Automatický stmívač pro chovatele - simulátor východu a západu slunce nahrazuje přirozený proces svítání a stmívání. Přístroj řídí jas žárovek v závislosti na čase tak, aby vytvářel umělé slunce pro potřeby chovatelů a pěstitelů.

Řídící jednotka pro chovatelská zařízení

Na počátku byla tma...

Patrně již před vznikem života na zemi naše planeta obíhala kolem slunce a od počátku jsou všechny živé organismy přímo nebo nepřímo ovlivněny pravidelným střídáním světla a tmy, tedy dnem a nocí. Nejen všem chovatelům je zřejmě známo, že délka slunečního svitu řídí dobu bdění a spánku volně žijících živočichů stejně tak jako těch, kteří jsou chováni v zajetí. Navíc jsou v oční sítnici mnoha živočichů také světlocitlivé receptory, jejichž funkce není spojena s vnímáním obrazové informace, ale mají za úkol stimulovat část mozku odpovědnou za jeho denní aktivitu. Tma má naopak vliv na produkci melatonimu, který je označován za "spánkový hormon". K jeho produkci dochází prakticky výhradně v noci. Tento hormon hraje důležitou roli v řízení rytmů den-noc a jeho produkce je regulována délkou světelného dne.
Je evidentní, že pokud bude organismus chovaných živočichů dlouhodoběji vystaven nepřirozenému časovému poměru světla/tmy a tedy pro něj určujícímu rozvržení na den a noc, nebude prospívat a bude vystaven stresu. Tento stav může vést k celkovému oslabení a snížení imunity s logicky zvýšenou náchylností k onemocnění. Čím exotičtější druh je chován, tím více bude citlivější na změnu délky dne. To se začíná projevovat nejčastěji na podzim a stav trvá až do jara. Nejmarkantněji se krátký den projevuje zákonitě v období kolem zimního slunovratu, tedy na přelomu prosince a ledna. Ke krácení dne z časového hlediska nutno přidat skutečnost, že sluneční záření má díky naší poměrně vysoké zeměpisné šířce podstatně menší intenzitu než v létě. Výčet faktorů majících dopad na již tak nevyhovující světelnou bilanci tím ještě nekončí. Právě v diskutovaném období je zaznamenán statisticky nejvyšší výskyt inverzí, které ve spojení se špatnými rozptylovými podmínkami vedou ke vzniku smogu. Ponejvíce v okolí průmyslových oblastí nebo velkých měst, což jsou v praxi 3/4 území naší republiky. Nemusí tomu tak ale být vždy a existují i v zimě prosluněné dekády. V takových dnech by systém regulace nedisponující schopností reagovat na aktuální nativní slunečné podmínky zbytečně uměle osvětloval vnitřní prostory a vykazoval tak energetické ztráty.
Bazálním úkolem popisovaného systému je tedy světelný management, koncipovaný tak, aby se co nejvíce přiblížil reálnému světelnému cyklu slunce. Na funkci slunečního emulátoru je pak navázáno řízení dalších funkcí spojených s chovem zvířat nebo pěstováním rostlin. Systém je navíc otevřený a má kapacitu pro implementaci dalších funkcí dle požadavků Vás - vážených chovatelů či pěstitelů a Vašich svěřenců.

Filozofie a technické řešení systému

Fakta ve výše uvedeném odstavci jsou většině chovatelů známa a zcela správně přistupují k umělému přisvětlování chovatelských prostor. Dosud na trhu nejsou dostupné technické prostředky pro realizaci ideálně fungujícího systému a tak jsou často odkázáni pouze na časové spínače. Spínač sice vytvoří umělý den stanoveného časového rozmezí, ale bez pozvolných soumračných fází. Pro chov papoušků je kupříkladu důležitá fáze stmívání, při které se musí nakrmit, upravit peří a přesunout na místo nočního odpočinku. U akvarijních rybiček je naopak důležitá fáze rozednívání; pokud je realizována prostým náhlým rozsvícením žárovek, dochází často k silným lekavým reakcím a ryby jsou vystaveny stresu. Primární funkcí kontroléru je regulace výkonu žárovek v závislosti na čase, aktuálním datu a aktuálních světelných podmínkách. Na spínaném výstupu se bude podle potřeb plynule regulovat napětí v rozmezí 0-230V namísto stavu vypnuto-zapnuto jako v případě klasického časového spínače.

Základní funkce automatického módu:
  • při prvním zapnutí systému je uživatelem nastaven čas a datum. Obvod reálného času je zálohován pro případ výpadku napájení
  • systém provede pro každý den výpočet času východu a západu slunce, kterou může uživatel korigovat fixním počtem minut v menu podle své geografické polohy či např. při zastínění západu např. pohořím nebo výškovou budovou v dané lokalitě
  • uživatel stanoví požadovanou délku "slunečného" dne, kterou bude systém udžovat (např. 12 hodin a 10 minut svitu)
  • jednotka podle vypočtených hodnot pro východ a západ slunce určí jestli je nutné v konkrétní den uměle přisvěcovat (nebude to nutné v období kdy doba mezi východem a západem slunce bude vyšší než požadovaná délka dne a intenzita světla neklesne pod stanovenou úroveň)
  • pokud je nutný umělý přísvit, je vypočtena optimální doba pro začátek umělého svítání a umělého stmívání; doba je vypočtena tak, aby časový střed umělého dne byl shodný s časovým středem dne skutečného z důvodu zachování maximální přirozenosti dle přirozrné polohy slunce a také z důvodu maximální efektivity využití přirozeného světla a tedy úspory energie
  • celých 24 hodin jednoho dne je tak řídící jednotkou rozdělen na 8 samostatných fází:
  • noc - všechny světelné zdroje vypnuty mimo "měsíční svit"
  • svítání1 - stále je venku tma, ale nastal čas pro vytvoření umělého východu slunce - pozvolné rozsvěcení žárovek z minima až k maximální hodnotě výkonu
  • svítání2 - umělé rozednění je dokončeno avšak reálné slunce ještě nevyšlo a je potřeba dále svítit na plný výkon - podle volby budou buď rozsvíceny úsporné zdroje nebo zůstanou svítit žárovky na plný výkon
  • svítání3 - začíná vycházet fyzické slunce a jednotka může pozvolna začít ubírat výkon žárovkám
  • den - slunce vyšlo a poskytuje dostatek přirozeného světla - všechny světelné zdroje jsou vypnuty (pokud není uživatelem aktivována funkce denního svícení pro chov v zázemí nebo pěstování rostlin)
  • západ1 - slunce začíná zapadat a jednotka musí začít pozvolna rozsvěcen žárovky aby kompenzovala úbytek přirozeného světla
  • západ2 - slunce zapadlo, žárovky musí svítit na plný výkon - zde je opět možno druhé nezávislé větve úsporných zdrojů světla, které budou zapnuty namísto méně efektivních žárovek
  • západ3 - čas pro simulaci západu slunce - postupné snižování výkonu žárovek až na minimum


Kromě popsaného základního schématu práce je v menu k dispozici mnoho parametrů, které mění chování systému v jednotlivých fázích a dovolují přizpůsobení Vašim chovatelským potřebám. Hlavní změnu časového rozvrhu způsobí vypnutí automatické funkce pro výpočet času východu/západu slunce. V tomto manuálním režimu máte plnou kontrolu nad časy určující start i konec umělého dne a máte možnost je zadat v menu. Pod kontrolu máte časy řídící začátek fáze svítání1 a západ2 i další dva časové údaje řídící konec fáze svítání3 a západ3. Další veličiny, kterými můžete ovlivnit průběh umělého dne jsou časové konstanty stanovující rychlost umělého rozednění a stmívání. V praxi to znamená, že máte přímou možnost stanovit dobu trvání fází svítání1, svítání3, západ1 a západ3. Stanovíte tím jak rychle mají být žárovky během východu či západu rozsvíceny z nuly na plný výkon. Systém dovoluje nastavit parametry pro maximální a minimální výkon regulované větve. Je možné si stanovit, aby se v žárovkové větvi napětí při svícení pohybovalo výhradně v intervalu např. 50-190V (nikoli standardních 0-230V) a jednotka se bude při regulaci napětí pohybovat ve stanovených mezích. Toto nastavení je možné využít buď pro omezení maximálního svitu žárovek nebo při osazení regulované větve úspornými regulovatelnými zdroji, které nejsou schopny regulace od 0V. Z objektivních důvodů byla zařazena uživatelská možnost vyřazení celé ranní posloupnosti svítání1,2,3 (v těchto fázích nebude sepnut žádný zdroj světla) nebo naopak vyřazení fází západ1,2,3 pouhou volbou režimu dne v menu. Zvláštní pozornost si zaslouží práce jednotky s měřenými hodnotami intenzity světla. Světelné čidlo je možné umístit venku mimo vnitřní osvětlovaný prostor pro měření referenčního přímého slunečního svitu. Preferujeme však umístění čidla přímo ve vnitřních světelně ošetřovaných prostorách. Uživatel má na výběr ze dvou algoritmů pro regulaci svitu na základě naměřené hodnoty. První možnost představuje vytvoření prostředí, ve kterém bude ve fázi DEN řídící jednotkou udržována konstantní intenzita osvětlení na základě hodnoty, kterou stanoví uživatel. Čím více bude v konkrétní den nativního slunečního svitu, tím méně bude muset systém uměle přisvěcovat (například pouze jen 6%). V případě, že bude přirozeného sluneční světla dostatek pro splnění kritéria intenzity, umělé osvětlení se vypne úplně a bude aktivováno pouze při poklesu slunečního světla. takové nastavení je vhodné zejména pro pěstování rostlin při nedostatku slunečního světla a představuje ekonomickou variantu. Druhým schématem využití světelného čidla je zachování standardního rozvrhu, ale pouze za předpokladu, že během denní fáze neklesne intenzita osvětlení pod uživatelem stanovenou mez. To se typicky stává při deštivém počasí s oblačností. Slunce je přes den natolik zastíněno, že v chovatelských prostorách klesá intezita světla k bodu, při kterém se živočichové začínají chystat k nočnímu odpočinku a usínají. Tento stav je systémem detekován a odstraněn umělým přisvícením (na plný výkon). Pokud je oblačnost rozehnána a sluneční paprsky jsou opětovně schopny zajistit dostatečnou míru osvětlení, je jednotkou umělé osvětlení vypnuto a systém přechází na standardní časové schéma.

S popisovanými osmi fázemi dne je pojen programovatelný výstup1. V menu má uživatel možnost jednoduše nastavit jestli má být v každé z osmi fází dne výstup sepnut nebo vypnut. Tímto výstupem se následně dá spínat jakýkoli spotřebič v závislosti na aktuálním časovém rozvrhu. Noční svit je emulován z důvodu poskytnutí přirozené hladiny osvětlení v nočních hodinách, kterou v přírodě zajišťuje zejména svit měsíce. V uzavřených prostorách voliér je bez aplikování umělého nočního přísvitu naopak tma úplná. Pokud je živočich z jakéhokoli důvodu v noci probuzen ze spánku, nemá možnost žádné orientace, což opět nemusí odpovídat přírodním podmínkám. Slabé noční přisvícení realizované pomocí LED představuje komfortní hladinu osvětlení, které živočichy neruší při usínání ale naopak jim umožňuje vnímat okolí při jejich nechtěném nočním probuzení. Teplota chromatičnosti měsíčního světla je v porovnání s běžnými zdroji poměrně vysoká a tak se k jeho napodobení hodí modrá LED. Jednotka využívá k emulaci měsíce v noční fázi rozsvícení modrého podsvětlení displeje. Jestliže není ovládací jednotka umístěna přímo v prostoru, který má osvětlovat, je možné pro noční svícení použít externí LED a připojit ji k výstupu na svorkách jednotky.

Blokové schéma možného zapojení celého regulačního systému Like a Nature