CN205015086U - 一种阳光光照传感器及花盆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光照测量技术领域，具体是涉及一种阳光光照传感器及花盆，包括发光二极管单元和处理电路，所述发光二极管单元用于在阳光照射下产生光电流与光伏电压，处理电路对产生的光电流或光伏电压进行处理后输出；所述处理电路为放大器电路，用于将光电流进行放大后输出；所述处理电路为J‐FET微电压变换电路，用于将光伏电压经变换后转为电流进行输出。经J‐FET场效应三极管进行光伏电压变换或后搭建适合的放大器电路，再通过标准光照仪器校验标定，可以实现阳光光照测量，具有低成本，光照范围很宽的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于光照测量技术领域，具体是涉及一种阳光光照传感器，以及使用该阳光光照传感器的花盆。
背景技术
光照传感器作为一种测量环境光照度的基本器件，其应用范围非常广泛。市场上常用的光照测量器件有：光敏电阻(CdS)、光敏二极管、光敏三极管、光敏IC等，但这些器件其性能、价格各有不同。例如光敏电阻、光敏三极管价格低、但产品一致性差，照度测量范围小，通常只有几千勒克斯(LUX)；光敏二极管暗电流大，低照度及近红外光最敏感、可见光不敏感；光敏IC价格偏高，照度测量范围有限。
阳光是植物光合作用的基本条件，作为植物生长的要素之一，其光照范围很宽：最低接近零勒克斯(LUX)，最高可达到十万勒克斯以上。以上商业化的光照传感器在智能花盆设计上存在不足，即成本不够低廉、光照范围相对较窄。如何设计一种低成本、宽范围的阳光照度传感器已经成为智能花盆的关键。
实用新型内容
基于现在技术的问题，本实用新型的目的是提供一种阳光光照传感器，具有低成本，光照范围很宽的优点。
本实用新型是采用以下的技术方案来实现的。
提供一种阳光光照传感器，包括发光二极管单元和处理电路，所述发光二极管单元在阳光照射下产生光电流与光伏电压，处理电路对产生的光电流或光伏电压进行处理后输出，通过对输出端电流大小的检测，对照采用标准光照仪器校验标定的电流与光照的关系，可以实现阳光光照测量。
所述发光二极管单元为三基色发光二极管。
所述处理电路为放大器电路，用于将光电流进行放大后输出，通过在发光二极管单元后面跨接放大器电路进行放大后输出。
所述处理电路为J‐FET微电压变换电路，用于将光伏电压经变换后转为电流进行输出，发光二极管单元产生的光伏电压经J‐FET场效应三极管进行光伏电压变换，产生电流进行输出
根据发光二极管LED器件的光电伏特效应，使用三颗三基色(R、G、B)发光二极管作为该传感器的敏感元件，经J‐FET场效应三极管进行光伏电压变换或搭建适合的放大器电路，经过优化就实现智能花盆的阳光光照测量。
本实用新型是通过以下原理得以实现的，阳光中可见光波长从380nm－780nm之间，采用三基色LED，即红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三种LED组合，可以充分采集到太阳光中三基色波段主要光谱的能量，也就近似代表可见光波段的能量，经J‐FET场效应三极管进行光伏电压变换或后搭建适合的放大电路，再通过标准光照仪器校验标定，基本可以实现阳光光照测量。
附图说明
图1是本实用新型的阳光光照传感器的工作原理图。
图2是实施例中的阳光光照传感器的进行光电流放大的电路原理图。
图3是另一实施例的阳光光照传感器进行光伏电压变换的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例对本实用新型的技术方案作详细说明。
参照附图2所示，为本实施例的阳光光照传感器的电路原理图，包括三基色发光二极管和放大器电路，放大器电路包括一运算放大器，运算放大器的反向输入端连接发光二极管单元的负极端，同时经电阻R2、电容器C2与光照传感器的输出端Vout连接；同向输入端经电阻R1连接发光二极管单元的正极端，同时接地以及经电容器C3与光照传感器的输出端Vout连接；所述运算放大器的输出端经电阻R3与光照传感器的输出端Vout连接。
阳光光照传感器的工作过程是，由于LED具有光电伏特效应，当阳光照射在R、G、B发光管二极管上后，不同光谱和不同能量的阳光光线会通过LED的光敏面形成微弱的光电流，在电路上表征为光伏电压变化，且与阳光照度大小成正比例变化。
在采用高阻抗、低漂移的运算放大器后，例如ICL7650，考虑到智能花盆通常的室内使用环境和植物生长的基本光照要求，在设计中通常将照度大于5000勒克斯理解为光线充足的室外光照，也就是说本实施例主要将0‐‐‐5000勒克斯列可为测试范围内，5000勒克斯以上理解最强光照，这样就可界定一个放大器的放大倍数及范围。例如通过设定不同的R2、C2、R1、R3、C3可使运算放大器处在一个最佳的工作状态，例如R2＝100k、C2＝100P、R1＝510、R3＝100、C2＝220P时，放大器增益A＝(R2/R1)+1＝(100K/0.51K)+1＝1961,常用R、G、B的光电电压变化范围取：10uV‐‐‐500mV。通过放大后得到Vout大约：19.61mV‐‐‐980.5mV，通过后续单片机采样获得数据，再在通过标准照度计标定，就可以得出阳光照度指标。该电路中R2决定放大器增益，C2修正放大器增益，R3、C3滤波并限幅，为后续单片机提供模数转换电压。
图3是经改良的另一实施例，包括三基色发光二极管和J‐FET微电压变换电路，J‐FET微电压变换电路包括J‐FET场效应三极管，其栅极连接发光二极管单元的负极端，其漏极连接电源，源极与传感器的输出端Vout连接；其源极同时经电阻R4接地。其中充分考虑到LED的光伏效应特点，有效避开了图2实施例中的不足。特别是光照较弱时，光电流微小，驱动能力差，在采用普通型号的运算放大器时，输入阻抗相对较低，电路无法正常工作。利用高阻抗J‐FET场效应三极管作为电压敏感变换器件，且栅极不消耗电流的特点，实现了宽范围光照条件下，利用LED光伏效应实现微电压敏感输入且具有一定驱动能力的电压变换电路，成功地解决了以上问题。
该电路可以实现更宽范围的光照输入，例如光照从较暗的10勒克斯到最强80000勒克斯以上的测试，输出电压几乎呈线性变化，且后续电路更加简单，可以直接入单片机电路进行测试。
通过以上实施例的电路优化组合，采用R、G、B发光二极管的阳光光照传感器可以从最低照度接近零勒克斯，一直到数万勒克斯均可工作，比采用其他传感器设计的电路具有测量范围宽，成本低廉的优点，适合智能花盆使用。
Claims (7)
1.一种阳光光照传感器，其特征在于，包括发光二极管单元和处理电路，所述发光二极管单元用于在阳光照射下产生光电流与光伏电压，处理电路对产生的光电流或光伏电压进行处理后输出。
2.根据权利要求1所述的阳光光照传感器，其特征在于，所述发光二极管单元为三基色发光二极管。
3.根据权利要求1或2所述的阳光光照传感器，其特征在于，所述处理电路为放大器电路，用于将光电流进行放大后输出。
4.根据权利要求3所述的阳光光照传感器，其特征在于，所述放大器电路包括一运算放大器，所述运算放大器的反向输入端连接发光二极管单元的负极端，同时经电阻R2、电容器C2与传感器的输出端Vout连接；同向输入端经电阻R1连接发光二极管单元的正极端，同时接地以及经电容器C3与传感器的输出端Vout连接；所述运算放大器的输出端经电阻R3与传感器的输出端Vout连接。
5.根据权利要求1或2所述的阳光光照传感器，其特征在于，所述处理电路为J‐FET微电压变换电路，用于将光伏电压经变换后转为电流进行输出。
6.根据权利要求5所述的阳光光照传感器，其特征在于，所述J‐FET微电压变换电路包括J‐FET场效应三极管，其栅极连接发光二极管单元的负极端，其漏极连接电源，源极与传感器的输出端Vout连接；其源极同时经电阻R4接地。
7.一种花盆，其特征是包括有如权利要求1、2、4或6任意一项所述的阳光光照传感器。
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