DE10243521A1

DE10243521A1 - Zeitschaltgerät

Info

Publication number: DE10243521A1
Application number: DE10243521A
Authority: DE
Inventors: Corvin Musdorf
Original assignee: Mußdorf Corvin
Current assignee: Mußdorf Corvin
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zeitschaltgerät zur Steuerung der Beleuchtung und der Bewässerung für die schwerpunktmäßig professionelle hydroponische Pflanzenzucht auf der Basis zweier Standardverfahren.

Description

Bekannt sind beispielsweise

– Elektronische Programmwahlschalter, elektronische Schaltuhren und Zeitschalteinrichtungen [1] bis [4]
– Steuerschaltungen zum Anschalten und Abschalten einer Versorgungsspannung bzw. einer Last [5] [6]
– Steuerschaltungen mit Relais [7]
– Steuerschaltungen für Verbraucher [8] bis [10]
– Elektroherde [11] [12] [13]
– Herdüberwachung [14]

Ferner sind bekannt

– Steuer- und Regelungstechnik [15] [16]
– Bauelemente [17] [18]
– EMV [19]

Bekanntermaßen hat sich In den letzten Jahrzehnten die Verwendung von Arzneimitteln aus Heilpflanzen in der medizinischen Praxis immer dann durchgesetzt, wenn ihre pharmazeutische Verwendbarkeit wissenschaftlich verifiziert wurde. So zeigen weltweite Studien [20] [21], daß der "natürliche Verband" der Inhaltstoffe des Harzes der Blüten der weiblichen Hanfpflanze eine geradezu erstaunliche medizinische Breitbandwirkung besitzt, so daß die medizinische Verwendung und weitere Erforschung dieses „Verbandes" ein nicht nur in Deutschland, sondern weltweit voranschreitender Prozeß geworden ist. [22] bis [25]

Hanfpflanzen, z.B. zur Gewinnung von Medizinalhanfharz, brauchen im Freien zur Erzielung „optimaler Ergebnisse" viel Licht. Diese Voraussetzung ist in den meisten Ländern aus rein meterologischen Gründen nicht gebeben.

Nun haben aber biophysikalische Untersuchungen gezeigt, daß Hanfpflanzen, z.B. zur Gewinnung von Medizinalhanfharz, auch hydroponisch in geschlossenen Räumen angebaut werden können. Dieser Anbau macht den Einsatz Einer ausgeklügelten Steuer- und Regelungstechnik für Beleuchtung, Belüftung und Bewässerung zwingend erforderlich. Die Lichtquellen, die dabei eingesetzt werden, müssen eine hohe Lichtausbeute liefern und eine besondere spektrale Zusammensetzung besitzen. Es werden Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampen und Hochdruck-Natriumdampf-Lampe bzw. eine Kombination aus beiden Lampentypen eingesetzt.

Diese Lampentypen werden an einer Armatur, bestehend aus Phasenverschiebungs-Kompensations-Kondensator, Drosselspule und einem Igniton (Starter) betrieben. Bei Stromausfall muß die Lampe, um erneut zünden zu können, eine Abkühlphase von mindestens 15 Minuten durchlaufen. Zündvorgänge vor Ablauf dieser Zeit können die Lampe beschädigen.

Die für den hydroponischen Anbau von Hanf, z.B. zur Gewinnung von Medizinalhanfharz, eingesetzten Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampen und Hochdruck-Natriumdampf-Lampe bzw. die Kombination aus beiden Lampentypen, werden nach zwei Verfahren betrieben:

Verfahren I

Wachstumsphase der Pflanzen:

18 Stunden Licht an	(15,432099 μHz)
6 Stunden Licht aus	(46,296296 μHz)
18 Stunden Licht an	(15,432099 μHz)
6 Stunden Licht aus	(46,296296 μHz)

u.s.w.

Blütephase der Pflanzen:

12 Stunden Licht an	(23,148148 μHz)
12 Stunden Licht aus	(23,148 148 μHz)
12 Stunden Licht an	(23,148148 μHz)
12 Stunden Licht aus	(23,148148 μHz)

u.s.w.

Anforderungen:

– Lampen müssen bei der Erstinbetriebnahme unverzögert angehen
– Lampen müssen nach einem Stromausfall mindestens 15 Minuten abkühlen
– Zeitzählung muß auch während des Stromausfalls weiterlaufen
– Armatur und Lampe stellen einen „induktiven Verbraucher" dar; das bedeutet entsprechende Anforderungen hinsichtlich Schaltrelais und Leiterplatte
– Problemlose, einfache und sichere Bedienbarkeit

Verfahren II

Wachstumsphase/Blütephase der Pflanzen:

12 Stunden Licht an	(23,148148 μHz)
6 Stunden Licht aus	(46,296296 μHz)
12 Stunden Licht an	(23,148145 μHz)
6 Stunden Licht aus	(46,296296 μHz)

u.s.w.

Anforderungen:

– Lampen müssen bei der Erstinbetriebnahme unverzögert angehen
– Lampen müssen nach einem Stromausfall mindestens 15 Minuten abkühlen
– Zeitzählung muß auch während des Stromausfalls weiterlaufen
– Armatur und Lampe stellen einen „induktiven Verbraucher" dar; das bedeutet entsprechende Anforderungen hinsichtlich Schaltrelais und Leiterplatte
– Problemlose, einfache und sichere Bedienbarkeit
– Keine 24-h-Basis, sondern 18h-Basis

Konventionelle Zeitschaltuhren erfüllen die Erfordernisse nach Verfahren I und nach Verfahren II teilweise, ungenügend bzw. nicht.

Neben der Belüftung, die für An- und Abluft sorgt, aber separat betrieben wird, muß für eine Bewässerung gesorgt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines zeitgesteuerten Tropfsystems. Solch ein System besteht aus einem Bewässerungstank, einer Pumpe und einem Rohr mit Kapillarschläuchen. Die Pumpe wird an einer programmierbaren Digital-Zeitschaltuhr (kleinste An-Zeit: 1 Minute) betrieben. Diese Programmierung (An-Zeit, Aus-Zeit) ist umständlich und nicht ausreichend, besonders bei der Realisierung von kleinen, aber benötigten Schaltzeiten. Die Schaltzeiten müssen umständlich dem steigenden Wasserbedarf der wachsenden Pflanzen entsprechend durch Umprogrammierung der programmierten Schaltzeiten angepaßt werden.

Weitere Probleme und Erfordernisse:

– Schaltzeiten unter 1 Minute lassen sich nicht realisieren
– Separate Einstellung von Einschaltzeit (wann die Pumpe angeht) und Einschaltdauer (wie lange die Pumpe anbleibt)
– Licht- und Dunkelphase haben unterschiedliche Bewässerungszeiten zur Folge; deswegen müssen die Einschaltzeiten separat einstellbar sein
– Zeitzählung muß auch. während eines Stromausfalls weiterlaufen
– Pumpen stellen einen „induktiven Verbraucher" dar; das bedeutet entsprechende Anforderungen hinsichtlich Schaltrelais und Leiterplatte
– Problemlose, einfache und sichere Bedienbarkeit

Die im folgenden beschriebene Erfindung löst die Erforderniss der Beleuchtung und kombiniert sie mit den Erfordernissen der Bewässerung ohne die besagten Probleme, Nachteile und Unmöglichkeiten.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 11 und den Unteransprüchen 12 bis 21.

Der wirtschaftliche bzw, volkswirtschaftliche Nutzen der Erfindung beruht darauf, daß Hanfpflanzen, z.B. zur Gewinnung von Medizinalhanfharz, unter optimalen Bedingungen hinsichtlich der Steuerung und Regelung der Beleuchtung und der Bewässerung angebaut werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines allgemeinen Ausführungsbeispiels mit drei dieses darstellenden Zeichnung (ZEICHNUNGEN Seite 1, ZEICHNUNGEN Seite 2, ZEICHNUNGEN Seite 3) erläutert.
ZEICHNUNGEN Seite 3 zeigt uns den alternierenden Zeitablauf am Beispiel von Verfahren I (1 und 2) und nach Verfahren II (3) t = Stundenskala (Bezugsskala)
zu 1
Strecke AC = 15,432099 μHz
Strecke CD = 46,296296 μHz
Strecke DG = 15,432099 μHz
...
Zu 2
Strecke AB = 23,148148 μHz
Strecke BD = 23,148148 μHz
Strecke DF = 23,148148 μHz
...
zu 3
Strecke AB = 23,148148 μHz
Strecke BC= 46,296296 μHz
Strecke CE = 23,148148 μHz
Strecke EF = 46,296296 μHz
...
ZEICHNUNGEN Seite 2 zeigt uns den alternierenden Zeitablauf (K, M, O ...) nach Verfahren I in der Phase 2 (Blütephase).
4 = Einschaltzeit Pumpe in der Lichtphase
5 = Einschaltzeit Pumpe in der Dunkelphase
6 = Einschaltdauer der Pumpe
Die Zusammenhänge von 2, 4, 5, 6 verdeutlichen die Meßpunkte K, L, M, N, O.
ZEICHNUNGEN Seite 1 zeigt uns den Aufbau des eigentlichen Zeitschaltgerätes. 10, 20 und 30 sind drei separate Low-Cost-Mikrocontroller die aber auch in einem einzigen Mikrocontroller oder in einem kundenspezifischen IC vereinigt sein können.
Die Stromversorgung erfolgt über den Hausanschluß (L) und über den Akkumulator 50.
Schalter 40 leitet (L) auf Leistungsnetzteil 60, den Pluspol des Akkumulators 50 auf das 5V-Netzteil 70 (mit +5V-Ausgang 71).
Leistungsnetzteil 60 geht ebenfalls in das 5V-Netzteil 70 und versorgt die Treiber-Relais-Kombinationen 80 und 90.
Leistungsnetzteil 60 generiert über den Spannungsteiler aus 61 und 62 ein Kontrollsignal 13 für Mikrocontroller 11-0.
Die Aktivierung/Deaktivierung der Beleuchtung 200 erfolgt von 30 über Treiber-Relais-Kombination 90.
Die Aktivierung/Deaktivierung der Pumpe 100 erfolgt von 20 über Treiber-Relais-Kombination 80.
11 und 12 sind Hexadezimalschalter
21 ist ein Hexadezimalschalter
31 ist ein Drehschalter, z.B. Drehschalter, Type 4x3
31 = Wahlschalter zur Auswahl der Betriebsart:
1 und 2 (Verfahren I)
3 (Verfahren II)
11 = Wahlschalter für Einschaltzeit der Pumpe während der Lichtphase, z.B.:
12 = Wahlschalter für Einschaltzeit der Pumpe während der Dunkelphase, z.B.:
21 = Wahlschalter für Einschaltdauer der Pumpe während der Licht- bzw.
Dunkelphase, z.B.:
Das Zeitschaltgerät wird durch Schalter 40 aktiviert. Die Lampe 200 wird gemäß Stellung Wahlschalter 31 aktiviert, die Pumpe gemäß Stellung Wahlschalter 11, 12 und 21, abhängig von 30.
Bei Stromausfall wird 5V-Netzteil 70 von Akkumulator 50 versorgt und damit 10 20 und 30 mit + 5V (71).
Akkumulator 50 wird in den Dunkelphasen von 60 nachgeladen.
Bei Wiedereinschalten der Versorgungsspannung (nach einem Stromausfall) wird 200 von 30 über 90 15 Minuten verzögert angeschaltet.
Der steigenden Wasserbedarf kann einfach mit Hilfe der Wahlschalter 11, 12 und 21 nachgeregelt werden.

Claims

Zeitschaltgerät zur Steuerung der Beleuchtung und der Bewässerung für die schwerpunktmäßig professionelle hydroponische Pflanzenzucht auf der Basis zweier Standardverfahren , dadurch gekennzeichnet , daß Low-Cost-Mikrocontroller 30 in Abhängigkeit der Stellung des Wahlschalters 31 drei alternierende Zeitsignale 1, 2 und 3 erzeugt und das ausgewählte Signal Mikrocontroller 10 bzw. Treiber-Relais-Kombination 90 und dadurch Lampe 200 aktiviert.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Lampe 200 über Treiber-Relais-Kombination 90 bei der Erstinbetriebnahme sofort, nach Stromausfall und Wiedereinschalten der Stromversorgung des Hausnetzes 15 Minuten anzugsverzögert erfolgt.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das ausgewählte Signal (1, 2 oder 3) des Low-Cost-Mikrocontroller 30 den Mikrocontroller 10 aktiviert, der im High-aktiven-Zustand (Lichtphase) des ausgewählten Signals (1, 2 oder 3) des Low-Cost-Mikrocontrollers 30 bzw. im Low-aktiven-Zustand (Dunkelphase) des ausgewählten Signals (1, 2 oder 3) des Low-Cost-Mikrocontrollers 30 die Einschaltzeit der Pumpe 100 bestimmt, indem er zwei mit Hilfe des Wahlschalters 11 bzw. des Wahlschalters 12 einstellbare, alternierende Zeitsignale 4 und 5 erzeugt, die den Low-Cost-Mikrocontrollers 20 in dem High-aktiven-Zustand (Lichtphase) des ausgewählten Signals (1, 2 oder 3) des Low-Cost-Mikrocontrollers 30 bzw. in dem Low-aktiven-Zustand (Dunkelphase) des ausgewählten Signals (1, 2 oder 3) des Low-Cost-Mikrocontrollers 30 aktivieren.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Low-Cost-Mikrocontrollers 20 in Abhängigkeit der Stellung des Wahlschalters 21 über Treiber-Relais-Kombination 80 Pumpe 100 aktiviert.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1 und 3 , dadurch gekennzeichnet , daß der Mikrocontroller 10 ein Kontrollsignal 13 für die Registrierung eines Stromausfalles der Netzversorgung auswertet, das von dem Netzteil 60 und den Spannungsteiler 61 bzw. 62 generiert wird.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1 und 3 , dadurch gekennzeichnet , daß nach Aktivierung des Netzschalters 40 die Zeitzählung des Low-Cost-Mikrocontrollers 30 in Abhängigkeit der Stellung des Wahlschalters 31 beginnt.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1,2,4,dadurch gekennzeichnet , daß Netzteil 60 die Treiber-Relais-Kombinationen 80 und 90 mit Strom versorgt.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1,3,4,5 und 6 , dadurch gekennzeichnet , daß Netzschalter 40 Netzteil 60 mit Strom versorgt und Akkumulator 50 mit dem Netzteil 70 verbindet. Netzteil 60 versorgt Netzteil 70 mit Strom, dadurch mit 71 auch 10, 20 und 30 und sorgt für eine Aufladung des Akkumulators 50 in den Dunkelphasen.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß der Wahlschalter 31 ein Drehschalter, z.B. Type „3x4" ist.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß Wahlschalter 11 ein Wahlschalter für die Einschaltzeit der Pumpe in der Lichtphase ist und ein 10-poliger binär oder 16-poliger hexadezimal Dreh-Codierschalter ist und Wahlschalter 12 ein Wahlschalter für die Einschaltzeit der Pumpe in der Dunkelphase ist und ein 10-poliger binär oder 16-poliger hexadezimal Dreh-Codierschalter ist.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , daß Wahlschalter 21 ein Wahlschalter für die Einschaltdauer der Pumpe während der Licht- bzw. Dunkelphase ist und ein 10-poliger binär oder 16-poliger hexadezimal Dreh-Codierschalter ist.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Mikrocontroller 10, 20, 30 auch zu einem einzigen Mikrocontroller oder in einem kundenspezifischen IC vereinigt sein können.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß außer den verwendeten Frequenzen von 1 (Strecke AC = 15,432099 μHz, Strecke CD =46,296296 μHz, Strecke DG = 15,432099 μHz...) bzw. von 2 (Strecke AB = 23,148148 μHz, Strecke BD = 23,148148 μHz, Strecke DF = 23,148148 μHz ...) bzw. von 3 (Strecke AB=23,148148 μHz, Strecke BC= 46,296296 μHz, Strecke CE=23,148148 μHz, Strecke EF =46,296296 μHz...) auch andere Frequenzen verwendet werden können („Software-Angelegenheit").
Zeitschaltgerät nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet , daß das Kontrollsignal 13 auch von einer R/Zener-Dioden-Kombination oder einem Optokoppler gebildet werden kann.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 4 und 7 , dadurch gekennzeichnet , daß das Relais der Treiber-Relais-Kombinationen 80 für „induktive Verbraucher" wie z.B. eine Pumpe oder Pumpen ausgelegt ist.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 1, 2 und 7 , dadurch gekennzeichnet , daß das Relais der Treiber-Relais-Kombinationen 90 für „induktive Verbraucher" wie z.B. eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe, eine Hochdruck-Natriumdampf-Lampe bzw. eine Kombination aus beiden Lampentypen oder Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampen, Hochdruck-Natriumdampf-Lampen bzw. eine Kombination aus beiden Lampentypen ausgelegt ist.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , daß Netzschalter 40 auch ein Relais Type „2xAN" oder „2xUM" sein kann, daß nach dem Verbinden der Netzzuleitung (L) mit dem Hausnetz sich aktiviert (z.B. nach Stand der Technik über frequenzabhängige R-C-Vorwiderstandskombination und Gleichrichterdiode(n)) und damit die Funktionen von 40 übernimmt.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet , daß Wahlschalter 11 und Wahlschalter 12 neben den repräsentierten Zeiten
auch andere Zeiten repräsentierten können („Software-Angelegenheit").
Zeitschaltgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Wahlschalter 21 neben den repräsentierten Zeiten

auch andere Zeiten repräsentierten kann („Software-Angelegenheit").
Zeitschaltgerät nach Anspruch 11 und 19 , dadurch gekennzeichnet , daß Wahlschalter 21 auch doppelt ausgelegt sein kann, so daß die Einschaltdauer der Pumpe für jede der beiden Einschaltzeiten der Pumpe (Lichtphase/ Dunkelphase) getrennt vorgewählt werden kann.
Zeitschaltgerät nach Anspruch 15, 16 und 17 , dadurch gekennzeichnet , daß die Relais mechanische Relais oder elektronische Relais (Halbleiterrelais) sein können.