CN102182965B

CN102182965B - 四色光led组合补光灯

Info

Publication number: CN102182965B
Application number: CN2011101131656A
Authority: CN
Inventors: 周国泉; 郑军
Original assignee: Zhejiang A&F University ZAFU
Current assignee: Zhejiang A&F University ZAFU
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: CN102182965A

Abstract

一种四色光LED组合补光灯，由红光LED(1)、蓝光LED(2)、远红光LED(3)、紫外光LED(4)组合成，红与蓝光LED一一间隔成行或列，远红与紫外光LED一一间隔组合成行或列，前一行或列与后一行或列一一交替排列，相邻两同色光LED错位排列，每行或每列的红与蓝光LED数若为n个，则每行或每列的远红光与紫外光LED数为n-1个；本补光灯选用四色光LED，确定了排列方式、密度、间距和照射高度，能确保植物对各色光的照射强度需求，R/B和R/FR比值合理均衡，通过调整电流或电压值对各色光的照射强度进行调控，配以间歇照射控制电路(6、7、8)与间歇或同步选择电路(9)可对作物实现间歇照射，更完善地进行补光。

Description

四色光LED组合补光灯

技术领域

本发明涉及一种植物光合作用所需的补光灯。

背景技术

以LED作光源的植物补光灯的有关报道已不鲜见，各有其理论依据和应用价值，但应用的侧重面和效果各不相同。CN100587326公告了“红蓝光比例均匀的发光二级管组合方法及其模块”，解决了红光与蓝光LED的排列搭配方式和其光通量之比(R/B)的均匀分布问题，因没有远红光LED参与搭配，不能解决红光与远红光LED光通量之比(R/FR)的均匀分布问题；CN201281253公告了“转动型发光二极管组合补光灯”，有红光、蓝光和远红光三种LED参与组合，对R/B和R/FR两种比值均有所顾及，有利于光合作用效果的进一步完善，但该专利技术没有紫外光LED的参与组合，而紫外光(UV)对植物生长也存在多方面作用，适当强度的紫外光照射提高植物趋光性，杀灭微生物，减少植物病害的传播，因此，缺紫外光LED的参与，光合作用的效果有所缺损。上述两项专利技术中，红蓝光LED的光照强度有些偏弱，也影响光合作用效果，需进一步调整。对于植物光合作用的明反应和暗反应特点提出的间歇照明，只给出一个粗略的脉冲工作比控制电路，不细化。CN201475731公告了“LED植物照明灯”，以绿色LED和蓝色LED二种单色光为主光，和以红、黄、绿、蓝、紫色光为辅助光作组合光源，没有远红光LED和紫外光LED的参与，难以得到R/FR比值和紫外光的照射，该灯还有LED驱动单元、LED控制单元、采样检测单元、通信单元和供电电源单元等的连接与组合，结构复杂，成本高。该技术方案中，主光与辅助光均有蓝光与绿光，光色重叠，解决问题的目标欠清晰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是设计出一种兼顾R/B与R/FR的比值与紫外光照射量的四色光LED组合补光灯。

解决该技术问题的技术方案是：本四色光LED组合补光灯，包括红光LED、蓝光LED和远红光LED、基板、灯架、连接导线和控制电路，参与组合的还有紫外光LED，其特征是基板上的LED无论从行或列看其着行或着列及末行或末列均为经红光LED与蓝光LED一一间隔整齐排列，该首行与末行或首列与未列之间，均为红光与蓝光LED一一相隔的行或列、与远红光LED与紫外光LED一一间隔的行或列交替间隔整齐排列，若红蓝光相间的每行或每列的LED数为n个，则远红与紫外光相间的每行或每列的LED数为n-1个。整个控制电路由工作比控制电阻R₁、R₂、三极管工作点设置电阻R₃-R₇、二极管D₁、D₂、电容C₁、C₂、三极管T₁、T₂、功率开关管T₃与芯片IC₁组成红光间歇照射控制电路(6)，工作比控制电阻R₈、R₉、三极管工作点设置电阻R₁₀-R₁₄、二极管D₃、D₄、电容C₃、C₄、三极管T₄、T₅、功率开关管T₆和芯片IC₂组成蓝光间歇照射控制电路(7)，工作比控制电阻R₁₅、R₁₆、三极管工作点设置电阻R₁₇-R₂₁、二极管D₅、D₆、电容C₅、C₆、三极管T₇、T₈、功率开关管T₉和芯片IC₃组成远红光照射控制电路(8)，三电路(6、7、8)分别与间歇或同步选择电路(9)连接，间歇或同步选择电路(9)由限流电阻R₂₂-R₂₅、与分别一一对应串联的开关J₃-J₆、红光LED群、蓝光LED群、远红光LED群、紫外光LED群及选择开关J1与开关J₂组成。

红光LED、蓝光LED与远红光LED在基板上分布密度均为1089-2500个/m²，紫外光LED在基板上的分布密度为1024-2401个/m²，各LED与相邻异色光LED的中心距或垂直中心距为1-1.5cm。

选择的红光LED的波长为624nm、带宽12nm、发光强度35cd(坎德拉)和半径5mm的圆形红光LED，蓝光的对应参数分别为462nm、12nm、9cd和5mm的圆形蓝光LED，远红光LED为735nm、20nm、0.64cd和5mm的圆形远红光LED，紫外光LED为340nm、12nm、0.1cd、和5mm的圆形紫外光LED。

在上述四色光LED组合补光灯正下方10-50cm的照射面上，R/B的比值范围为3∶1-10∶1，R/FR的比值范围为5∶1-20∶1。

本发明的有益效果是选择了特定规格的四色光LED，既考虑到尽可能集合对多种植物的光合作用均有特定效果的波长的色光，还兼顾经济实用，从而只选用红、远红、蓝、紫外四色光LED，在选色光的同时，按选择的各色LED光照强度等参数，确定排布间距与密度、搭配方式与光照高度，得出合理的R/B、R/FR比值与紫外光照射量，配之以间歇照射，符合植物对明、暗反应的需求，使本补光灯更符合人们对受照作物定向培育的需求。

附图说明

图1为本发明四色光LED排列形式示意图。

图2为本补光灯的电原理图。

具体实施方式

本发明下面结合实施例并参照附图作详述：行内学者共知，参与光合作用的主要是400-520nm的蓝光和610-720nm的红光，720-800nm的远红光和315-400nm的紫外光对植物生长也有积极影响。红光是在转录水平上调节光合机构的组装，从而直接影响植物的光合作用。蓝光对光合作用的调控，主要集中于气孔的开启，叶绿体的分化和运动，以及调节光合作用酶的活性。红光和蓝光对植物生长发育的影响不同，蓝光有利于植物叶的生长，红光促进植物茎的伸长。较强的蓝光将使得植物形成较矮的形态，较强的红光使得植物茎部过长而出现黄化现象，因此，合适的红光与蓝光光通量之比即R/B是培育出形态健全的植物的必要条件。光不仅作为一种能源控制植物的光合作用，而且作为一种信号源影响植物生长发育的所有方面。蓝光会影响植物的隐花色素，从而调控植物的向光性等；红光会影响植物的光敏素而调节植物叶的分化等，所以，通过改变R/B可以调节植物的光形态建成，培育出满足特定形态需求的植物。如在植物育苗阶段，较强蓝光使得苗株较矮，获得更健壮的苗株，可以提高移苗的成活率；对于叶类蔬菜，可以增强蓝光促进叶的生长；对于茎类蔬菜，则通过增强红光促进茎的伸长。

610-720nm的红光和720-800nm的的远红光两者光通量之比即R/FR比对植株高度调节具有重要影响。610-720nm的红光能降低植物体内赤霉素的含量，从而减小节间长度和植株高度；而720-800nm的远红光其作用恰好相反，能提高植物体内赤霉素的含量，从而增加节间长度和植株高度。R/FR比已成为控制植株形态的一个重要评价参数。在大自然中随着季节和天气的变化，光照强度是不同的，隆冬与初春比盛夏与早秋光照弱，阴雨天比晴天弱，不同的植物对光照强度的要求也不同，阴性植物需500-2500lx(勒克斯)，中性植物需2500-30000lx强度的光照，阳性植物则需＞30000lx。温室与大棚中栽培的作物，尤需补光。

LED是未来植物工厂的一种重要光源，它除了节能耗电外，使用寿命也大大延长，而且可以进行跳动式的间歇照射，对于植物发育来说比连续照射更具效率。从植物的光合生理来说，光反应过程分为明反应与暗反应两个阶段，植物的叶绿素a与叶绿素b在接受光照射后，受光量子激发而产生电子跃迁，形成电流，这些能量为光合成提供了大量的ATP能量，而这种把二氧碳及水合成有机物的过程却是在暗反应条件下形成。根据这个机理进行闪动式补光与连续性补光的对比试验，在光量子相同的情况下，以明暗周期为1∶2且幅度为200微秒∶400微秒情况下进行莴巨栽培，发现日生长率可提高20-25％，甚至达30％以上，表现出明显的增长效果。

根据上述原理，本发明从多数植物对光照强度要求的实际情况出发，及综合考虑R/B、R/FR合适比值和适当的紫外光照射强度，确定选择的四色LED规格如下表：

图1显示了基板5上红光LED1、蓝光LED2、远红光LED3和紫外光LED4的排列情况，各色LED的分布密度是红光LED、蓝光LED与远红光LED均为1089-2500个/m²基板，紫外光LED为1024-2401个/m²基板。各邻近异色光LED之间的中心间距或中心垂直间距为1-1.5cm。本补光灯光源平面至受照植物的垂直距离即高度为10-50cm，在10-50cm的不同受照面上，R/B的比值范围为3∶1-10∶1，R/FR的比值范围为5∶1-20∶1。上述技术要素决定着各色光的光照强度与R/B、R/FR值，随着不同植物、不同定向培育目标、不同季度、不同气候，尚需进行适当调控的，则通过增减电流或电压予以解决。需对植物进行明暗间隔照射的，则通过间歇控制电路处理。

图2为本补光灯的电原理图，限流电阻R₁-R₇、二极管D₁、D₂、电容C₁、C₂、开关T₁-T₂与芯片IC₁组成红光间歇照射控制电路(6)，限流电阻R₈-R₁₄、二极管D₃、D₄、电流C₃、C₄、开关T₄-T₆和芯片IC₂组成蓝光间歇照射控制电路(7)，限流电阻R₁₅-R₂₁、二极管D₅、D₆、电容C₅、C₆、开关T₇、T₉和芯片IC₃组成远红光照射控制电路(8)，三电路(6、7、8)分别与间歇或同步选择电路(9)连接，间歇或同步选择电路(9)由电阻R₂₂-R₂₅、与分别一一对应串联的开关J₃-J₆、红光LED群、蓝光LED群、远红光LED群、紫外光LED群及选择开关J1与开关J₂组成。

电路正常工作时，开关J₃-J₆分别控制红光LED群、蓝光LED群、远红光LED群、紫外光LED群工作与不工作，红光LED群、蓝光LED群、远红光LED群工作时间歇亮与灭，紫外光LED群工作时始终亮。开关J₁、J₂分别控制蓝光LED群、远红光LED群是否与红光LED群同步工作。开关J₁拨向左侧，蓝光LED群与红光LED群同步间歇亮与灭工作，开关J₁拨向右侧，蓝光LED群与红光LED群独立间歇亮与灭工作。开光J₂拨左侧，远红光LED群与红光LED群同步间歇亮与灭工作，开关J₂拨右侧，远红光LED群与红光LED群独立间歇亮与灭工作。紫外光LED群始终独立工作。

Claims

1.一种四色光LED组合补光灯，包括红光LED(1)、蓝光LED(2)和远红光LED(3)、基板(5)、灯架、连接导线和控制电路，其特征是参与组合的还有紫外光LED(4)，其特征是基板(5)上的LED无论从行或列看其首行或首列及末行或末列均为红光LED(1)与蓝光LED(2)一一间隔整齐排列，该首行与末行或首列与未列之间，均为红光与蓝光LED一一相隔的行或列、与远红光LED(3)与紫外光LED(4)一一间隔的行或列交替间隔整齐排列，若红蓝光相间的每行或每列的LED数为n个，则远红光与紫外光相间的每行或每列的LED数为n-1个；整个控制电路由工作比控制电阻R₁、R₂、三极管工作点设置电阻R₃-R₇、二极管D₁、D₂、电容C₁、C₂、三极管T₁、T₂、功率开关管T₃与芯片IC₁组成红光间歇照射控制电路(6)，工作比控制电阻R₈、R₉、三极管工作点设置电阻R₁₀-R₁₄、二极管D₃、D₄、电容C₃、C₄、三极管T₄、T₅、功率开关管T₆和芯片IC₂组成蓝光间歇照射控制电路(7)，工作比控制电阻R₁₅、R₁₆、三极管工作点设置电阻R₁₇-R₂₁、二极管D₅、D₆、电容C₅、C₆、三极管T₇、T₈、功率开关管T₉和芯片IC₃组成远红光照射控制电路(8)，三电路(6、7、8)分别与间歇或同步选择电路(9)连接，间歇或同步选择电路(9)由限流电阻R₂₂-R₂₅、与分别一一对应串联的开关J₃-J₆、红光LED群、蓝光LED群、远红光LED群、紫外光LED群及选择开关J1与开关J₂组成；所述的红光LED(1)为波长624nm、带宽12nm、发光强度35cd(坎德拉)和半径5mm的圆形红光LED，蓝光LED(2)的对应参数分别为462nm、12nm、9cd和5mm的圆形蓝光LED，远红光LED(3)为735nm、20nm、0.64cd和5mm的圆形远红光LED，紫外光LED(4)为340nm、12nm、0.1cd、和5mm的圆形紫外光LED。

2.如权利要求1所述的四色光LED组合补光灯，其特征是红光LED(1)、蓝光LED(2)与远红光LED(3)在基板(5)上分布密度均为1089-2500个/m²，紫外光LED(4)在基板上的分布密度为1024-2401个/m²，各LED与相邻异色光LED的中心距或垂直中心距为1-1.5cm。