CN202634770U

CN202634770U - 花园led智能补光系统

Info

Publication number: CN202634770U
Application number: CN2012201608792U
Authority: CN
Inventors: 胡道飞
Original assignee: ANHUI KEFA NEWS SCIENCE AND TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: ANHUI KEFA NEWS SCIENCE AND TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-04-16

Abstract

本实用新型公开了一种花园LED智能补光系统，包括有电源模块、检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块，控制模块应用STC系列单片机为核心，根据系统采集到的数据、设置阈值，实现对应PWM控制信号的占空比计算和两路PWM控制信号输出；检测模块分波段检测红、蓝光强和实时温度，并将检测信号进行滤波、放大后传入单片机，实现相关环境信息的检测；补光模块采用两路带有PWM电流控制功能的恒流驱动电路，分别控制红、蓝光LED补光阵列灯的亮度，从而实现定量精确补光；用户交互模块采用液晶屏完成检测结果显示，键盘实现按需阈值修改等功能，完成阈值修改与设置。本实用新型提高了输出光能的利用率，具有误差低、响应速度快、成本低、维护简单等特点。

Description

花园LED智能补光系统

技术领域

本实用新型主要涉及植物灯领域，尤其涉及一种花园LED智能补光系统。

背景技术

植物都需要阳光的照射才能生长的更加茂盛。光对植物生长的作用是促进植物叶绿素吸收二氧化碳和水等养份，合成碳水化合物。但现代科学可以让植物在没有太阳的地方更好地生长，人们掌握了植物对太阳需要的内在原理，就是叶片的光合作用，在叶片光合作用时需要外界光子的激发才可完成整个光合过程，太阳光线就是光子激发的一过供能过程。人为的创造光源也同样可以让植物完成光合过程，现代园艺或者植物工厂内都结合了补光技术或者完全的人工光技术。科学家发现不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm左右。400-500nm（蓝色）的光线以及610-720nm（红色）对于光合作用贡献最大。蓝色（470nm）和红色（630nm）的LED,刚好可以提供植物所需的光线，因此，LED植物灯，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。蓝色光能促进绿叶生长；红色光有助于开花结果和延长花期。

LED光源又称半导体光源，这种光源波长比较窄，能控制光的颜色。用它对植物进行单独照射，就能能使植物达到很好的补光效果。采用LED 冷光源作为补光灯光源的方案也已被提出，可在一定程度解决上述补光光源的问题。但由于大部分研发方案和产品仍采用定光强、定光质的补光方式，未考虑不同植物不同阶段需光量的差异，造成补光不足和补光过度并存的现象，仍未能真正意义上解决低能耗精准化补光的问题。

实用新型内容

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种智能、精确、节能的花园LED智能补光系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

花园LED智能补光系统，其特征在于：包括有电源模块、检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块，电源模块为整个系统供电，检测模块包括有温度检测模块、红光光强检测、蓝光光强检测，控制模块的主控单元为单片机，单片机自带AD转换器，补光模块包括有红光LED阵列、蓝光LED阵列、两个LED驱动电路，用户交互模块包括有显示模块、键盘输入模块，温度检测模块包括有温度传感器及其标准调理电路，所述的温度传感器的输出信号经标准调理电路调理后接入单片机，红光光强检测、蓝光光强检测分别采用波长范围在400 ～ 500nm 的蓝光2BU6 硅光电池和波长范围600 ～ 700nm 的红光2BU6 硅光电池作为检测元件，两组硅光电池采集到的微弱的模拟信号经运算放大器放大后接入单片机，单片机内输入有PWM调光程序，单片机分别通过LED驱动电路与红光LED阵列、蓝光LED阵列连接，单片机外接用户交互模块的显示模块、键盘输入模块。

所述的电源模块包括有太阳能电池板、蓄电池和控制电路，太阳能电池板的电压输出端与控制电路的输入端连接，控制电路通过LM317 及其外围标准电路对12V蓄电池充电，蓄电池输出端利用MIC29302 稳压变压模块输出12V 稳压电源信号，并通过LM7805产生5V 稳压电源信号，单片机、检测模块、用户交互模块均使用5V 电源供电，补光模块采用12V 电源供电。

所述的单片机为STC12C5A60S2 单片机。

所述的LED驱动电路为PT4115 驱动电路，每个LED阵列对应一个LED驱动电路。

所述的运算放大器采用4 路运算放大器LM324。

所述的用户交互模块主要包括液晶显示屏和键盘两部分，显示屏采用OCM12864 - 3 液晶屏，键盘采用4 × 4 矩阵键盘。

本实用新型的原理是：

本实用新型充分考虑不同植物在不同阶段不同环境对补光需光量的影响，基于分波段光强检测技术、智能控制技术等现代电子信息技术，采用STC12C5A60S2 单片机作为核心处理器，PT4115 为LED 驱动模块，根据温度和光强检测结果，实现对各类植物在合适环境下按需分波长定量补光。

本实用新型的优点是：

本实用新型在满足其生长所需光照前提下，最大程度的提高输出光能的利用率，具有误差低、响应速度快、成本低、维护简单等特点。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的电源模块的示意图。

图3为本实用新型的控制模块的电路示意图。

图4为本实用新型的检测模块的示意图。

图5为本实用新型的补光模块的示意图。

图6为本实用新型的软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，花园LED智能补光系统，包括有电源模块1、检测模块2、控制模块3、补光模块4、用户交互模块5，电源模块1为整个系统供电，检测模块2包括有温度检测模块6、红光光强检测7、蓝光光强检测8，控制模块2的主控单元为单片机，单片机自带AD转换器，补光模块4包括有红光LED阵列9、蓝光LED阵列10、两个LED驱动电路，用户交互模块5包括有显示模块11、键盘输入模块12，温度检测模块6包括有温度传感器及其标准调理电路，温度传感器的输出信号经标准调理电路调理后接入单片机，红光光强检测7、蓝光光强检测8分别采用波长范围在400 ～ 500nm 的蓝光2BU6 硅光电池和波长范围600 ～ 700nm 的红光2BU6 硅光电池作为检测元件，两组硅光电池采集到的微弱的模拟信号经运算放大器放大后接入单片机，单片机内输入有PWM调光程序，单片机分别通过LED驱动电路与红光LED阵列9、蓝光LED阵列10连接，单片机外接用户交互模块5的显示模块11、键盘输入模块12。

如图2所示，电源模块1包括有太阳能电池板、蓄电池和控制电路，太阳能电池板的电压输出端与控制电路的输入端连接，控制电路通过LM317 及其外围标准电路对12V蓄电池充电，蓄电池输出端利用MIC29302 稳压变压模块输出12V 稳压电源信号，并通过LM7805产生5V 稳压电源信号，单片机、检测模块、用户交互模块均使用5V 电源供电，补光模块采用12V 电源供电。

单片机为STC12C5A60S2 单片机。

LED驱动电路为PT4115 驱动电路，每个LED阵列对应一个LED驱动电路。

运算放大器采用4 路运算放大器LM324。

用户交互模块5主要包括液晶显示屏和键盘两部分，显示屏采用OCM12864 - 3 液晶屏，键盘采用4 × 4 矩阵键盘。

控制模块3选用STC12C5A60S2 单片机作为核心处理器，采用5V 电源供电，具有8 路10 位A/D 接口、2 路PWM 输出口、Flash 存储空间56K、静态存取内存1 280B、可编程只读存储器1K，完成节点任务调度、数据采集、智能管理、控制信号输出、阈值的调整、数据转储等工作，电路如图3 所示。其中，P0 口连接液晶屏的8 路数据口；P1 口负责与采样信号连接，P1. 0 接入温度检测信号、P1. 1 接入红光检测信号、P1. 2 接入蓝光检测信号，从而完成对传感器监测数据的采集；P2 口连接4 × 4 矩阵键盘，P3. 0，P3. 1 用于单片机与串口连接的数据读写线，完成程序的下载; P3. 2 ～ P3.7 位液晶控制端；P4. 2，P4. 3 为单片机PWM 控制端输出口，其根据单片机计算出与两波段所需补光量对应的PWM 信号占空比，输出PWM 信号对LED 灯组的亮度进行控制。

如图4 所示，温度检测模块6由温度传感器18B20 及其标准调理电路组成，数据线接入单片机P1. 0 口，实现对温度的采集。光照检测包括红光光强检测和蓝光光强检测，采用波长范围在400 ～ 500nm 的蓝光2BU6 硅光电池和波长范围600 ～ 700nm 的红光2BU6 硅光电池作为检测元件。采用4 路运算放大器LM324 设计运算放大器将硅光电池的微弱模拟信号分别进行转换和放大，最终将模拟信号接入单片机P1. 1，P1. 2 端口进行A/D 转换，从而实现分波段光强检测。

如图5所示，补光模块包括LED 灯组及其驱动电路，驱动电路采用PT4115 驱动模块电路，红光和蓝光两个模块独立工作。其中，LED 灯组采用额定功率1W、中心波长为660nm 的窄带红光LED 阵列和中心波长为450nm 的窄带蓝光LED 阵列。由单片机输出的两路PWM 信号分别与红蓝光两路PT4115的DIM 控制端相连，其中，红光驱动芯片与P4. 2 产生的PWM 信号接通，蓝光则与P4. 3 产生的PWM 信号接通。利用PWM 的信号控制驱动芯片PT4115 的输出电流，由此实现LED 灯组的定量补光。

本实用新型的软件主要包括传感器解析函数、数据管理与参数设定程序、PWM 信号控制程序和显示程序，实现3 类参数设置、环境因子采集以及对受控灯组的自动控制功能，软件流程如图6 所示。系统工作时，首先需要对温度，红蓝光强阈值进行设置，温度传感器周期对设施内温度监测，判断温度是否超出不利于光合作用的阈值范围，超出则关断LED 补光灯组。当温度在所设阈值范围内，再分别对红、蓝光进行光强检测，实际光强在阈值之内时，系统进入自动定量补光状态，根据所设阈值与实际值之差计算实际需光量，进而再根据与实际需光量对应的两路PWM 控制信号的占空比，分别产生对应的PWM 信号，达到控制LED 灯的亮度对植物实施精确补光的目的。

本实用新型充分考虑了植物补光时的各种影响因素，通过对各因素的监测、设置、数据管理和决策程序，精确计算植物所需光照与实际光照总体差值，采用均值方式计算每个LED 的输出光强；基于LED 驱动电流和输出光强的关系式，系统就可以通过对PWM 输出电流的控制，从而实现对补光量的控制。

Claims

1.一种花园LED智能补光系统，其特征在于：包括有电源模块、检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块，电源模块为整个系统供电，检测模块包括有温度检测模块、红光光强检测、蓝光光强检测，控制模块的主控单元为单片机，单片机自带AD转换器，补光模块包括有红光LED阵列、蓝光LED阵列、两个LED驱动电路，用户交互模块包括有显示模块、键盘输入模块，温度检测模块包括有温度传感器及其标准调理电路，所述的温度传感器的输出信号经标准调理电路调理后接入单片机，红光光强检测、蓝光光强检测分别采用波长范围在400 ～ 500nm 的蓝光2BU6 硅光电池和波长范围600 ～ 700nm 的红光2BU6 硅光电池作为检测元件，两组硅光电池采集到的微弱的模拟信号经运算放大器放大后接入单片机，单片机内输入有PWM调光程序，单片机分别通过LED驱动电路与红光LED阵列、蓝光LED阵列连接，单片机外接用户交互模块的显示模块、键盘输入模块。

2.根据权利要求1所述的花园LED智能补光系统，其特征在于：所述的电源模块包括有太阳能电池板、蓄电池和控制电路，太阳能电池板的电压输出端与控制电路的输入端连接，控制电路通过LM317 及其外围标准电路对12V蓄电池充电，蓄电池输出端利用MIC29302 稳压变压模块输出12V 稳压电源信号，并通过LM7805产生5V 稳压电源信号，单片机、检测模块、用户交互模块均使用5V 电源供电，补光模块采用12V 电源供电。

3.根据权利要求1所述的花园LED智能补光系统，其特征在于：所述的单片机为STC12C5A60S2 单片机。

4.根据权利要求1所述的花园LED智能补光系统，其特征在于：所述的LED驱动电路为PT4115 驱动电路，每个LED阵列对应一个LED驱动电路。

5.根据权利要求1所述的花园LED智能补光系统，其特征在于：所述的运算放大器采用4 路运算放大器LM324。

6.根据权利要求1所述的花园LED智能补光系统，其特征在于：所述的用户交互模块主要包括液晶显示屏和键盘两部分，显示屏采用OCM12864 - 3 液晶屏，键盘采用4 × 4 矩阵键盘。