專(zhuān)利名稱(chēng)：一種led用于植物光照的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種用LED照明系統(tǒng)對(duì)植物進(jìn)行光照的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前為植物提供光照的光源主要有高壓鈉燈、日光燈。近來(lái)隨著大功率白光LED 的技術(shù)突破以及在很多高照度場(chǎng)合的成功應(yīng)用，以L(fǎng)ED為主光源成為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中替代傳 統(tǒng)照明的新趨勢(shì)。植物生長(zhǎng)的每個(gè)栽培架上，都裝有一塊或幾塊燈板。燈板的光源可以由LED陣列 組成，其中以高亮度大功率白光LED為主，燈板上按一定距離插入紅光、藍(lán)光和紫外光LED， 并且以不同比例均勻分布。由于太陽(yáng)光對(duì)于植物光照而言是全波段的，紅光、藍(lán)光、紫外線(xiàn)、 紅外線(xiàn)等都包括，因此，燈板的光譜也應(yīng)接近自然光。設(shè)計(jì)一種以白光LED為主光源輔以其 它光色LED組成的可控光源并按照植物的生長(zhǎng)特征合成光譜，這種光譜綜合特性更有利于 植物的生長(zhǎng)需求。這種LED陣列燈板在大范圍使用時(shí)，各個(gè)燈板之間沒(méi)有通信功能，成為各 自獨(dú)立的單元，無(wú)法對(duì)整個(gè)照明區(qū)域?qū)嵭兄悄芄芾恚瑹舭逡矡o(wú)熱保護(hù)控制、報(bào)警系統(tǒng)，存在 安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)一種帶有光源驅(qū)動(dòng)、散熱管理，通信功能、區(qū)域聯(lián) 網(wǎng)的LED植物光照控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種LED用于植物光照的控制系 統(tǒng)，由多塊光照單元構(gòu)成，每個(gè)光照單元上設(shè)置有LED驅(qū)動(dòng)電路、電控單元和均勻分布多種 波長(zhǎng)的LED，不同波長(zhǎng)的LED光源配以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，所述的驅(qū)動(dòng)電路由電控單元控制， 植物光照控制系統(tǒng)還包括中央總控系統(tǒng)，由CAN總線(xiàn)連接并支持各個(gè)光照單元和遠(yuǎn)端中央 總控系統(tǒng)。所述的光照單元上設(shè)置的LED光源中白光LED為主，紅光、藍(lán)光、紫外光、紅外光為 輔。所述的光照單元設(shè)置于鋁制燈殼內(nèi)，所述的燈殼內(nèi)還設(shè)置有散熱風(fēng)扇和溫度傳感
ο所述的溫度傳感器分別監(jiān)控LED底座、基板和散熱片上的多點(diǎn)溫度，并將檢測(cè)信 號(hào)傳遞給電控單元，電控單元根據(jù)此監(jiān)控信號(hào)控制降低LED光源的功耗、開(kāi)啟散熱風(fēng)扇或
者發(fā)出警告信息。所述的光照單元上還設(shè)置有光色傳感器和光亮傳感器，所述的光色傳感器和光亮 傳感器將監(jiān)測(cè)信號(hào)傳遞給電控單元，電控單元根據(jù)此監(jiān)測(cè)信號(hào)與和中央總控系統(tǒng)的指令對(duì) 比并實(shí)時(shí)控制LED驅(qū)動(dòng)電路。所述的驅(qū)動(dòng)電路的端口可以外接功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。所述的LED光源排列成LED陣列，所述的LED陣列可以是條形、圓形或者不規(guī)則形。一種LED用于植物光照系統(tǒng)的散熱預(yù)警控制系統(tǒng)，由溫度傳感器實(shí)時(shí)將溫度信號(hào) 傳遞給電控單元由電控單元判斷當(dāng)LED底座基板溫度升高達(dá)到了電控單元預(yù)設(shè)警戒值 時(shí)，電控單元調(diào)節(jié)降低LED光源的功耗；當(dāng)散熱器溫度到達(dá)預(yù)設(shè)警戒值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)可調(diào)速 的散熱風(fēng)扇；當(dāng)溫度到達(dá)預(yù)設(shè)警戒值繼續(xù)升高并到一個(gè)臨界值或者監(jiān)測(cè)點(diǎn)異?；蛘吖庹諉?元故障時(shí)，電控單元通過(guò)CAN總線(xiàn)向周?chē)庹諉卧l(fā)出故障信息的同時(shí)向遠(yuǎn)端的中央總控 系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并發(fā)出告警信號(hào)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本系統(tǒng)獨(dú)立光照單元靈活地搭建和分組并入工廠(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 中，在中央總控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下構(gòu)成了植物生長(zhǎng)較為理想的可控光照系統(tǒng)，這種合成的 光照更有利于植物的生長(zhǎng)。精準(zhǔn)的報(bào)警系統(tǒng)和有效的散熱系統(tǒng)，也提高了這個(gè)控制系統(tǒng)的 安全穩(wěn)定性。


下面對(duì)本發(fā)明說(shuō)明書(shū)各幅附圖表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1為L(zhǎng)ED用于植物光照的控制系統(tǒng)的原理框圖上述圖中的標(biāo)記均為1、電控單元；2、CAN總線(xiàn)；3、中央總控系統(tǒng)；4、LED光源；5、 驅(qū)動(dòng)電路；6、溫度傳感器；7、光亮傳感器；8、光色傳感器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)的原理框圖可知，此植物光照的控制 系統(tǒng)主要由電控單元1、CAN總線(xiàn)2、中央總控系統(tǒng)3、LED光源4、驅(qū)動(dòng)電路5、溫度傳感器6、 光亮傳感器7、光色傳感器8構(gòu)成。其中LED驅(qū)動(dòng)電路5、電控單元1和均勻分布的多種顏 色或波長(zhǎng)的LED光源4構(gòu)成光照單元，整個(gè)植物光照的控制系統(tǒng)有多個(gè)這樣的光照單元，根 據(jù)具體的照射面積而定，光照單元上的LED光源4中白光LED為主，紅光、藍(lán)光、紫外光、紅 外光為輔，這些LED光源4按照一定的間隔陣列在燈板上組成的可控光源并按照植物的生 長(zhǎng)特征合成光譜，這種光譜綜合特性更有利于植物的生長(zhǎng)需求。不同顏色的LED光源4配 以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路5，所述的驅(qū)動(dòng)電路5由電控單元1控制，CAN總線(xiàn)2連接并支持各個(gè)光 照單元和中央總控系統(tǒng)3，所述的電控單元1對(duì)燈板上的LED陣列獨(dú)立點(diǎn)亮管理的同時(shí)還可 以在光照單元與光照單元之間、光照單元與植物工廠(chǎng)的中央總控系統(tǒng)3之間通過(guò)CAN總線(xiàn) 2交換數(shù)據(jù)，接受中央總控系統(tǒng)3對(duì)不同植物在不同生長(zhǎng)期對(duì)光譜合成的控制指令。電控單元1擔(dān)負(fù)著對(duì)不同波長(zhǎng)LED光源4獨(dú)立點(diǎn)亮、光通量和光譜色質(zhì)可調(diào)控制 以及溫度檢測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)等功能。還可根據(jù)工廠(chǎng)中央總控系統(tǒng)3的調(diào)光指令，電控單元1隨 中央總控系統(tǒng)3的指令產(chǎn)生不同特征的綜合光譜，本發(fā)明的LED用植物光照的控制系統(tǒng)為 植物生長(zhǎng)提供可控的LED光源4光照，不僅提供植物所需的光照而且利用特定波長(zhǎng)的LED 單色光對(duì)特定的害蟲(chóng)的吸引力，達(dá)到有針對(duì)性地進(jìn)行誘蟲(chóng)、滅蟲(chóng)作用。由于燈板上密集了各種波長(zhǎng)的LED光源4、測(cè)光傳感器及其各路LED的驅(qū)動(dòng)電路 5，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路5分別輸入不同的PWM信號(hào)及亮度、溫度管理，因此需要一個(gè)性能較高的多 端口電控單元1控制芯片。控制單元1不僅管理光照單元上各種波長(zhǎng)LED的亮度控制和光 色合成，還要根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)電路5的工作特性，對(duì)光照單元的工作狀態(tài)和外部干擾實(shí)施保護(hù)，同時(shí)還對(duì)光照單元的合成光譜、亮度、溫度進(jìn)行檢測(cè)。 電控單元1采用)(C164芯片，其輸入端口監(jiān)控大功率LED底座基板的溫度，這個(gè)觀(guān) 察點(diǎn)接近LED的結(jié)溫，是保護(hù)LED不至于熱損壞的關(guān)鍵，同時(shí)對(duì)各LED散熱器多點(diǎn)的溫度循 環(huán)檢測(cè)，管理光照單元的熱平衡保護(hù)控制。XC164的輸入口還將設(shè)置于光照單元上的光亮 傳感器7和光色傳感器8探頭的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出光色合成效果并與中央總控系 統(tǒng)3的配光指令進(jìn)行比對(duì)并實(shí)時(shí)調(diào)控。XC164的輸出端口分別輸出不同的PWM信號(hào)控制驅(qū) 動(dòng)電路5(可以采用AMIS 39100)的驅(qū)動(dòng)電流，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各路不同波長(zhǎng)LED的亮度控制以及 對(duì)LT3755白光大功率LUXEON LAFL-C4S的驅(qū)動(dòng)。電控單元1在控制LED光源4亮度的同 時(shí)還實(shí)施對(duì)光照單元過(guò)壓保護(hù)，過(guò)流保護(hù)、反向保護(hù)、短路保護(hù)、浪涌保護(hù)、系統(tǒng)診斷等。
光照單元的安全和可靠工作的關(guān)鍵是LED光源4的散熱，它關(guān)系到LED光源4的壽 命、光衰、色偏移等重要指標(biāo)。我們將光照單元設(shè)置于鋁制燈殼內(nèi)，并在燈殼內(nèi)還設(shè)置有散 熱風(fēng)扇和溫度傳感器6，用溫度傳感器6分別監(jiān)控LED底座基板和散熱片上的多點(diǎn)溫度，并 將檢測(cè)信號(hào)傳遞給電控單元1，電控單元1根據(jù)此監(jiān)控信號(hào)控制降低LED光源4的功耗、開(kāi) 啟散熱風(fēng)扇或者發(fā)出警告信息。所述的溫度傳感器6實(shí)時(shí)將溫度信號(hào)傳遞給電控單元1由 電控單元1判斷當(dāng)LED底座基板溫度升高達(dá)到了電控單元1預(yù)設(shè)警戒值時(shí)，電控單元1調(diào) 節(jié)降低LED光源4的功耗；當(dāng)散熱器溫度到達(dá)預(yù)設(shè)警戒值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇，電控單元 1可以根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)的部位和溫度值，確定強(qiáng)制風(fēng)冷區(qū)域的風(fēng)扇位置和風(fēng)速，必要時(shí)調(diào)整PWM 驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)以減小LED功耗；當(dāng)溫度到達(dá)預(yù)設(shè)警戒值繼續(xù)升高并到一個(gè)臨界值或者監(jiān)測(cè) 點(diǎn)異?；蛘吖庹諉卧收蠒r(shí)，電控單元1通過(guò)CAN總線(xiàn)2向周?chē)庹諉卧l(fā)出故障信息的 同時(shí)向遠(yuǎn)端中央總控系統(tǒng)3提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并發(fā)出告警信號(hào)。設(shè)置于鋁制燈殼內(nèi)的光照單元的燈板設(shè)有由LED光源4構(gòu)成的LED陣列，其排列 方式根據(jù)照射場(chǎng)合的不同可以是矩形、條形或圓形，陣列上白光LED的數(shù)量可以按照實(shí)際 所需的總光通量和單個(gè)LED的光通量之比計(jì)算獲得。LED光源4所需的驅(qū)動(dòng)電路5需要具有很高的抗高溫和高可靠性，可以分別提供 8路LED輸出驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器的每個(gè)輸出能夠達(dá)350mA電流，如果端口外接功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)可獲得更高的驅(qū)動(dòng)電流，并且具有過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)和低電壓保護(hù)功 能。當(dāng)芯片內(nèi)部電路檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)存在的情況下自動(dòng)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)程序并將故障的診斷狀態(tài) 通過(guò)串口讀取。我們采用驅(qū)動(dòng)電路5的芯片是AMIS 39100，其可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)8個(gè)LED光源4。每 條支路的驅(qū)動(dòng)電流由光照單元電控單元IECU編程控制，這只IC所具備的保護(hù)功能、分控特 點(diǎn)、很適合燈板上其它波長(zhǎng)LED的分別受控點(diǎn)亮。AMIS39100同時(shí)控制8個(gè)不同波長(zhǎng)LED與 LT3755大功率白光LED的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，可以在燈板上獲得近似太陽(yáng)光的綜合光譜。根據(jù)栽培區(qū)植物的不同，采用不同的光譜配比和光照控制程序。栽培區(qū)也經(jīng)常隨 植物種類(lèi)不同而疊放栽培架和增減燈板。由于同一個(gè)植物栽培區(qū)內(nèi)的光照由幾個(gè)或幾十個(gè) 光照單元共同完成，因此，要求實(shí)現(xiàn)光照單元的發(fā)光一致性、相互統(tǒng)一性，區(qū)域管理同步性， 實(shí)現(xiàn)光照單元與其它監(jiān)控設(shè)備之間、光照單元與光照單元之間、光照單元與中央總控系統(tǒng)3 之間的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)管理。因此必須構(gòu)建一種靈活、實(shí)時(shí)、可靠的通信方式和適合于即插即用靈 活多變的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此我們選用CAN總線(xiàn)2，CAN(ControIlerArea Network)控制器局域 網(wǎng)絡(luò)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，與一般的通信總線(xiàn)相比，CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。通信介質(zhì)可以是低成本的雙絞線(xiàn)。由于網(wǎng)絡(luò)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干 擾幾率低，具有很好的抗干擾效果。綜上，LED照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及到多端口分別控制的LED驅(qū)動(dòng)、光譜合成、光源 散熱管理、系統(tǒng)控制與通信等諸多技術(shù)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)不同波長(zhǎng)LED光譜特征配比、PWM電路 多路驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、電控單元1及監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)構(gòu)成了光照單元。光照單元上配備相應(yīng)傳感 器以及控制點(diǎn)亮程序構(gòu)成植物栽培LED照明系統(tǒng)的獨(dú)立點(diǎn)亮單元。點(diǎn)亮單元實(shí)現(xiàn)了大功率 LED驅(qū)動(dòng)電路5的亮度可調(diào)、光色可調(diào)以及散熱保護(hù)、管理單元之間通信等功能。研究結(jié)果 表明，植物栽培以L(fǎng)ED為人工光源，不僅節(jié)能、環(huán)保，而且由于LED的亮度、色溫、光譜的可 控制性以及獨(dú)立點(diǎn)亮、系統(tǒng)控制、靈活便利特點(diǎn)使LED照明控制系統(tǒng)更適合植物栽培的需 求。當(dāng)獨(dú)立點(diǎn)亮單元靈活地搭建和分組并入栽培的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，在遠(yuǎn)端的中央總控系統(tǒng)3 的統(tǒng)一管理下構(gòu)成了植物栽培較為理想的可控光照系統(tǒng)，這種合成的光照更有利于植物的 生長(zhǎng)。
權(quán)利要求
1.一種LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，由多塊光照單元構(gòu)成，每個(gè)光照單元上設(shè)置有 LED驅(qū)動(dòng)電路(5)、電控單元(1)和均勻分布的多種顏色或波長(zhǎng)LED光源G)，不同顏色波長(zhǎng) 的LED光源(4)配以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路(5)，所述的驅(qū)動(dòng)電路(5)由電控單元⑴控制，其特 征在于植物光照的控制系統(tǒng)還包括中央總控系統(tǒng)(3)，由CAN總線(xiàn)(2)連接并支持各個(gè)光 照單元和遠(yuǎn)端的中央總控系統(tǒng)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光照單 元上設(shè)置的LED光源(4)中白光LED為主，紅光、藍(lán)光、紫外光、紅外光為輔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光 照單元設(shè)置于鋁制燈殼內(nèi)，所述的燈殼內(nèi)還設(shè)置有散熱風(fēng)扇和溫度傳感器(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳 感器(6)分別監(jiān)控LED底座基板和散熱片上的多點(diǎn)溫度，并將檢測(cè)信號(hào)傳遞給電控單元 (1)，電控單元(1)根據(jù)此監(jiān)控信號(hào)控制降低LED光源的功耗、開(kāi)啟散熱風(fēng)扇或者發(fā)出
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的光照單 元上還設(shè)置有光色傳感器(8)和光亮傳感器(7)，所述的光色傳感器(8)和光亮傳感器(7) 將監(jiān)測(cè)信號(hào)傳遞給電控單元(1)，電控單元(1)根據(jù)此監(jiān)測(cè)信號(hào)與和中央總控系統(tǒng)( 的指 令對(duì)比并實(shí)時(shí)控制驅(qū)動(dòng)電路(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng) 電路(5)的端口外接有功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的LED光 源(4)排列成LED陣列，所述的LED陣列可以是條形、圓形或者不規(guī)則形。
8.—種LED用于植物光照系統(tǒng)的散熱預(yù)警控制系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器 (6)實(shí)時(shí)將溫度信號(hào)傳遞給電控單元(1)由電控單元(1)判斷當(dāng)LED底座基板溫度升高 達(dá)到了電控單元(1)預(yù)設(shè)警戒值時(shí)，電控單元(1)調(diào)節(jié)降低LED光源(4)的功耗；當(dāng)散熱器 溫度到達(dá)預(yù)設(shè)警戒值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)散熱調(diào)速風(fēng)扇；當(dāng)溫度到達(dá)預(yù)設(shè)警戒值繼續(xù)升高并到一 個(gè)臨界值或者監(jiān)測(cè)點(diǎn)異?；蛘吖庹諉卧收蠒r(shí)，電控單元(1)通過(guò)CAN總線(xiàn)O)向周?chē)?照單元發(fā)出故障信息的同時(shí)向遠(yuǎn)端中央總控系統(tǒng)(3)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并發(fā)出告警信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種LED用于植物光照的控制系統(tǒng)，由多塊光照單元構(gòu)成，每個(gè)光照單元上設(shè)置有LED驅(qū)動(dòng)電路、電控單元和均勻分布的多種顏色LED光源，不同顏色的LED光源配以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，所述的驅(qū)動(dòng)電路由電控單元控制，植物光照控制系統(tǒng)還包括遠(yuǎn)端的中央總控系統(tǒng)，由CAN總線(xiàn)連接并支持各個(gè)光照單元和中央總控系統(tǒng)。獨(dú)立光照單元靈活地搭建和分組并入栽培的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，在中央總控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下構(gòu)成了植物栽培較為理想的可控光照系統(tǒng)，這種合成的光照更有利于植物的生長(zhǎng)。精準(zhǔn)的報(bào)警系統(tǒng)和有效的散熱系統(tǒng)，也提高了這個(gè)控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)A01G9/20GK102144508SQ201010577159
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
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