CN202660403U - 一体式红蓝远红三色led组合补光灯 - Google Patents

Abstract

一种一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，包括变压器降压电路(10)、整流滤波电路(11)、恒流驱动电路(12)、三色LED串联电路(13)、光照控制电路(15)、光强检测电路(14)和液晶显示电路(16)；灯体由上至下包括电源连接线(1)、LED光源控制器(2)、散热器(3)、壳体(4)、基板(5)、LED和光照传感器(9)。LED分红光、蓝光和远红光三色，红、蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED(6)与蓝光LED(7)均一一间隔围绕居中的远红光LED(8)呈等间距的圆周排列。光照传感器(9)安置在LED灯头下方。本补光灯根据光强检测结果来实现R/B比和R/FR比的精细调节，提高光合作用效果，具有误差低、响应速度快、成本低、携带和安装方便等优点。

Description

一体式红蓝远红三色LED组合补光灯

技术领域

本实用新型涉及一种适于作室内环境的光合作用照射灯，具体是一种光源与光照度测定仪一体式的红蓝远红三色LED组合补光灯。

背景技术

本申请人在先申请的201220131191.1“大功率红蓝远红三色LED组合补光灯”专利，采用大功率LED组合灯，单位面积使用LED颗数少，结构简单、可靠性强、散热效果好。但该灯红光与蓝光的光照强度比(R/B)和红光与远红光的光照强度比(R/FR)不可调节，而不同的植物对R/B和R/FR的需求差异较大，故该灯只能针对特定种类的植物补光，适用面狭窄。另外该灯本身未配置一体式的光照传感器，无法测得红光、蓝光和远红光的光照强度，如要精确得到R/B和R/FR数据，则需另外借助其他光照度测定仪，安装和使用极为不便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种一体式红蓝远红三色LED组合补光灯。

解决上述技术问题采用的技术方案是：

本用于室内光合作用的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，由电路和硬件两部分组成，电路部分包括变压器降压电路、整流滤波电路、恒流驱动电路和三色LED串联电路；硬件部分由上至下包括电源连接线、LED光源控制器、散热器、壳体、基板和LED，LED分红光、蓝光和远红光三色，均安装在圆形基板的底面；其中一颗远红光LED安装在基板中心，红光与蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED与蓝光LED均一一间隔围绕居中的远红光LED呈等间距的圆周排列。高度可调，实时检测红光、蓝光和远红光光照强度的光照传感器安置在LED灯头下方。电路部分还增加了光照控制电路、光强检测电路和液晶显示电路；

所说的红光LED为发光角120°、直径8mm、波长640nm和标准工作电流350mA的1W大功率LED；蓝光LED为发光角120°、直径8mm、波长440nm和标准工作电流300mA的1W大功率LED；远红光LED为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流600mA的1W大功率LED。

所说的基板直径为120mm，红光LED和蓝光LED的中心点所围成的圆周内环直径为40mm，外环直径为80mm。

所说的光照传感器包括红光光强检测传感器、蓝光光强检测传感器和远红光光强检测传感器，采用波长为400～500nm的蓝光2BU6硅光电池、波长为600～700nm的红光2BU6硅光电池和波长为700～800nm的远红光2BU6硅光电池组作为检测元件。

本实用新型的有益效果是：本补光灯集光强调节和光强检测于一体，将分体式改为一体式，携带和安装方便，成本有所降低。根据红、蓝、远红光光强分别检测的结果来实现R/B比和R/FR比的精细调节，从而促进光合作用和控制植株形态。在满足其生长所需光照前提下，最大程度的提高光能的利用率，具有误差低、响应速度快、成本低、维护简单等优点。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型圆形基板上红、蓝、远红光LED分布示意图。

图3为本实用新型电路原理图。

具体实施方式

本实用新型下面结合实施例并参照附图作进一步详述：参见图1，在一壳体4中固定设置一块圆形LED基板5，基板5上方配置一散热器3，一LED光源控制器2与LED6、7、8及光照传感器9相连，该控制器内部设置定时开关、按键开关和液晶显示模块，可实现定时、日控、周控等功能，并能调节LED光强和显示相关信息。大功率LED全部固定在圆形LED基板5上，如图2所示，其中九颗红光LED6串联，九颗蓝光LED7串联，然后和远红光LED8分别接到各自的驱动电路中。选用的红光LED6为发光角120°、直径8mm、波长640nm、标准工作电流350mA的1W大功率LED；选用的蓝光LED7为发光角120°、直径8mm、波长440nm、标准工作电流300mA的1W大功率LED；选用的远红光LED8为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流600mA的1W大功率LED。将上述的一颗远红光LED8安装在直径为120mm的圆形基板5圆心处，其余红蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED6与蓝光LED7均一一间隔围绕居中的远红光LED8呈等间距的圆周排列。红光LED6和蓝光LED7的中心点所围成的圆周内环直径为40mm，外环直径为80mm。

研究表明，植物吸收光谱的最强区域是波长为640～660nm的红光部分和波长为430～450nm的蓝光部分，蓝光有利于植物叶片的生长，红光有利于植物茎杆的生长，波长为720～800nm的远红光有利增加植株高度。合适的R/B和R/FR是培育出形态健全的植物的必要条件。因此本补光灯采用红光LED、蓝光LED和远红光LED均匀组合而成，并且其R/B和R/FR可精细调节。对草本类26种、木本类7种、大田作物8种和人工气象室20种光合作用曲线分析，其R/B比综合平均为1.84，R/FR比综合平均为3.5。所以本LED补光灯在标准工作电流下的R/B比设定为1.84左右，R/FR比设定为3.5左右。具体可视植物栽培种类通过调节红光、蓝光或远红光LED的脉冲占空比，以达到调控R/B比和R/FR比的目的，但要求在照明区域内R/B比和R/FR比尽可能均匀一致。

植物的光合作用有两个反应过程即明反应和暗反应。光合作用的明反应是放出氧气的反应，暗反应是合成有机物供植物利用的反应，明反应需要光才能进行，而暗反应不需要光，在黑暗环境中进行。红蓝光的间歇照射可符合植物对明、暗反应的需求，有利于提高光合作用效果。因此本补光灯采用脉冲宽度调制(PWM)调光技术，使红蓝远红光间歇照射输出，且比例可调，满足作物需求。

参见图3，本补光灯电路采用了低压恒流源，由变压器降压电路10、桥式整流滤波电路11、恒流驱动电路12，一起安装在LED光源控制器2内。220V交流电经变压器降压电路10后进入桥式整流滤波电路11，然后提供约27V电压至恒流驱动电路12，最终输出至三色LED串联电路13。变压器为成品电源变压器，参数为220V/24V、25W。D₁～D₄为硅整流二极管，采用1N4007。C₁是滤波电容，采用电解电容，型号为1000μF/50V。IC₁、IC₂、IC₃为恒流驱动芯片，采用目前应用广泛、廉价且性能比较稳定的PT4115。D₅、D₆、D₇为续流二极管，由于工作在高频脉冲下，故采用肖特基二极管SS110。L₁、L₂、L₃是整流电感，设计为50μH。R₁、R₂、R₃为取样电阻，控制PT4115输出电流大小，一般用以下公式计算：R＝0.1/I_OUT。由于红光LED串联电路额定工作电流为350mA，蓝光LED串联电路额定工作电流为300mA，远红光LED电路额定工作电流均为600mA，故红光LED驱动电路中R₁取0.286Ω，蓝光LED驱动电路中R₂取0.333Ω，远红光LED驱动电路中R₃取0.167Ω。PT4115的DIM端可外接PWM脉冲或直流电压调光，由于本设计采用PWM技术调节红蓝光LED间歇照射时间比，故DIM外接由LED光源控制器2输出的PWM信号，频率设置为1000Hz。

参见图3，本补光灯光照控制电路15采用增强型51单片机实现。经桥式整流滤波电路11输出的电压接至芯片IC₄，最终输出5V电压至芯片IC₅供电。IC₄采用三端稳压器7805，IC₅采用单片机STC12C5A60S，内部下载控制程序，以实现间歇照射。单片机的P1.3、P1.4和P3.2管脚输出分别接至IC₁、IC₂和IC₃的DIM端。按键TB₁～TB₆分别为红光亮度增大键、红光亮度减小键、蓝光亮度增大键、蓝光亮度减小键和远红光亮度增大键、远红光亮度减小键，接至P1.5～P1.7和P1.1、P3.6、P3.7管脚，可控制输出信号的占空比按10％档位调节，以控制红光LED、蓝光LED和远红光LED间歇照射时间比。C₂和R₁₃构成单片机复位电路，在上电时对程序复位，C₂可用10μF/25V电解电容，R₁₃用1K精密电阻。C₃、C₄和CR₁构成单片机振荡电路，提供时间基准，C₃和C₄可用22pF瓷片电容，CR₁可用12MHz晶振。

参见图3，本补光灯的光强检测电路14采用波长为400～500nm的蓝光2BU6硅光电池BU₁、波长为600～700nm的红光2BU6硅光电池BU₂和波长为700～800nm的远红光2BU6硅光电池BU₃作为检测元件。检测完毕后可将光照传感器从灯头下移开，不影响植物采光。所用硅光电池开路电压约为2V，短路电流约为0.2μA/lx，为了将短路电流转换成电压，常配合运算放大器使用，本电路中使用4路运算放大器LM324。如图3之A1即为电流-电压转换电路，因运算放大器有虚接地的特性，所以硅光电池两端的电压为零，可视为短路。且运算放大器的输入电流几乎为零，使全部的短路电流经R₅，使得运算放大器的输出电压V_o＝-I_sh×R₅。所以可调整R₅之大小为1.7K，使得输出电压为0.34mV/lx。

因工作现场含有AC220V、50Hz之交流成分，故由R₆(10K)，C₅(10μF)构成低通滤波器，将50Hz的交流成分滤除，使得转换电路之输出电压为平均照度之电压信号。而A2为一电压跟随器(AV＝1)，作为缓冲器，使输出信号平稳，最终将模拟信号接入单片机P1.0、P1.2和P3.5端口进行A/D转换，从而实现分波段光强检测。

参见图3，本补光灯的液晶显示电路16采用带中文字库的FYD12864-0402B液晶，这是一种使用ST920控制器，5V电压驱动，带背光，具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。该模块与单片机级联时，其数据接口DB0～DB7与单片机P2口相连，数据/命令选择端口RS和读写选择端口R/W分别与P3.1，P3.2相连。可调电阻R₁₄与液晶显示对比度调节端连接，可调节对比度。液晶模块可实现系统数据的查询，可显示红光、蓝光和远红光输出强度百分比以及检测到的红光、蓝光和远红光的光照强度。

Claims (4)

1.一种一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，由电路和硬件两部分组成，电路部分包括变压器降压电路(10)、整流滤波电路(11)、恒流驱动电路(12)和三色LED串联电路(13)；硬件部分由上至下包括电源连接线(1)、LED光源控制器(2)、散热器(3)、壳体(4)、基板(5)和LED，LED分红光、蓝光和远红光三色，均安装在圆形基板的底面；其中一颗远红光LED(8)安装在基板中心，其特征是红光与蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED(6)与蓝光LED(7)均一一间隔围绕居中的远红光LED(8)呈等间距的圆周排列；高度可调，实时检测红光、蓝光和远红光光照强度的光照传感器(9)安置在LED灯头下方，电路部分还增加了光照控制电路(15)、光强检测电路(14)和液晶显示电路(16)。

2.如权利要求1所述的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，其特征是所说的红光LED(6)为发光角120°、直径8mm、波长640nm和标准工作电流350mA的1W大功率LED；蓝光LED(7)为发光角120°、直径8mm、波长440nm和标准工作电流300mA的1W大功率LED；远红光LED(8)为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流600mA的1W大功率LED。

3.如权利要求1所述的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，其特征是所说的基板(5)直径为120mm，红光LED(6)和蓝光LED(7)的中心点所围成的圆周内环直径为40mm，外环直径为80mm。

4.如权利要求1所述的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，其特征是所说的光照传感器(9)包括红光光强检测传感器、蓝光光强检测传感器和远红光光强检测传感器，采用波长为400～500nm的蓝光2BU6硅光电池、波长为600～700nm的红光2BU6硅光电池和波长为700～800nm的远红光2BU6硅光电池。

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