CN105709257B - 一种基于单片机控制的紫外led阵列系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，包括电路基板、紫外LED发光源、紫外线滤光镜、LED驱动电路、MCU控制器、单片机控制单元、散热单元、活性催化剂层；导热材质与电路板的铜箔和内芯衬板相接触，铜箔和内芯衬板与散热单元相接触，实现热量的迅速释放；散热单元采用金属散热片，在所述散热片内侧加装小型散热风扇，所述散热风扇为PWM风扇，便于单片机根据温度控制风扇转速；所述散热片内嵌有温度传感器和加热电阻，且表面涂覆有活性催化剂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统的设计方法。
背景技术
紫外线作为重要的消毒手段已经被广泛应用于各个领域。而传统的紫外汞灯响应速度慢，耗能高，且驱动电路负担大，发热高，并且因为体积、功率的问题难以做成控制阵列，影响控制效率。
紫外LED一般指发光中心波长在405nm以下的LED，LED业界通常将发光波长位于355～405nm时称为近紫外LED，而短于300nm时称为深紫外LED。目前在LED的研究和生产中用到最多的材料GaN的禁带宽度为3.4eV，对应的发光波长为365nm，刚好处于近紫外波段范围，因此，近紫外LED中一般采用GaN作为基材。而深紫外LED通过在基材GaN中添加Al扩大带隙，获得更短的发光波长。按照更详细的波段与用途，紫外LED可以分为以下三类：(1)UVA：波长在315～405nm之间，主要用于固化，医疗，印刷，光刻，验钞和光催化等；(2)UVB：波长在280～315nm之间，主要用于医疗，生物分析(如DNA)等；(3)UVC：波长小于280nm，主要用于杀菌(水、空气净化)和成分分析等。
目前紫外LED虽然已有少量应用于消毒、杀菌等领域，但基于智能控制系统的多LED阵列的复合消毒除味一体化装置尚未见报道。
与紫外LED类似，光触媒等催化氧化技术也在空气净化领域得到了广泛应用，本发明将催化氧化的空气净化技术与紫外LED消毒系统相结合。
发明内容
本发明的目的是利用高能源效率的的LED发光源作为基础，提供一种智能可控、消毒除味效果好的复合系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，包括电路基板、紫外LED发光源、紫外线滤光镜、LED驱动电路、MCU控制器、单片机控制单元、散热单元、活性催化剂层；所述电路基板采用双面铜箔结构以利散热，并且预留等间距的LED器件插孔阵列，所述LED器件插孔中填充有导热材质，所述导热材质与电路板的铜箔相接触，所述铜箔与散热单元相接触，实现热量的迅速释放；单片机控制单元通过地址选通的方式实现紫外LED阵列的选择，同时通过数码管显示现在工作的紫外LED的数量；LED驱动电路、MCU控制器的数量与LED发光源的数量相同，也通过单片机进行选通；所述散热单元包括散热片、散热风扇，所述散热片表面涂覆有纳米二氧化钛与活性氧化铝的复合物涂层，散热片的温度升高可以加强所述复合物涂层的空气净化作用，通过散热风扇的作用，加快气流流动，一方面可促进散热，另一方面也提高了空气净化作用的效率。散热模组内设置有温度传感器以及加热电阻，由单片机完成温度控制。
优选的，所述散热片内嵌有温度传感器和加热电阻，且表面涂覆有活性催化剂层。
优选的，所述散热风扇为直径8cm或12cm的PWM风扇，可根据散热片尺寸和形状进行选择安装，数量为1-2个。
与现有的类似技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、通过使用紫外LED发光源，功率大幅度下降；
2、通过阵列化的设计以及单片机的智能控制，实现工作LED位置、工作LED数量的灵活控制；
3、通过完善的散热设计以及热量的利用，促进催化剂的净化效果。
4、通过散热模组温度区间的控制，进一步增强净化效果。
附图说明
图1是基于单片机控制的紫外LED阵列系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，作详细说明，如图1所示，一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，包括电路基板、紫外LED发光源、紫外线滤光镜、LED驱动电路、MCU控制器、单片机控制单元、散热单元、活性催化剂层。
电路基板方面，采用双面铜箔结构，内芯衬板可采用金属或陶瓷材质进一步加强散热。电路基板上设置有阵列状的LED器件支撑插孔，可以选择性的安装多组紫外LED发光源器件。每个阵列点位均具有唯一的选通地址线，其选通原理类似于随机存储器的数据位访问，为本领域一般技术人员熟知技术，不再赘述。
散热方面，为了进一步加强电路基板的散热，在所述的支撑插孔内进行金属化处理或者填充有导热材质，所述金属或导热材质与用于电路板散热的铜箔以及内衬的金属基板或陶瓷材料相接触，实现热量的快速释放。而所述散热铜箔及内衬的金属基板或陶瓷材料最终与散热模组相接触。所述散热模组采用普通的金属散热片即可，其形状可为多层片状或曲面状，在散热片内侧加装小型散热风扇，散热直径根据散热片的尺寸可以选择8cm或12cm的PWM风扇，便于单片机根据温度控制风扇转速。风扇的作用有两点，一是进一步加强散热效果，二是加快空气流动，增强空气净化效果。空气净化方面，在所述散热片表面涂覆纳米二氧化钛与活性氧化铝的复合涂层，散热片的温度升高可以加强所述复合物涂层的空气净化作用，实现了废热的有效利用。
散热片内嵌有温度传感器，并与单片机相连接，同时设置有加热电阻。因纳米二氧化钛与活性氧化铝对空气净化作用的活性与环境温度有关，为了进一步加强空气净化效果，利用温度传感器与加热电阻和单片机的闭环控制，使得散热模组的温度控制在45-60摄氏度范围内。当温度低于45摄氏度时，散热风扇停转，加热电阻工作，直至温度传感器探测的温度达到上述区间，关闭加热电阻。如温度高于60摄氏度，则开启散热风扇，同时根据温度温度的提升，线性提高风扇转速。风扇转速的PWM控制方式为本领域一般技术人员熟知技术手段，在此不再赘述。
紫外LED发光方面，采用波长小于280nm的UV LED器件。因本系统是采用了LED阵列，为了保证消毒效果以及控制效率，每组LED器件均配置相应的MCU单元与驱动电路。所述MCU单元与驱动电路相连，通过220V电压驱动该驱动电路，并将驱动电路与紫外LED相连，实现LED的合理驱动。为了增强紫外LED的消毒效率，并滤除波长更长波段的光波，在紫外LED外采用紫外滤光片，确保最终输出的紫外光的波长符合预期范围。进一步的，紫外LED模块连接至前述散热模组。
单片机控制单元方面，可选用89C52系列单片机或基于该单片机指令集的后续衍生型号(包括后期改进型如STC系列型号)，也可采用PIC系列单片机加输出口扩展芯片的组合。单片机控制单元采用5V电源供电，输入采用4*4阵列式键盘，键盘包括0-9数字键以及复位键和若干功能键，输出采用4位LED数码管进行显示。另留出8bit数据总线对LED阵列进行选通控制。通过键盘设定工作LED号，单片机控制该选通单元进行工作，并且由LED数码管后两位进行显示。LED数码管第一位可作为LED工作状态标记位，0为待机模式，1为部分LED工作模式，2位全部LED工作模式；第二位可作为散热模组工作状态标记位，0为自然散热状态(即加热电阻和散热风扇均不工作)，1为加热模式(即加热电阻工作，散热风扇不工作)，2为降温模式(即仅散热风扇工作)。
进一步的，散热风扇可以设置为双向工作，即正转、反转模式交替运行，或者开始时反转1分钟，之后进入正转模式。这样可以减少散热片表面的灰尘附着，提高散热效率和空气净化效率。
Claims (7)
1.一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：包括电路基板、紫外LED发光源、紫外线滤光镜、LED驱动电路、MCU控制器、单片机控制单元、散热单元、活性催化剂层；所述电路基板采用双面铜箔结构，内芯衬板可采用金属或陶瓷材质进一步加强散热；电路基板上设置有阵列状的LED器件支撑插孔，所述LED支撑插孔中填充有导热材质，所述导热材质与电路板的铜箔和内芯衬板相接触，所述铜箔和内芯衬板与散热单元相接触，实现热量的迅速释放；所述散热单元采用金属散热片，在所述散热片内侧加装小型散热风扇，所述散热风扇为PWM风扇，便于单片机根据温度控制风扇转速；所述散热片内嵌有温度传感器和加热电阻，且表面涂覆有活性催化剂层。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：所述散热风扇为直径8cm或12cm的PWM风扇，可根据散热片尺寸和形状进行选择安装，数量为1-2个。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：所述活性催化剂层为纳米二氧化钛与活性氧化铝的复合物涂层。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：所述紫外LED发光源选用波长小于280nm的紫外LED器件，且每组LED器件与相应的MCU单元连接，所述MCU单元与驱动电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：所述单片机控制单元选用89C52系列单片机或基于该单片机指令集的后续衍生型号。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：所述散热单元多层片状或曲面状的金属散热片。
7.根据权利要求1所述的一种基于单片机控制的紫外LED阵列系统，其特征在于：在紫外LED外采用紫外滤光片，确保最终输出的紫外光的波长符合预期范围。
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