一种生物照明管理系统的制作方法

1.本发明涉及养殖照明装置技术领域，尤其涉及一种生物照明管理系统。


背景技术：

2.随着社会的进步，人们对禽类的需求越来越大， 所以出现了很多大型的科学化禽类养殖厂。禽类的集中科学养殖提高了禽类肉蛋的产量， 同时也加大了禽类受外界自然环境影响而造成的损失，如众所周知的禽流感病毒会在几天内令整个养殖厂的禽类感染死亡。
3.为了减小外界自然环境对禽类的影响，目前各养殖厂的禽舍多已采用密闭结构， 此种密闭结构的禽舍就需要人工光源来照明，从而保证禽类的正常生长。现在禽舍所用的照明设备通常为普通的节能灯，亮度单一、亮度调节不便，造成功耗大、浪费能源，且无法有效模拟出自然光的昼夜亮度差，影响禽类的生长和产蛋率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种生物照明管理系统，旨在模拟出太阳光照，以减少能耗，并使人工光源更适于禽类生长。
5.本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种生物照明管理系统，包括有主控单片机以及与所述主控单片机电连接的数据存储模块、第一灯条驱动模块、控制面板和显示屏幕，还包括与所述第一灯条驱动模块电连接的主控灯条；所述数据存储模块设有灯光亮度预设值；所述控制面板用于编辑所述灯光亮度预设值和选定所述灯光亮度预设值，并将该编辑的灯光亮度预设值和该选定的灯光亮度预设值保存至所述数据存储模块；所述主控单片机用于根据该选定的灯光亮度预设值输出对应的灯光亮度信号；所述第一灯条驱动模块用于根据所述灯光亮度信号驱动所述主控灯条发光；所述显示屏幕用于显示所述控制面板的操作状态。
6.作为本发明进一步的方案：还包括有与所述主控单片机电连接的分控驱动模块，与所述分控驱动模块电连接的分控单片机，与所述分控单片机电连接的第二灯条驱动模块，以及与所述第二灯条驱动模块电连接的分控灯条；所述分控驱动模块用于接入所述灯光亮度信号，所述分控单片机用于根据所述灯光亮度信号驱动所述第二灯条驱动模块，并使所述第二灯条驱动模块驱动所述分控灯条发光。
7.作为本发明进一步的方案：所述控制面板设有用于控制所述主控单片机的主控自动模式档、主控手动模式档和主控手动亮度旋钮，以及设有用于控制所述分控单片机的分控外部模式档、分控手动模式档和分控手动亮度旋钮，所述主控手动亮度旋钮用于手动控制所述主控灯条的亮度，所述分控手动亮度旋钮用于手动控制所述分控灯条的亮度；其中，打开所述主控自动模式档，所述主控灯条的亮度受所述灯光亮度信号控制；打开所述主控
手动模式档，所述主控灯条的亮度受所述主控手动亮度旋钮控制；打开所述分控外部模式档，所述分控灯条的亮度受所述主控单片机控制；打开所述分控手动模式档，所述分控灯条的亮度受所述分控手动亮度旋钮控制。
8.作为本发明进一步的方案：所述数据存储模块包括有flash模块。
9.作为本发明进一步的方案：所述分控驱动模块包括有rs485驱动电路或0~10v输入输出驱动电路。
10.作为本发明进一步的方案：所述第一灯条驱动模块和所述第二灯条驱动模块均包括有灯条驱动电路，所述灯条驱动电路设置有可控硅，所述灯光亮度信号用于调控所述可控硅的通断时间以实现对所述主控灯条和分控灯条的亮度调节。
11.作为本发明进一步的方案：所述主控单片机内置有色温模块，所述色温模块用于产生所述灯光亮度信号，所述灯光亮度信号包括有a路色温亮度信号和b路色温亮度信号，所述主控单片机设有a路引脚和b路引脚，所述a路引脚用于输出所述a路色温亮度信号，所述b路引脚用于输出所述b路色温亮度信号。
12.作为本发明进一步的方案：还包括有电源供电模块和电源检测模块，所述电源检测模块用于电路保护，所述主控灯条包括有led，所述分控灯条包括有led。
13.作为本发明进一步的方案：还包括有温度检测模块，所述温度检测模块与所述主控单片机电连接，所述温度检测模块用于检测所述可控硅的温度。
14.作为本发明进一步的方案：所述显示屏幕显示有多个灯条工作模板，任一所述灯条工作模板对应有天数编辑目录，所述天数编辑目录显示有多个天数编辑程序，任一所述天数编辑程序对应有工作时间表，所述工作时间表显示有多个参数，任一所述参数为所述灯光亮度预设值。
15.本发明的有益效果：本发明的技术方案，通过采用预先设定好灯光亮度预设值并储存至所述数据存储模块中，以控制灯条的亮度，在一天24小时不同的时段设定不同的灯光亮度预设值，从而更好地模拟出太阳光照，以接近自然光的生物照明，既有效减少能耗，又能够使光照更适于禽类生长。具体地，通过操作控制面板以预先设定好在一天24小时不同时段的灯光亮度预设值，主控单片机再根据该灯光亮度预设值输出相匹配的灯光亮度信号，灯光亮度信号随不同的灯光亮度预设值的改变而改变，灯条随灯光亮度信号的变化而发出不同亮度的光。
附图说明
16.图1为本发明的整体电路框图。
17.图2为本发明中所述主控单片机的电路图。
18.图3为本发明中为所述灯条驱动电路（即所述第一灯条驱动模块和所述第二灯条驱动模块）的电路图。
19.图4为本发明中所述控制面板的按键电路图。
20.图5为本发明中所述控制面板的电路图，其中a处为控制板接口的电路图，b处为转换接口的电路图。
21.图6为本发明中所述手动亮度旋钮的电路图。
22.图7为本发明中所述数据存储模块的电路图，即所述flash模块的电路图。
23.图8为本发明中所述显示屏幕的接口的电路图。
24.图9为本发明中所述rs485驱动电路的电路图。
25.图10为本发明中所述0~10v输入输出驱动电路的电路图。
26.图11为本发明中所述电源供电模块的电路图，其中c处为ac-dc电源转换电路和ldo降压电路，d处为电源采集电路。
27.图12为本发明的另一电路框图。
28.图13为本发明中所述显示屏幕在显示所述灯条工作模板状态下的示意图。
29.图14为本发明中所述显示屏幕在显示所述天数编辑目录状态下的示意图。
30.图15a和图15b均为所述显示屏幕显示所述工作时间表在编辑状态下的示意图，图15c为本发明中所述显示屏幕显示所述工作时间表完成编辑后在预览状态下的示意图。
31.图16为本发明中的所述显示屏幕在自动模式状态下显示灯条（包括所述主控灯条和所述分控灯条）的亮度随工作时间变化的曲线图，其中y方向为亮度轴，x方向为时间轴。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明进行详细的描述。
33.如图1~16所示，在本发明实施例中提供了一种生物照明管理系统，包括有主控单片机以及与所述主控单片机电连接的数据存储模块、第一灯条驱动模块、控制面板和显示屏幕，还包括与所述第一灯条驱动模块电连接的主控灯条；所述数据存储模块设有灯光亮度预设值；所述控制面板用于编辑所述灯光亮度预设值和选定所述灯光亮度预设值，并将该编辑的灯光亮度预设值和该选定的灯光亮度预设值保存至所述数据存储模块；所述主控单片机用于根据该选定的灯光亮度预设值输出对应的灯光亮度信号；所述第一灯条驱动模块用于根据所述灯光亮度信号驱动所述主控灯条发光；所述显示屏幕用于显示所述控制面板的操作状态，以及用于显示所述主控单片机输出的显示信号。其中，所述主控灯条发光的亮度与所述灯光亮度信号相匹配。
34.本发明的技术方案，通过采用预先设定好灯光亮度预设值并储存至所述数据存储模块中，以控制灯条的亮度，在一天24小时不同的时段设定不同的灯光亮度预设值，从而更好地模拟出太阳光照，以接近自然光的生物照明，既有效减少能耗，又能够使光照更适于禽类生长。具体地，通过操作控制面板以预先设定好在一天24小时不同时段的灯光亮度预设值，主控单片机再根据该灯光亮度预设值输出相匹配的灯光亮度信号，灯光亮度信号随不同的灯光亮度预设值的改变而改变，灯条随灯光亮度信号的变化而发出不同亮度的光。其中，所述主控单片机内置pwm模块，通过pwm调光实现无极调光，使主控灯条可实现缓慢调节亮度，即使灯光亮度信号的转变是渐变缓冲和平滑的，避免主控灯条的亮度变化过快而出现频闪，从而使光照稳定，有效防止禽类受到灯光刺激会发生惊群现象，进一步有效保障禽类的生长和产蛋率；参考图15a或图15b中工作时间表的爬升和下降参数，以及图15c中预览状态下的曲线图的斜坡式调光，其中爬升参数为控制灯条亮度平滑升高的，下降参数为控制灯条亮度平滑降低的；参考图16的亮度与工作时间关系的曲线图。
35.进一步方案，还包括有与所述主控单片机电连接的分控驱动模块，与所述分控驱
动模块电连接的分控单片机，与所述分控单片机电连接的第二灯条驱动模块，以及与所述第二灯条驱动模块电连接的分控灯条；所述分控驱动模块用于接入所述灯光亮度信号，所述分控单片机用于根据所述灯光亮度信号驱动所述第二灯条驱动模块，并使所述第二灯条驱动模块驱动所述分控灯条发光。通过分控驱动模块实现一个主控单片机带动多个分控单片机。具体地，所述主控单片机和所述分控单片机采用同一型号的mcu，如图2所示，其中所述主控单片机包括有gd32f350rbt6，所述分控单片机包括有gd32f350rbt6。
36.进一步方案，所述控制面板设有用于控制所述主控单片机的主控自动模式档、主控外部模式档、主控手动模式档和主控手动亮度旋钮，以及设有用于控制所述分控单片机的分控自动模式档、分控外部模式档、分控手动模式档和分控手动亮度旋钮，所述主控手动亮度旋钮用于手动控制所述主控灯条的亮度，所述分控手动亮度旋钮用于手动控制所述分控灯条的亮度；其中，打开所述主控自动模式档，所述主控灯条的亮度受所述灯光亮度信号控制；打开所述主控手动模式档，所述主控灯条的亮度受所述主控手动亮度旋钮控制；打开所述分控外部模式档，所述分控灯条的亮度受所述主控单片机控制,具体是取决于所述主控单片机是选择打开所述主控自动模式档还是所述主控手动模式档；打开所述分控手动模式档，所述分控灯条的亮度受所述分控手动亮度旋钮控制。具体地，参考图12，主控自动模式档适配有自动模式按键（如图4的sw7），分控外部模式档对应有分控外部模式按键（如图4的sw8），主控手动模式档和分控手动模式档分别适配有手动模式按键（如图8的sw6），主控手动亮度旋钮和分控手动亮度旋钮分别适配有旋钮键（其电路图如图6所示）。需要说明的是，由于主控单片机与分控单片机采用统一型号的mcu，因此附图中电路图的主控部分与分控部分会有重复，以下不再赘述。
37.进一步方案，所述数据存储模块包括有flash模块。具体地，所述flash模块为flash存储器，参考图7。
38.进一步方案，所述分控驱动模块包括有rs485驱动电路或0~10v输入输出驱动电路。既可通过rs485通讯接口实现一个主机带多个从机，即主控单片机带多个分控单片机，参考图9。也可通过传统的0~10v输入输出驱动电路使主控单片机带多个分控单片机，参考图10。
39.进一步方案，所述第一灯条驱动模块和所述第二灯条驱动模块均包括有灯条驱动电路，所述灯条驱动电路设置有可控硅，所述灯光亮度信号用于调控所述可控硅的通断时间以实现对所述主控灯条和分控灯条的亮度调节。具体地，所述灯光亮度信号采用pwm信号，通过工作时间表所设定的参数，以改变pwm信号的占空比，从而实现调节所述可控硅的通断时间，最终完成对主控灯条和分控灯条的亮度调节。图3所示为灯条驱动电路的电路图，其中灯条驱动电路包括有可控硅，如图3中的d6和d9；以及包括光电隔离器，如图3中的u2和u3。其中，主控灯条和/或分控灯条电连接到图3中的端子j2和j3。
40.进一步方案，所述主控单片机内置有色温模块，所述色温模块用于产生所述灯光亮度信号，所述灯光亮度信号包括有a路色温亮度信号和b路色温亮度信号，所述主控单片机设有a路引脚和b路引脚，所述a路引脚用于输出所述a路色温亮度信号，所述b路引脚用于输出所述b路色温亮度信号。具体地，参考图2中的u7a，主控单片机设有用于输出所述a路色温亮度信号的a路引脚pa0（即第14脚），以及设有用于输出所述b路色温亮度信号的引脚pa1
（即第15脚）；参考图3，所述灯条驱动电路设有分别与所述a路色温亮度信号和所述b路色温亮度信号相对应的pwma端和pwmb端，其分别与图2中的主控单片机u7a的pwma端和pwmb端电连接；参考图9，其中所述分控单片机电连接于j9。采用色温模块提高模拟环境灯光的适用性，可设置不同色温的灯条，例如主控灯条或分控灯条均分别设有a路冷色温led和b路暖色温led，其中a路冷色温led电连接于如图3所示灯条驱动电路的la端的j2连接端，b路暖色温led电连接于如图3所示灯条驱动电路的lb端的j3连接端；通过在显示屏幕的工作时间表中设定具体的参数，以控制a路冷色温led和b路暖色温led的亮度，具体是控制a路色温亮度信号的参数和控制b路色温亮度信号的参数，以使a路引脚输出与所设定参数相对应的a路色温亮度信号，b路引脚输出与所设定参数相对应的b路色温亮度信号，从而使主控灯条和分控灯条可分别独立调控不同色温led的亮度。具体地，分控单片机的型号与主控单片机的相同。
41.进一步方案，还包括有电源供电模块和电源检测模块，所述电源检测模块用于电路保护，所述主控灯条包括有led，所述分控灯条包括有led。具体地，通过电源供电模块给所述一种生物照明管理系统提供供电电源，参考图11为所述电源供电模块的电路图，其中c处为ac-dc电源转换电路和ldo降压电路。具体地，电源检测模块包括有电源检测芯片（如图11中d处的u11），参考图11和图3，电源检测芯片u11的vp端、ca_p端、ca_n端、cb_p端、cb_n端分别与灯条驱动电路（图3）中的vp端、ca_p端、ca_n端、cb_p端、cb_n端对应电连接，图3中设有电压互感器pt1，以及电流互感器ct1和ct2；其中，通过电压互感器pt1变换电压，并通过vp端输出以给电源检测芯片u11采集电压值；通过电流互感器ct1和ct2将高电流转换成低电流，并通过ca_p端、ca_n端、cb_p端、cb_n端输出给电源检测芯片u11以采集电流值；当该电压值或该电流值大于阈值时，便会触发安全保护机制，即电源检测芯片u11通过发送通断指令给主控单片机u7a（如图2），从而使主控单片机u7a控制电路通断，同时控制显示屏幕显示报警界面，以及控制报警led灯d29（如图4所述的d29）点亮。具体地，所述主控灯条包括有a路冷色温led和b路暖色温led，所述分控灯条也包括有a路冷色温led和b路暖色温led。
42.进一步方案，还包括有温度检测模块，所述温度检测模块与所述主控单片机电连接，所述温度检测模块用于检测所述可控硅的温度，以防止所述可控硅因温度过高而烧毁，有效增加使用寿命和减少安全隐患。具体地，所述温度检测模块的电路图如图2所示，采用热敏电阻rt2以采集图3中可控硅d6和可控硅d9的温度数据，并通过adc实现ad转换以将该温度数据发送至主控单片机u7a的pb1端，当该温度数据大于阈值，主控单片机u7a便会触发安全保护机制，使主控单片机u7a控制电路通断，同时控制显示屏幕显示报警界面，以及控制报警led灯d29（如图4所述的d29）点亮。
43.进一步方案，所述显示屏幕显示有多个灯条工作模板，任一所述灯条工作模板对应有天数编辑目录，所述天数编辑目录显示有多个天数编辑程序，任一所述天数编辑程序对应有工作时间表，所述工作时间表显示有多个参数，任一所述参数为所述灯光亮度预设值。
44.整体实施例：显示屏幕显示有多个灯条工作模板，每一个所述灯条工作模板都对应多个天数编辑程序，每一个天数编辑程序都对应一个工作时间表，操作人员通过观察显示屏幕，并操作控制面板，以在工作时间表中输入具体参数，即输入所述灯光亮度预设值（以下简称参数），
然后点击保存以将所设定好的工作时间表储存至flash模块中，工作时间表中的参数用于调节主控灯条和分控灯条在24小时内不同时间段的亮度。具体地，显示屏幕显示有三种用于控制灯条亮度的工作模式，分别为自动模式、手动模式和外部模式，控制面板设有与其对应的三个控制按键，分别为自动模式按键、手动亮度旋钮和外部模式按键，其中，主控单片机和分控单片机均分别具有上述三种工作模式；主控单片机中：选择自动模式时，主控灯条的亮度调节受控于工作时间表中所预设的参数，即受控于所述灯光亮度信号的pwm占空比调节；选择外部模式时，主控单片机受控于与其连接的其他主控制器，但由于主控单片机作为主控单元，因此外部模式对主控单片机无意义，即主控灯条熄灭；选择手动模式时，主控灯条的亮度调节受控于手动亮度旋钮，旋拧该手动亮度旋钮，以调节主控灯条的亮度；分控单片机中：选择外部模式时，分控灯条的亮度调节受控于主控单片机控制，即若主控单片机选择自动模式时，分控灯条的亮度调节受控于主控单片机中的工作时间表所预设的参数，而不需要另外设置分控单片机中的工作时间表，实现一机多控；若主控单片机选择手动模式时，分控灯条的亮度调节受控于主控单片机的手动亮度旋钮的控制，实现一机多控；分控单片机选择自动模式时，分控灯条的亮度受控于与分控单片机中的工作时间表参数控制，但由于分控单片机中并未设置数据存储模块和工作时间表，而是受控于主控单片机的工作时间表的参数，因此分控单片机选择自动模式时无意义，即此时分控灯条熄灭。
45.具体地，观察显示屏幕，并操作控制面板点选对应的工作模式。参考图4和图5，图5中j10为薄膜开关电路图，图4中的按键及其指示灯与图5中j10电连接；按下图4中用于控制外部模式档的外部模式按键sw8时，以将外部模式打开；主控单片机中，按下图4的自动模式按键sw7时，自动模式打开，以触发亮度调节信号，并发送至控制板接口（即图5的j11），再由控制板接口经转换接口（如图5b处的j4为接口转换芯片）传输至主控单片机，然后再选定任一种已预先编辑设定好的工作时间表具体参数的灯条工作模板，主控单片机接收该亮度调节信号，并读取与所选定的灯条工作模板相对应的工作时间表的参数，从而根据该参数输出相对应的灯光亮度信号，以发送给与主控单片机电连接的第一灯条驱动模块（如图1和3）和分控驱动模块（如图9或图10），第一灯条驱动模块（如图1和3）根据该灯光亮度信号驱动主控灯条发出相对应亮度的光，分控驱动模块根据该灯光亮度信号控制分控单片机，使分控单片机控制第二灯条驱动模块（如图1和3）驱动分控灯条发出相对应亮度的光照。参考图3，具体是通过该灯光亮度信号以改变pwm信号的占空比，以调节第一灯条驱动模块中的可控硅和/或第二灯条驱动模块中的可控硅（如图3的d6和d9）的导通时间，从而改变流过所述主控灯条和所述分控灯条的交流电的正弦波，进而改变输出功率，实现灯条亮度的可调节。参考图3，为所述第一灯条驱动模块的电路，其中a路冷色温led的灯光亮度信号由主控单片机u7a的第14脚输出至图3中的pwma端，并经由u2光电隔离后发送至可控硅d6，从而控制可控硅d6的导通时间，以调节连接于j2的主控灯条中（具体是a路冷色温led）的亮度；同理，b路暖色温led的灯光亮度信号从图3中的pwmb端进入，并经由u3光电隔离后发送至可控硅d9，从而控制可控硅d9的导通时间，进而控制j3的主控灯条（具体是b路暖色温led）的亮度。
46.手动模式：主控单片机中，选择手动模式时，参考图4，按下sw6，手动模式档打开，
旋拧图6中用于控制主控单片机的手动亮度旋钮（即图12中的主控手动亮度旋钮），以实现手动调节主控灯条的亮度， 具体是通过旋拧手动亮度旋钮，发送手动亮度信号给主控单片机，主控单片机根据该手动亮度信号输出对应的pwm信号给第一灯条驱动模块，以改变pwm信号的占空比，并调节如图3中第一灯条驱动模块的灯条驱动电路中可控硅d6和d9的导通时间，进而改变输出功率，从而实现手动调节分控灯条的亮度；分控单片机中，选择手动模式时，参考图4，按下sw6，手动模式档打开，分控灯条的亮度不受主控单片机的控制，旋拧图6中用于控制分控单片机的手动亮度旋钮（即图12中的分控手动亮度旋钮），以实现手动调节分控灯条的亮度，具体是通过旋拧手动亮度旋钮，发送手动亮度信号给分控单片机，分控单片机根据该手动亮度信号输出对应的pwm信号给第二灯条驱动模块，以改变pwm信号的占空比，并调节如图3中第二灯条驱动模块的灯条驱动电路中可控硅d6和d9的导通时间，进而改变输出功率，从而实现手动调节分控灯条的亮度。
47.主控部分的电路图的连接：具体地，图2为所述主控单片机的电路；图7为所述数据存储模块的电路，即flash模块，其中u12的引脚接到u7a的对应引脚,，具体的引脚之间的连接关系图中已示出；图3为所述第一灯条驱动模块的电路，其中主控灯条中的a路冷色温led接到j2中，所述主控灯条中的b路暖色温led接到j3，其中d6为受控于a路色温亮度信号的可控硅（型号优选bta41-800b），d9为受控于b路色温亮度信号的可控硅（型号优选bta41-800b），其中pwma端和pwmb端分别电连接于主控单片机的电路中u7a的第14脚pwma端和第15脚pwmb端；图4为所述控制面板上的按键电路，图6中为所述手动亮度旋钮的电路，图4和图6分别电连接于图5中a处的j10薄膜开关电路，再由j10电连接于图5中a处的控制板接口电路j11， j11再电连接于转换接口（图5中b处的j4）；图4中sw6为手动模式的按键，sw7为自动模式的按键，sw8为外部模式的按键，图5中a处为所述控制面板上的接口电路，其中，所述控制面板上的接口电路与所述主控单片机之间通过转换接口连接，如图5中b处为该转化接口的转接电路的电路图，具体的引脚之间的连接关系图中已示出；图6为所述控制面板上的所述手动亮度旋钮的电路，电接于j11的对应引脚；图7为所述flash模块的电路，其中输出端与图2中u7a的对应引脚相连接，具体的引脚之间的连接关系图中已示出；图8为所述显示屏幕的显示屏接口的电路，其中j12的第3脚和第4脚分别电接于u7a的第16脚和第17脚；据上述主控部分的基础上，加上分控部分的电路图的连接：优选地，分控单片机的型号采用与主控单片机的相同（如图2中u7a及u7b所示）；第二灯条驱动模块和第一灯条驱动模块均采用相同的驱动电路，即所述灯条驱动电路（如图3所示）；当所述分控驱动模块采用rs485驱动电路时，图9为所述rs485驱动电路的电路图，其中u10为rs485芯片，优选型号为max13085，分控单片机的输入端电接于j9，分控单片机的输出端电接于第二灯条驱动模块的输入端，即如图3中的pwma端和pwmb端，第二灯条驱动模块与分控灯条的a路冷色温led和b路暖色温led的连接关系与第一灯条驱动模块和主控灯条的连接关系相同，即均分别连接于各灯条驱动电路中的j2和j3（如图3中的j2和j3）；当所述分控驱动模块采用0~10v输入输出驱动电路时，如图10为所述0~10v输入输出驱动电路的电路图，其中dc0-10v调压和dc0-10v输入为a/d转换过程，j13于主控单片机连接，j7与分控单片机连接。
48.综上所述可知本发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。
49.以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。