CN102438370A

CN102438370A - 一种全数字智能led植物补光灯控制系统

Info

Publication number: CN102438370A
Application number: CN2011104023189A
Authority: CN
Inventors: 徐秀知; 牛萍娟; 王巍; 王淑凡; 杨广华; 龙邦强; 高铁成
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种LED植物补光灯控制系统。所述控制系统包括LED植物补光灯控制盒、智能驱动器以及LED植物补光灯头，所述补光灯控制盒包括CPLD主控制芯片、LCD显示面板、按键阵列或触摸板电路、RAM存储器、ZIGEBB通信接口，接收智能驱动器传送的信息，通过分析，发送指令给每个智能驱动器。所述智能驱动器采用红、蓝光双路PWM数字驱动，包括CPLD从控制芯片、温度传感器、红蓝亮度传感器、ZIGEBB通信接口。每个智能驱动器采集植物周围亮度、温度信息发送给控制盒，并接收控制盒的命令，实现对红、蓝光LED任意比例的256级数字控制。本发明利用全数字智能调控技术可以实现在同一空间内对多种不同的植物进行按需补光，同时实现对大范围的植物补光灯的集中控制。

Description

一种全数字智能LED植物补光灯控制系统

技术领域

本发明涉及LED智能照明领域，尤其涉及一种全数字、智能LED植物补光灯控制系统。

背景技术

LED植物补光灯是以红、蓝LED为光源，依照植物生长规律所需要的太阳光，用灯光代替太阳光给植物补光的一种灯具。LED光源与传统光源相比具有光源纯、波长类型多、节能环保、发热少和便于控制等优点。

目前，多数LED植物补光灯只具备对单一补光灯的简单开关控制，主要靠人工手动实现。通过采用红蓝灯珠固定配比的方法实现定光照度、定光质的补光方式。若要实现不同植物或同一植物不同生长阶段所需的不同的R/B比，只能通过重新设计灯具，改变红蓝灯珠个数比来满足要求。同时未考虑外界光照条件、环境温度等因素，从而造成植物补光不足或过度等现象。现有的LED植物补光灯在设计上没有充分利用LED光源可以数字、智能、集中控制的优点，无法满足对植物的合理补光。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于CPLD的全数字智能LED植物补光灯控制系统，对单个灯头可以达到多级数字可调光，从而实现可以随意调配红/蓝光的配光比例，满足不同植物、同种植物不同生长阶段的补光需求，而且能对大范围的LED植物补光灯实现集中控制，使植物补光灯的控制变得智能化、数字化，提高植物光合作用对补光光源的利用率。

本发明的技术方案是：一种全数字智能LED植物补光灯控制系统，该系统包括LED植物补光灯控制盒、智能驱动器以及LED植物补光灯头。

所述的LED植物补光灯控制盒包括CPLD主控制芯片、LCD显示面板、按键阵列或触摸板电路、RAM存储器、ZIGEBB通信接口。

所述的智能驱动器包括CPLD从控制芯片、温度传感器、红蓝亮度传感器、ZIGEBB通信接口、红蓝基色PWM恒流源。

所述的植物补光灯头包括基板及均匀安装在基板上的红蓝光LED灯珠，其特征在于采用波长为620nm～660nm的红色LED灯珠及波长为450nm～480nm的蓝色LED灯珠，红蓝LED灯珠间隔均匀排列于基板上。

具体的，所述LED植物补光灯控制盒与LED植物补光灯内部的智能驱动器采用ZIGBEE方式进行通信。控制盒接收每一个智能驱动器发送过来的灯头端的温度信息，结合按键阵列或触摸板输入的信息，进行逻辑分析判断，并将相应地址灯头的红蓝光亮度级别发送给智能驱动器。所述的每一个智能驱动器带有温度传感器与红蓝亮度传感器，将检测到的现场温度、以及自己的寻址地址发送给控制盒，等待控制盒做出判断后，接受控制盒发送过来的红蓝光亮度级别信号，并与红蓝光亮度传感器采集到的现场红蓝光亮度信息比较分析，最终通过红蓝基色PWM恒流源驱动灯头端的红、蓝灯珠按相应亮度级别发光。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、不需要通过改变红蓝灯珠的物理配比来实现不同的R/B比，而是基于CPLD实现全数字独立调光，具有8bit灰度输出能力，可以随意调配红/蓝光的配光比例，大大增加了LED植物补光灯的可适用范围；2、一个控制盒可控制256个LED植物补光灯，可以实现控制盒内光源的集总控制，集成了所有的情景照明所需要的硬件控制电路与逻辑。可在同一空间内对多种不同的植物进行按需补光；3、可以预设情景模式，并外扩亮度传感器和温度传感器，使植物补光光源的控制变得智能化，更高效的提高光源对植物的光合作用。

附图说明

图1为本发明所述一种全数字智能LED植物补光灯控制系统组成的整体原理图。

图2为所述控制盒内部的结构框图。

图3为所述智能驱动器内部结构框图及与所述植物补光灯头的连接关系图。

图4为所述控制盒向智能驱动器发送命令时的数据传输协议示意图。

图5为所述智能驱动器向控制盒发送信息时的数据传输协议示意图

图6为所述植物补光灯头寻址地址十进制与十六进制之间对应关系图。

图7为所述控制盒中CPLD主控制芯片的工作原理图。

图8为所述智能驱动器中CPLD从控制芯片的工作原理图。

图9为所述植物补光灯头红蓝灯珠排列图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明所述LED植物补光灯控制系统包括LED植物补光灯控制盒、智能驱动器以及LED植物补光灯头如图1。其中智能驱动器和LED植物补光灯头在具体实施中整合在一起，整合后单一灯具称为LED植物补光灯。所述控制盒根据不同的设计容量，可以接入若干LED植物补光灯，本发明设计接入256个LED植物补光灯。每一个植物补光灯可以根据所在的排序确定唯一的通讯地址，这样控制盒可以通过ZIGBEE控制网络访问每个植物灯内部的工作参数，并通过显示装置显示出相应的参数信息。同时根据不同植物的补光要求，对访问的植物补光灯具进行温度、亮度参数的预设，将预设的信息存入存储器并通过ZIGBEE控制网络发送到被访问的LED补光灯具。补光灯具接收到控制盒发来的红蓝光亮度级别信号，进行处理、判断，最终产生红蓝不同占空比的PWM信号，实现对不同R/B的输出，满足不同植物，或同种植物不同生长阶段的补光需求。

本发明所述的LED植物补光灯控制盒包括CPLD主控制芯片、LCD显示面板、按键阵列或触摸板电路、RAM存储器，请参阅图2。其中，LCD显示面板、按键阵列或触摸板电路、RAM存储器接口分别通过数据线与CPLD主控制芯片连接。CPLD主控制芯片负责控制和协调各部分实现补光亮度的预设，以及实现对灯具内部参数的访问；LCD显示面板为用户提供交互信息显示；根据不同植物，同种植物不同生长阶段的补光需求，可以通过按键阵列或触摸屏方式输入控制参数；RAM存储器根据实际需求选择SRAM或SDRAM，主要用来进行运算时对植物补光临时数据的存储。LED植物灯控制盒主要实现不同地址灯头亮度的设置、发送、接收并对补光参数进行显示等相关操作。

所述的智能驱动器包括CPLD从控制芯片、温度传感器、红蓝亮度传感器、红蓝基色PWM恒流源，请参阅图3。其中，温度传感器、红蓝亮度传感器分别通过数据线与CPLD从控制芯片连接，红蓝基色PWM恒流源受CPLD从控制芯片控制，并与植物补光灯具连接。CPLD从控制芯片主要接收CPLD主控制芯片发送来的红蓝光亮度级别信号，并与红蓝光亮度传感器采集到的现场红蓝光亮度信息比较分析，最终通过红蓝基色PWM恒流源驱动灯头端的红、蓝灯珠按相应亮度级别发光。温度传感器主要负责对植物周围的温度信息进行检测，并将其转换为相应的数字信号，传递给CPLD主控制芯片进行处理。红蓝亮度传感器主要对植物所需的红蓝光进行检测，输出相应的数字信号，通过CPLD从控制芯片进行处理。红蓝基色PWM恒流源实现红蓝光各8bit的数字灰度调光。

所述控制盒向智能驱动器发送命令时的数据传输协议共17位，请参阅图4。各位代表的含义解释如下：T16-T9为植物补光灯具地址位，共可满足256个LED植物补光灯的需求；T8为红蓝光亮度选择信号位，当T8为1时表示选择红光亮度信号，为0时表示选择蓝光亮度信号；T7-T0为预设的亮度信号位，可以实现0～255级范围内的任意亮度调节。

所述智能驱动器向控制盒发送信息时的数据传输协议共14位，请参阅图5。各位代表的含义解释如下：T13-T6为植物补光灯头地址位，共可满足256个LED植物补光灯的需求；T5-T0为环境温度信号位，该信号由温度传感器转换所得。

请参阅图6，本发明所述的LED植物补光灯控制系统的植物补光灯具地址对应关系表示为如下：第1个LED植物补光灯的地址为00H，第2个LED植物补光灯的地址为01H，依此类推，第256个LED植物补光灯的地址为FFH。

所述控制盒中CPLD主控制芯片的工作原理如图7，具体为：接收模块主要任务是接收智能驱动器传过来的各灯具的温度数据，并传递给温度处理模块，温度处理模块将接收到的温度信息与预设的温度信息进行比较，若相符则继续指令产生的操作，若不符则停止操作。指令产生模块主要是产生LED植物灯控制盒对智能驱动器的传输数据，其包括地址信号产生模块、状态信号产生模块。地址信号产生模块主要是产生地址信息，状态信号产生模块主要是根据不同植物，同种植物不同生长阶段的补光需求，通过按键阵列或触摸屏方式产生红蓝光亮度的预设信息。指令产生后可通过发送模块利用ZIGBB技术将数据传输至智能驱动器，同时可利用液晶显示模块对预设的参数进行显示。

所述智能驱动器中CPLD从控制芯片的工作原理如图8，具体为，通信模块接收控制盒根据地址发送过来的红蓝光亮度级别数据，传递给地址处理模块。地址处理模块首先根据地址信息判断信号是否发给指定LED植物灯，即判断地址信号是否相符。若不符则终止操作，若是则继续判断是进行读操作还是进行写操作。若是读操作程序转入发送模块，将植物灯当前状态返回到控制端。若是写操作程序将使能信号传递给红蓝执行模块进行处理。同时红蓝比较模块将传感器检测到的数据信号与接收到的亮度级别信号进行比较，将比较结果输送到红蓝执行模块。红蓝执行模块根据红、蓝亮度值比较结果得到对应的PWM控制信号，再由红蓝PWM产生模块产生不同占空比的PWM信号来控制LED植物补光灯头亮度级别，从而实现在外界条件不满足亮度预设值的情况下对植物按需补光的要求。

所述的植物补光灯头包括基板及均匀安装在基板上的红蓝光LED灯珠，请参阅图9。其特征在于采用波长为620nm～660nm的红色LED灯珠及波长为450nm～480nm的蓝色LED灯珠，红蓝LED灯珠间隔均匀排列于基板上，即每一个LED周围必是不同颜色的LED。红蓝灯珠组成4*8的排列矩阵。

综上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；凡基于上述基本思路，不脱离本创作精神和范围内所做的各种更动和修饰，都应属于本发明所公开的范围。

Claims

1.一种LED植物补光灯控制系统，包括LED植物补光灯控制盒、智能驱动器以及LED植物补光灯头。所述的LED植物补光灯控制盒包括CPLD主控制芯片、LCD显示面板、按键阵列或触摸板电路、RAM存储器，其特征在于可以根据需求实现对LED植物补光灯的集中控制，可寻址。所述的智能驱动器包括CPLD从控制芯片、温度传感器、红蓝亮度传感器、红蓝基色PWM恒流源，其特征在于基于CPLD可以实现红蓝光全数字独立调光，具有8bit灰度输出能力，可以随意调配红/蓝光的配光比例，并外扩温度传感器及红蓝光亮度传感器。

2.根据权利要求1所述的LED植物补光灯控制盒，其特征在于：接收智能驱动器传过来的温度信号，可以通过按键阵列或触摸屏方式输入控制参数，并按地址将红蓝亮度级别信号发送给智能驱动器，并具有用户交互信息面板。

3.根据权利要求1所述的LED植物补光灯控制盒，其特征在于：所述控制盒向智能驱动器发送命令时的数据传输协议共17位。分别传输植物补光灯具地址与红蓝光亮度级别信号，可以实现0～255级范围内的任意亮度调节。

4.根据权利要求1所述的LED植物补光灯控制盒，其特征在于：所述控制盒中CPLD主控制芯片包括接收模块、温度处理模块、指令产生模块(包括地址信号产生模块和状态信号产生模块)。

5.根据权利要求1所述的智能驱动器，其特征在于：向控制盒发送补光灯具地址信息及相应灯具周围的红蓝光亮度信息，并接收控制盒的红蓝光亮度级别信号，从而控制PWM进行8bit数字调光。

6.根据权利要求1所述的智能驱动器，其特征在于：所述智能驱动器向控制盒发送信息时的数据传输协议共14位。第0位到第5位为环境温度信号位，第6位到第13位表示植物补光灯具地址位。

7.根据权利要求1所述的智能驱动器，其特征在于：所述智能驱动器从芯片包括通信模块、红蓝比较模块、地址处理模块，红蓝执行模块、红蓝PWM产生模块。

8.根据权利要求1所述的智能驱动器，其特征在于：所述的植物补光灯头包括基板及均匀安装在基板上的红蓝光LED灯珠，红蓝LED灯珠间隔均匀排列于基板上，即每一个LED周围必是不同颜色的LED。