CN208300401U - 一种环境自检led植物补光灯 - Google Patents

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Abstract

一种环境自检LED植物补光灯，包括光照检测单元、中央处理器、步进电机单元和LED补光单元。多个所述光照检测单元周设于需要培育的植物周围，用于检测植物周围各个方向的光照强度信息，并发送给所述中央处理器，所述中央处理器通过与预先设置的植物生长光饱和点进行比较，根据光照强度的差异发送控制指令给所述植物LED补光单元，所述中央处理器通过处理多个所述光照检测单元发送来的植物周边光照信息，分析光照分布情况，根据光照分布情况发送控制指令给所述步进电机单元。本实用新型通过检测培育植物周围的光照强度和光照分布情况，自动调节LED光源的强度和照射方向，还能够匹配植物生长周期需要的光源波段，实现节能高效补光的目的。

Description

一种环境自检LED植物补光灯
技术领域
本实用新型涉及物联网技术领域，尤其涉及一种环境自检LED植物补光灯。
背景技术
物联网是指通过各种物理信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的数据信息，通过互联网形成一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便对物的识别、管理和控制。
光照与作物的生长有密切的关系。最大限度的捕捉光能，充分发挥植物光合作用的潜力，将直接关系到农业生产的效益。近年来由于市场需求的推动，普遍采用温室大棚生产反季节花卉、瓜果、蔬菜等，由于冬春两季日照时间短，作物生长缓慢，产量低，因此急需进行补光。
目前在植物生长光补偿中应用的人工光源有LED灯、金属卤灯等，这些光源应用在植物生长中存在着缺欠：其一，光谱基本为线状谱线，并与植物光合吸收光谱匹配不理想，能够被植物吸收的只是个别波段的光，其他波段的光都被浪费，不节能；其二，补光灯补光方向单一，达不到全方位补光，对植物生长造成影响。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种环境自检LED植物补光灯，实现对植物光照环境的监控，调整LED灯光的光强、红蓝光配置比例和光照方向，实现增强补光效果、光源波段控制、匹配植物吸收光源波段，提高光源利用率，避免了光源波段浪费的目的。
为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术措施：提供具有以下结构的环境自检 LED植物补光灯，包括光照检测单元、中央处理器、步进电机单元和LED补光单元。
多个所述光照检测单元周设于需要培育的植物周围，用于检测植物周围各个方向的光照强度信息，并发送给所述中央处理器，所述中央处理器通过与预先设置的植物生长光饱和点进行比较，根据光照强度的差异发送控制指令给所述植物LED补光单元，所述中央处理器通过处理多个所述光照检测单元发送来的植物周边光照信息，分析光照分布情况，根据光照分布情况发送控制指令给所述步进电机单元。
所述步进电机单元包括PLC控制器、步进电机驱动器以及步进电机，所述PLC控制器接收和解析所述中央处理器发送的控制指令，产生脉冲和方向信号，并将所述脉冲和方向信号发送到所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器包括环形脉冲分配器和功率放大驱动电路，所述环形脉冲分配器根据PLC控制器输入的所述脉冲和方向信号，为步进电机各绕组提供正确的通电顺序，所述功率放大驱动电路将所述PLC控制器解析出来的逻辑电平信号转换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号，所述步进电机受所述步进电机驱动器输出的电流信号驱动转动。
所述LED补光单元包括补光驱动电路和LED光源电路。
所述LED光源电路安装在所述步进电机上，跟随所述步进电机转动，所述LED光源电路采用红蓝光比例选择开关，所述中央处理器根据预设的植物生长周期下发控制指令使红光和蓝光的比例在4:1和9:1之间调节。
所述补光驱动电路根据所述中央处理器的控制指令驱动控制所述LED光源电路，包括输入保护电路、EMI整流滤波器、PFC电路、降压式恒流控制电路、调光电路和输出电路，所述输入保护电路直接与市电连接，所述EMI整流滤波器与所述输入保护电路连接，所述PFC 电路与所述EMI整流滤波器连接，所述降压式恒流控制电路与所述PFC电路连接，所述调光电路与所述降压式恒流控制电路连接，所述调光电路根据所述中央处理器的控制指令调节所述降压式恒流控制电路的输出电流，所述输出电路连接所述降压式恒流控制电路和所述LED 光源电路，为所述LED光源电路提供驱动电流。
作为进一步改进的，所述光照检测单元采用数字光强度检测模块，直接输出数字信号发送给中央处理器。
作为进一步改进的，根据所述需要培育的植物的不同，所述中央处理器的预设的光补偿点和植物生长周期是可调的。
作为进一步改进的，还包括时钟单元，所述时钟单元与所述中央处理器连接，根据植物光合作用时间规律为所述中央处理器提供时钟标准，所述中央处理器根据时钟标准控制所述 LED补光单元的运行。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：
1、通过多个所述光照检测单元周设于所述需要培育的植物周围，能够定量检测所述需要培育的植物周围的光照强度和光照分布，有利于对补光强度和范围进行更加精确的调整。
2、通过设置所述LED补光单元，能够根据所述需要培育的植物周围的光照强度对所述 LED补光单元的发光强度进行调节，同时可以根据植物生长周期对所述LED补光单元的红蓝光灯比例进行调整，提高所述LED补光单元的补光效果，提高光源利用效率。
3、通过设置所述步进电机单元，能够根据光强分布状况的不同由所述步进电机单元带动调节所述LED补光单元的照射方向，调整所述需要培育的植物周围的光照强度分布情况，提高植物吸收光源能量的效率，实现全方位补光，提高补光效果。
4、根据所述需要培育的植物的不同，能够调节所述中央处理器的预设的光补偿点和植物生长周期，能够适应为多种植物补光，提高为多种植物补光的效果，提高了所述环境自检LED 植物补光灯的适应性。
5、通过所述时钟单元提供的时钟标准，能够实现对植物光合作用时间的精确控制，避免因光照时间过长对植物造成的影响，同时也避免光照时间的不足无法达到充分对植物进行补光，提高了所述环境自检LED植物补光灯的补光效果。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的环境自检LED植物补光灯的系统结构图；
图2为本实用新型实施例提供的步进电机单元的系统结构图；
图3为本实用新型实施例提供的步进电机驱动器的系统结构图；
图4为本实用新型实施例提供的LED补光单元的系统结构图；
图5为本实用新型实施例提供的补光驱动电路的系统结构图；
图标：1-光照检测单元；2-中央处理器；3-步进电机单元；31-PLC控制器；32-步进电机驱动器；321-环形脉冲分配器；322-功率放大驱动电路；33-步进电机；4-LED补光单元；41- 补光驱动电路；411-输入保护电路；412-EMI整流滤波器；413-PFC电路；414-降压式恒流控制电路；415-调光电路；416-输出电路；42-LED光源电路；5-时钟单元。
具体实施方式
为使本专利的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
请参照图1、图2、图3、图4、图5，本实用新型提供一种环境自检LED植物补光灯，包括光照检测单元1、中央处理器2、步进电机单元3和LED补光单元4。
多个光照检测单元1周设于需要培育的植物周围，用于检测植物周围各个方向的光照强度信息，并发送给中央处理器2，中央处理器2通过与预先设置的植物生长光饱和点进行比较，根据光照强度的差异发送控制指令给植物LED补光单元4，中央处理器2通过处理多个光照检测单元1发送来的植物周边光照信息，分析光照分布情况，根据光照分布情况发送控制指令给步进电机单元3。
光照检测单元1利用光照传感器检测出植物周围环境的光照情况，采集信息发送给中央处理器2。中央处理器2通过与预先设置好的植物最佳生长光照相比较，发送给植物LED补光单元4。光照检测单元1还具有监测植物周围环境是否存在光照不均的能力，发送信号给中央处理器2，中央处理器2经过运算和处理发送指令给步进电机单元3，步进单元3根据指令运行，调整补光灯的照射方向。
步进电机单元3包括PLC控制器31、步进电机驱动器32以及步进电机33，PLC控制器31接收和解析中央处理器2发送的控制指令，产生脉冲和方向信号，并将脉冲和方向信号发送到步进电机驱动器32，步进电机驱动器32根据PLC控制器31输入的脉冲和方向信号，为步进电机33各绕组提供正确的通电顺序，以及电机需要的高电压、大电流，同时提供各种保护措施，比如过流、过热等。
步进电机驱动器32包括环形脉冲分配器321和功率放大驱动电路322，环形脉冲分配器 321根据PLC控制器31输入的脉冲和方向信号，为步进电机33各绕组提供正确的通电顺序，功率放大驱动电路322将PLC控制器31解析出来的逻辑电平信号转换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号，步进电机33受步进电机驱动器32输出的电流信号驱动转动。通过步进电机33调整光源的照射方向，能够调整光照分布的不均，帮助植物更好地吸收光源的能量，提高补光效率，减少电能消耗。
LED补光单元4包括补光驱动电路41和LED光源电路42。LED光源电路42安装在步进电机33上，跟随步进电机33转动，LED光源电路42采用红蓝光比例选择开关，中央处理器2根据预设的植物生长周期下发控制指令使红光和蓝光的比例在4:1和9:1之间调节，调节红光和蓝光的比例，达到光源波段控制，匹配植物在不同生长阶段需要吸收的光源波段，提高光源利用率，避免了光源波段的浪费。
补光驱动电路41根据中央处理器2的控制指令驱动控制LED光源电路42，包括输入保护电路411，输入保护电路411直接连接市电，驱动电路中，经常有高温、过电压和过电流等极端情况的产生，为了保证使LED能够正常补光。还包括EMI整流滤波器412，EMI整流滤波器412 将交流电转换成直流电，同时防止电路中的开关管、整流二极管等电磁干扰源的影响，提高电路的安全性。还包括PFC电路413，PFC电路413提高驱动电路的功率因数，同时，可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。还包括降压式恒流控制电路414，降压式恒流控制电路414的作用有：第一，因为市电经过EMI整流滤波器412后，是直流220V，需要降压到LED正常工作的额定电压；第二，LED要保持其亮度稳定要使其输出电流保持恒定。还包括调光电路415，调光电路415根据中央处理器2的控制指令调节降压式恒流控制电路414的输出电流。还包括输出电路416，输出电路416连接降压式恒流控制电路414和LED光源电路42，为LED光源电路42提供驱动电流。
在本实用新型的实施例中，光照检测单元1采用数字光强度检测模块，直接输出数字信号，直接可以传递给中央处理器2，无需再单独设置A/D转换装置，提高了信号的准确性，避免了转换过程中的失帧问题，提高了光照检测单元1的感光性。
根据需要培育的植物的不同，中央处理器2的预设的光补偿点和植物生长周期是可调的，提高了环境自检LED植物补光灯产品的适应性，能够根据需要匹配不同的植物类型，降低了使用人员的更换成本。
在本实用新型的其他实施例中，环境自检LED植物补光灯还包括时钟单元5，时钟单元 5与中央处理器2连接，根据植物光合作用时间规律为中央处理器2提供时钟标准，中央处理器2根据时钟标准控制LED补光单元4的运行。植物生长存在作息规律，合适的光照时间能够最大化地帮助植物生长，反之如果光照时间过长，植物会产生枯黄等问题，妨碍植物健康生长，通过设置时钟单元5严格控制光照时间，匹配植物的光合作用规律，增强环境自检 LED植物补光灯的补光效果，提高补光效率，并避免了能量浪费。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (4)

1.一种环境自检LED植物补光灯，其特征在于，包括光照检测单元、中央处理器、步进电机单元和LED补光单元；
多个所述光照检测单元周设于需要培育的植物周围，用于检测植物周围各个方向的光照强度信息，并发送给所述中央处理器，所述中央处理器通过与预先设置的植物生长光饱和点进行比较，根据光照强度的差异发送控制指令给所述植物LED补光单元，所述中央处理器通过处理多个所述光照检测单元发送来的植物周边光照信息，分析光照分布情况，根据光照分布情况发送控制指令给所述步进电机单元；
所述步进电机单元包括PLC控制器、步进电机驱动器以及步进电机，所述PLC控制器接收和解析所述中央处理器发送的控制指令，产生脉冲和方向信号，并将所述脉冲和方向信号发送到所述步进电机驱动器，所述步进电机驱动器包括环形脉冲分配器和功率放大驱动电路，所述环形脉冲分配器根据PLC控制器输入的所述脉冲和方向信号，为步进电机各绕组提供正确的通电顺序，所述功率放大驱动电路将所述PLC控制器解析出来的逻辑电平信号转换成电机绕组所需的具有一定功率的电流信号，所述步进电机受所述步进电机驱动器输出的电流信号驱动转动；
所述LED补光单元包括补光驱动电路和LED光源电路；
所述LED光源电路安装在所述步进电机上，跟随所述步进电机转动，所述LED光源电路采用红蓝光比例选择开关，所述中央处理器根据预设的植物生长周期下发控制指令使红光和蓝光的比例在4:1和9:1之间调节；
所述补光驱动电路根据所述中央处理器的控制指令驱动控制所述LED光源电路，包括输入保护电路、EMI整流滤波器、PFC电路、降压式恒流控制电路、调光电路和输出电路，所述输入保护电路直接与市电连接，所述EMI整流滤波器与所述输入保护电路连接，所述PFC电路与所述EMI整流滤波器连接，所述降压式恒流控制电路与所述PFC电路连接，所述调光电路与所述降压式恒流控制电路连接，所述调光电路根据所述中央处理器的控制指令调节所述降压式恒流控制电路的输出电流，所述输出电路连接所述降压式恒流控制电路和所述LED光源电路，为所述LED光源电路提供驱动电流。
2.根据权利要求1所述的环境自检LED植物补光灯，其特征在于，所述光照检测单元采用数字光强度检测模块，直接输出数字信号发送给中央处理器。
3.根据权利要求1所述的环境自检LED植物补光灯，其特征在于，根据所述需要培育的植物的不同，所述中央处理器的预设的光补偿点和植物生长周期是可调的。
4.根据权利要求1所述的环境自检LED植物补光灯，其特征在于，还包括时钟单元，所述时钟单元与所述中央处理器连接，根据植物光合作用时间规律为所述中央处理器提供时钟标准，所述中央处理器根据时钟标准控制所述LED补光单元的运行。
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