Создание светильника «RGB Лампа» с элементами светодиодов

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ……………………………………………………………………3

1. Теоретическая часть работы

1.1. Историческая справка ….……………………………………………..4

1.2. Устройство лампы накаливания ……………………………………..4

1.3. Преимущество светодиода над лампочкой накаливания……………5

1.4. Светодиодные лампы. Основные характеристики …………………. 5

2.  Практическая часть

2.1. Анкетирование ……………………………………………..…………..11

2.2. Из чего состоит светильник ………………………………………….13

2.3. Правила сборки…………………………………………………..........13

2.4 Технологическая карта изготовления светильника ………………….14

Заключение ………………………………………………………………….15

Использованная литература………………………………………………..15

Приложения………………………………………………………………….16

Введение

Энергосбережение в настоящее время принимает всё большую актуальность. Огромная часть электроэнергии, потребляемая предприятиями и организациями, расходуется на освещение производственных помещений и уличное освещение. Значит, возникает задача производства модернизации в области освещения путём применения энергосберегающих источников света. Один из путей решения: использование светодиодного освещения. На сегодняшний день светодиодные лампочки – это самый экологически чистый источник домашнего освещения. Такие лампочки не содержат в своем составе опасные токсичные вещества (к примеру, ртуть) и именно поэтому они не несут опасности в случае неисправности для здоровья человека. Но, несмотря на это, выбрать хорошую, а самое главное качественную лампу - дело не простое.

Альтернативой лампочкам накаливания являются энергосберегающие и светодиодные или LED-лампы. Аббревиатура LED собственно и переводится на русский язык, как светодиод. Что такое свет всем ясно, ну а диод - это твердотельный полупроводниковый прибор, в данном случае служащий для генерации света.

Я решил сделать проект, и в процессе проекта, собрать светильник.

 Цель: Создание светильника «Огненная лампа».

Задачи:

1. Изучить историю создания лампочки

2. Изучить из чего состоит светильник

3. Провести анкетирование среди школьников и определить, насколько популярны в использовании светодиодные лампы.

1. Теоретическая часть работы

1.1 Историческая справка

Первая лампа накаливания изобретена русским электротехником Александром Николаевичем Лодыгиным. В качестве нити накаливания он применил угольный стержень, который поместил в вакуумный сосуд. На свое изобретение летом 1874 года Лодыгин получил патент. Но на этом он не остановился. Александр Николаевич продолжил свои исследования, работая над тем, чтобы использовать тугоплавкие металлы в качестве нити накаливания.

Спустя год, Василию Федоровичу Дидрихсону удалось усовершенствовать лампу Лодыгина, тем самым продлив срок ее службы. Он предложил откачивать воздух из сосуда, а также использовать не одну, а несколько нитей накаливания.

Параллельно с Лодыгиным работу в этом же направлении вел и известный американский изобретатель Томас Эдисон. В своей лампе он использовал платиновую нить накаливания, а в 1879 году запатентовал свое изобретение. Однако такое изделие стоило очень дорого, поэтому не получило широкого распространения. Вернувшись к работе с угольным стержнем, Томас через год создает лампу, работающую в течение сорока часов. Именно Эдисон придумал цоколь и патрон, а спустя некоторое время наладил производство лампочек по цене два с половиной доллара за штуку.

Лодыгин, продолжая работать с тугоплавкими металлами, создает лампочку с вольфрамовой нитью накаливания. В 1906 году компания «GeneralElectric» покупает у него патент на это изобретение. Спустя три года сотрудник компании Ирвинг Ленгмюр добился увеличения времени работы вольфрамовой нити путем наполнения лампы аргоном. Чуть позже американский физик Уильям Дэвид Кулидж смог усовершенствовать метод изготовления вольфрамовой нити. Все эти изобретения в комплексе позволили лампе с вольфрамовой нитью накаливания постепенно завоевать весь рынок и вытеснить конкурентов.

1.2 Устройство лампы накаливания

Строение и схема лампы накаливания выглядят так: (Приложение 1)

• стеклянная колба грушевидной или округлой формы;

• тело накала (вольфрамовая или угольная нить), расположенное в ней на двух держателях-крючках;

• два электрода;

• предохранитель;

• ножка;

• цоколь (корпус) с изолятором;

• его контакт (донышко).

Рассмотрев, из чего состоит лампочка, важно понять и принцип её работы:

• При включении света через донышко цоколя к телу накала проходит ток.

• Вольфрамовая нить сильно разогревается после замыкания электрической цепи, что приводит к её свечению.

• На этот момент температура нити достигает 570 градусов.

• Таким образом спектр свечения лампочек сдвинут в сторону теплых температур.

Для справки: чем ниже градус вольфрамовой/угольной нити, тем ниже будет доля энергии, которая подходит к телу накала и провоцирует его видимое излучение. Ретро-лампы тем и отличаются, что медленнее и слабее прогревают спираль.

1.3 Преимущество светодиода над лампочкой накаливания

Криптоновые и биспиральные лампы накаливания обладают повешенными характеристиками, но всё же лампы накаливания в целом стремительно уходят в прошлое из-за преобладания недостатков над достоинствами.

Они имеют только жёлтый тон света, недолгий срок работы, хрупкость, нагрев (максимум 30% потребляемой энергии идёт на освещение), очень энергозатратны, перегорают при перепадах электроэнергии.

Светодиодные лампочки – торжество высоких технологий. Светодиоды не нагреваются, очень долго работают, максимально экономят энергию, экологичные (выброшенная лампочка не нанесёт вреда земле и воздуху), прочные, спокойно переносят частое включение-выключение, имеют многообразные формы и цвета света.

1.4 Светодиодные лампы. Основные характеристики

Почему все же лучше  покупать именно лампы со светодиодами? В мире существует множество аналогов, как по характеристикам, так и по цене. Давайте разберёмся со всем по порядку.

Сегодня остро стоит вопрос экономии на коммунальных услугах, а, как известно больше всего мы тратим денег на свет. И именно поэтому остро стоит вопрос об экономии и как не странно одним из таких способов является покупка светодиодной лампы (Приложение 2).

Преимущества светодиодных ламп:

1. Высокая энергоэффективность - высокая светоотдача на единицу потребляемой электрической мощности.
2. Безвредность при эксплуатации - отсутствие каких-либо вредных для человека излучений. Светодиоды не излучают ни ультрафиолета, ни инфракрасного излучения. Отсутствие пульсаций света.
3. Высокая надежность. Светодиодные осветительные приборы не содержат потенциально ненадежных узлов и деталей, подверженных старению или расходующих свой ресурс, нет там и высоковольтных пусковых устройств.
4. Индифферентность к процессам включения-выключения.
5. Устойчивость к повышению, понижению и скачкам напряжения. Многие светодиодные лампы рассчитаны на питание переменным током с напряжением, меняющимся в широких пределах, например: 85-265 вольт.
7. Механическая прочность и устойчивость к вибрациям и ударам.
8. Отсутствие ядовитых веществ в конструкции и каких-либо особых требований к утилизации (Приложение 3).

4.2. Принцип их работы

При покупке любого товара мы задаемся вопросами: насколько он безопасен, и какие гарантии качества этого товара? Качеством светодиодной лампы является её уникальная конструкция, которая включает в себе три основных и надежных элемента работы и именно от их качества зависит срок работы лампы (Приложение 4).

В конструкцию лампы входят:

-Основной светодиод – источник света. Сразу хочется заметить, что лучше всего покупать лампы с несколькими светодиодами, так вы будете уверены, что лампочка прослужит вам довольно длительное время.

-Небольшой трансформатор. Необходим он для точного и безопасного перераспределения напряжения. Выяснено, что это самая так сказать нежная деталь во всей конструкции светодиодной лампы и в отдельности она продается по далеко не демократичной цене. Если трансформатор ненадлежащего качества, то такая лампа послужит максимум неделю и это будут на ветер выброшенные деньги.

-Радиатор для охлаждения лампы. Он должен постоянно охлаждать светодиод и радиатор для избегания перегрева лампы. Этот элемент в конструкции больше вспомогательный и обязательно должен иметь хорошую систему вентиляции (как для своих небольших размеров) (Приложение 5).

4.3. Плюсы и минусы светодиодной лампы

Тема этой работы была бы не полностью раскрыта, если бы я не сказал о плюсах и минусах светодиодных ламп (Приложение 6).

Достоинства:

Экономия. Как уже было упомянуто выше светодиодная лампа использует электроэнергии в десять (в некоторых случаях в двадцать) раз меньше чем обычная лампочка. Это подтверждают отзывы покупателей и практические эксперименты. Так как светодиод - очень прочный и надежный источник света, он может прослужить непрерывно более ста тысяч часов. Если брать во внимание, что в обычном использовании лампа работает на протяжении всего дня не больше пяти часов, можно смело утверждать, что аналогичная по цене светодиодная лампа может прослужить более восьмидесяти лет.

Особенность ламп со встроенными светодиодами – это их устойчивость к воздействию внешней среды, а это значит, что их можно смело использовать для освещения двора вашего дома даже в самую лютую зиму. Утилизировать такие лампы экологически безопасно (так как они не содержат вредных токсинов). Такие лампы не выделяют ультрафиолет. Это значит, что их можно использовать в специальных помещениях (к примеру, в картинной галерее, где от обычных лампочек краска на картинах может выгореть).

Недостатки:

Безусловно, минусов у таких ламп немного. Светодиодные лампы нет возможности устанавливать в закрытые светильники (так как свет может приглушаться).

К минусам можно отнести стоимость. Она намного выше, чем у обычной лампочки.

           Другим недостатком LED-ламп является, то, что мощные светодиоды греются в процессе работы. Этот нагрев конечно несравним с нагревом ламп накаливания, но полупроводники и светодиоды, в частности, не любят высоких температур - даже 70 градусов Цельсия для них проблема. При перегреве у светодиода снижается интенсивность излучения света. Поэтому некоторые мощные светодиодные лампы имеют специальные пассивные охладители в виде набора металлических пластин - радиатор, что увеличивает габариты лампы в целом.

4.4. Использование светодиодных ламп

Благодаря очень ярким светодиодам такие лампы можно использовать практически где угодно. Например, густо разместив их на потолке, можно получить достаточно яркое освещение, которое можно регулировать в большом световом диапазоне. Также светодиод можно использовать не только в качестве основного, а и вспомогательного освещения (подсветка внутри шкафа или ящика). В общем, использовать светодиодную лампу можно практически где угодно. В перспективе светодиоды, по-видимому, в основном будут не заменять другие источники света, а дополнять их. Само собой разумеется, что, пока не появятся новые области применения, определяемые свойствами светодиодов, они будут использоваться аналогично обычным источникам света. (Приложение 7).

Основные характеристики, по которым необходимо выбирать светодиодные лампы.

Мощность (Приложение 8).

По правде говоря, этот показатель является одним из самых главным при покупке любой лампы. Ведь очень важно знать, сколько она потребляет и какая мощность её свечения. Но, для того чтобы понять насколько экономичная та или иная лампа можно исключительно в прямом сравнении. Провести подобный эксперимент может каждый, так как это не составит особого труда.

Для начала выясним, какая средняя мощность у лампы, предположим, что 100 Вт. У такой лампы световой поток равен 1600 Люмен (интенсивность потока света), а для того чтобы добиться аналогичного эффекта, светодиодная лампа потратит всего лишь шестнадцать – двадцать Люмен. И вправду - разница очень ощутима. В среднем, при использовании ламп со встроенными светодиодами, потребление электричества в вашем дома сократится в пять раз.

Ну а мощность таких лампочек в разы больше, чем у прямых аналогов. Как же правильно подобрать мощность светодиодной лампы?  При выборе светодиодной лампы очень важно определить, какая мощность вам необходима. Также показатели мощности светодиодов значительно отличаются от обычных ламп (мощность светодиода начинается от 5 Вт и заканчивается 25 Вт). Как показывает практика, для того, чтобы осветить большое помещение, нужно установить сразу несколько светодиодных ламп (Приложение 9).

Ресурс работы светодиодной лампы

При покупке лампы со встроенными светодиодами очень важно обращать внимание на такую не особо заметную вещь, как ресурс работы. Дело в том, что в среднем производитель лампы обещает более пятидесяти тысяч часов (в самых дешевых моделях), а в некоторых более дорогих до пятнадцати лет непрерывной эксплуатации. Но, по истечении нескольких лет светодиоды начинают портиться и мощность освещения, а также его качество значительно ухудшается.

Гарантийный срок. Во время покупки лампы нужно отталкиваться не от её рабочего ресурса, а от гарантийного срока использования (это время составляет от трёх до пяти лет). Каждый добросовестный производитель светодиодных ламп гарантирует, что если за это время лампа выйдет из строя, вам её абсолютно бесплатно заменят на такую же новую. Но загвоздка заключается в том, что за это время случаи поломки единичны (в основном проблемы со светодиодными лампами начинают, появляется через семь лет непрерывной эксплуатации) (Приложение 10).

Цветовая температура

С умом и особенной внимательностью необходимо выбирать цветовую температуру диодной лампы. Важно знать: чем больше температура накаливания, тем холоднее будет свечение лампы. Лучше всего для комфортного и приятного глазу освещения выбирайте лампы, чья температура накаливания колеблется от двух тысяч до трёх тысяч Кельвин (Приложение 11).

Внимание: практически всегда на упаковке указано, какое именно освещение дает лампа. Лучше покупать светодиоды, на товарной упаковке которых написано: мягкий белый либо теплый белый (Приложение 12).

Угол рассеивания

От этого параметра будет завесить характер освещения от лампы. Необходимо всегда обращать внимание, насколько качественным люминофором покрыта линза лампы. Также внимательно нужно присматриваться, насколько близко светодиоды расположены друг к другу, так как если они будут находиться почти вплотную, то угол рассеивания света будет небольшим, а если светодиоды находятся на определенном расстоянии, то одной лампочкой можно будет осветить всю комнату (Приложение 13).

Коэффициент передачи света

Зачастую многие при выборе лампы не обращают внимание на такой показатель, но от этого его важность не теряется. К примеру, для яркого освещения в комнате коэффициент передачи света должен быть не меньше девяноста градусов (Приложение 14).

Наличие радиатора

Как уже было написано ранее, радиатор в светодиодной лампе необходим для её охлаждения и предотвращения её перегрева. Какой размер и тип радиатора установлен в той или иной лампе, указывает производитель на лицевой части товарной упаковки.

Совместимость с диммером

Более простыми словами диммер – это пульт управления для светодиодных ламп. Его основная задача – дистанционно изменять цвет лампы. Важно знать: не все лампы совместимы с данным устройством. Для того чтобы опробовать подобную функцию, необходимо приобрести специальные LED лампы, которые на порядок дороже обычных светодиодных.

Итак, на что в первую очередь нужно обращать внимание при покупке LED лампочек:

Итак, при покупке светодиодов нужно обязательно обратить внимание:

•         Мощность;

•         Производителя и предоставляемый гарантийный срок;

•         Наличие радиатора;

•         На коэффициент передачи цвета и его угол рассеивания;

•         Совместима ли лампочка с диммером;

•         Какая цветовая температура у диода;

•       Какая мощность и тип цоколя у светодиодной лампы.  

Нужно помнить, что при покупке светодиодов нужно очень ответственно отнестись к этому дело и выбирать исключительно качественную продукцию.

2. Практическая часть

2.1. Анкетирование

В средствах информации закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» кратко называют законом «Об энергосбережении».

      Я уже выяснял, что знают об этом законе и проблеме энергосбережения ученики нашей школы. В виде вопросов я продолжаю обращать внимание на эту проблему. В анкетировании приняли участие 30 человек

Среди своих одноклассников и знакомых мы провели следующий опрос. (Приложение 15).

1.                      Владеете ли вы информацией об светодиодных лампах?

А. Да                 Б. Нет

2.                      Нужно ли менять обычные лампочки на светодиодные?

А. Да.                Б. Нет.                   В. Не знаю.

3.                      Какие лампочки используются у вас дома?

А. Энергосберегающие;                    Б. Обычные;  В. Светодиодные

Г. Все виды.                               Д. Не знаю, какие.                                   

4.                      Как долго Вы пользуетесь светодиодными лампами?

А. Не пользуюсь.                    Б. Около месяца.

В. Около полугода.                 Г. Около года.            Д. Больше двух лет.

5. Заметили ли Вы экономию электроэнергии при пользовании светодиодными лампами по сравнению с лампами накаливания и энергосберегающими?

А. Да, большая экономия;             Б. Да, но не очень большая экономия;

В. Нет никакой экономии;     Г.Не заметили различия в потреблении электроэнергии.

6.    Какие преимущества светодиодных ламп Вы можете назвать?

А. Экономия энергии и финансов.               Б. Долгий срок службы.

В. Свой ответ

7.                      Узнали вы о новых  способах энергосбережения, ваши  предложения?

А. Да.                Б. Нет. В. Способы

8.   Какие недостатки светодиодных ламп Вы можете назвать?

А. Высокая стоимость. Б. Невозможность установки в закрытые светильники. В. Воздействие на зрение, особенно детей. Г. Свой ответ

9.                      Как относитесь к закону «Об энергосбережении»?

А. Одобряю.      Б. Не одобряю.           В. Мне всё равно.

10.                  Как относитесь к тому, что светодиодные лампы стоят очень дорого?

А. Одобряю.      Б. Не одобряю.         В. Первый раз слышу.         Г. Мне всё равно.

      Вывод. Из опроса видно, что владеют информацией об светодиодных лампочках всего 16 из 30 опрошенных респондентов (53%), не владеют – 12 учеников (20%),  считают, что нужно менять обычные лампочки на светодиодные 15 учеников, 50 %, не нужно 10 учеников , 33%, не знают – 5 учеников, 17%.  Лампочки которые используются дома – все виды 8 учеников , 27% , энергосберегающие - 6 учеников , 20% , обычные лампочки - 8 учеников , 27%, светодиодные – 5, 15%, не знают, какие – 3 учеников, 11 %. На вопрос «Как долго вы пользуетесь светодиодными лампочками?» из 30 опрошенных ответили, что не используют - 14 учеников (46%), около месяца - 5 учеников(17%), около полугода 4 ученика (13%), около года 5 учеников(17%), больше двух лет дали ответ 2 ученика (7%). На вопрос: «Заметили ли Вы экономию электроэнергии при пользовании светодиодными лампами по сравнению с энергосберегающими лампами?» получили такие ответы - да, большая экономия 2 ученика (7%), да, но не очень большая экономия - 13 учеников(43%), нет никакой экономии – 12 учеников, 40%, не заметили различия в потреблении электроэнергии – 3 ученика, 10%. На вопрос: «Какие преимущества светодиодных ламп Вы можете назвать?» - экономия энергии и финансов - 2 ученика (7%) , долгий срок службы 25 учеников(83%), свой ответ- 3 ученика (11%).   По вопросу о способах энергосбережения были получены следующие результаты: на ответ «да» - ответили 25 учеников , 83% , на ответ «нет» - ответили 5 учеников , 17%. О недостатках светодиодных ламп - высокая стоимость, 18 учеников, 60%; невозможность установки в закрытые светильники, 9 учеников, 29%; воздействие на зрение, 3 ученика, 11%. Как относитесь к распоряжению  президента о замене ламп накаливания на энергосберегающие дали такие ответы - одобряю 10 учеников(33,3%),не одобряю 10 учеников(33,3%), мне все равно 10 учеников(33,3%). И на вопрос: как относитесь к тому, что светодиодные лампы стоят очень дорого - одобряю 6 учеников(20%), не одобряю 9 учеников(30%), первый раз слышу 10 учеников(33%) , мне все равно 5 учеников(17%). 

2.2 Из чего состоит светильник

Светильник состоит:

1. Микроконтроллер ESP8266 (напряжение питания: 3.3V)

2. Светодиодная RGB Матрица 16х16 светодиодов

3. Провода МГТФ

4. Плафон для лампы

5. ABS пластик (Для корпуса)

Рис. 1 Микроконтроллер ESP8266

Рис.2 Светодиодная RGB Матрица

2.3 Правила сборки

1. Сборку любого устройства начинают с расстановки компонентов на макетной плате.

2. Когда все детали размещены, сравнить схему и убедиться в отсутствии ошибок.

3. Затем переходить к установке проводов.

4. Подключать источник питания, только убедившись в правильности схемы.

[ПОЛЯРНОСТЬ]

1. Не спутать «плюс» и «минус» важно не только для батареек, но и для некоторых других элементов. Их называют полярными.

2. Ставить элементы в точности, как на рисунке, а не задом наперёд.
   2.4 Технологическая карта изготовления светильника

Заключение

В заключение хочется отметить, что, как правило, построение интеллектуального дома начинается именно с функции управления освещением, поскольку одна эта функция способна значительно преобразить наш опыт пребывания в своем доме.

Проведенный опыт показал, что при должной подготовке, наличии соответствующих знаний и инструментов создание «умного» освещения не составляет большого труда.

Всего лишь за несколько десятков лет наука и техника совершили настолько большой прорыв, что то, что ранее казалось совершенно фантастичным, теперь реализуемо в короткие сроки и доступно каждому.

Список литературы

1. Игнатьева, Е. А. Умный дом – технология будущего / Е. А.

2. Игнатьева, С. А Шпаков // Современные наукоемкие технологии.-2013-№7

3. Лапина, А. П. Энергоэффективные технологии / Лапина А. П.

4. Инженерный вестник Дона -2015-№ 1-2.

5. Новый взгляд на умный дом — [Электронный Ресурс].

6. https://github.com/esp8266/Arduino/blob/master/doc/reference.r 

Светильник RGB Лампа выполнен в качестве практической работы.

4.Использованная литература и Интернет-ресурсы

1.Детская энциклопедия РОСМЭН«Открытия и изобретения». Москва, 2008 г

2. http://med-premium.ru/index.php/poleznaya-informatsiya/13-vliyanie-svetodiodnykh-lamp-na-zdorove-cheloveka

3. http://globalscience.ru/article/read/26931/

4. http://nikitich.livejournal.com/32199.html

5. http://electro-site.ru/vred-svetodiodnyh-lamp-i-lyuminscentnogo-osvescheniya.htm

6. http://cyberleninka.ru/article/n/gigienicheskie-aspekty-svetodiodnyh-lamp

7. http://electrik.info/main/praktika/299-kak-ustroeny-svetodiodnye-lampy.html

8. Федеральный закон № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

9. А.Полищук, А.Туркин. Перспективы применения светильников со светодиодами для энергосберегающего освещения. Энергосбережение, №2.

10. Постановление Правительства РФ № 681 от 03.09.2010 г « Об утверждении правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств».

11. Мухитдинов М. М. Светодиоды и их применение для промышленного контроля и измерения. – Ташкент: ФАН, 1976. – 217 с.

Приложения

Приложение 1

Рис. 1. Устройство лампы накаливания

Приложение 2

Рис. 2. Экономия очевидна!

Приложение 3

Рис. 3. Сравнительные характеристики ламп

Приложение 4

          Рис.4. Экономия при замене  ламп в различных регионах России

Приложение 5

Рис. 5.  Устройство  светодиодной лампы

Приложение 6

Рис. 6. Виды светодиодных ламп

Приложение 7

Рис. 7. Применение светодиодных ламп

Приложение 8

Рис. 8. Мощность различных ламп

Приложение 9

Рис. 9. Сравнение мощности и светового потока ламп

Приложение 10

Рис. 10. Ресурс работы различных ламп

Приложение 11

Рис. 11. Цветовые температуры ламп

Приложение 12

Рис. 12. Соответствие температуры цвету свечения

Приложение 13

Рис. 13. Углы рассеивания света различных ламп

Приложение 14

Рис. 14. Коэффициент передачи света.

Приложение 15

Таблица 1: