CN106804071B - 一种智能led植物生长灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能LED植物生长灯，其包括控制器、显示与按键模块、DMX通信模块、LED光源板模块、LED恒流驱动模块、环境光传感器模块、时钟模块以及用于为控制器、显示与按键模块、DMX通信模块、环境光传感器模块及时钟模块供电的内部供电模块，所述控制器分别与显示与按键模块、DMX通信模块、LED恒流驱动模块、环境光传感器模块、时钟模块连接，所述LED恒流驱动模块与LED光源板模块连接。本发明的LED植物生长灯能适应符合植物各种生长阶段和不同植物的补光需求，兼容性和操作便利性高，而且其结构简单、易于实现、能降低成本。本发明作为一种智能LED植物生长灯可广泛应用于LED领域中。

Description

一种智能LED植物生长灯

技术领域

本发明涉及LED灯具，尤其涉及一种智能LED植物生长灯。

背景技术

对于目前现有的植物生长灯，其所发出的红蓝光基本是按一定的固定配比来设计的，如红蓝灯波长比例一般在5：1～10：1，通常可选7：1～9：1的比例，因此这会存在很多缺点，例如光谱和光强单一、光质精度差而不能适用植物各种生长阶段以及不同的植物需求、当需要其它光强比例时则只能购买新的植物生长灯从而导致操作灵活性低下且成本增加等问题。另外，目前现有的植物生长灯不能根据环境光照及其它相关参数来进行相应的补光控制，因此，容易存在补光过度或补光不足等情况，难以符合实际补光需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、易于实现的可调智能LED植物生长灯。

本发明所采用的技术方案是：一种智能LED植物生长灯，其包括显示与按键模块、DMX通信模块、LED光源板模块、LED恒流驱动模块、环境光传感器模块、时钟模块、用于为控制器、显示与按键模块、DMX通信模块、环境光传感器模块及时钟模块供电的内部供电模块以及用于根据获得的参数计算出PWM输出值，然后根据计算得出的PWM输出值从而输出相应的PWM信号来控制调节LED光源板模块的发光亮度的控制器，所述控制器设有I/O接口、串行接口、ISP接口、PWM输出接口以及I2C接口，所述控制器通过I/O接口与显示与按键模块连接，所述控制器通过串行接口与DMX通信模块连接，所述控制器通过PWM输出接口与LED恒流驱动模块连接，所述控制器通过I2C接口分别与环境光传感器模块和时钟模块连接；所述LED恒流驱动模块与LED光源板模块连接。

进一步，所述参数包括光强、光谱、光周期、环境光亮度和时间。

进一步，所述内部供电模块包括可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片、低压线性稳压芯片、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第五电容、第六电容以及第一电感；

所述第二二极管的正极作为恒压电源输入端，所述第二二极管的负极分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的VCC端、第二电阻的一端以及第五电容的正极连接，所述第二电阻的另一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的开关管集电极端、驱动管集电极端及IPK检测端连接，所述第三电阻的一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的比较器反向输入端和第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与第一电感的一端、第一电容的正极及低压线性稳压芯片的输入端连接，所述第一电感的另一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的开关管发射极端和第三二极管的负极连接，所述可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的定时电容端与第六电容的一端连接，所述低压线性稳压芯片的输出端分别与第二电容的正极以及第三电容的一端连接；

所述第三电阻的另一端、第六电容的另一端、第五电容的负极、第三二极管的正极、第一电容的负极、第二电容的负极及第三电容的另一端均接地；

所述第一电容的正极和负极作为第一供电端，所述第一供电端分别与控制器、显示与按键模块、DMX通信模块及时钟模块连接，所述第三电容的两端作为第二供电端，所述第二供电端与环境光传感器模块连接。

进一步，所述显示与按键模块包括显示模块和按键模块，所述显示模块包括8段数码管、用于对8段数码管进行段扫描的第一CMOS移位寄存器芯片以及用于对8段数码管进行位扫描的第二CMOS移位寄存器芯片，所述控制器通过I/O接口分别与第一CMOS移位寄存器芯片的输入端和第二CMOS移位寄存器芯片的输入端连接，所述第一CMOS移位寄存器芯片的输出端和第二CMOS移位寄存器芯片的输出端均与8段数码管的输入端连接；所述第一CMOS移位寄存器芯片的VCC端和第二CMOS移位寄存器的VCC端与内部供电模块连接；

所述按键模块包括用于功能选择的第一按键、用于将数据累加的第二按键以及用于将数据累减的第三按键，所述控制器通过I/O接口分别与第一按键的一端、第二按键的一端及第三按键的一端连接，所述第一按键的另一端、第二按键的另一端及第三按键的另一端均接地。

进一步，所述DMX通信模块包括RS-485接口芯片、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第十二电容、第五TVS管、第六TVS管、第七TVS管、第八TVS管、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、第三自恢复保险丝以及第四自恢复保险丝；

所述控制器通过串行接口分别与RS-485接口芯片的RO端、第十七电阻的一端以及第十八电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端与第二自恢复保险丝的一端连接，所述第二自恢复保险丝的另一端与第六TVS管的负极连接，所述第十八电阻的另一端与第四自恢复保险丝的一端连接，所述第四自恢复保险丝的另一端与第八TVS管的负极连接；

所述RS-485接口芯片的RE端和DE端均与第十九电阻的一端连接，所述RS-485接口芯片的VCC端分别与内部供电模块、第十二电容的一端和第十六电阻的一端连接，所述第十二电容的另一端与第五TVS管的正极连接，所述第五TVS管的负极与第一自恢复保险丝的一端连接，所述第一自恢复保险丝的另一端分别与RS-485接口芯片的B端和第二十电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端分别与RS-485接口芯片的A端和第三自恢复保险丝的一端连接，所述第三自恢复保险丝的另一端与第七TVS管的负极连接；

所述第十九电阻的另一端、第十二电容的另一端、第七TVS管的正极、第二十电阻的另一端、第六TVS管的正极以及第八TVS管的正极均接地。

进一步，所述时钟模块包括电池、第十七电容、第十八电容、第十一二极管、第十二极管、CMOS时钟芯片、晶振和可调电容；

所述控制器通过I2C接口与CMOS时钟芯片连接，所述电池的正极与第十一二极管的正极连接，所述第十一二极管的负极分别与第十七电容的正极、第十二极管的负极、第十八电容的一端以及CMOS时钟芯片的VDD端连接，所述第十二极管的正极与内部供电模块连接，所述电池的负极、第十七电容的负极以及第十八电容的另一端接地；所述CMOS时钟芯片与由晶振和可调电容所组成的振荡电路连接。

进一步，所述环境光传感器模块包括环境光传感器芯片、第八电容、第九电容、第七电阻、第八电阻和反相电路，所述控制器通过I2C接口分别与环境光传感器芯片的SDA端以及SCL端连接，所述控制器通过反相电路与环境光传感器芯片的INT端连接，所述环境光传感器芯片的SDA端与第七电阻的一端连接，所述环境光传感器芯片的SCL端与第八电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端和第八电阻的另一端均与内部供电模块连接，所述内部供电模块还与环境光传感器芯片的VDD端连接，所述第八电容的一端和第九电容的一端均与环境光传感器芯片的VDD端连接，所述第八电容的另一端和第九电容的另一端均接地。

进一步，所述反相电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一三极管，所述控制器分别与第十一电阻的一端和第十二电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端分别与内部供电模块和第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端分别与第九电阻的一端和第一三极管的集电极连接，所述第九电阻的另一端与环境光传感器芯片的INT端连接，所述第十二电阻的另一端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地。

进一步，所述LED恒流驱动模块包括红光LED恒流驱动模块、黄光LED恒流驱动模块以及蓝光LED恒流驱动模块，所述LED光源板模块包括红光发光二极管模块、黄光发光二极管模块以及蓝光发光二极管模块。

进一步，所述红光LED恒流驱动模块包括LED开关驱动芯片、第四电容、第四电阻、第五电阻、第七电容、第六电阻、第一二极管和第二电感，所述控制器通过PWM输出接口与LED开关驱动芯片的ENA端连接，所述第四电容的一端作为恒压电源输入端，所述第四电容的一端分别与第一二极管的负极和LED开关驱动芯片的VIN端连接，所述第一二极管的正极分别与LED开关驱动芯片的LX端和第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端与红光发光二极管模块连接，所述第四电阻的一端和第五电阻的一端均与LED开关驱动芯片的CS端连接，所述第六电阻的一端与LED开关驱动芯片的ROT端连接，所述第六电阻的另一端分别与LED开关驱动芯片的VCC端和第七电容的一端连接；

所述第七电容的另一端、第五电阻的另一端、第四电阻的另一端以及第四电容的另一端均接地。

本发明的有益效果是：本发明的LED植物生长灯包括显示与按键模块、DMX通信模块、LED光源板模块、LED恒流驱动模块、环境光传感器模块、时钟模块、用于为控制器、显示与按键模块、DMX通信模块、环境光传感器模块及时钟模块供电的内部供电模块以及用于根据获得的参数计算出PWM输出值，然后根据计算得出的PWM输出值从而输出相应的PWM信号来控制调节LED光源板模块的发光亮度的控制器，并且所述控制器通过I/O接口与显示与按键模块连接，所述控制器通过串行接口与DMX通信模块连接，所述控制器通过PWM输出接口与LED恒流驱动模块连接，所述控制器通过I²C接口分别与环境光传感器模块和时钟模块连接，所述LED恒流驱动模块与LED光源板模块连接，由此可见，通过传输至控制器中的参数的值不同，所计算出的PWM输出值便会相应地改变，这样便能实现LED光源板模块的发光亮度控制和调节。因此，通过使用本发明的智能LED植物生长灯，便能通过改变控制器所获得的参数来实现LED发光强度的控制和调节，这样不仅大大提高用户操作的方便性和灵活性，而且其能输出不同光强光谱的光线，适应符合植物各种生长阶段和不同植物的补光需求，兼容性高，并且具有结构简单、易于实现，还无需购买额外的植物灯而大大降低设备成本投入等优点。

另外，本发明的LED植物生长灯的控制器还与连接有环境光传感器模块，而且所述参数包括有光强、光谱、光周期、环境光亮度和时间，因此控制器能够根据不同实际条件和情况来触发输出相应不同的PWM信号，驱动LED光源板模块中的发光LED发出不同亮度的光线，这样则更能符合实际补光需求。而且还设有DMX通信模块，因此能便于用户对灯具进行统一控制调节，操作简单方便，大大减省时间和节省成本。

附图说明

图1是本发明一种智能LED植物生长灯的结构框图；

图2是图1中所述内部供电模块的一具体实施例电子电路示意图；

图3是图1中所述控制器的一具体实施例电子电路示意图；

图4是图1中所述显示与按键模块的一具体实施例电子电路示意图；

图5是图1中所述DMX通信模块的一具体实施例电子电路示意图；

图6是图1中所述时钟模块的一具体实施例电子电路示意图；

图7是图1中所述环境光传感器模块的一具体实施例电子电路示意图；

图8是图1中所述LED恒流驱动模块的一具体实施例电子电路示意图；

图9是图1中所述LED光源板模块的一具体实施例电子电路示意图；

图10是本发明一种智能LED植物生长灯的软件架构流程步骤示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种智能LED植物生长灯，其包括显示与按键模块、DMX通信模块、LED光源板模块、LED恒流驱动模块、环境光传感器模块、时钟模块、用于为控制器、显示与按键模块、DMX通信模块、环境光传感器模块及时钟模块供电的内部供电模块以及用于根据获得的参数计算出PWM输出值，然后根据计算得出的PWM输出值从而输出相应的PWM信号来控制调节LED光源板模块的发光亮度的控制器，所述控制器设有I/O接口、串行接口、ISP接口、PWM输出接口以及I²C接口，所述控制器通过I/O接口与显示与按键模块连接，所述控制器通过串行接口与DMX通信模块连接，所述控制器通过PWM输出接口与LED恒流驱动模块连接，所述控制器通过I²C接口分别与环境光传感器模块和时钟模块连接；所述LED恒流驱动模块与LED光源板模块连接。其中，所述控制器采用MCU微处理器来实现；所述参数包括但不限于光强、光谱、光周期、环境光亮度和时间等参数。所述的光周期，其是按照植物的生长周期而定的。

上述智能LED植物生长灯的具体工作原理为：控制器根据获得的参数根据获得的参数计算出PWM输出值，然后根据计算得出的PWM输出值，输出相应的PWM信号来控制LED恒流驱动模块输出相应的驱动电流，以实现LED发光亮度的控制调节。由此可见，通过将不同的参数，如光强、光谱、光周期、环境光亮度（由环境光传感器模块所检测采集得到）和时间等参数，传输至控制器中，控制器便可相应地控制调节LED光源板模块中的发光二极管发出不同亮度的光线，这样便能解决光强度过强或过弱不利于植物生长，光谱固定单一不能适用于不同植物和不同时期对光谱的特定需要，没有光周期的控制不能满足植物生长过程中光照周期的要求等问题，从而令LED植物生长灯所发出的光线强度能够更贴近符合各阶段植物生长时的补光需求，从而令植物生长得更好，而且本发明的LED植物生长灯还具有结构简单、易于实现、降低成本等优点。

对于上述本发明的LED植物生长灯中的各个模块，它们的具体优选实施方式如下所示。

①、内部供电模块

所述内部供电模块用于为MCU微处理器、显示与按键模块、DMX通信模块、时钟模块提供+5V工作电压，为环境光传感器模块提供+3.3V工作电压；

如图2所示，所述内部供电模块包括可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片U2、低压线性稳压芯片U1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第五电容C5、第六电容C6以及第一电感L1，其中，C1、C2、C5为有极性电容，C3和C6为无极性电容；

所述第二二极管D2的正极作为恒压电源输入端CVin+，输入+36Vdc电压，所述第二二极管D2的负极分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片U2的VCC端、第二电阻R2的一端以及第五电容C5的正极连接，所述第二电阻R2的另一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片U2的开关管集电极端SWC、驱动管集电极端DRVC及IPK检测端IPK连接，所述第三电阻R3的一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片U2的比较器反向输入端-VIN和第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端分别与第一电感L1的一端、第一电容C1的正极及低压线性稳压芯片U1的输入端连接，所述第一电感L1的另一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片U2的开关管发射极端SWE和第三二极管D3的负极连接，所述可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片U2的定时电容端TCAP与第六电容C6的一端连接，所述低压线性稳压芯片U2的输出端分别与第二电容C2的正极以及第三电容C3的一端连接；所述第三电阻R3的另一端、第六电容C6的另一端、第五电容C5的负极、第三二极管D3的正极、第一电容C1的负极、第二电容C2的负极及第三电容C3的另一端均接地；

所述第一电容C1的正极和负极作为第一供电端，提供+5V工作电压，所述第一供电端分别与MCU微处理器、显示与按键模块、DMX通信模块、时钟模块连接，所述第三电容C3的两端作为第二供电端，提供+3.3V工作电压，所述第二供电端与环境光传感器模块连接。

对于上述的内部供电模块，其工作原理为：当外部输入CVIN+（+36Vdc）时，根据二极管单向导通特性，第二二极管D2起到正负极反接错保护作用；U1是一个低压线性稳压器件（型号是AMS1117），其具有固定稳压输出和可调稳压输出二种，本电路中用是将+5V固定稳压输出+3.3V，为环境光传感器模块提供工作电压；U2是一个可调输出电压的DC/DC开关稳压器件（型号是MC33063），其内部参考基准电压为1.25V；U2、L1和D3组成开关电路，通过外部分压电阻R1和R9调节输出电压Uo，公式为Uo =1.25V*(1+R1/R3)，即若输出5V＝1.25*（1+3.6KΩ/1.2KΩ），那么R1＝3.6KΩ，R3＝1.2KΩ。

②、MCU微处理器

MCU微处理器，其实质为一MCU微程序控制器模块（具体电子电路结构如图3所示）是整个系统控制重要组成部分，其包括第二十一电阻R21、第十六电容C16、MCU单片机U9、第十九电容C19以及第二十电容C20。其中MCU处理器中设有定时器和EEPROM。

对于上述的MCU微程序控制模块，其工作原理为：U9是一个8位MCU单片机（型号是STM8S003F3P6），主要功能有STM8核心、8位数据总线宽度、最大时钟频闪16MHZ、8KB程序储存器、1KB随机存取储存器、10位ADC分辨率、工作电源范围为2.95V-5.5V、工作温度范围为-40~+85℃、数据接口有I²C，SPI，UART、多通道硬件PWM、外部中断和3个定时器等；其中，I/O-PD6为UART串行接口的接收RXD引脚，负责接收DMX通信数据；I/O-PA1和I/O-PA2分别是写址进出AIN和AOUT引脚；I/O-PD4、I/O-PD5和I/O-PA3分别为US1和US2动态扫描数码管显示控制SCK、RCK和SI引脚，而I/O-PD3、I/O-PD2和I/O-PC5分别为按键K1、K2和K3进行微调设置；I/O-PC3和一个反相电路为使能控制INTM/H引脚分别选择U5或U8，I/O-PB4和I/O-PB5分别为I²C总线的SCLK串行时钟线和SDAT串行数据线通信从环境光传感器模块中读取环境光强度和/或从时钟模块中读取时间数据，根据读取数据调节输出PWM值控制LED；MCU选择内部晶振作为时钟信号，C19和C20作用是滤波和旁路；R21和C16组成RC低电平复位电路，作用是MCU上电时提供复位信号直至电源稳定后，撤销复位信号。ISP接口为在线系统可编程接口，即U9的RST端和SWIM端，通过ISP接口可将程序烧写到MCU的FLASH区间。

③、显示与按键模块

如图4所示，所述显示与按键模块包括显示模块和按键模块，所述显示模块包括一体化4位的8段数码管、用于对8段数码管进行段扫描的第一CMOS移位寄存器芯片US1以及用于对8段数码管进行位扫描的第二CMOS移位寄存器芯片US2，所述MCU微程序控制模块通过I/O接口，具体为RCK、SCK、SI引脚，分别与第一CMOS移位寄存器芯片US1的输入端和第二CMOS移位寄存器芯片US2的输入端连接，所述第一CMOS移位寄存器芯片US1的输出端和第二CMOS移位寄存器US2的输出端均与8段数码管的输入端连接；所述第一CMOS移位寄存器芯片US1的VCC端和第二CMOS移位寄存器芯片US2的VCC端与内部供电模块中提供+5V工作电压的第一供电端连接；

所述按键模块包括用于功能选择的第一按键K1、用于将数据累加的第二按键K2以及用于将数据累减的第三按键K3，所述MCU微程序控制模块通过I/O接口分别与第一按键K1的一端、第二按键K2的一端及第三按键K3的一端连接，所述第一按键K1的另一端、第二按键K2的另一端及第三按键K3的另一端均接地。对于上述的8段数码管，其用于对设置的光谱和时间数据进行显示，而对于所述的按键模块，其作为手动辅助操作，从而根据每台灯具的实际参数做微调校正来确保数据的准确性。

对于上述的显示与按键模块，其工作原理为：US1和US2均是一款漏极开路输出的CMOS移位寄存器芯片（型号是74HC595），其输出端口为可控的三态输出端，亦能串行输出控制下一级级联芯片；74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能，移位寄存器和存储器有相互独立的时钟；US1对数码管的段扫描，US2对数码管的位扫描，其中RCK为存储器锁存输入时钟线，SCK为数据输入时钟线，SI为数据输入线，SCLR为移位寄存器清零端，OE为使能端（低电平有效），QA~QH为数据总线输出端；按键K1、K2和K3用于辅助进行参数的微调设置，其中，K1为Menu菜单键做功能选择，K2为Up向上键做累加数据，K2为Down向下键做累减数据。

④、DMX通信模块

如图5所示，所述DMX通信模块包括RS-485接口芯片U6、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第十二电容C12、第五TVS管D5、第六TVS管D6、第七TVS管D7、第八TVS管D8、第一自恢复保险丝F1、第二自恢复保险丝F2、第三自恢复保险丝F3以及第四自恢复保险丝F4；

所述MCU微程序控制模块通过串行接口的RXD引脚与RS-485接口芯片U6的RO端连接，通过AIN引脚与第十七电阻R17的一端连接，通过AOUT引脚与第十八电阻R18的一端连接，所述第十七电阻R17的另一端与第二自恢复保险丝F2的一端连接，所述第二自恢复保险丝F2的另一端作为EAIN端，并与第六TVS管D6的负极连接，所述第十八电阻R18的另一端与第四自恢复保险丝F4的一端连接，所述第四自恢复保险丝F4的另一端作为EAOUT端，并与第八TVS管D8的负极连接；

所述RS-485接口芯片U6的RE端和DE端均与第十九电阻R19的一端连接，所述RS-485接口芯片U6的VCC端分别与内部供电模块中提供+5V工作电压的第一供电端、第十二电容C12的一端和第十六电阻R16的一端连接，所述第十二电容C12的另一端与第五TVS管D5的正极连接，所述第五TVS管D5的负极与第一自恢复保险丝F1的一端连接，所述第一自恢复保险丝F1的另一端分别与RS-485接口芯片的B端和第二十电阻R20的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与RS-485接口芯片U6的A端和第三自恢复保险丝F3的一端连接，所述第三自恢复保险丝F3的另一端与第七TVS管D1的负极连接；

所述第十九电阻R19的另一端、第十二电容C12的另一端、第七TVS管D7的正极、第二十电阻R20的另一端、第六TVS管D6的正极以及第八TVS管D8的正极均接地。

对于上述的DMX通信模块，其功能是通过上位机或总控制台以DMX通信协议方式发送光谱和时间等数据或进行写地址至MCU微程序控制模块中，而其工作原理为：U6是一个标准差分RS-485接口芯片（型号是SN65176），其中RO为数据输出脚，接收RS-485的差模信号VAB，并转换为TTL电平由RO输出；RE为RO使能端，低电平选通RO输出有效；DE为DIN使能端，高电平选通DIN输出有效；DIN为数据输入脚，将TTL电平的数据转换为差模信号VAB，并由A、B两脚输出；A、B为数据输入、输出端；另外，图5中的C12的作用是旁路；R16和R20为上下拉电阻，用于防止总线悬空干扰；D5~D8用于吸收现场干扰；F1~F4为自恢复保险丝，防止现场接错线烧坏IC或总线A、B端；R17和R18为限流，同样有保护作用。

⑤、时钟模块

如图6所示，所述时钟模块包括电池BT1、第十七电容C17、第十八电容C18、第十一二极管D11、第十二极管D10、CMOS时钟芯片U8、晶振Y1和可调电容C15，其中，C17为有极性电容，C18为无极性电容；

所述MCU微程序控制模块通过I²C接口与CMOS时钟芯片U8连接，具体地，MCU微程序控制模块的SDAT、SCLK引脚分别与CMOS时钟芯片U8的SDA、SCL端连接，另外，所述MCU微程序控制模块的INTM/H还与CMOS时钟芯片U8的INT端连接；所述电池BT1的正极与第十一二极管D11的正极连接，所述第十一二极管D11的负极分别与第十七电容C17的正极、第十二极管D10的负极、第十八电容C18的一端以及CMOS时钟芯片U8的VDD端连接，所述第十二极管D10的正极与内部供电模块中提供+5V工作电压的第一供电端连接，所述电池BT1的负极、第十七电容C17的负极以及第十八电容C18的另一端接地；所述CMOS时钟芯片U8与由晶振Y1和可调电容C15所组成的振荡电路连接。

对于上述的时钟模块，其功能是以I²C总线方式为MCU提供实时时钟计算植物生长周期和补光时间，这样MCU能够根据获得的这些时间数据来对LED所发出的光线亮度进行控制调节，而其工作原理为：U8是一款低功耗CMOS实时时钟/日历芯片（型号是PCF8563），具有一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I²C总线接口串行传递；最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量；其中，OSCI为振荡器输入端，OSCO为振荡器输出端，INT为中断输出口（开漏，低电平有效），SDA为串行数据线，SCL为串行时钟输入线，CLKOUT为时钟输出端；BT1为电池，主要用于在外部电源关掉时给U8二次供电；D10是单向为U8供电和电池BT1充电；D11是通过电池BT1给U8供电；C17和C18作用是滤波和旁路；Y1和C15组成一个振荡电路来为U8提供工作时钟信号，C15为可调电容作频率补偿提高时钟精度。

⑥、环境光传感器模块

如图7所示，所述环境光传感器模块包括环境光传感器芯片U5、第八电容C8、第九电容C9、第七电阻R7、第八电阻R8和反相电路，所述MCU微程序控制模块通过I²C接口分别与环境光传感器芯片U5的SDA端以及SCL端连接，具体地，MCU微程序控制模块的SDAT、SCLK引脚分别与环境光传感器芯片U5的SDA、SCL端连接，而所述MCU微程序控制模块通过INTM/H引脚与反相电路连接，并通过反相电路与环境光传感器芯片U5的INT端连接，所述环境光传感器芯片U5的SDA端与第七电阻R7的一端连接，所述环境光传感器芯片U5的SCL端与第八电阻R8的一端连接，所述第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端均与内部供电模块中提供+3.3V工作电压的第二供电端连接，所述内部供电模块中提供+3.3V工作电压的第二供电端还与环境光传感器芯片U5的VDD端连接，所述第八电容C8的一端和第九电容C9的一端均与环境光传感器芯片U5的VDD端连接，所述第八电容C8的另一端和第九电容C9的另一端均接地；

所述反相电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一三极管Q1，所述MCU微程序控制模块的INTM/H引脚分别与第十一电阻R11的一端和第十二电阻R12的一端连接，所述第十一电阻R11的另一端分别与内部供电模块中提供+3.3工作电压的第二供电端和第十电阻R10的一端连接，所述第十电阻R10的另一端分别与第九电阻R9的一端和第一三极管Q1的集电极连接，所述第九电阻R9的另一端与环境光传感器芯片U5的INT端连接，所述第十二电阻R12的另一端与第一三极管Q1的基极连接，所述第一三极管Q1的发射极接地。

对于上述的环境光传感器模块，其功能是由滤光器感应LED的亮度值，通过ADC转换成数字信号并以I²C接口给MCU提供环境光亮度数据，而其工作原理为：U5是一个环境光传感器件（型号是OPT3001），主要是感应环境光的亮度通过ADC转换和I²C接口提供亮度数据；其中SDA为串行数据线，SCL为串行时钟线，INT为中断输出口；C8和C9作用是滤波和旁路；R7、R8作用是上拉，防止电平不稳定读出数据出错；Q1、R9~R12组成一个反相电路，通过一个I/O实现对U5和U8的选择。

⑦、LED恒流驱动模块和LED光源板模块

如图8所示，所述LED恒流驱动模块包括红光LED恒流驱动模块、黄光LED恒流驱动模块以及蓝光LED恒流驱动模块，如图9所示，所述LED光源板模块包括红光发光二极管模块、黄光发光二极管模块以及蓝光发光二极管模块；

所述红光LED恒流驱动模块包括LED开关驱动芯片U3、第四电容C4、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电容C7、第六电阻R6、第一二极管D1和第二电感L2，所述MCU微程序控制器模块通过PWM输出接口，具体为PWMR引脚，与LED开关驱动芯片U3的ENA端连接，所述第四电容C4的一端作为恒压电源输入端，即输入+36V，所述第四电容C4的一端分别与第一二极管D1的负极和LED开关驱动芯片U3的VIN端连接，所述第一二极管D1的正极分别与LED开关驱动芯片U3的LX端和第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端与红光发光二极管模块连接，所述第四电阻R4的一端和第五电阻R5的一端均与LED开关驱动芯片U3的CS端连接，所述第六电阻R6的一端与LED开关驱动芯片U3的ROT端连接，所述第六电阻R6的另一端分别与LED开关驱动芯片U3的VCC端和第七电容C7的一端连接；所述第七电容C7的另一端、第五电阻R5的另一端、第四电阻R4的另一端以及第四电容C4的另一端均接地；对于黄光LED恒流驱动模块以及蓝光LED恒流驱动模块的结构，它们均与上述红光LED恒流驱动模块的结构相同，如图8所示。

对于上述的LED恒流驱动模块，其功能是在一定的输出电压范围内输出恒定电流，同时可以通过PWM信号对ENA脚进行调光控制实现改变LED亮度，而其工作原理：U3、U4、U7均是一款恒流大功率LED开关驱动器（型号是NCL30160），其内置MOSFET，高输入电压，高开关频率，带PWM调光功能和支持高刷新频闪，可通过电阻或PWM信号进行调整LED电流；图8中的三路驱动电路原理是一样的，因此仅说明其中一路便可，具体为，所述红光LED恒流驱动模块中的驱动芯片U3、电感L2、电流采样电阻R4、R5形成一个自振荡连续电感电流模式的降压型恒流LED控制电路，当内部功率开关导通，CVin+电流通过LED、电感L2、内部功率开关和电流采样电阻R4、R5流到地，而当内部功率开关关断，电流通过电感L2、LED和肖特基二极管D1形成一个放电回路；R6作用为设置内部功率开关时间；内部参考基准电压为0.2V，而通过电流采样电阻R4、R5来调节输出电流Io，这具体公式如下：Io=0.2V/(R4*R5/R4+R5)，即例如，输出714mA＝0.2V/（0.56Ω*0.56Ω/0.56Ω+0.56Ω），因此R4＝R5＝0.56Ω。

对于上述的LED光源板模块，其是将LED按一定的规则要求排列组合集成在一起，其中为6串3路共阳共18颗光源板电路。

如图10所示，对于上述的智能LED植物生长灯，其软件架构流程步骤包括有：

①、开始：系统通电打开灯具，开始进入运行程序；

②、初始化系统并还原状态：通电延时等待系统工作稳定后，进行相关寄存器初始化和定义并赋值变量，读取EEPROM存储器数据并还原上次关电前状态，例如，对I/O接口、串行接口、I²C、ADC、PWM、EEPROM等寄存器和变量等参数进行初始化定义并赋值，然后读取EEPROM保存的上次关电前光强、光谱、光周期、时间和PWM值等数据，再输出PWM值点亮和显示时间还原状态，为进入主程序做准备；

③、主程序循环开始：做好准备，通过主程序入口进入循环运行函数；

④、接收DMX数据处理：程序判断串行接口是否接收到上位机或总控制台发送的数据，若有，则调用DMX处理函数进行分类处理并输出数据和保存到EEPROM，其中数据包括有光强度、光谱值、植物生长周期值、初始化时间等，否则退出；

⑤、按键操作处理：程序判断是否有按键按下进入操作，若有，则调用显示与按键处理函数显示按键菜单，通过数码管显示和Menu菜单键选择相关功能，以Up向上键和Down向下键进行微调改变参数的值并输出数据和保存到EEPROM，否则退出；

⑥、时钟数据处理：程序定时进行判断时间是否改变，若有，则调用读取实时时钟函数更新时间并输出数据和保存到EEPROM，否则退出；

⑦、亮度数据处理并补光输出：控制器调用读取环境光亮度函数以I²C总线方式读取环境光，再调用补光处理函数根据光强、光谱、光周期、环境光亮度和时间等因素的关系而计算输出的PWM值来调整LED光谱；

⑧、结束：退出主函数。

另外，对于本发明的LED植物生长灯，其可通过0-10V、DALI、Zigbee等方式对其进行统一控制，操作方便快捷。

由上述可得，本发明的智能LED植物生长灯所具有的优点如下：

1、通过使用本发明的LED植物生长灯，能够易于控制调节LED发光的强度，令LED发出不同强的光线，解决了传统红蓝固定配比存在的问题，而且还能根据环境光亮度来控制调节LED发光的强度，这样则能更适用符合各个阶段植物生长时所需的补光需求；

2、结构简单、易于实现、操作方便并且灵活性、兼容性高；

3、通过DMX通信模块能够便于用户对灯具进行统一控制调节，操作简单方便，大大减省时间和节省成本；

4、利用8段数码管来显示参数，以及利用按键来辅助参数微调，这样能够进一步确保灯具的发光精确性；

5、以环境光亮度、时间结合植物对光强、光谱和光周期进行调节光谱，更加合理的满足不同植物和生长周期对光照需求，实现不同植物和不同生长周期对光照的需求，达到合理、节能、方便使用等效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种智能LED植物生长灯，其特征在于：其包括显示与按键模块、DMX通信模块、LED光源板模块、LED恒流驱动模块、环境光传感器模块、时钟模块、用于为控制器、显示与按键模块、DMX通信模块、环境光传感器模块及时钟模块供电的内部供电模块以及用于根据获得的参数计算出PWM输出值，然后根据计算得出的PWM输出值从而输出相应的PWM信号来控制调节LED光源板模块的发光亮度的控制器，所述控制器设有I/O接口、串行接口、ISP接口、PWM输出接口以及I²C接口，所述控制器通过I/O接口与显示与按键模块连接，所述控制器通过串行接口与DMX通信模块连接，所述控制器通过PWM输出接口与LED恒流驱动模块连接，所述控制器通过I²C接口分别与环境光传感器模块和时钟模块连接；所述LED恒流驱动模块与LED光源板模块连接；

所述DMX通信模块包括RS-485接口芯片、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第十二电容、第五TVS管、第六TVS管、第七TVS管、第八TVS管、第一自恢复保险丝、第二自恢复保险丝、第三自恢复保险丝以及第四自恢复保险丝；

所述控制器通过串行接口分别与RS-485接口芯片的RO端、第十七电阻的一端以及第十八电阻的一端连接，所述第十七电阻的另一端与第二自恢复保险丝的一端连接，所述第二自恢复保险丝的另一端与第六TVS管的负极连接，所述第十八电阻的另一端与第四自恢复保险丝的一端连接，所述第四自恢复保险丝的另一端与第八TVS管的负极连接；所述RS-485接口芯片的RE端和DE端均与第十九电阻的一端连接，所述RS-485接口芯片的VCC端分别与内部供电模块、第十二电容的一端和第十六电阻的一端连接，所述第十二电容的另一端与第五TVS管的正极连接，所述第五TVS管的负极与第一自恢复保险丝的一端连接，所述第一自恢复保险丝的另一端分别与RS-485接口芯片的B端和第二十电阻的一端连接，所述第十六电阻的另一端分别与RS-485接口芯片的A端和第三自恢复保险丝的一端连接，所述第三自恢复保险丝的另一端与第七TVS管的负极连接；

所述第十九电阻的另一端、第十二电容的另一端、第七TVS管的正极、第二十电阻的另一端、第六TVS管的正极以及第八TVS管的正极均接地。

2.根据权利要求1所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述参数包括光强、光谱、光周期、环境光亮度和时间。

3.根据权利要求1所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述内部供电模块包括可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片、低压线性稳压芯片、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第五电容、第六电容以及第一电感；

所述第二二极管的正极作为恒压电源输入端，所述第二二极管的负极分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的VCC端、第二电阻的一端以及第五电容的正极连接，所述第二电阻的另一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的开关管集电极端、驱动管集电极端及IPK检测端连接，所述第三电阻的一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的比较器反向输入端和第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与第一电感的一端、第一电容的正极及低压线性稳压芯片的输入端连接，所述第一电感的另一端分别与可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的开关管发射极端和第三二极管的负极连接，所述可调输出电压的DC/DC开关稳压芯片的定时电容端与第六电容的一端连接，所述低压线性稳压芯片的输出端分别与第二电容的正极以及第三电容的一端连接；

所述第三电阻的另一端、第六电容的另一端、第五电容的负极、第三二极管的正极、第一电容的负极、第二电容的负极及第三电容的另一端均接地；

所述第一电容的正极和负极作为第一供电端，所述第一供电端分别与控制器、显示与按键模块、DMX通信模块及时钟模块连接，所述第三电容的两端作为第二供电端，所述第二供电端与环境光传感器模块连接。

4.根据权利要求1所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述显示与按键模块包括显示模块和按键模块，所述显示模块包括8段数码管、用于对8段数码管进行段扫描的第一CMOS移位寄存器芯片以及用于对8段数码管进行位扫描的第二CMOS移位寄存器芯片，所述控制器通过I/O接口分别与第一CMOS移位寄存器芯片的输入端和第二CMOS移位寄存器芯片的输入端连接，所述第一CMOS移位寄存器芯片的输出端和第二CMOS移位寄存器芯片的输出端均与8段数码管的输入端连接；所述第一CMOS移位寄存器芯片的VCC端和第二CMOS移位寄存器的VCC端与内部供电模块连接；

所述按键模块包括用于功能选择的第一按键、用于将数据累加的第二按键以及用于将数据累减的第三按键，所述控制器通过I/O接口分别与第一按键的一端、第二按键的一端及第三按键的一端连接，所述第一按键的另一端、第二按键的另一端及第三按键的另一端均接地。

5.根据权利要求1所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述时钟模块包括电池、第十七电容、第十八电容、第十一二极管、第十二极管、CMOS时钟芯片、晶振和可调电容；

所述控制器通过I²C接口与CMOS时钟芯片连接，所述电池的正极与第十一二极管的正极连接，所述第十一二极管的负极分别与第十七电容的正极、第十二极管的负极、第十八电容的一端以及CMOS时钟芯片的VDD端连接，所述第十二极管的正极与内部供电模块连接，所述电池的负极、第十七电容的负极以及第十八电容的另一端接地；所述CMOS时钟芯片与由晶振和可调电容所组成的振荡电路连接。

6.根据权利要求1所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述环境光传感器模块包括环境光传感器芯片、第八电容、第九电容、第七电阻、第八电阻和反相电路，所述控制器通过I²C接口分别与环境光传感器芯片的SDA端以及SCL端连接，所述控制器通过反相电路与环境光传感器芯片的INT端连接，所述环境光传感器芯片的SDA端与第七电阻的一端连接，所述环境光传感器芯片的SCL端与第八电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端和第八电阻的另一端均与内部供电模块连接，所述内部供电模块还与环境光传感器芯片的VDD端连接，所述第八电容的一端和第九电容的一端均与环境光传感器芯片的VDD端连接，所述第八电容的另一端和第九电容的另一端均接地。

7.根据权利要求6所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述反相电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一三极管，所述控制器分别与第十一电阻的一端和第十二电阻的一端连接，所述第十一电阻的另一端分别与内部供电模块和第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端分别与第九电阻的一端和第一三极管的集电极连接，所述第九电阻的另一端与环境光传感器芯片的INT端连接，所述第十二电阻的另一端与第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地。

8.根据权利要求1-7任一项所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述LED恒流驱动模块包括红光LED恒流驱动模块、黄光LED恒流驱动模块以及蓝光LED恒流驱动模块，所述LED光源板模块包括红光发光二极管模块、黄光发光二极管模块以及蓝光发光二极管模块。

9.根据权利要求8所述一种智能LED植物生长灯，其特征在于：所述红光LED恒流驱动模块包括LED开关驱动芯片、第四电容、第四电阻、第五电阻、第七电容、第六电阻、第一二极管和第二电感，所述控制器通过PWM输出接口与LED开关驱动芯片的ENA端连接，所述第四电容的一端作为恒压电源输入端，所述第四电容的一端分别与第一二极管的负极和LED开关驱动芯片的VIN端连接，所述第一二极管的正极分别与LED开关驱动芯片的LX端和第二电感的一端连接，所述第二电感的另一端与红光发光二极管模块连接，所述第四电阻的一端和第五电阻的一端均与LED开关驱动芯片的CS端连接，所述第六电阻的一端与LED开关驱动芯片的ROT端连接，所述第六电阻的另一端分别与LED开关驱动芯片的VCC端和第七电容的一端连接；

所述第七电容的另一端、第五电阻的另一端、第四电阻的另一端以及第四电容的另一端均接地。