專利名稱：一體式紅藍遠紅三色led組合補光燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種適于作室內(nèi)環(huán)境的光合作用照射燈，具體是ー種光源與光照度測定儀一體式的紅藍遠紅三色LED組合補光燈。
背景技術：
本申請人在先申請的201220131191. I “大功率紅藍遠紅三色LED組合補光燈”專利，采用大功率LED組合燈，単位面積使用LED顆數(shù)少，結(jié)構簡單、可靠性強、散熱效果好。但該燈紅光與藍光的光照強度比(R/B)和紅光與遠紅光的光照強度比(R/FR)不可調(diào)節(jié)，而不同的植物對R/B和R/FR的需求差異較大，故該燈只能針對特定種類的植物補光，適用面狹窄。另外該燈本身未配置一體式的光照傳感器，無法測得紅光、藍光和遠紅光的光照強度，如要精確得到R/B和R/FR數(shù)據(jù)，則需另外借助其他光照度測定儀，安裝和使用極為不便 。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是提供ー種一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈。解決上述技術問題采用的技術方案是本用于室內(nèi)光合作用的一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈，由電路和硬件兩部分組成，電路部分包括變壓器降壓電路、整流濾波電路、恒流驅(qū)動電路和三色LED串聯(lián)電路；硬件部分由上至下包括電源連接線、LED光源控制器、散熱器、殼體、基板和LED，LED分紅光、藍光和遠紅光三色，均安裝在圓形基板的底面；其中一顆遠紅光LED安裝在基板中心，紅光與藍光LED呈內(nèi)外兩環(huán)排列，內(nèi)環(huán)六顆，外環(huán)十二顆，每環(huán)中紅光LED與藍光LED均一一間隔圍繞居中的遠紅光LED呈等間距的圓周排列。高度可調(diào)，實時檢測紅光、藍光和遠紅光光照強度的光照傳感器安置在LED燈頭下方。電路部分還增加了光照控制電路、光強檢測電路和液晶顯不電路；所說的紅光LED為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長640nm和標準工作電流350mA的IW大功率LED ;藍光LED為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長440nm和標準工作電流300mA的IW大功率LED ;遠紅光LED為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長735nm和標準工作電流600mA的IW大功率LED。所說的基板直徑為120mm，紅光LED和藍光LED的中心點所圍成的圓周內(nèi)環(huán)直徑為40mm,外環(huán)直徑為80mm。所說的光照傳感器包括紅光光強檢測傳感器、藍光光強檢測傳感器和遠紅光光強檢測傳感器，采用波長為400 500nm的藍光2BU6硅光電池、波長為600 700nm的紅光2BU6硅光電池和波長為700 800nm的遠紅光2BU6硅光電池組作為檢測元件。本實用新型的有益效果是本補光燈集光強調(diào)節(jié)和光強檢測于一體，將分體式改為一體式，攜帯和安裝方便，成本有所降低。根據(jù)紅、藍、遠紅光光強分別檢測的結(jié)果來實現(xiàn)R/B比和R/FR比的精細調(diào)節(jié)，從而促進光合作用和控制植株形態(tài)。在滿足其生長所需光照前提下，最大程度的提高光能的利用率，具有誤差低、響應速度快、成本低、維護簡單等優(yōu)點。

圖I為本實用新型結(jié)構示意圖。圖2為本實用新型圓形基板上紅、藍、遠紅光LED分布示意圖。圖3為本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型下面結(jié)合實施例并參照附圖作進ー步詳述參見圖1，在ー殼體4中固定設置一塊圓形LED基板5,基板5上方配置一散熱器3, — LED光源控制器2與LED6、7、8及光照傳感器9相連，該控制器內(nèi)部設置定時開關、按鍵開關和液晶顯示模塊，可實現(xiàn)定時、日控、周控等功能，并能調(diào)節(jié)LED光強和顯示相關信息。大功率LED全部固定在圓形LED 基板5上，如圖2所示，其中九顆紅光LED6串聯(lián)，九顆藍光LED7串聯(lián)，然后和遠紅光LED8分別接到各自的驅(qū)動電路中。選用的紅光LED6為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長640nm、標準工作電流350mA的IW大功率LED ;選用的藍光LED7為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長440nm、標準工作電流300mA的IW大功率LED ;選用的遠紅光LED8為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長735nm和標準工作電流600mA的IW大功率LED。將上述的一顆遠紅光LED8安裝在直徑為120mm的圓形基板5圓心處，其余紅藍光LED呈內(nèi)外兩環(huán)排列，內(nèi)環(huán)六顆，外環(huán)十二顆，每環(huán)中紅光LED6與藍光LED7均一一間隔圍繞居中的遠紅光LED8呈等間距的圓周排列。紅光LED6和藍光LED7的中心點所圍成的圓周內(nèi)環(huán)直徑為40mm，外環(huán)直徑為80mm。研究表明，植物吸收光譜的最強區(qū)域是波長為640 660nm的紅光部分和波長為430 450nm的藍光部分，藍光有利于植物葉片的生長，紅光有利于植物莖桿的生長，波長為720 800nm的遠紅光有利增加植株高度。合適的R/B和R/FR是培育出形態(tài)健全的植物的必要條件。因此本補光燈采用紅光LED、藍光LED和遠紅光LED均勻組合而成，并且其R/B和R/FR可精細調(diào)節(jié)。對草本類26種、木本類7種、大田作物8種和人工氣象室20種光合作用曲線分析，其R/B比綜合平均為I. 84，R/FR比綜合平均為3. 5。所以本LED補光燈在標準工作電流下的R/B比設定為I. 84左右，R/FR比設定為3. 5左右。具體可視植物栽培種類通過調(diào)節(jié)紅光、藍光或遠紅光LED的脈沖占空比，以達到調(diào)控R/B比和R/FR比的目的，但要求在照明區(qū)域內(nèi)R/B比和R/FR比盡可能均勻一致。植物的光合作用有兩個反應過程即明反應和暗反應。光合作用的明反應是放出氧氣的反應，暗反應是合成有機物供植物利用的反應，明反應需要光才能進行，而暗反應不需要光，在黑暗環(huán)境中進行。紅藍光的間歇照射可符合植物對明、暗反應的需求，有利于提高光合作用效果。因此本補光燈采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光技術，使紅藍遠紅光間歇照射輸出，且比例可調(diào)，滿足作物需求。參見圖3，本補光燈電路采用了低壓恒流源，由變壓器降壓電路10、橋式整流濾波電路11、恒流驅(qū)動電路12，一起安裝在LED光源控制器2內(nèi)。220V交流電經(jīng)變壓器降壓電路10后進入橋式整流濾波電路11，然后提供約27V電壓至恒流驅(qū)動電路12，最終輸出至三色LED串聯(lián)電路13。變壓器為成品電源變壓器，參數(shù)為220V/24V、25W。D1 D4為硅整流ニ極管，采用1N4007。C1是濾波電容，采用電解電容，型號為1000 μ F/50V。IC1'IC2、IC3為恒流驅(qū)動芯片，采用目前應用廣泛、廉價且性能比較穩(wěn)定的PT4115。D5, D6, D7為續(xù)流ニ極管，由于工作在高頻脈沖下，故采用肖特基ニ極管SS110。1^、し2、し3是整流電感，設計為50 μ H。HR3為取樣電阻，控制ΡΤ4115輸出電流大小，一般用以下公式計算R = 0. 1/IQUT。由于紅光LED串聯(lián)電路額定工作電流為350mA，藍光LED串聯(lián)電路額定工作電流為300mA，遠紅光LED電路額定工作電流均為600mA，故紅光LED驅(qū)動電路中R1取O. 286 Ω，藍光LED驅(qū)動電路中R2取O. 333 Ω，遠紅光LED驅(qū)動電路中R3取O. 167 Ω。PT4115的DM端可外接PWM脈沖或直流電壓調(diào)光，由于本設計采用PWM技術調(diào)節(jié)紅藍光LED間歇照射時間比，故DIM外接由LED光源控制器2輸出的PWM信號，頻率設置為1000Hz。參見圖3，本補光燈光照控制電路15采用增強型51單片機實現(xiàn)。經(jīng)橋式整流濾波電路11輸出的電壓接至芯片IC4,最終輸出5V電壓至芯片IC5供電。IC4采用三端穩(wěn)壓器7805，IC5采用單片機STC12C5A60S，內(nèi)部下載控制程序，以實現(xiàn)間歇照射。單片機的Pl. 3、Pl. 4和P3. 2管腳輸出分別接至IC1UC2和IC3的DM端。按鍵TB1 TB6分別為紅光亮度增大鍵、紅光亮度減小鍵、藍光亮度增大鍵、藍光亮度減小鍵和遠紅光亮度增大鍵、遠紅光 亮度減小鍵，接至Pl. 5 Pl. 7和Pl. 1、P3. 6、P3. 7管腳，可控制輸出信號的占空比按10%檔位調(diào)節(jié)，以控制紅光LED、藍光LED和遠紅光LED間歇照射時間比。C2和R13構成單片機復位電路，在上電時對程序復位，C2可用10yF/25V電解電容，R13用IK精密電阻。C3、C4和CR1構成單片機振蕩電路，提供時間基準，C3和C4可用22pF瓷片電容，CR1可用12MHz晶振。參見圖3，本補光燈的光強檢測電路14采用波長為400 500nm的藍光2BU6硅光電池BU1、波長為600 700nm的紅光2BU6硅光電池BU2和波長為700 800nm的遠紅光2BU6硅光電池BU3作為檢測元件。檢測完畢后可將光照傳感器從燈頭下移開，不影響植物采光。所用硅光電池開路電壓約為2V，短路電流約為O. 2 μ A/lx，為了將短路電流轉(zhuǎn)換成電壓，常配合運算放大器使用，本電路中使用4路運算放大器LM324。如圖3之Al即為電流-電壓轉(zhuǎn)換電路，因運算放大器有虛接地的特性，所以硅光電池兩端的電壓為零，可視為短路。且運算放大器的輸入電流幾乎為零，使全部的短路電流經(jīng)R5,使得運算放大器的輸出電壓V。=-IshXR5。所以可調(diào)整R5之大小為1.7K，使得輸出電壓為O. 34mV/lx。因工作現(xiàn)場含有AC220V、50Hz之交流成分，故由R6(IOK), C5(IOyF)構成低通濾波器，將50Hz的交流成分濾除，使得轉(zhuǎn)換電路之輸出電壓為平均照度之電壓信號。而A2為ー電壓跟隨器(AV= 1)，作為緩沖器，使輸出信號平穩(wěn)，最終將模擬信號接入單片機Pl. O、Pl. 2和P3. 5端ロ進行A/D轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)分波段光強檢測。參見圖3，本補光燈的液晶顯示電路16采用帶中文字庫的FYD12864-0402B液晶，這是ー種使用ST920控制器，5V電壓驅(qū)動，帶背光，具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接ロ方式，內(nèi)部含有國標ー級、ニ級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128X64。利用該模塊靈活的接ロ方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8X4行16X16點陣的漢字，也可完成圖形顯示。該模塊與單片機級聯(lián)時，其數(shù)據(jù)接ロ DBO DB7與單片機P2 ロ相連，數(shù)據(jù)/命令選擇端ロ RS和讀寫選擇端ロ R/W分別與P3. 1，P3. 2相連。可調(diào)電阻R14與液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端連接，可調(diào)節(jié)對比度。液晶模塊可實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢，可顯示紅光、藍光和遠紅光輸出強度百分比以及檢測到的紅光、藍光和遠紅光的光照強度。
權利要求1.ー種一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈，由電路和硬件兩部分組成，電路部分包括變壓器降壓電路(10)、整流濾波電路(11)、恒流驅(qū)動電路(12)和三色LED串聯(lián)電路(13);硬件部分由上至下包括電源連接線(I)、LED光源控制器(2)、散熱器(3)、殼體(4)、基板(5)和LED，LED分紅光、藍光和遠紅光三色，均安裝在圓形基板的底面；其中一顆遠紅光LED(S)安裝在基板中心，其特征是紅光與藍光LED呈內(nèi)外兩環(huán)排列，內(nèi)環(huán)六顆，外環(huán)十二顆，每環(huán)中紅光LED (6)與藍光LED (7)均——間隔圍繞居中的遠紅光LED (8)呈等間距的圓周排列；高度可調(diào)，實時檢測紅光、藍光和遠紅光光照強度的光照傳感器(9)安置在LED燈頭下方，電路部分還增加了光照控制電路(15)、光強檢測電路(14)和液晶顯示電路(16)。
2.如權利要求I所述的一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈，其特征是所說的紅光LED (6)為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長640nm和標準工作電流350mA的IW大功率LED;藍光LED (7)為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長440nm和標準工作電流300mA的IW大功率LED ；遠紅光LED (8)為發(fā)光角120°、直徑8mm、波長735nm和標準工作電流600mA的IW大功率LED。
3.如權利要求I所述的一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈，其特征是所說的基板(5)直徑為120mm，紅光LED(6)和藍光LED(7)的中心點所圍成的圓周內(nèi)環(huán)直徑為40mm，外環(huán)直徑為80mm。
4.如權利要求I所述的一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈，其特征是所說的光照傳感器(9)包括紅光光強檢測傳感器、藍光光強檢測傳感器和遠紅光光強檢測傳感器，采用波長為400 500nm的藍光2BU6硅光電池、波長為600 700nm的紅光2BU6硅光電池和波長為700 800nm的遠紅光2BU6硅光電池。
專利摘要一種一體式紅藍遠紅三色LED組合補光燈，包括變壓器降壓電路(10)、整流濾波電路(11)、恒流驅(qū)動電路(12)、三色LED串聯(lián)電路(13)、光照控制電路(15)、光強檢測電路(14)和液晶顯示電路(16)；燈體由上至下包括電源連接線(1)、LED光源控制器(2)、散熱器(3)、殼體(4)、基板(5)、LED和光照傳感器(9)。LED分紅光、藍光和遠紅光三色，紅、藍光LED呈內(nèi)外兩環(huán)排列，內(nèi)環(huán)六顆，外環(huán)十二顆，每環(huán)中紅光LED(6)與藍光LED(7)均一一間隔圍繞居中的遠紅光LED(8)呈等間距的圓周排列。光照傳感器(9)安置在LED燈頭下方。本補光燈根據(jù)光強檢測結(jié)果來實現(xiàn)R/B比和R/FR比的精細調(diào)節(jié)，提高光合作用效果，具有誤差低、響應速度快、成本低、攜帶和安裝方便等優(yōu)點。
文檔編號F21V19/00GK202660403SQ20122033259
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月4日 優(yōu)先權日2012年7月4日
發(fā)明者周國泉, 徐一清, 王悅悅 申請人:浙江農(nóng)林大學