专利名称：一体式红蓝远红三色led组合补光灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种适于作室内环境的光合作用照射灯，具体是ー种光源与光照度测定仪一体式的红蓝远红三色LED组合补光灯。
背景技术：
本申请人在先申请的201220131191. I “大功率红蓝远红三色LED组合补光灯”专利，采用大功率LED组合灯，単位面积使用LED颗数少，结构简单、可靠性强、散热效果好。但该灯红光与蓝光的光照強度比(R/B)和红光与远红光的光照強度比(R/FR)不可调节，而不同的植物对R/B和R/FR的需求差异较大，故该灯只能针对特定种类的植物补光，适用面狭窄。另外该灯本身未配置一体式的光照传感器，无法测得红光、蓝光和远红光的光照強度，如要精确得到R/B和R/FR数据，则需另外借助其他光照度測定仪，安装和使用极为不便 。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供ー种一体式红蓝远红三色LED组合补光灯。解决上述技术问题采用的技术方案是本用于室内光合作用的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，由电路和硬件两部分组成，电路部分包括变压器降压电路、整流滤波电路、恒流驱动电路和三色LED串联电路；硬件部分由上至下包括电源连接线、LED光源控制器、散热器、壳体、基板和LED，LED分红光、蓝光和远红光三色，均安装在圆形基板的底面；其中一颗远红光LED安装在基板中心，红光与蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED与蓝光LED均一一间隔围绕居中的远红光LED呈等间距的圆周排列。高度可调，实时检测红光、蓝光和远红光光照強度的光照传感器安置在LED灯头下方。电路部分还增加了光照控制电路、光强检测电路和液晶显不电路；所说的红光LED为发光角120°、直径8mm、波长640nm和标准工作电流350mA的IW大功率LED ;蓝光LED为发光角120°、直径8mm、波长440nm和标准工作电流300mA的IW大功率LED ;远红光LED为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流600mA的IW大功率LED。所说的基板直径为120mm，红光LED和蓝光LED的中心点所围成的圆周内环直径为40mm,外环直径为80mm。所说的光照传感器包括红光光强检测传感器、蓝光光强检测传感器和远红光光强检测传感器，采用波长为400 500nm的蓝光2BU6硅光电池、波长为600 700nm的红光2BU6硅光电池和波长为700 800nm的远红光2BU6硅光电池组作为检测元件。本实用新型的有益效果是本补光灯集光强调节和光强检测于一体，将分体式改为一体式，携帯和安装方便，成本有所降低。根据红、蓝、远红光光强分别检测的结果来实现R/B比和R/FR比的精细调节，从而促进光合作用和控制植株形态。在满足其生长所需光照前提下，最大程度的提高光能的利用率，具有误差低、响应速度快、成本低、维护简单等优点。
图I为本实用新型结构示意图。图2为本实用新型圆形基板上红、蓝、远红光LED分布示意图。图3为本实用新型电路原理图。
具体实施方式
本实用新型下面结合实施例并參照附图作进ー步详述參见图1，在ー壳体4中固定设置一块圆形LED基板5,基板5上方配置一散热器3, — LED光源控制器2与LED6、7、8及光照传感器9相连，该控制器内部设置定时开关、按键开关和液晶显示模块，可实现定时、日控、周控等功能，并能调节LED光强和显示相关信息。大功率LED全部固定在圆形LED 基板5上，如图2所示，其中九颗红光LED6串联，九颗蓝光LED7串联，然后和远红光LED8分别接到各自的驱动电路中。选用的红光LED6为发光角120°、直径8mm、波长640nm、标准工作电流350mA的IW大功率LED ;选用的蓝光LED7为发光角120°、直径8mm、波长440nm、标准工作电流300mA的IW大功率LED ;选用的远红光LED8为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流600mA的IW大功率LED。将上述的一颗远红光LED8安装在直径为120mm的圆形基板5圆心处，其余红蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED6与蓝光LED7均一一间隔围绕居中的远红光LED8呈等间距的圆周排列。红光LED6和蓝光LED7的中心点所围成的圆周内环直径为40mm，外环直径为80mm。研究表明，植物吸收光谱的最强区域是波长为640 660nm的红光部分和波长为430 450nm的蓝光部分，蓝光有利于植物叶片的生长，红光有利于植物茎杆的生长，波长为720 800nm的远红光有利增加植株高度。合适的R/B和R/FR是培育出形态健全的植物的必要条件。因此本补光灯采用红光LED、蓝光LED和远红光LED均匀组合而成，并且其R/B和R/FR可精细调节。对草本类26种、木本类7种、大田作物8种和人工气象室20种光合作用曲线分析，其R/B比综合平均为I. 84，R/FR比综合平均为3. 5。所以本LED补光灯在标准工作电流下的R/B比设定为I. 84左右，R/FR比设定为3. 5左右。具体可视植物栽培种类通过调节红光、蓝光或远红光LED的脉冲占空比，以达到调控R/B比和R/FR比的目的，但要求在照明区域内R/B比和R/FR比尽可能均匀一致。植物的光合作用有两个反应过程即明反应和暗反应。光合作用的明反应是放出氧气的反应，暗反应是合成有机物供植物利用的反应，明反应需要光才能进行，而暗反应不需要光，在黑暗环境中进行。红蓝光的间歇照射可符合植物对明、暗反应的需求，有利于提高光合作用效果。因此本补光灯采用脉冲宽度调制(PWM)调光技术，使红蓝远红光间歇照射输出，且比例可调，满足作物需求。參见图3，本补光灯电路采用了低压恒流源，由变压器降压电路10、桥式整流滤波电路11、恒流驱动电路12，一起安装在LED光源控制器2内。220V交流电经变压器降压电路10后进入桥式整流滤波电路11，然后提供约27V电压至恒流驱动电路12，最终输出至三色LED串联电路13。变压器为成品电源变压器，參数为220V/24V、25W。D1 D4为硅整流ニ极管，采用1N4007。C1是滤波电容，采用电解电容，型号为1000 μ F/50V。IC1'IC2、IC3为恒流驱动芯片，采用目前应用广泛、廉价且性能比较稳定的PT4115。D5, D6, D7为续流ニ极管，由于工作在高频脉冲下，故采用肖特基ニ极管SS110。1^、し2、し3是整流电感，设计为50 μ H。HR3为取样电阻，控制ΡΤ4115输出电流大小，一般用以下公式计算R = 0. 1/IQUT。由于红光LED串联电路额定工作电流为350mA，蓝光LED串联电路额定工作电流为300mA，远红光LED电路额定工作电流均为600mA，故红光LED驱动电路中R1取O. 286 Ω，蓝光LED驱动电路中R2取O. 333 Ω，远红光LED驱动电路中R3取O. 167 Ω。PT4115的DM端可外接PWM脉冲或直流电压调光，由于本设计采用PWM技术调节红蓝光LED间歇照射时间比，故DIM外接由LED光源控制器2输出的PWM信号，频率设置为1000Hz。參见图3，本补光灯光照控制电路15采用增强型51单片机实现。经桥式整流滤波电路11输出的电压接至芯片IC4,最终输出5V电压至芯片IC5供电。IC4采用三端稳压器7805，IC5采用单片机STC12C5A60S，内部下载控制程序，以实现间歇照射。单片机的Pl. 3、Pl. 4和P3. 2管脚输出分别接至IC1UC2和IC3的DM端。按键TB1 TB6分别为红光亮度增大键、红光亮度减小键、蓝光亮度增大键、蓝光亮度减小键和远红光亮度增大键、远红光 亮度减小键，接至Pl. 5 Pl. 7和Pl. 1、P3. 6、P3. 7管脚，可控制输出信号的占空比按10%档位调节，以控制红光LED、蓝光LED和远红光LED间歇照射时间比。C2和R13构成单片机复位电路，在上电时对程序复位，C2可用10yF/25V电解电容，R13用IK精密电阻。C3、C4和CR1构成单片机振荡电路，提供时间基准，C3和C4可用22pF瓷片电容，CR1可用12MHz晶振。參见图3，本补光灯的光强检测电路14采用波长为400 500nm的蓝光2BU6硅光电池BU1、波长为600 700nm的红光2BU6硅光电池BU2和波长为700 800nm的远红光2BU6硅光电池BU3作为检测元件。检测完毕后可将光照传感器从灯头下移开，不影响植物采光。所用硅光电池开路电压约为2V，短路电流约为O. 2 μ A/lx，为了将短路电流转换成电压，常配合运算放大器使用，本电路中使用4路运算放大器LM324。如图3之Al即为电流-电压转换电路，因运算放大器有虚接地的特性，所以硅光电池两端的电压为零，可视为短路。且运算放大器的输入电流几乎为零，使全部的短路电流经R5,使得运算放大器的输出电压V。=-IshXR5。所以可调整R5之大小为1.7K，使得输出电压为O. 34mV/lx。因工作现场含有AC220V、50Hz之交流成分，故由R6(IOK), C5(IOyF)构成低通滤波器，将50Hz的交流成分滤除，使得转换电路之输出电压为平均照度之电压信号。而A2为ー电压跟随器(AV= 1)，作为缓冲器，使输出信号平稳，最終将模拟信号接入单片机Pl. O、Pl. 2和P3. 5端ロ进行A/D转换，从而实现分波段光强检测。參见图3，本补光灯的液晶显示电路16采用带中文字库的FYD12864-0402B液晶，这是ー种使用ST920控制器，5V电压驱动，带背光，具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接ロ方式，内部含有国标ー级、ニ级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128X64。利用该模块灵活的接ロ方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8X4行16X16点阵的汉字，也可完成图形显示。该模块与单片机级联时，其数据接ロ DBO DB7与单片机P2 ロ相连，数据/命令选择端ロ RS和读写选择端ロ R/W分别与P3. 1，P3. 2相连。可调电阻R14与液晶显示对比度调节端连接，可调节对比度。液晶模块可实现系统数据的查询，可显示红光、蓝光和远红光输出强度百分比以及检测到的红光、蓝光和远红光的光照強度。
权利要求1.ー种一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，由电路和硬件两部分組成，电路部分包括变压器降压电路(10)、整流滤波电路(11)、恒流驱动电路(12)和三色LED串联电路(13);硬件部分由上至下包括电源连接线(I)、LED光源控制器(2)、散热器(3)、壳体(4)、基板(5)和LED，LED分红光、蓝光和远红光三色，均安装在圆形基板的底面；其中一颗远红光LED(S)安装在基板中心，其特征是红光与蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED (6)与蓝光LED (7)均——间隔围绕居中的远红光LED (8)呈等间距的圆周排列；高度可调，实时检测红光、蓝光和远红光光照強度的光照传感器(9)安置在LED灯头下方，电路部分还增加了光照控制电路(15)、光强检测电路(14)和液晶显示电路(16)。
2.如权利要求I所述的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，其特征是所说的红光LED (6)为发光角120°、直径8mm、波长640nm和标准工作电流350mA的IW大功率LED;蓝光LED (7)为发光角120°、直径8mm、波长440nm和标准工作电流300mA的IW大功率LED ；远红光LED (8)为发光角120°、直径8mm、波长735nm和标准工作电流600mA的IW大功率LED。
3.如权利要求I所述的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，其特征是所说的基板(5)直径为120mm，红光LED(6)和蓝光LED(7)的中心点所围成的圆周内环直径为40mm，外环直径为80mm。
4.如权利要求I所述的一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，其特征是所说的光照传感器(9)包括红光光强检测传感器、蓝光光强检测传感器和远红光光强检测传感器，采用波长为400 500nm的蓝光2BU6硅光电池、波长为600 700nm的红光2BU6硅光电池和波长为700 800nm的远红光2BU6硅光电池。
专利摘要一种一体式红蓝远红三色LED组合补光灯，包括变压器降压电路(10)、整流滤波电路(11)、恒流驱动电路(12)、三色LED串联电路(13)、光照控制电路(15)、光强检测电路(14)和液晶显示电路(16)；灯体由上至下包括电源连接线(1)、LED光源控制器(2)、散热器(3)、壳体(4)、基板(5)、LED和光照传感器(9)。LED分红光、蓝光和远红光三色，红、蓝光LED呈内外两环排列，内环六颗，外环十二颗，每环中红光LED(6)与蓝光LED(7)均一一间隔围绕居中的远红光LED(8)呈等间距的圆周排列。光照传感器(9)安置在LED灯头下方。本补光灯根据光强检测结果来实现R/B比和R/FR比的精细调节，提高光合作用效果，具有误差低、响应速度快、成本低、携带和安装方便等优点。
文档编号F21V19/00GK202660403SQ20122033259
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者周国泉, 徐一清, 王悦悦 申请人:浙江农林大学