0--------------------------------------------B0B0-------------------------------и так далее
--B1B1--------------------------------------------B1B1----------------------------------------
----B2B2--------------------------------------------B2B2--------------------------------------
------B3B3--------------------------------------------B3B3------------------------------------
--------B4B4--------------------------------------------B4B4----------------------------------
----------B5B5--------------------------------------------B5B5--------------------------------
--------------C0C0--------------------------------------------C0C0----------------------------
----------------C1C1--------------------------------------------C1C1--------------------------
------------------C2C2--------------------------------------------C2C2------------------------
--------------------C3C3--------------------------------------------C3C3----------------------
----------------------C4C4--------------------------------------------C4C4--------------------
------------------------C5C5--------------------------------------------C5C5------------------
----------------------------D2D2--------------------------------------------D2D2--------------
------------------------------D3D3--------------------------------------------D3D3------------
--------------------------------D4D4--------------------------------------------D4D4----------
----------------------------------D5D5--------------------------------------------D5D5--------
------------------------------------D6D6--------------------------------------------D6D6------
--------------------------------------D7D7--------------------------------------------D7D7----
------------------------------------------переход-----------------------------------------пере
[--] один такт (62.5нс)
Выход D0 управляет вентиляторами. Включает их на 3 минуты и потом пауза в минуту. Выход D1 пока не используется. Потом может понадобиться для чего нибудь еще. Управляющий код для микроконтроллера (текущая новейшая версия для полевиков AO3400. Последняя версия декабря для IRLZ44) можно скачать тут.
Вот такие вот попрыгушки!
На выводы B0,С0,D2 можно вешать только до двух ламп. Так как они первые начинают и току при открытии течь на предыдущую лампу не получится. Поэтому эти 3 транзистора будут греться больше остальных. Хотя в целом и терпимо. На остальные выводы можно смело вешать по 3 лампы. Для чего это нужно. Наши 3х ваттные светики имеют пиковый ток 0.75А. Если его не превышать (даже кратковременно) то это гарантирует им счастливую и очень долгую жизнь. Распилив максимальный ток нашего блока питания в 2A - (больше он физически не сможет пыхнуть и реально будет еще меньше где-то 1.5А) на 2 или даже 3 лампы мы впишемся даже в ограничение по максимальному току.
Как видим каждая веточка из 2-3 ламп светит 125нс из 1800нс. То есть фотоны летят из него только 7% времени. Остальное время они отдыхают, остывают и набираются силенок для следующего пыха! И греются они соответственно. То есть почти никак не греются. Синие до 35С. Красные вообще чуть теплые. Соответсвенно и радиаторы и прочие вентиляторы им не зачем. Идеально!
А что же растения? По моему им нравится! Есть еще пара идей чтобы им понравилось еще больше. Одна из них это попробовать более "нежные" но одновременно и более шустрые транзисторы AO3400 с зарядом всего в 7нК (В 9 раз меньше чем у текущего мощнейшего IRLZ44). Но пока они зависли где-то в дороге. И похоже повисят еще какое-то время. Придут, попробую - напишу.
Мне очень понравилось это ваять!
На днях прилетели новые полевые транзисторы AO3400 (A09T). 50 штук ~200руб. Забегая вперед, скажу что эти малютки оказались весьма шустрыми малыми! С большим удовольствием был сваяна новая "многоножка" на базе Arduino Nano v3 и весь колхоз уже пару дней как освещается по-новому! Фитолампы остались совершенно без изменений - они такие простые что там уж совсем нечего менять! Итак, приступим:
Керамические конденсаторы на 10мкФ (106) и 50в выступили идеальными несущими конструкциями. После сборки и подключения важно протестировать каждый из выходов на всех режимах (день/ночь) и глючные просто отсоединить от ламп и не использовать. В итоге из 18 выходов (отключив 2 глючных), получилось 16 полноценно функционирующих каналов. Более чем достаточно. (Программа оставлена без изменений и будет подавать импульсы на все 18 выходов поочередно.)
Новые полевики позволили установить длительность вспышки всего в один такт (62.5 наносекунд при 16МГц) безо всяких ухищрений! Теперь на каждый выход поочередно подается управляющий сигнал длительностью в 62.5 наносекунд. За примерно 10 наносекунд микроконтроллер "накачивает" зарядом транзистор AO3400 и он полностью открывается (до сопротивления в ~0,030 Ом!) и ток со скоростью примерно в 1 метр за 5нс "бежит" к лампам. Это здорово начинает напоминать кровеносную систему! Светодиоды берут на собственную "раскачку" еще ~15 наносекунд и светят на полную катушку (Они холодные и "лупят" фотонами что называется "от души"). Следующим тактом управляющий сигнал отключается и микроконтроллер переходит в режим "откачки" заряда с управляющего входа полевика. Это делается для максимально быстрого "закрытия" транзистора. Подтягивающее сопротивление на высоких частотах с этим делом совершенно не справляется (посему и не используется). ~20-30нс достаточно чтобы полностью "выключить" свет. Таким образом время "вспышки" составляет каких-то 40-50 наносекунд! Максимальный ток ограничивается сопротивлением открытого ключа (~0,030 Ом), сопротивлением медных проводов (1.5мм2 ~0,011 Ом на метр погонный) и общим напряжением на выходе блока питания. С новыми AO3400 это напряжение всего 22.7 вольт!
Применение более шустрых транзисторов AO3400 вместо бегемотиков IRLZ44 привело к следующим интересным "последствиям":
•Уменьшив время "вспышки" до одного такта вылет фотонов сведен к 40-50 наносекундам.
•Сами лампы стали совсем уж холодными и это не замедлило сказаться на эффективности: Потребление электроэнергии "всем колхозом" упало на 10 ватт! И это при том же самом световом потоке! Эти 10 ватт раньше тупо грели долгооткрывающиеся транзисторы IRLZ44.
•Период поочередной "засветки" всех 18-ти каналов уменьшен до 1300 наносекунд (с 1800). Это придаст еще больше прыти фотосинтезу. Посмотрев на поведение растений - им определенно нравится меньшая длительность вспышки и большая их частота. Эффект просто сказочный!
•Не смотря на малюсенький размер, полевики AO3400 пропускают только постоянного тока в 5А. С нашими "пыхами" в 50 из 1300нс (свет горит менее 4% времени!) он может достигать ~15A. Можно 5-6 блоков питания "повесить" на один транзистор! Точное число будет зависеть от суммарного тока и, соответственно, нагрева транзистора. Так что в схему подключения "гирлянд" можно вносить изменения.
Мне все больше и больше это нравится!
Продолжается улучшение световой алхимии. Посветив несколько дней вышел из строя один полевик. AO3400 оказались нежнее IRLZ44 особенно по части затвора. Прямое соединение выхода микроконтроллера и управляющего входа (gate) транзистора привело к тому что напряжение (+4.8в) из-за переходных процессов превысило максимальные 12вольт и "выжгло" в дебрях транзистора крохотную дырочку - через которую теперь и "сифонили" заряды даже при нуле на затворе. Физически это проявилось так что лампа продолжала светить "ночью" ну и слегка нагрелась - совсем капельку. Лампа была переведена на живой порт и напряжение на микроконтроллере понижено до +3.8в "до выяснения". Помедитировав пришел ответ - пробой затвора. В качестве решения и для большей ремотнопригодности управляющие выходы микроконтроллера и затворы транзисторов теперь соединены съемным проводом через резисторы номиналом 22 Ома. 10 Ом - погоды не делали. 22 Ома заработали как надо. 2 соединенных валетиком диода шоттки также пики не гасили - что удивительно, а напряжение на них падало. На осциллограммах можно посмотреть как эти резисторы сглаживают острые пики напряжения.
Масштабом сигналов можно принебречь - так как это специальная тестовая прошивка состоящая из одного "пыха" на цикл. Синхронная для того чтобы осциллограф "поймал" ее частоту. В живой прошивке таких "пыхов" 64 и идут они весьма не равномерно чтобы не шагать "в ногу" и не вызывать ненужных резонансов и соответственно избежать генерации радиоволн. На осциллографе там "веселый лес" соответственно.
Применение для "среза" пиков TVS диодов и диодов Зенера выглядит сомнительным, так как соединяются они "на землю" (оставляя при этом прямой путь к затвору открытым). На таких частотах диоды Зенера оказались "тормозами" - они включаются время порядка микросекунды и понятно что при импульсе в десятки наносекунд "ловить" уже нечего - пик уйдет в затвор. TVS диоды пошустрее - включаются за 5-10 наносекунд. Но именно в эти начальные наносекунды пики также совершенно никто не фильтрует. С резистором же сигналу физически некуда деваться кроме как идти через сопротивление где он слегка "тормозится" и сглаживается. Важно не переборщить с номиналом резистора - это приведет к более длительному открыванию полевика (и к его дополнительному нагреву).
И еще один "финт ушами". Разгоняемся. В паспорте на atmega328P писано что она и на 20МГц может. Была создана прошивка вообще без прерываний - время теперь считается просто тактами. На скорости в 20 Мгц число "пыхов" для каждого из 18 выходов примерно 950000! Время одного такта/пыха уменьшилось с 62.5нс до 50нс. Итого за световой день получается порядка 56 миллиардов пыхов. Нагрев и потребление энергии остались без изменений. 71 ватт на весь колхоз.
Программа для кристалла в 20МГц тут. Сначала заливаем прошивку и только затем меняем кристалл! Аккуратно припаиваем его к 1-му и 3-му контактам. Они, в свою очередь, идут на лапки 6 и 7 порта B (XTAL1/XTAL2). На втором "земля". Также рекомендуются конденсаторы на 12-30пФ на землю (12пФ для 20MHz кристалла HC49S), но и так все чудесно "варит". Дорожки до лапок микроконтроллера уже имеют некоторую емкость в сколько-то там пФ. Если с каждым днем контроллер будет "уезжать" вперед довольно сильно и начинать следующий день ощутимо раньше - то надо ставить конденсаторы. Но пока никто никуда не "уезжает". Также с 20МГц кристаллом прошивка станет не возможной - там много чего "съехало" и по-простому это не решилось. Имеет смысл заказать и 16МГц кристаллы для "перепрошивки". Родную малютку просто нереально припаять обратно. Также припаиваем керамический конденсатор (0.1-10мкф) между питанием 5в и землей. Так как источник питания находится за 7 метров, то он обеспечит некоторый запас энергии "до подхода основных сил" тем самым стабилизируя питание микросхемы и значительно повышая стабильность деятельности на такой хорошенькой скорости.
Есть множество куда более шустрых (и более дорогих к тому же) микроконтроллеров с частотой значительно большей чем 20Мгц. Однако там есть ньюансы. Для примера один такт операции ввода/вывода (ассемблерная команда OUT) может занимать 4 а то и больше таких "дутых" тактов. В 8-битных AVRках (atmega168,328 и подобные) все просто: 1 такт - одна операция ввода/вывода. Одним тактом вывод открыли, следующим тактом - закрыли. 50 наносекунд на все про все при 20Мгц.
Зеленым питомцам от такого "ускорения" огромнейшая польза! Меньшая интенсивность выспышек при их большей частоте мягче и эффективнее двигают чудесные превращения фотосинтеза и они просто взрываются цветами!
Далее: Выбор блоков питания
