どうも！リョクちゃです。

今回は表題の通り、植物を市販のLEDを使って、

実際に育てられる？！のか検証したので結果をつづっていきます。

もともと植物を育てるのが好きだったのですが、

実際にタネを買って育てるというのをやったことがなかったので

今回をきっかけに育てていけたらなと思っています。

他にも小型の植物工場なるものを作って育てることが、

できたらなと密かに思っているのもきっかけになっています！

夢は、自分の畑を持つことです！！

植物にとって光合成とは……

成長や各種植物にとってのパラメータの重要な要素となる行動になります！

一般的に植物の成長に有効といわれている光の成分は、太陽光に含まれていて、

これを更に分解していくと以下の成分にだいたい分解されます。

• 赤色の光　：　600　～　700　nm
• 緑色の光　：　530　～　600　nm
• 青色の光　：　420　～　470　nm
• 紫色の光　：　380　～　420　nm

これ以外にも太陽光には含まれますが、主に植物の成長に必要な光の成分をあげています。

これら光はそれぞれ植物にとって、以下のような作用があります。

• 赤色の光　：　光合成を促進させる働きがある(主に発芽や開花時)
• 緑色の光　：　基本的に形成されてからは葉に反射され、取り入れられません。
  　　　　　　　発芽時には成長に影響を与えます。
  　　　　　　　※一部植物では利用される？
• 青色の光　：　芽が黄色から緑に変わる脱黄化という過程が促進されます。
  　　　　　　　発芽や植物の形成などに影響を与えます。

これらの光を取り入れることで植物は光合成をおこない、成長が促進されていきます。

また、光を当ててあげないと黄化という現象が起き、黄色がかった葉になってしまいます。

もやしは暗所で生育されるため、黄化芽生えといわれています。

光を当てないと、もやしになってしまうんですね……。気を付けましょう。

今回使用するLEDについて

前述した植物にとって光合成は太陽光の中に含まれる各光が必要であることがわかりました。

これを元に、同じような成分を発することができる、

LEDを調べてみると、以下のLEDが必要になります。

• 赤色LEDが放つ波長　：　600　～　700nm
• 緑色LEDが放つ波長　：　530　～　600nm
• 青色LEDが放つ波長　：　420　～　470nm

一般的に、赤色と青色のLEDを植物に当てると成長するといわれているので、

緑に関しては、今回は使用しない方向で検討していきます。

いざ、実験！！

実験を開始するにあたって、LEDをただただ使用するのはあまり意味がないので、

LEDの配置によって違いはあるのかも検証していきます。

LEDの配置

配置については、

• 配置比率を10:2(5:1)で行います。
  赤色を10、青色を2にします。
  ※　青色よりも赤色の光の方が発芽してからは大きな影響があるからです。
• 丸形の配置と星形の配置で検証。

配置イメージは下図のようになります。

星形配置

丸形配置

LEDの明るさ

明るさについても、電流によってばらつきが発生しないように、

抵抗で電流制御するのではなく、CRDと呼ばれる定電流ダイオードを用いて、

一定の電流がLEDに流れるようにします。

実験の条件

そのほかの主な条件を下に載せておきます。

実験に使用した材料

下に今回使用するLEDやCRDを載せておきます。

赤色LED

　　　　型名　　：　OS5RAA5111P
　　　　定格電流：　20[mA]
　　　　順電圧　：　2.6[V]
　　　　光度　　：　75000[mcd]
　　　　波長　　：　625[nm]
　　　　角度　　：　15度
　　　　個数　　：　10個

青色LED

　　　　型名　　：　OSB50A5111A
　　　　定格電流：　20[mA]
　　　　順電圧　：　3.6[V]
　　　　光度　　：　20000[mcd]
　　　　個数　　：　2個

定電流ダイオード

　　　　型名　　　　：　E-183
　　　　最高使用電圧：　25[V]
　　　　定格電力　　：　300[mW]
　　　　電流　　　　：　18[mA]

それぞれに配置後……

植物は下記のようなものを作成し、それに植えています。

上記の写真の容器を暗闇において、その上からLEDをそれぞれ照射させています。

実験期間経過後……発芽しているかどうかの確認をします。

星形では発芽の確認ができました！！

しかし、丸形では……残念ながら発芽の確認はできず。

まとめ

LEDを使って、植物が育つ(発芽するかどうか)ことの確認ができました。

実際、発芽自体には光はあまり影響はないといわれているので、実験としては微妙な感じになってしまいました。

発芽後の照射でどのような違いがでるかを見た方がよかったです……。

次回は発芽後を対象にLEDを照射させて、

配置での違いなどを検証していけたらなと思います。

他にも日照時間に合わせて照射する光の成分の切り替えも行っていきたく考えています。

朝だと青色の成分が多く、夕では赤色の成分が多いなど、

時間によって当てる光の量を調節したいな。

最後までお読みいただき、ありがとうございます。

以下の書籍を参考にしました。

LEDってなに？

LED : Light Emitting Diode　発光ダイオードのことを言います。
最近では、各家庭に1つや2つは照明にLEDを使用されているのではないでしょうか。

下図のようなのがLEDですね、1つは家庭用の照明として使われるタイプで、
もう一方が、電子工作などで使われるタイプになります。

もう少し詳しく知りたい方は、下記の本が参考になるかと思います。

LEDを点けるには？

ここでは電子工作用途などで使用されるLEDについて、点け方を説明します。
まず点けるには、下記の材料が必要になります。

• LED
• 電源(単三電池やボタン電池、いわゆる乾電池でも可)
• 抵抗　手っ取り早く点灯させるなら1[kΩ]程度で十分点灯します。
  (LEDに流れる電流を制限してくれます。)
• スイッチ(あると便利かもしれません。)
• ブレッドボード(部品をつなげるのに使用します。)

 

ブレッドボード

これら材料をつなげるだけで、LEDを点けることができます。

 

抵抗は1[kΩ]、LEDは赤色を使用しました。

ちなみに電源は、スイッチ付きのモバイルバッテリー5[V]を使用しています。

回路図で表すと下図になります。

上図のようにつなげるとLEDを点灯させることができます。
　　次の章で具体的LEDを点ける方法を説明していきます。

LEDを点けるために必要なパラメータ

LEDを点灯させるには、点けたいLEDが持っている順電圧を知っておく必要があります。
　　下に各色のLEDが持っているだいたいの順電圧を記します。

この順電圧を元に未知数である電流制限抵抗を求めていきます。
　　電流制限抵抗Rを求める場合、

\[ R = \frac{(電源電圧 – 順電圧)}{LEDに流す電流} \]

例)　赤色LEDを点ける場合、電流制限抵抗Rは？
表の各色のLEDの順電圧より、赤色は順電圧が1.8[V]
明るさはLEDに流す電流で決まっていて、10[mA]～20[mA]程度
※20[mA]が一般的に最も明るくなると言われてます。
例では電流を10[mA]、電源電圧を5[V]として、電流制限抵抗Rを求めていきます。

\[ R = \frac{(5[V] – 1.8[V])}{10 × 10^-3} \]
\[ = \frac{3.2}{0.01}\]
\[ = 320[Ω]\]

上記より、5[V]の電源を用いて赤色LEDを10[mA]で点灯させたい場合
電流制限抵抗Rは320[Ω]と求めることができました。

このようにして、パラメータを算出しLEDを点灯させます。
順電圧やLEDに流せる電流は、各メーカが販売しているLEDによって変わるので、
ちゃんと確認をした上で算出してください。
※超えてしまうと壊れてしまいます。

最後に

今回は、LEDの点灯方法を説明していきました。
LEDを点けて光らせる楽しさなんかを感じ、これをきっかけに
モノづくりを楽しんでいただけたらなと思います。
別の回でLEDを使った作品を紹介していけたらなと思います。

可変電源の製作をしたので、さらっと記事にしておきます。

何らかの参考になれば嬉しいです。

目的　

マイコンやモータ等を駆動させる際には、必要に応じて電圧の調整が必要になります。

必要に応じて電圧を調整できる可変電源装置の製作を目的としました。

回路図

とりあえず、こんなの作りました。

サンプル回路図をほぼ参考にしただけですが……。

ちなみに今回、放熱関係は割愛しています、すみません。

材料

※電解コンデンサには極性があるので、配線をする際は気を付けてください。

Kaito7561(10個) 可変電圧3端子レギュレータ LM317T 1.5A 価格:450円 (2020/7/22 00:47時点) 感想(1件)

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出力電圧の計算式

三端子レギュレータの出力電圧公式は以下になります。(※三端子レギュレータの仕様図参照)

出力電圧の公式について、詳しく。

• Vin : 入力電圧端子
• Vout : 出力電圧端子
• ADJ : 可変(調整)端子
• Vref : 基準電圧(1.25[V])
• Iadj : 調整端子から出力される電流(50[uA])
• I1 : 定電流
• R1 : プログラム抵抗
• VR1 : 出力設定用抵抗

ここで、

1. 　基準電圧(電圧が一定)が1.25[V]
2. 　$定電流　I1 = \frac{Vref}{R1} で求めることができます。$
3. 　$VR1の両端にかかる電圧をVR’として、$
   　$VR’ = \frac{Vref }{ R1} × VR1 で求めることができます。$

$また、VR’は、I1 × VR1なので$
3.の式より、　

$VR’ = \frac{Vref}{R1} × VR1　(2.の式より、I1を変換)$

$VR’ × \frac{R1}{VR1} = \frac{Vref}{R1} × VR1 × \frac{R1}{VR1}$

$(両辺に\frac{R1}{VR1}をかける)$

$VR’ = Vref × \frac{VR1}{R1}$

$これより、Voutは$

$Vout = Vref + VR’$

$ = Vref + \frac{Vref}{R1} × VR1 (VR’を変換)$

$ = ( Vref + \frac{Vref}{R1} × VR1) × \frac{R1}{VR1}$

$ (両辺に\frac{R1}{VR1}をかける)$

$ = Vref × R1 + Vref × \frac{VR1}{R1}$

$ = Vref ( 1 + \frac{VR1}{R1})$

$厳密には、調整端子(ADJ)から印加されるIadj × VR1を加えるので$

\begin{equation}
Vout = Vref ( \frac{1 + VR1}{R1} ) + Iadj × VR1
\end{equation}

となります。
※回路図上、VR1になっています。

IADJに関しては、50[uA]と非常に値が小さいことから

計算時には(IADJ*VR1)を 無視しても問題ありません。

よって、最終的に出力電圧の計算式は、以下のようになります。

例題

例 ) 　出力電圧が9[V]で抵抗R1が120[Ω]のとき、
　　　　VR1はどのような値に設定したらいいでしょうか？

$式(1)より、 $

$VR1 = R1 × \frac{( Vout – Vref)}{Vref} + ( R1 × Iadj)$

$= 120 × \frac{( 9 – 1.25)}{1.25} + ( 120 × ( 50 × 10^-6 ) )$

$= \frac{120 × 7.75}{1.25} + 0.006$

$= \frac{930}{1.256}$

$= 740.45 [Ω]$

$≒ 740 [Ω] $

よって、VR1を740[Ω]になるように調整すれば、9[V]が出力されます。

といった感じに 求めることができます。

24VまでのVR1の値を表にしてみた

ちなみに1～24Vまでの出力が欲しい場合のVR1の値を算出し、表にしてみました。

VR1の調整は、テスターを使って調整すると視覚的にできるのでおススメです。

以上、サンプル回路を参考に作ってみた可変電源装置でした。

・電源回路設計・製作の参考になりそうな本です。

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