CN111271657A - 用于水产养殖正n边形智能led导光板光照装置及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED导光板光照装置，所述装置包括正N边形的导光板和每个等边嵌套不同单色LED线条灯，所述装置还包括灯珠模块、反光材料板、扩散板匀光层和边框，所述装置还包括智能控制系统。本发明采用面光源的出光方式有效解决了被照射面均匀度低的问题，另外在一定程度上减少了灯具的使用数量，达到节能减排和降低成本的目的；本发明采用LED光源芯片驱动控制一体模组；本发明的系统采用微型计算机系统控制，提高了系统的智能化水平，实现了智能的多种单色发光或调制出不同多种混合光谱色，集一个LED灯具完成的一体化，减少了系统复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明技术应用领域,尤其涉及一种用于水产养殖正N边形智能LED导光板光照装置及制造方法。
背景技术
目前，LED光源在现代农业中植物照明领域的应用已初具规模，但在水产养殖业中的应用还处于较低水平。生产使用的绝大多数是传统光源，如白炽灯、荧光灯，已经落后于养殖业精细工业化发展，影响养殖户商品水产效益的提高。尤其是需要多种光谱色时，只能用多个单色灯组合在一起使用，既笨重又不方便。水产动物的光照在很多方面与植物光照相比具有明显的区别。植物光照光谱主要是红蓝二色，而水产截然不同。以鱼类为例，光照通过鱼类视觉器官、脑中枢神经系统，影响内分泌脑垂体活动，进而影响行为与代谢生长系统。即，水产动物特有生理结构决定了它们特有的的感光敏感度和趋光特性。因为水产动物种类2万种以上，每一物种在上亿年进化的环境栖息地，如海水、淡水、深层、浅层、河口、溪流光环境迥然不同，进化出视觉神经器官对光谱色的反应与偏好都大相径庭，并且不同种类和处于不同的发育阶段的水产动物对光谱色的喜好和趋光性表现不同。比如大菱鲆(Scophthalmus maximus)受精卵发育、孵化期间，选择橙光和全光谱作为光源，显著提高苗种成活率。在大菱鲆开始变态及变态完成后，采用蓝光作为光源，有助于提高特定生长率。因此在现代水产养殖业中，对LED人工光照光谱提出了更高的集约、操作便利及智能控制要求。为调节水产动物的生理节律、摄食行为、性腺发育，在水产养殖LED光源设计时，需要本专利装置中多种的光谱色，实验得出个体种类的光谱喜好需求参数，然后根据不同生长阶段的水产个体需要的光谱色，运用智能控制系统进行科学有序调节实现。从而增加水产养殖生长效率，提高商品鱼的产量，为社会提供更高品质绿色的食品。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种LED导光板光照装置及制造方法，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一方面，提供了一种LED导光板光照装置，所述装置包括正N边形的导光板和每个等边嵌套不同单色LED线条灯。
其中，所述正N边形每个内角的度数为180-(360/N边数)，其中，3≦N边数≦6，0.3m≦每条边的长度≦2m；以正三角形设置的装置发出的光谱色数量最少，为3！＝3×2×1＝6种；以正六边形设置的装置发出的光谱色数量最多，为6！＝6×5×4×3×2×1＝720种。
其中，所述导光板为光学级亚克力PMMA或PC基材，运用背光模组技术，通过导光点的高光线传导率，计算机对正N边形上导光点计算，制造出疏密、大小不一的导光点，使导光板光线折射成面光源均光状态。
其中，所述装置还包括灯珠模块、反光材料板、扩散板匀光层和边框，所述每个等边嵌套不同单色LED线条灯的长度与正N边形导光板边长相同，内部框架设有条状的空腔，该空腔内置灯珠模块；导光板位于反光材料板和扩散板匀光层之间；导光板、反光材料板和扩散板匀光层复合一体的每个边从边框的侧面开口插入并嵌套在灯珠边框条内。
其中，所述每个等边嵌套不同单色LED线条灯的芯片波长为：浅紫：320nm～400nm、蓝光：430nm～470nm、绿光：530nm～550nm、黄光：580nm～600nm、红光：630nm～660nm、白光6种波长其中之一。
其中，所述装置还包括智能控制系统，所述智能控制系统由操作系统对LED光源进行控制，提高了系统的易用性；所述操作系统采用微处理器智能控制系统，该系统以单片机或中央处理器CPU为主控核心，具备模拟、数字信号处理，信号存储等功能，通过系统通信接口将控制指令传递到多路调光控制器，以实现对LED光源的实时控制，光谱变化等功能。
作为本发明的另一方面，提供了一种LED导光板光照装置的制造方法，包括如下步骤：
选好灯珠模块、LED线条灯、导光板、反光材料板、扩散板匀光层，组合调好LED导光板光照装置；具体按照下述方法进行调节：靠近位于导光板两侧的光源的反射点疏远，而位于导光板中间部分的反射点密集；
通过系统通信接口将控制指令传递到多路调光控制器，以实现对多路LED光源的实时控制、光谱色变化的功能；
控制系统安装调试，该系统为工业化设计，设置有全彩触摸屏显示，带按键输入，状态指示灯显示，选用专业LED线条灯控制协议接口；具有自动光环境场景切换，能够根据光环境特点设置灯具缓慢调光。
其中，所述操作系统以单片机或中央处理器CPU为主控核心，具备模拟信号处理、数字信号处理，信号存储的功能，具体可以通过操作系统按照DMX512的控制协议实现对多路调光控制器的控制，从而达到对每一个LED线条灯亮度和周期的控制。
其中，所述专业LED线条灯控制协议接口能够驱动标准DMX512协议LED导光板灯具直接工作；能够控制64盏线条LED灯具，并记忆存储6个生长时段，每个生长时段设置12个定时器，设定不同的亮度值。
基于上述技术方案可知，本发明的LED导光板光照装置及制造方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
1、本发明采用面光源的出光方式有效解决了被照射面均匀度低的问题，另外在一定程度上减少了灯具的使用数量，达到节能减排和降低成本的目的；
2、本发明采用LED光源芯片驱动控制一体模组，根据水产养殖各个品种在科学实验、孵化、食饵、生长的需要以筛选到最优适宜水产动物繁殖、生长的光谱，满足客户对系统装置小型化，便利化要求，最终提高养殖经济效益；
3、本发明的系统采用微型计算机系统控制，提高了系统的智能化水平，实现了智能的多种单色发光或调制出不同多种混合光谱色，集一个LED灯具完成的一体化，减少了系统复杂性。装置高度集成，应用简单灵活，成本低。可广泛用于设施水产养殖场使用，也可以在科研单位水产个体动物不同光谱色刺激视网膜时从角膜等相应部位记录电流图(ERG)实验；
4、本系统可满足系统光谱多色化、体积小型化、使用智能化、操作便捷化的需要；筛选最优光谱色谱段，养殖人员尽量使用大的正N边形方法装置设置多种没有遗漏的不同光谱色环境，得到最优光谱色参数。
附图说明
图1是本发明实施例LED导光板光照装置示意图；
图2是本发明实施例LED导光板光照装置侧面爆炸图；
图3是本发明实施例中的智能控制系统图。
上述附图中，附图标记含义如下：
1、导光板；2、LED线条灯；3、边框；4、扩散板匀光层；
5、反光材料板；6、操作系统；7、DMX512控制总线；
8、多路调光控制器。
具体实施方式
本发明正N边形LED面光源均光导光板，每个等边嵌套不同单色LED条形灯，LED光源芯片驱动控制一体成为一个系统装置，满足系统光谱多色化、体积小型化、使用智能化、操作便捷化的需要；筛选最优光谱色阶段，得到最优光谱色参数。根据养殖水产品种在实验与生产需要，固定该方法正N边形的具体边数与每个等边LED条形灯灯珠芯片波长，采用微型计算机系统控制提高系统智能化程度。
本发明是根据光照通过视网膜等器官影响水产动物的新陈代谢，而导光板可将多个侧边点光源转化均匀多种光谱色面光源而发明的。
选择正N边形导光板是为了每个侧边不同的光色混合起来均匀，3≦N边数≦6，发出的光谱色最少为正三角形的方法装置，为3！＝3×2×1＝6种。最多为6边形的方法装置，为6！＝6×5×4×3×2×1＝720种，基本满足水产养殖各个个体的光谱色需要。0.3m≦N长度≦2m基本满足水产养殖车间等现场的灯具大小需要。均光导光板为光学级亚克力PMMA或PC基材，运用背光模组技术，透过导光点的高光线传导率，计算机对正N边形上导光点计算，制造出疏密、大小不一的导光点，使导光板光线折射成面光源均匀光状态。
本发明属于半导体照明技术应用领域,特别是设施水产养殖领域。
该方法可广泛用于工厂化水产养殖场、设施水产池塘及网箱养殖场，也可应用于科研院所水产动物视觉器官的实验等，是一种应用于渔业领域绿色环保类的福利化光电技术方法。
研究表明光照是引起水产动物新陈代谢系统反应的影响因子。光谱色可以独立的对鱼、虾、贝类的摄食生长、生殖、幼苗成活率等起着重要的影响作用。根据养殖品种视觉能力及发育过程中对应的生产繁殖行为特征，采用便捷有效LED光源装置筛选最优光谱，能在生产中获得最大效益。水产养殖品种繁多，仅对鱼类来说，据Neslon(1984)统计，全世界现有鱼类21723种，每一物种在上亿年进化的环境栖息地差异巨大，进化出视觉神经器官对光谱色的反应与偏好都大相径庭，即使是同一类品种在不同生命周期，如卵孵化、育苗鱼成长期光谱色的敏感喜好性也有差异。目前水产养殖行业中应用的绝大多数是传统光源，如白炽灯、荧光灯，已经落后于养殖业精细工业化发展，影响养殖户商品水产效益的提高。所以本发明专利公开了一种用于水产养殖正N边形智能LED导光板光照方法，包括正N边形面光源均光导光板，每个等边嵌套不同单色LED条形灯，利用导光板侧点光源转化为面光源原理，达到装置超薄小型化。面光源的出光方式有效解决了被照射面均匀度低的问题，另外在一定程度上减少了灯具的使用数量，达到节能减排和降低成本的目的。LED光源芯片驱动控制一体模组，根据水产养殖各个品种在科学实验、孵化、食饵、生长的需要以筛选到最优适宜水产动物繁殖、生长的光谱，满足客户对系统装置小型化，便利化要求，最终提高养殖经济效益。
系统采用微型计算机系统控制，提高了系统的智能化水平，实现了智能的多种单色发光或调制出不同多种混合光谱色，集一个LED灯具完成的一体化，减少了系统复杂性。装置高度集成，应用简单灵活，成本低。可广泛用于设施水产养殖场使用，也可以在科研单位水产个体动物不同光谱色刺激视网膜时从角膜等相应部位记录电流图(ERG)实验。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示为本发明实施例的LED导光板光照装置示意图，包括：正N边形的导光板1和每个等边嵌套不同单色LED线条灯2。正N边形面的导光板1，每个等边嵌套不同单色LED线条灯2，LED光源芯片驱动控制一体成为一个模组，满足系统光谱多色化、体积小型化、使用智能化、操作便捷化的需要。其中，正N边形每个内角和度数为180-(360/N边数)，3≦N边数≦6，0.3m≦N长度≦2m。以正三角形的方法装置发出的光谱色数量最少，为3！＝3×2×1＝6种；以正6边形的方法装置为最多，为6！＝6×5×4×3×2×1＝720种。导光板1为光学级亚克力PMMA或PC基材，运用背光模组技术，透过导光点的高光线传导率，计算机对正N边形上导光点计算，制造出疏密、大小不一的导光点，使导光板1光线折射成面光源均光状态。
每个等边嵌套不同单色LED线条灯的芯片波长为：浅紫(UVA)320nm～400nm、蓝光(Blue)430nm～470nm、绿光(Green)530nm～550nm、黄光(Yellow)580nm～600nm、红光(Red)630nm～660nm、白光(White)6种波长其中之一。各边采用不同波长的光源组合可满足养殖户实际不同光谱色的需要。
如图2所示为本发明实施例的LED导光板光照装置侧面爆炸图，其中，每个等边嵌套不同单色LED线条灯2的长度与正N边形导光板1的边长相同，内部框架设有条状的空腔，该空腔内置灯珠条，导光板每个边从边框3的侧面开口插入并嵌套在所述灯珠边框条上，导光板1位于反光材料板5和扩散板匀光层4之间，导光板、反光材料板和扩散板匀光层复合一体的每个边从边框的侧面开口插入并嵌套在灯珠边框条内。
如图3所示为本发明实施例的智能控制系统图，该系统以单片机或中央处理器CPU为主控核心，具备模拟、数字信号处理，信号存储等功能，通过系统通信接口将控制指令传递到多路调光控制器8，以实现对LED光源的实时控制，光谱变化等功能。
如下所示为LED导光板光照装置的制造方法的具体步骤：
选好LED光源灯珠模组、LED条形灯、导光板、反光材料板、扩散板匀光层，组合调好LED导光板光照装置。靠近位于导光板两侧的光源的反射点疏远，而位于导光板中间部分的反射点密集。当光从侧光源进入导光板碰到反射点时，漫反射到导光板表面：另一部分是光直接穿透导光板到达表面。越靠近光源的导光板部位得到的直接光越强，远离的较弱；而另一方面，靠近光源的反射点疏远，漫反射出来的光较少，相反远距离光源密集的点反射出来的光较丰富。每个线条灯发出不同光谱色经光混杂融合后，达到用户需要的光谱色并且整块导光板均亮的效果。
安装智能控制系统，操作系统以单片机或中央处理器CPU为主控核心，具备模拟、数字信号处理，信号存储等功能，通过系统通信接口将控制指令传递到多路调光控制器，以实现对多路LED光源的实时控制，光谱色变化等功能。具体可以通过操作系统按照DMX512的控制协议实现对多路调光控制器的控制，从而达到对每一个LED线条灯亮度和周期的控制。
控制系统安装调试，该系统为工业化设计，设置有全彩触摸屏显示，带按键输入，方便快捷，状态指示灯显示，专业LED线条灯控协议接口，可以驱动标准DMX512协议LED导光板灯具直接工作；可以控制64盏线条LED灯具，并可记忆存储6个生长时段，每个生长时段设置12个定时器，设定不同的亮度值；具有自动光环境场景切换，可根据光环境特点设置灯具缓慢调光。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种LED导光板光照装置，其特征在于，所述装置包括正N边形的导光板和每个等边嵌套不同单色LED线条灯。
2.根据权利要求1所述的LED导光板光照装置，其特征在于，所述正N边形每个内角的度数为180-(360/N边数)，其中，3≦N边数≦6，0.3m≦每条边的长度≦2m；以正三角形设置的装置发出的光谱色数量最少，为3！＝3×2×1＝6种；以正六边形设置的装置发出的光谱色数量最多，为6！＝6×5×4×3×2×1＝720种。
3.根据权利要求1所述的LED导光板光照装置，其特征在于，所述导光板为光学级亚克力PMMA或PC基材，运用背光模组技术，通过导光点的高光线传导率，计算机对正N边形上导光点计算，制造出疏密、大小不一的导光点，使导光板光线折射成面光源均光状态。
4.根据权利要求1所述的LED导光板光照装置，其特征在于，所述装置还包括灯珠模块、反光材料板、扩散板匀光层和边框，所述每个等边嵌套不同单色LED线条灯的长度与正N边形导光板边长相同，内部框架设有条状的空腔，该空腔内置灯珠模块；导光板位于反光材料板和扩散板匀光层之间；导光板、反光材料板和扩散板匀光层复合一体的每个边从边框的侧面开口插入并嵌套在灯珠边框条内。
5.根据权利要求1所述的LED导光板光照装置，其特征在于，所述每个等边嵌套不同单色LED线条灯的芯片波长为：浅紫：320nm～400nm、蓝光：430nm～470nm、绿光：530nm～550nm、黄光：580nm～600nm、红光：630nm～660nm、白光6种波长其中之一。
6.根据权利要求1所述的LED导光板光照装置，其特征在于，所述装置还包括智能控制系统，所述智能控制系统由操作系统对LED光源进行控制，提高了系统的易用性；所述操作系统采用微处理器智能控制系统，该系统以单片机或中央处理器CPU为主控核心，具备模拟、数字信号处理，信号存储等功能，通过系统通信接口将控制指令传递到多路调光控制器，以实现对LED光源的实时控制，光谱变化等功能。
7.一种如权利要求1～6所述的LED导光板光照装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
选好灯珠模块、LED线条灯、导光板、反光材料板、扩散板匀光层，组合调好LED导光板光照装置；具体按照下述方法进行调节：靠近位于导光板两侧的光源的反射点疏远，而位于导光板中间部分的反射点密集；
通过系统通信接口将控制指令传递到多路调光控制器，以实现对多路LED光源的实时控制、光谱色变化的功能；
控制系统安装调试，该系统为工业化设计，设置有全彩触摸屏显示，带按键输入，状态指示灯显示，选用专业LED线条灯控制协议接口；具有自动光环境场景切换，能够根据光环境特点设置灯具缓慢调光。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述操作系统以单片机或中央处理器CPU为主控核心，具备模拟信号处理、数字信号处理，信号存储的功能，具体可以通过操作系统按照DMX512的控制协议实现对多路调光控制器的控制，从而达到对每一个LED线条灯亮度和周期的控制。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述专业LED线条灯控制协议接口能够驱动标准DMX512协议LED导光板灯具直接工作；能够控制64盏线条LED灯具，并记忆存储6个生长时段，每个生长时段设置12个定时器，设定不同的亮度值。
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