CN202998561U

CN202998561U - 智能自适应间断补光装置

Info

Publication number: CN202998561U
Application number: CN2012205728365U
Authority: CN
Inventors: 曹沐昀; 陈鹏
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2022-11-02

Abstract

本实用新型公开了一种智能自适应间断补光装置，该补光装置以光敏传感器采集温室中的光信号，通过模数转换器反馈给单片机，单片机对采样信息进行处理后控制功率放大电路点亮对应的LED灯组，不仅可以依据当前环境光强实现自动的、间断的补光，避免浪费光反应产物，抑制暗反映；还可以根据不同的植物种类，通过点亮不同数量的灯组将光强补至最适宜该植物生长的强度，达到最佳的光合作用利用率。本实用新型的补光灯采用红、蓝LED灯并联组成，不仅降低了成本，还大大提高了光合作用的利用率。

Description

智能自适应间断补光装置

技术领域

本实用新型属于电子信息、电气设备及电气工程领域，具体涉及一种可广泛用于温室大棚、现代农场、家庭的补光装置。

背景技术

传统的温室大棚光照系统，在光照强度不够的情况下就进行补光，补光的时间不能调节，是一直亮着的，而且补光的程度都一致，也不能调节。这样在多数情况下，不仅会浪费多余的光照，浪费了宝贵的电能，不利于节能减排，而且如果外界环境中的光照强度加上补光产生的光照强度的总和超过了植物的光饱和点，对于植物的生长不但没有帮助，还会由于光照强度过强对植物的光合作用产生抑制作用。传统补光灯通常为白光，白光中大部分光谱能量都不能被光合作用利用。传统补光灯的成本，以满足1m*1m*1m空间补光，电费以0.6元/度，一个月以30天计算，一盏普通功率40w，持续照射1个月耗能28.8度，需要5盏，合计电费86元，5盏灯售价约400元，支架、电线约30元，总计516元，超出大部分农户及家庭的承受能力。因此传统补光灯不但浪费能源，而且价格高昂，适用性较差。

发明内容

【发明目的】

为了克服现有补光系统补光时间、补光程度不能调节、全光谱不能被光合作用充分利用的缺点，本实用新型提供一种光控装置，不仅可以依据当前环境光强进行间断补光，避免浪费光反应产物，抑制暗反映，还可以将光强补至最适宜该植物生长的强度，达到最佳的光合作用利用率。

【技术方案】

一种智能自适应间断补光装置，包括电源和至少一组LED灯组，其特征在于还包括光敏传感器，模数转换器、单片机和与LED灯组一一对应的至少一组功率放大电路，光敏传感器采集温室中的光信号并转换为电信号输出到模数转换器，模数转换器将该电信号转换为数字信号输出到单片机，单片机对该数字信号进行处理后产生控制信号输出到功率放大电路，通过功率放大电路点亮对应的LED灯组。

【有益效果】

本实用新型以光敏传感器采集当前环境中的光信号，通过模数转换器反馈给单片机，单片机对采样信息进行处理后控制功率放大电路点亮对应的LED灯组，不仅可以依据当前环境光强实现自动的、间断的补光，避免浪费光反应产物，抑制暗反映；还能根据不同的植物种类，通过点亮不同数量的灯组将光强补至最适宜该植物生长的强度，达到最佳的光合作用利用率。本实用新型的补光灯采用红、蓝LED灯并联组成，不仅降低了成本，还大大提高了光合作用的利用率。本实用新型的补光装置广泛适用于温室大棚、现代农场、家庭等照明环境。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的结构框图；

图2是本实用新型具体实施例的电路图。

图1中：1表示红色LED灯珠；2表示蓝色LED灯珠。

具体实施方式

如图1，智能自适应间断补光装置包括电源（适配器将220V交流电转换为14V直流电供电）、光敏传感器（采用光敏电阻）、ADC模数转换器、单片机、功率放大电路和LED灯组。光敏传感器采集温室中的光信号，将光照强度转换为回路内的电流信号输出到ADC模数转换器，ADC模数转换器将该电信号转换为数字信号输出到单片机，单片机对该数字信号进行处理后产生控制信号输出到功率放大电路，通过功率放大电路点亮对应的LED灯组。

假设某种植物的光饱和点为18K Lux，设置三组功率放大电路和三组LED灯组，功率放大电路与LED灯组一一对应。LED灯组为高亮食人鱼LED并联制成，一组共48只LED灯珠，红色灯珠和蓝色灯珠比例为5:1，均匀排列。一组灯组在一米远处可提供光强约6K Lux。

单片机按预设采样频率进行采样（通常设置为每隔1秒采样一次），并将采样量与预设阈值比对，确定点亮1组，2组或3组LED。当外界光照强度>18Klux时不点灯；当12klux<光强<18Klux，单片机给功率放大电路发送点灯控制信号，点一盏灯（一组LED灯组）；当6klux<光强<12Klux，单片机给功率放大电路发送点灯控制信号，点两盏灯，当光强<6Klux，单片机给功率放大电路发送点灯控制信号，点三盏灯。

图2是本实用新型具体实施例的电路图，以14V直流源供电（通过适配器将220V交流电进行转换）， R1为分压电阻，R2为限流电阻，X1为光敏电阻。单片机采用MSP430单片机。每组功率放大电路由一个限流电阻（R3、R4、R5）和一个NPN型达林顿管（Q1、Q2、Q3）组成，限流电阻连接在达林顿管的基极，LED灯组连接在达林顿管的集电极。单片机输出的控制信号经限流电阻到达达林顿管的基极，控制达林顿管工作在开关状态，分别控制三组LED灯组。达林顿管管压降约为1.5v，加在LED灯组两端电压约12.5V。点亮的支路按照预设的占空比产生方波控制信号，使LED灯组间断补光。一般采用50%的占空比，以50%占空比间断补光可以节省一半电能，提高光合作用效率，补光至光饱和点，节省过度补光时那部分电能。

ADC采样程序如下：

#pragma vector=ADC_VECTOR

__interrupt void ADC12ISR (void)

{

static uchar index = 0;

Results[index++] = ADC12MEM0; // Move results, IFG is cleared

if(index == 31)//31

{

uchar i;

x = 0;

for(i = 0; i < 32; i++)//32

x += Results[i];

x >>= 5; //除以32求平均值

index = 0;

_BIC_SR_IRQ(LPM0_bits); // Clear LPM0

}

单片机控制程序如下：

以下为产生占空比为50%的方波用来控制补光电路的亮暗的代码：

void Init_TimerB (void) //TimerB 控制方波的周期

{

TBCCTL0 = CCIE; // CCR0 interrupt enabled

TBCCR0 = 50000;

TBCTL = TBSSEL_2 + MC_2;

}

#pragma vector=TIMERB0_VECTOR

__interrupt void Timer_B (void)

{

/*

int i;

i=P2OUT-omg;

if(!i)

P2OUT=0xff;//灯暗

else

P2OUT=omg;//

*/

static int i=0;

static int j=0;

i++;

if(i!=20/2)return;

i=0;

if(j==0)

{

P2OUT=omg;

j=1;

}

else

{

P2OUT=omg&0xf8;

j=0;

}

//main 函数代码

void main(void) //将ADC采样结果与预先设置好的数据比较，从而决定8组light array的开关情况

{

WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;

P2DIR=0xff;

P2OUT=0xff;

P6SEL = BIT6; // Enable A/D channel A0 将P6.0作为外围模块，即ad模块

ADC12CTL0 = ADC12ON + SHT0_15 + MSC+REFON+REF2_5V; // Turn on ADC12, set sampling time

ADC12CTL1 = SHP + CONSEQ_2; // Use sampling timer, set mode，SAMPCON直接源自采样定时器，序列通道多次转化模式

ADC12IE = 0x01; // Enable ADC12IFG.0

ADC12CTL0 |= ENC; // Enable conversions允许转化

ADC12CTL0 |= ADC12SC;

ADC12MCTL0 = SREF_1+INCH_6;// Start conversion

Init_TimerB();

_EINT();

while(1)

{

_BIS_SR(LPM0_bits + GIE); // Enter LPM0, Enable interrupts

if(x<Q1)

omg=0x00;//亮0个，外界光照最亮 0000 0000 --0000 0000

else if(x>Q1&x<Q2)

omg=0x09;//亮1个，外界光照次亮 0000 1001 --0000 1000

else if(x>Q2&x<Q3)

omg=0x1b;//亮2个，外界光照中间 0001 1011 --0001 1000

else

omg=0x3f;//亮3个，外界光照最暗 0011 1111 --1001 1000

}

}。

Claims

1.一种智能自适应间断补光装置，包括电源和至少一组LED灯组，其特征在于还包括光敏传感器，模数转换器、单片机和与LED灯组一一对应的至少一组功率放大电阻，光敏传感器采集温室中的光信号并转换为电信号输出到模数转换器，模数转换器将该电信号转换为数字信号输出到单片机，单片机对该数字信号进行处理后产生控制信号输出到功率放大电路，通过功率放大电路点亮对应的LED灯组。

2.根据权利要求1所述的智能自适应间断补光装置，其特征在于LED灯组由48只LED灯珠并联组成，红色灯珠和蓝色灯珠比例为5:1，灯珠均匀排列。

3.根据权利要求1所述的智能自适应间断补光装置，其特征在于功率放大电路由限流电阻和NPN型达林顿管组成，限流电阻连接在NPN型达林顿管的基极，LED灯组连接在NPN型达林顿管的集电极。