CN102635797B

CN102635797B - 多功能大功率led组合灯

Info

Publication number: CN102635797B
Application number: CN2012100917045A
Authority: CN
Inventors: 周国泉; 徐一清
Original assignee: Zhejiang A&F University ZAFU
Current assignee: Zhejiang A&F University ZAFU
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN102635797A

Abstract

一种多功能大功率LED组合灯，由电路和硬件两部分组成，电路部分包括变压器降压电路(12)、整流滤波电路(13)，硬件部分由上至下包括电源连接线(1)、LED光源控制器(2)、散热器(3)、线路盒(4)、壳体(5)、基板(11)和LED，LED分红、蓝、远红、紫外、黄五种色光，以基板圆心为中心，由内而外呈四环排列，每环安装的LED颗数分别为四、八、十六、二十四颗，科学搭配不同色光，一一间隔等间距呈圆周排列。本组合灯用于室内植物的照明补光，具有光照强度高、照射面广、有利于作物茎叶生长、定向控制植株高度、诱导或抑制植株成花及减少病虫害传播等功能，并能按需控制光照的亮灭与强度的大小，节能且符合作物光合作用的需求。

Description

多功能大功率LED组合灯

技术领域

本发明涉及一种现代农业的照明补光装置，具体是适于作室内环境的育苗、补光、控制成花、杀菌、诱虫等用途的大功率LED组合灯。

背景技术

近年来，随着光电技术的发展，带动了高亮度红光、蓝光、黄光、远红光、紫外光等LED的发展。由于LED具有诸多优点，如节能性、光谱可调性、良好的点光源性、冷光性以及良好的防潮性等，使其作为农业用灯而被看好。以LED作光源的植物育苗灯、补光灯、诱虫灯的有关报道已不鲜见，各有其应用价值，但应用的侧重面和效果各不相同。CN201526820公告了“一种LED育苗补光灯”专利技术，采用大功率LED替代传统荧光灯，达到了节能、散热良好、横截面积小、波长适宜的技术效果。但该技术只用一颗单色大功率LED，光照面积有限，且植物光合作用需要红光和蓝光，单色补光对植物正常生长效果不佳。CN201475731公告了“LED植物照明灯”，以绿光LED和蓝光LED二种单色光为主光，以红、黄、绿、蓝、紫五种色光为辅助光，没有远红光LED和紫外光LED的参与。紫外光可杀灭病菌病毒，减少病害传播。远红光除了有利于定向控制植株高度外，在暗期之初给予短暂照射可使光敏素Pfr转换成光敏素Pr从而抑制植株成花，这一抑制可被随后的红光照射而解除。在植株暗期内，通过照射远红光或红光，可抑制或促进植株成花。因此，缺少远红光和紫外光LED的参与，植株控制的效果有所缺损。另外，植物光合作用分为明、暗反应，间歇照射更有利于促进植物的生长。CN102182965公告了“四色光LED组合补光灯”专利技术，设计出了一种红光与蓝光光通量之比(R/B)与红光与远红光光通量之比(R/FR)均匀分布，兼顾紫外光照射量的四色LED组合补光灯。四色组合补光，对植物茎叶生长、定向控制植株高度、减少病虫害传播和增强植物趋光性有利。但该方案采用的是一般LED，单位面积使用的管数多，线路密集，故障率高，且配光时需要针对LED一一对应。其次，一般LED方阵散发的热量分布在整个发光面内，因此对其散热方面的改善措施难以实施。最后，红光和远红光不是单独控制的，不能诱导或抑制植株成花。CN202085621公告了“广谱性三色LED组合诱虫灯”专利技术，采用黄光、蓝光、紫外光LED组合，具有通配性、低光衰、长寿命、诱虫效果显著等特点。但该技术功能单一，只有诱虫功能而无补光的功效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既可以作为密闭式植物苗工厂的育苗灯，又可以作为温室的植物光合作用补光灯，还可以诱导或抑制植物成花，并兼有杀菌、诱虫之功能的多功能大功率LED组合灯。

解决上述技术问题采用的技术方案是：

本多功能大功率LED组合灯，由电路和硬件两部分组成，电路部分包括变压器降压电路、整流滤波电路；硬件部分由上至下包括电源连接线、LED光源控制器、散热器、线路盒、壳体、基板和LED，LED分红、蓝、远红、紫外、黄五种色光，均安装在圆形基板的底面，LED以基板圆心为中心，由内而外呈四环排列，每环安装的LED颗数分别为四颗、八颗、十六颗、二十四颗，其中红光LED和蓝光LED分别为十八颗，远红光LED和紫外光LED分别为六颗，黄光LED为四颗。内环由红光LED和蓝光LED一一间隔等间距圆周排列；第二环由蓝光LED、紫外光LED、红光LED和远红光LED按逆时针顺序为一组，共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；第三环由蓝、红、蓝、远红、红、蓝、红和紫外光LED按逆时针顺序为一组，十六颗LED共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；外环由红、蓝、红、蓝、紫外、黄、蓝、红、蓝、红、远红和黄光LED按逆时针顺序为一组，二十四颗LED共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；电路部分还有间歇照射控制电路、恒流驱动电路和五色LED串联电路；整个电路的连接关系是：220V市电经变压器T₁降压后，其输出端接整流滤波电路的输入端，经整流滤波后提供20V电压输出至间歇照射控制电路和恒流驱动电路，经恒流芯片IC₁～IC₅驱动后输出电流至五色LED串联电路，供五色LED发光。

所说的红光LED为发光角120°、直径8mm、波长640nm和标准工作电流350mA的1W大功率LED；蓝光LED为发光角120°、直径8mm、波长440nm和标准工作电流300mA的1W大功率LED；远红光LED为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流200mA的0.5W大功率LED；紫外光LED为发光角120°、直径8mm、波长340nm和标准工作电流150mA的0.5W大功率LED；黄光LED为发光角120°、直径8mm、波长590nm和标准工作电流250mA的0.5W大功率LED。

所说的基板直径为150mm，由内而外四环LED中心点连接成的圆周直径分别为40mm、70mm、100mm、130mm。

本发明的有益效果是：该多功能大功率LED组合灯光照强度高，光照覆盖面积广，多色组合补光，有利于促进植株茎叶生长、定向控制植株高度、增强植株趋光性、诱导或抑制植株成花、减少病虫害传播，红蓝光间歇照射符合植物对明、暗反应的需求，提高光合作用效果。照射面的单位面积内使用LED颗数少，结构简单、可靠性强、散热效果好。在LED光源控制器中设置的光控开关，使补光灯在植物需要补光时照射，其余时间关闭，以降耗节能。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明的圆形基板上五色光LED分布示意图。

图3为本发明电路原理图。

具体实施方式

本发明下面结合实施例并参照附图作进一步详述：参见图1，壳体5下方设置一块圆形基板11，基板11上方配有线路盒4和散热器3，LED光源控制器2内部设置光控开关并与LED6、7、8、9、10相连，对LED实现定时、日控或周控，该LED光源控制器2输出两路占空比可调的PWM(脉冲宽度调制)信号，该信号接入红光和蓝光驱动电流芯片中，调节红蓝光LED间歇照射时间比。LED光源控制器2面板设置五路独立开关，分别控制五色LED亮灭，同时设有红光LED和蓝光LED间歇照射控制旋钮，分为25％、50％、75％三档，可调节输出信号占空比，以控制LED亮灭周期。大功率LED全部固定在圆形LED基板11上，其中十八颗1W红光LED8和十八颗1W蓝光LED6各自串联，六颗0.5W远红光LED7和六颗0.5W紫外光LED9各自串联，四颗0.5W黄光LED10串联，然后分别接到各自的驱动电路中。如图2所示，将上述的LED以基板11圆心为中心，由内而外呈四环排列，每环安装的LED颗数分别为四颗、八颗、十六颗、二十四颗；内环由红光LED8与蓝光LED6一一间隔呈等间距的圆周排列，第二环由蓝光LED6、紫外光LED9、红光LED8和远红光LED7按逆时针顺序为一组，共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；第三环由蓝光LED6、红光LED8、蓝光LED6、远红光LED7、红光LED8、蓝光LED6、红光LED8和紫外光LED9按逆时针顺序为一组，十六颗LED共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；外环由红光LED8、蓝光LED6、红光LED8、蓝光LED6、紫外光LED9、黄光LED10、蓝光LED6、红光LED8、蓝光LED6、红光LED8、远红光LED7和黄光LED10按逆时针顺序为一组，二十四颗LED共两组，每颗LED等间距呈圆周排列。每环LED的中心点连线围成的圆的直径分别为40mm、70mm、100mm、130mm。

研究表明，植物光合作用吸收光谱的最强区域是波长为640-660nm的红光部分和波长为430-450nm的蓝光部分，蓝光有利于植物叶片的生长，红光有利于植物茎杆的生长，波长为720-800nm的远红光有利于定向控制植株高度，波长为315-400nm的紫外光有利于植物的趋光性和杀灭病菌病毒，减少病害传播，因此选用红光、蓝光、远红光和紫外光LED组合的补光是有其科学依据的。植物中存在着光敏素Pr型和光敏素Pfr型，花的诱导首先依赖于Pfr存在的反应，完成这一反应要求较高的Pfr水平。因而在暗期的初期短暂照射远红光，Pfr则转变为Pr而抑制植株成花。若再短暂照射红光，重新建立高的Pfr水平，远红光的作用得以消除，则诱导植株成花。植物的光合作用有两个反应过程即明反应和暗反应。光合作用的明反应是放出氧气的反应，暗反应是合成有机物供植物利用的反应，明反应需要光才能进行，而暗反应不需要光，在黑暗环境中进行。红蓝光的间歇照射可符合植物对明、暗反应的需求，有利于提高光合作用效果。300-460nm是一般昆虫的敏感区，但不是所有昆虫都对此敏感。有复眼的昆虫例如果蝇对紫外光不敏感，而对560nm的黄绿光最敏感。鞘翅目害虫则对蓝光最敏感。昆虫敏感的光可概括为：橙、黄、绿、蓝、紫和紫外光。橙、黄、绿的波长范围为492-622nm。经济实用起见，将橙、黄、绿折衷仅取590nm黄光，紫和紫外光取340nm的紫外光。590nm黄光、440nm蓝光和340nm紫外光组合在一起，可较广泛地引诱多种害虫。

参见图3，本发明的驱动电路采用了低压恒流源，变压器降压电路12、桥式整流滤波电路13、恒流驱动电路15，一起安装在线路盒4内。整个电路的连接关系是：220V市电经变压器T₁降压后，其输出端接整流滤波电路13的输入端，经整流滤波后提供约20V电压输出至间歇照射控制电路14和恒流驱动电路15，经恒流芯片IC₁～IC₅驱动后输出电流至五色LED串联电路16，供五色LED发光。变压器为成品电源变压器，参数为220V/12V、50W。D₁～D₄为硅整流二极管，采用1N4007。C₁是滤波电容，采用电解电容，型号为220μF/25V。SB₂～SB₆为手动开关，可分别控制五种LED的亮灭。IC₁～IC₅为恒流驱动芯片，采用目前应用广泛、廉价且性能比较稳定的PT4115。D₅～D₉为续流二极管，由于工作在高频脉冲下，故采用肖特基二极管ss110。L₁～L₅是整流电感，设计为50μH。R₁～R₅为取样电阻，控制PT4115输出电流大小，一般用以下公式计算：R＝0.1/I_OUT。由于红光LED、蓝光LED、远红光LED、紫外光LED、黄光LED串联电路额定工作电流分别为350mA、300mA、200mA、150mA、250mA，故R₁＝0.286Ω，R₂＝0.333Ω，R₃＝0.500Ω，R₄＝0.667Ω，R₅＝0.400Ω。PT4115的DIM端可外接PWM脉冲或直流电压调光，由于本设计采用PWM技术调节红蓝光LED间歇照射时间比，故DIM外接由LED光源控制器2输出的PWM信号，频率设置为500Hz。

参见图3，本发明的间歇照射控制电路14采用51单片机实现。经桥式整流滤波电路13输出的电压接至芯片IC₇，最终输出5V电压至芯片IC₆供电。IC₇采用三端稳压器7805，IC₆采用单片机89C2051，内部下载控制程序，以实现间歇照射。单片机的P1.0和P1.2管脚输出分别接至IC₁和IC₂的DIM端。档位开关TB₁和TB₂分别接P1.7～P3.7管脚，可控制输出信号的占空比为25％、50％、75％三档，以调节红光LED和蓝光LED间歇照射时间比。C₂和R₆构成单片机复位电路，在上电时对程序复位，C₂可用10μF/25V电解电容，R₆用1K电阻。C₃、C₄和CR₁构成单片机振荡电路，提供时间基准，C₃和C₄可用22pf瓷片电容，CR₁可用12MHz晶振。

所说的LED光源控制器上设有五路开关，可分别控制红光LED、蓝光LED、远红光LED、紫外光LED和黄光LED的亮灭，同时设有红光LED和蓝光LED的间歇照射控制旋钮，分为25％、50％、75％三档，可调节输出信号占空比，以控制LED亮灭周期。

本多功能大功率LED组合灯作为密闭式植物苗工厂的育苗灯时，可点亮红光LED和蓝光LED，关闭其他三色LED，同时调节间歇照射控制旋钮至合适的比例。在组合灯正下方30-50cm照射面上，R/B的比值调节范围为3∶1至10∶1，以满足不同植物苗生长的需要。

本多功能大功率LED组合灯作为温室的植物光合作用补光灯时，可点亮红光LED、蓝光LED、远红光LED，关闭紫外光LED和黄光LED，同时调节间歇照射控制旋钮至合适的比例。在组合灯正下方30-50cm照射面上，R/B的比值调节范围为3∶1至10∶1，R/FR的比值调节范围为5∶1至20∶1，以满足不同植物生长补光的需要。

本多功能大功率LED组合灯作为杀菌灯时，在植株正上方30-50cm高度处点亮紫外光LED，关闭其他四色LED，即可杀灭病菌病毒，减少病虫害传播。

本多功能大功率LED组合灯作为诱导和抑制成花调控灯时，在晚上于植株正上方30-50cm高度处点亮红光LED，关闭其他四色LED，持续10至15分钟，即可诱导植株成花；点亮远红光LED，关闭其他四色LED，持续10至15分钟，即可抑制植株成花。

本多功能大功率LED组合灯作为诱虫灯时，可点亮蓝光LED、紫外光LED和黄光LED，关闭其他两色LED，并在组合灯周边开启高压击虫网或增加长效透明胶粘膜，以更广泛地诱杀多种害虫。

Claims

1.一种多功能大功率LED组合灯，由电路和硬件两部分组成，电路部分包括变压器降压电路(12)，整流滤波电路(13)；硬件部分由上至下包括电源连接线(1)、LED光源控制器(2)、散热器(3)、线路盒(4)、壳体(5)、基板(11)和LED，LED分红、蓝、远红、紫外、黄五种色光，均安装在圆形基板(11)的底面，其特征是LED以基板圆心为中心，由内而外呈四环排列，每环安装的LED颗数分别为四颗、八颗、十六颗、二十四颗，其中红光LED(8)和蓝光LED(6)分别为十八颗，远红光LED(7)和紫外光LED(9)分别为六颗，黄光LED(10)为四颗；内环由红光LED和蓝光LED一一间隔等间距圆周排列；第二环由蓝光LED、紫外光LED、红光LED和远红光LED按逆时针顺序为一组，共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；第三环由蓝、红、蓝、远红、红、蓝、红和紫外光LED按逆时针顺序为一组，十六颗LED共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；外环由红、蓝、红、蓝、紫外、黄、蓝、红、蓝、红、远红和黄光LED按逆时针顺序为一组，二十四颗LED共两组，每颗LED等间距呈圆周排列；电路部分还有间歇照射控制电路(14)、恒流驱动电路(15)和五色LED串联电路(16)；整个电路的连接关系是：220V市电经变压器T₁降压后，其输出端接整流滤波电路(13)的输入端，经整流滤波后提供20V电压输出至间歇照射控制电路(14)和恒流驱动电路(15)，经恒流芯片IC₁～IC₅驱动后输出电流至五色LED串联电路(16)，供五色LED发光；所说的红光LED(8)为发光角120°、直径8mm、波长640nm和标准工作电流350mA的1W大功率LED；蓝光LED(6)为发光角120°、直径8mm、波长440nm和标准工作电流300mA的1W大功率LED；远红光LED(7)为发光角120°直径8mm、波长735nm和标准工作电流200mA的0.5W大功率LED；紫外光LED(9)为发光角120°、直径8mm、波长340nm和标准工作电流150mA的0.5W大功率LED；黄光LED(10)为发光角120°、直径8mm、波长590nm和标准工作电流250mA的0.5W大功率LED；所说的LED光源控制器(2)上设有五路开关，分别控制红光LED、蓝光LED、远红光LED、紫外光LED和黄光LED的亮灭，同时设有红光LED和蓝光LED的间歇照射控制旋钮，分为25％、50％、75％三档，控制LED亮灭周期。

2.如权利要求1所述的多功能大功率LED组合灯，其特征是所说的基板(11)直径为150mm，由内而外四环LED中心点连接成的圆周直径分别为40mm、70mm、100mm、130mm。