CN105823005A - 一种智能化调控多色光led植物生长灯系统及其调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统及其调控方法,涉及照明技术领域,包括上位机、PWM控制器、无线传输器、无线收发器、光敏传感器、PWM调光驱动器、LED三色灯管和稳压直流电源,PWM调光驱动器与稳压直流电源相连接,LED三色灯管与PWM调光驱动器相连接,PWM调光驱动器与PWM控制器相连接,PWM控制器受控于无线传输的上位机,LED三色灯管包括铝合金外壳、铝基灯板和透明灯罩,铝合金外壳上设有散热结构,铝基灯板设置在铝合金外壳和透明灯罩之间,铝基灯板上设有多个LED灯珠,LED灯珠包括红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和蓝紫光LED灯珠,此设计,易于实时调控和远程、自动化控制,调节便捷精确,多种色光配色,散热效果好,满足了植物补光的多种需求。

Description

一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统及其调控方法
技术领域
本发明涉及照明技术领域,特别涉及一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统及其调控方法。
背景技术
LED植物生长灯因其节能高效、容易配光、配色,在植物补光领域越来越受到人们的重视。
关于LED植物生长灯对植物生长的影响,国内外许多研究者对此进行了大量的实验研究,研究结果表明:植物生长与LED灯光照的波长、光照的功率比、脉冲周期和占空比等因素有关。根据以上实验结果,有人设计了一种手动调节的LED植物生长灯,但是手动调节的实时变化不佳,且无法实现智能化控制,除此之外,LED植物生长灯的配光单一,散热差,满足不了植物补光灯的多种需要。
针对以问题,现有技术中也作了些改进,如中国申请号为201520875680.1的发明公开了一种可调光LED植物照明光源,包括光源面板,及焊接于光源面板上的多个LED灯和LED灯驱动器;所述LED灯包括红光LED灯和蓝光LED灯;所述LED灯驱动器包括型号相同的红光LED驱动器和蓝光LED驱动器;所述红光LED灯与红光LED驱动器电连接;所述蓝光LED灯与蓝光LED驱动器电连接;所述红光LED驱动器和蓝光LED驱动器的输入端电连接有PWM调光模块。此技术方案,虽然可根据不同植物在不同生长阶段对光源的不同要求,调整光源的光谱功率分布、光子通量强度和光周期,为植物生长提供最佳的光照条件,但是调节的实时变化不佳,不具有智能化调控,且LED植物生长灯的散热较差,使用寿命较短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统及其调控方法,以解决现有技术中导致的手动调节的实时变化不佳,且调节不够精确,除此,LED植物生长灯的配光单一,散热差,满足不了植物补光的多种需求等上述多项缺陷。
为实现上述目的,本发明提供以下的技术方案:一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统,包括上位机、PWM控制器、无线传输器、无线收发器、光敏传感器、PWM调光驱动器、LED三色灯管和稳压直流电源,其所述PWM调光驱动器与稳压直流电源相连接,所述LED三色灯管与PWM调光驱动器相连接,所述PWM调光驱动器与PWM控制器相连接,所述上位机与PWM控制器通过无线传输器和无线收发器实现无线通信传输信号,所述光敏传感器与PWM控制器相连接,所述LED三色灯管包括铝合金外壳、铝基板和透明灯罩,所述铝合金外壳上设有散热结构,所述透明灯罩与铝合金外壳可拆卸连接,所述铝基板设置在铝合金外壳和透明灯罩之间,所述铝基板上焊接多个LED灯珠,所述LED灯珠包括红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和蓝紫光LED灯珠,所述铝合金外壳的两端分别设有堵头,所述堵头的引线与LED灯珠的电极连接。
优选的,所述散热结构包括多个散热鳍片,所述散热鳍片设置在铝合金外壳的两侧,所述散热鳍片之间形成散热风道,所述散热风道上设有若干个散热网孔。
优选的,所述透明灯罩为半圆弧形结构,所述透明灯罩的外表面设有波浪形凸条。
一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统的调控方法,所述光敏传感器将植物生长环境的光照照度信号传输给PWM控制器,PWM控制器将光照信号传输给上位机,上位机通过综合数据分析发出指令给PWM控制器,PWM控制器产生控制信号,调控PWM调光驱动器,通过PWM调光驱动器实现对LED三色灯管的调控。
优选的,所述上位机包括自动开关系统,所述自动开关系统包括环境照度模块和参考照度模块,上位机通过对环境照度模块得到的环境照度值和参考照度模块输入的参考照度值进行分析比较后,发出指令给PWM控制器,PWM控制器产生控制信号,调控PWM调光驱动器,通过PWM调光驱动器实现对LED三色灯管的调控。
采用以上技术方案的有益效果是:本发明的智能化调控多色光LED植物生长灯系统,包括上位机、PWM控制器、无线传输器、无线收发器、光敏传感器、PWM调光驱动器、LED三色灯管和稳压直流电源,光敏传感器将植物生长环境的光照照度信号传输给PWM控制器,PWM控制器将光照信号传输给上位机,上位机通过综合数据分析发出指令给PWM控制器,PWM控制器产生控制信号,调控PWM调光驱动器,通过PWM调光驱动器实现对LED三色灯管的调控。
本发明的主要优点在于:(1)结构简捷,便于安装调试;(2)设计合理,散热效果好,易于调光、配色;(3)智能化控制,易于实时调控和远程控制,调节精确。
本系统适用于大棚育苗、大棚蔬菜、大棚花卉不同季节的大规模植物补光以及植物补光研究不同阶段、不同光照功率比和脉冲周期与相位的要求。
此设计,结构合理,易于实时、自动化调控和远程控制,调节便捷精确,多种色光配色,散热效果好,满足了植物补光的多种需求。
附图说明
图1是本发明的实物连接示意图;
图2是本发明的原理示意图;
图3是PWM调光驱动器的示意图;
图4是PWM调光驱动器的3套电路的连接框图;
图5是无线收发器与PWM控制器的连接框图;
图6是上位机与无线传输器的连接框图;
图7是上位机软件界面的示意图;
图8是LED三色灯管的俯视图;
图9是LED三色灯管的侧视图;
图10是透明灯罩的示意图。
其中,1-上位机,2-PWM控制器,3-PWM调光驱动器,4-稳压直流电源,5-LED三色灯管,51-铝合金外壳,52-透明灯罩,53-铝基板,54-LED灯珠,55-堵头,56-散热鳍片,57-散热风道,58-散热网孔,59-波浪形凸条,6-上位机软件界面,7-红光线路,8-蓝光线路,9-电流输入接口,10-电流输出接口,11-DC-DC电压电流变换电路,12-电压调节旋钮,13-电流调节旋钮,14-控制按钮,141-幅度控制按钮,142-频率控制按钮,143-偏置控制按钮,144-占空比控制按钮,145-相位控制按钮,15-无线传输器,16-无线收发器,17-光敏传感器,18-蓝紫光线路,19-PWM信号接口,20-USB数据线,21-九针数据线,22-PWM信号线,23-窗口,231-环境照度窗口,232-参考照度窗口,233-功率比窗口,234-电流窗口,235-电压窗口,236-功率窗口,237-定时器窗口,238-幅度调节窗口,239-频率调节窗口,2310-偏置调节窗口,2311-占空比调节窗口,2312-相位调节窗口,2313-方波显示窗口。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1和图2出示本发明的具体实施方式:一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统,包括上位机1、PWM控制器2、无线传输器15、无线收发器16、光敏传感器17、PWM调光驱动器3、LED三色灯管5和稳压直流电源4,所述PWM调光驱动器3与稳压直流电源4相连接,所述LED三色灯管5与PWM调光驱动器3相连接,所述PWM调光驱动器3与PWM控制器2通过三根PWM信号线22相连接,所述上位机1与PWM控制器2通过无线传输器15和无线收发器16实现无线通信传输信号,所述光敏传感器17与PWM控制器2相连接,所述LED三色灯管5包括铝合金外壳51、铝基板53和透明灯罩52,所述铝合金外壳51上设有散热结构,所述透明灯罩52与铝合金外壳51可拆卸连接,所述铝基板53设置在铝合金外壳51和透明灯罩52之间,所述铝基板53上焊接多个LED灯珠54,所述LED灯珠54包括红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和蓝紫光LED灯珠,所述铝合金外壳51的两端分别设有堵头55,所述堵头55与LED灯珠54电性连接。
本实施例中,结合图8和图9,所述散热结构包括多个散热鳍片56,散热鳍片56可以提高散热效率,铝合金外壳51的两侧为内凹形,所述散热鳍片56设置在铝合金外壳51的两侧,不影响光线的照射,所述散热鳍片56之间形成散热风道57,所述散热风道57上设有若干个散热网孔58,在保证有效散热的前提下,避免灰尘侵入铝合金外壳51内。
本实施例中,结合图10,所述透明灯罩52为半圆弧形结构,增大透明灯罩52与铝合金外壳51之间形成的空间,所述透明灯罩52的外表面设有波浪形凸条59,波浪形凸条59相当于柱状透镜对光有汇聚作用。
一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统的调控方法,光敏传感器17将植物生长环境的光照照度信号传输给PWM控制器2,PWM控制器2将光照信号传输给上位机1,上位机1通过综合数据分析发出指令给PWM控制器2,PWM控制器2产生控制信号,调控PWM调光驱动器3,通过PWM调光驱动器3实现对LED三色灯管5的调控。
本实施例中,上位机1包括自动开关系统,自动开关系统包括环境照度模块和参考照度模块,上位机1对环境照度模块得到的环境照度值和参考照度模块输入的参考照度值进行分析比较,实现对LED三色灯管5的开或关,其中,环境照度模块得到的环境照度值来自光敏传感器17,光敏传感器17把植物环境的光照照度值传给PWM控制器2,PWM控制器2将信息传输给上位机1,上位机1对环境照度模块得到的环境照度值和输入的参考照度值进行分析比较,然后发出指令给PWM控制器2,PWM控制器2产生控制信号,调控PWM调光驱动器3,通过PWM调光驱动器3实现对LED三色灯管5的调控。
结合图1和图5,PWM控制器2由RS232通信模块、单片机和输出接口、调理电路与模数转化模块组成。RS232通信模块实现单片机和无线收发模块之间的数据电平转换。单片机产生3路方波信号,每一路的方波信号频率、占空比和相位受输入指令的控制,并且独立可调。输出接口有3个通道CH1、CH2和CH3,上位机1通过无线传输器15发送控制指令,无线收发器16由无线收发模块组成,无线收发器16与PWM控制器2之间通过USB数据线20连接。单片机包括所需要的时钟电路、复位电路等,通过C语言设置程序运行,产生所需要的方波信号由输出接口输出,并受控于上位机1。调理电路与模数转化模块与单片机相连,光敏传感器17接收环境光照信号,经过调理电路与模数转化模块转化为数字信号进入单片机,再由单片机进行信号处理,经过串口RS232和无线收发器16发送给上位机1。
结合图1和图6,所述无线传输器15由无线传输模块、并行接口、单片机、RS232模块组成。电脑通过九针数据线21与RS232接口相连,将电脑的指令传输给单片机,单片机完成接口芯片的功能配置、串口数据的接收发送,中断处理及相关数据链路规程的实现。并行接口提供给单片机一个并行接口,并将内置数据接收发送至缓冲器,完成MAC层协议的一部分功能,从而降低了单片机处理MAC层协议的要求。
结合图3,PWM调光驱动器3具有恒流、恒压调节功能,通过相应的电压调节旋钮12、电流调节旋钮13能够获得所需的电压、电流值,输出电压和电流用于驱动LED灯珠54,电流输入接口9接稳压直流电源4,稳压直流电源电压高于输出电压,经过DC-DC电压电流变换电路11输出到电流输出接口10,所需要的电压、电流值通过电压调节旋钮12和电流调节旋钮13来调节。PWM调光驱动器3的PWM信号接口19与PWM控制器2的三个通道的PWM信号通过PWM信号线22相连接。
结合图4,所述PWM调光驱动器3有3套电路,第一路通过蓝光线路8为蓝光LED灯珠供电,第二路通过红光电路7为红光LED灯珠供电,第三路通过蓝紫光线路18为蓝紫光LED灯珠供电,稳压直流电源4将220V交流电转换为24V稳压的直流电,为三路的PWM调光驱动器3供电。
来自CH1的PWM信号接入蓝光PWM调光驱动器的PWM信号接口,PWM调光驱动器3的驱动电压、电流输出接蓝光线路8;来自CH2的PWM信号接入红光PWM调光驱动器的PWM信号接口,PWM调光驱动器3的驱动电压、电流输出接红光线路7,来自CH3的PWM信号接入蓝紫光PWM调光驱动器的PWM信号接口,PWM调光驱动,3的驱动电压、电流输出接蓝紫光线路18。来自稳压直流电源的电压和电流为3个PWM调光驱动器3供电。
LED三色灯管5可以根据需要并联多个,同时可以采用多个PWM调光驱动器3和增大稳压直流电源4的功率,选择合适的驱动电压,提高驱动电流。
多种色光的LED灯珠54间隔排列,间距相等,均匀分布,实现均匀配光,LED灯珠54连接方式采用8串10并和4串20并,总共有9条线路实现LED灯珠的串、并联,实现铝基板布线的新设计,有利于植物生长灯的配光、配色。
LED三色灯管5的铝合金外壳51两端各有一个堵头55,并用螺丝固定在铝合金外壳51上,堵头55上有插线接头与红光线路7、蓝光线路8连接和蓝紫光线路18连接。透明灯罩52采用半圆面形亚克力材质,透光率在95%以上,铝合金外壳51上有插入透明灯罩52的线槽实现二者密切结合。
本实施例中,结合图7,电脑通过安装软件形成上位机软件界面6,上位机软件界面6上设置多个控制按钮14,控制按钮14包括三个通道的幅度控制按钮141、频率控制按钮142,偏置控制按钮143,占空比控制按钮144和相位控制按钮145,通过幅度控制按钮141、频率控制按钮142,偏置控制按钮143,占空比控制按钮144和相位控制按钮145,可以相应的对LED三色灯管5的发光脉冲频率、脉冲占空比和相位进行增减调节,调节便捷,不易出错,调节精确;
上位机软件界面6上还设置多个窗口23,窗口23包括三个通道的方波显示窗口2313、幅度调节窗口238、频率调节窗口239、偏置调节窗口2310、占空比调节窗口2311和相位调节窗口2312,通过以上窗口可以对LED三色灯管的发光脉冲频率、脉冲占空比和相位进行调节;窗口23还包括三个通道的电流窗口234、电压窗口235、功率窗口236、功率比窗口233、环境照度窗口231、参考照度窗口232,环境照度窗口231显示的环境照度值来自光敏传感器17,光敏传感器17能够把植物环境的光照照度数值传给PWM控制器2中的单片机,经过数据处理,由无线收发器16将信号传输给无线数据传输器15,从而在上位机软件界面6上的环境照度窗口231显示环境照度值的大小,在参考照度窗口232输入适当的照度数值,上位机1通过安装的软件1能够通过环境照度值和参考照度值的比较,实现对LED三色灯管的调控;窗口23上还包括三个通道的定时器窗口237,三个通道的定时器窗口237可以单独定时,设置对应通道的工作时段,当上位机软件界面6的按钮处于on状态,定时器处于工作状态;当上位机软件界面6的按钮处于off状态,定时器不工作。
上位机1的软件是指可以在电脑上安装的程序,其功能在于实现方波脉冲的调节,包括脉冲频率、脉冲占空比、相位和幅度大小。程序安装后可以点击桌面快捷键,进入上位机软件界面6,上位机软件界面6上会出现多个控制按钮14,每个控制按钮14都包括增加和减小按钮,控制按钮14包括幅度控制按钮141、频率控制按钮142,偏置控制按钮143,占空比控制按钮144和相位控制按钮145,通过幅度控制按钮141、频率控制按钮142,偏置控制按钮143,占空比控制按钮144和相位控制按钮145相应的对多色光的LED三色灯管5的发光脉冲频率、脉冲占空比和相位进行增减调节,调节便捷,不易出错,调节精确。
上位机软件界面6设计有联接按钮和端口窗口,当端口右侧COM口选择恰当时,联接按钮左侧圆点●变成黑色。除此之外还有保存按钮,加载按钮,模式选择窗口,设置好的幅度、频率、偏置、占空比、相位,定时时间、功率、功率比、参考照度值,可以点击保存按钮作为一种加载模式保存,当选择不同的模式,点击加载按钮可以成为当前运行的模式。
本发明的智能化调控多色光LED植物生长灯系统,包括上位机1、PWM控制器2、无线传输器15、无线收发器16、光敏传感器17、PWM调光驱动器3、LED三色灯管5和稳压直流电源4,光敏传感器17将植物生长环境的光照照度信号传输给PWM控制器2,PWM控制器2将光照信号传输给上位机1,上位机1通过综合数据分析发出指令给PWM控制器2,PWM控制器2产生控制信号,调控PWM调光驱动器3,进而自动化调控LED三色灯管5。
基于上述,本发明的智能化调控多色光LED植物生长灯系统,包括上位机1、PWM控制器2、无线传输器15、无线收发器16、光敏传感器17、PWM调光驱动器3、LED三色灯管5和稳压直流电源4,主要优点在于:(1)结构易于实现,便于安装调试;(2)设计合理,散热效果好,易于调光、配色;(3)智能化控制,易于实时调控和远程控制,调节精确。
通过上位机1的软件控制PWM控制器2,PWM控制器2产生控制信号,调控PWM调光驱动器3,进而实现对多色光的LED三色灯管5的自动化调控,适用于大棚育苗、大棚蔬菜、大棚花卉不同季节的大规模植物补光以及植物补光研究不同阶段、不同光照功率比和脉冲周期与相位的要求,此设计,结构简捷合理,易于实时调控和远程控制,调节便捷精确,多种色光配色,散热效果好,满足了植物补光的多种需求。
本发明不局限于上述最佳实施方式,任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品,但不论在其形状或结构上作任何变化,凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能化调控多色光LED植物生长灯系统,包括上位机、PWM控制器、无线传输器、无线收发器、光敏传感器、PWM调光驱动器、LED三色灯管和稳压直流电源,其特征在于:所述PWM调光驱动器与稳压直流电源相连接,所述LED三色灯管与PWM调光驱动器相连接,所述PWM调光驱动器与PWM控制器相连接,所述上位机与PWM控制器通过无线传输器和无线收发器实现无线通信传输信号,所述光敏传感器与PWM控制器相连接,所述LED三色灯管包括铝合金外壳、铝基板和透明灯罩,所述铝合金外壳上设有散热结构,所述透明灯罩与铝合金外壳可拆卸连接,所述铝基板设置在铝合金外壳和透明灯罩之间,所述铝基板上设有多个LED灯珠,所述LED灯珠包括红光LED灯珠、蓝光LED灯珠和蓝紫光LED灯珠,所述铝合金外壳的两端分别设有堵头,所述堵头的引线与LED灯珠的电极连接。
2.根据权利要求1所述的智能化调控多色光LED植物生长灯系统,其特征在于:所述散热结构包括多个散热鳍片,所述散热鳍片设置在铝合金外壳的两侧,所述散热鳍片之间形成散热风道,所述散热风道上设有若干个散热网孔。
3.根据权利要求1所述的智能化调控多色光LED植物生长灯系统,其特征在于:所述透明灯罩为半圆弧形结构,所述透明灯罩的外表面设有波浪形凸条。
4.一种如权利要求1所述的智能化调控多色光LED植物生长灯系统的调控方法,其特征在于:所述光敏传感器将植物生长环境的光照照度信号传输给PWM控制器,PWM控制器将光照信号传输给上位机,上位机通过综合数据分析发出指令给PWM控制器,PWM控制器产生控制信号,调控PWM调光驱动器,通过PWM调光驱动器实现对LED三色灯管的调控。
5.根据权利要求4所述的智能化调控多色光LED植物生长灯系统的调控方法,其特征在于:所述上位机包括自动开关系统,所述自动开关系统包括环境照度模块和参考照度模块,上位机通过对环境照度模块得到的环境照度值和参考照度模块输入的参考照度值进行分析比较后,发出指令给PWM控制器,PWM控制器产生控制信号,调控PWM调光驱动器,通过PWM调光驱动器实现对LED三色灯管的调控。
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