一种基于红蓝光亮度可调的led植物光源系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED灯系统的设计，具体涉及根据植物在不同阶段的光照需求来 设计的一种红蓝光亮度可调的LED植物光源系统的电路设计，本发明属于电子技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着LED技术的发展，各式各样的人造植物光源已经大量的出现在市场上。当前 的人造植物光源是依据人眼的视觉函数曲线，针对人对光谱的灵敏度而设计的，理论基础 是光度学，但是针对植物而言，由于植物的光合作用对光谱的需求是由选择性的，其选择光 谱的特点与人眼的视觉函数曲线有着本质的区别，因此用普通的照明光源作为植物生长的 照射光源光效低，针对性差。多数的LED植物灯按照固定的比例使用红蓝光灯珠，并只能进 行开光控制，没有以系统的思路来开发LED光源产品，不能满足植物在不同阶段的光质、光 强和光周期的要求。光质是植物生长重要的环境因子，对植物的形态建设、生理代谢、生长 发展、基因表达及植物的品质有广泛的作用。植物光合作用速率是由400nm~700nm中植物 所能吸收的光子数目决定，而与各光谱所送出的光子数目并不相关。植物光合作用不需要 的光谱，给再多也没有用，就是说，植物只能接收一定量特定波长的光作为光合作用，其他 波长和过量的特定波长的光对植物并没有益处。根据植物光合作用的光谱吸收图，可以知 道采用红光和蓝光组合的LED光源，可实现植物最大的光能利用率。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明的目的是能提供一种由红蓝组合的LED植物光源，并且红 蓝光的光亮度在植物生长的不同阶段是可调的。提出了利用单片机编程来实现调光信号和 调光输出的非线性关系（如指数、平方等关系）的方法，使得人眼感觉的调光是一个线性平 稳的过程。本发明主要应用于优化植物生长的光照环境。具体技术方案如下： 一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，由直流稳压电路、PIC6F505单片机、 基于BCR32IU单片机的红蓝LED的驱动电路组成；其特征在于：所述PIC16F505单片 机产生的两个PWM矩形脉冲信号去控制BCR321U芯片；再由此去改变红蓝LED的驱动 电流以及功率，以此来改变红蓝LED的光亮度；设PIC16F505输出的PffM矩形脉冲为 V^)，即BCR321U的输入脉冲为V^)，经过BCR321U内部的RC充放电路后的电压为vj):
矩形脉冲的傅里叶变换式为：
红光LED和蓝光LED得到的电流分别为和，红光LED和蓝光LED的输入 功率分别为和/^,，则：
式中:霧为增益电路的增益系数，决、也分别为控制红光LED驱动和蓝光LED驱动的BCR321U集成芯片中双向可控硅的导通角，T为RC的时间系数，R为等效电阻，V21^是v々） 的峰值。
[0004] 进一步的，利用单片机编程来实现调光信号和调光输出的非线性关系，使得人眼 感觉的调光是一个线性平稳的过程。
[0005] 进一步的，利用双向可控硅的集成芯片BCR321U，在集成电路中有RC充放电路、增 益电路。
[0006] 进一步的，利用脉冲驱动的方法，利用单片机具有的PffM端口，在不改变PffM矩形 波周期的条件下，通过调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比。
[0007] 进一步的，利用双向可控硅的导通角的，建立导通角与红光LED还有蓝光LED的电 流、功率之间的关系式。
[0008] 进一步的，以红光LED和蓝光LED组合形成的植物光源，对植物生长需要的光谱具 体较强的针对性，促进植物对光能的较优吸收。
[0009] 该基于红蓝光亮度可调的LED植物光源系统，根据植物在生长的不同阶段对光照 的需求量来改变LED植物光源的红、蓝LED光亮度，使得植物能够最大化的利用光能，获得 最佳的生长环境，还可以最大限度的减少不必要的光能损耗，有节能的功效。
【附图说明】
[0010] 图1是LED植物光源系统的电路图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0012] 本发明的基于红蓝光亮度可调的LED植物光源系统，其结构有直流稳压电路、 PIC16F505集成芯片、基于BCR321U的脉冲驱动红蓝调光电路。该光源是由红光LED和蓝光 LED所组成的。
[0013] 如图1所示，在稳压直流电路中，首先变压器起变压的作用，即将输入电压通过变 压器后为单片机提供工作的电压；变压器连接一个由4个二极管VD1、VD2、VD3、VD4相互 连接而成的桥式整流部分，该部分的作用是将交流电转变为直流电；交流电压整流成为直 流电压后经过一个电容C2,该电容的作用是起到滤波的作用；稳压二极管DWl与电容C2并 联，电路中的定值电阻Rl的作用是调节电压以及限制稳压二极管的电流不会超过最大电 流。所述的PIC6F505单片机，其VDD管脚接直流稳压电路，写控制程序载入到PIC6F505单 片机，由单片机的RB2、RC0两个PffM端口输出两个矩形脉冲分别为PffMl和PWM2以分别控制 红光LED和蓝光LED的驱动，VSS管脚接地。当直流稳压电路把稳定的电压传给PIC16F505 的VDD时，该管脚的电平为高电平，PIC16F505单片机开始工作。单片机的工作由编写的程 序来控制，RB2端口输出PWM1，RCl端口输出PWM2。所述的基于BCR321U的脉冲驱动红蓝 调光电路是由BCR321U集成芯片、3红色发光二极管Dl、D2、D3和3个蓝色发光二极管D3、 D4、D5、两个电感线圈LU L2组成。PffM是脉冲宽度调制，利用单片机编程来改变脉冲的宽 度或占空比来调整电压从而达到控制电流的目的。PIC16F505的RB2连接驱动红光LED发 光的BCR321U的EN端口，PffMl脉冲控制红光LED的驱动电路；PIC16F505的RCl连接驱动 蓝光LED发光的BCR32IU的EN端口，PWM2脉冲控制蓝光LED的驱动电路。
[0014] BCR321U是基于双向可控硅的集成芯片，在该集成芯片上有RC充放电电路还有增 益电路等。设PIC16F505输出的PffM矩形脉冲为vjf)，即BCR321U的输入脉冲为V1G)，经 过BCR321U内部的RC充放电路后的电压为巧0 :
红光LED和蓝光LED得到的电流分别为和，红光LED和蓝光LED的输入 功率分别为和，则：
式中:蘇为增益电路的增益系数，濟、也分别为控制红光LED驱动和蓝光LED驱动的BCR321U集成芯片中双向可控硅的导通角，T为RC的时间系数，R为等效电阻，V3ffisit是％0 的峰值。
[0015] 当和滅不同时，红光LED和蓝光LED的输入电流还有功率就会不一样。改变_ 和藏，从而达到调节红光LED的光亮度还有蓝光LED的光亮度的效果。
【主权项】
1. 一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，由直流稳压电路、PIC6F505单片 机、基于BCR321U单片机的红蓝LED的驱动电路组成；其特征在于：所述PIC16F505单 片机产生的两个PWM矩形脉冲信号去控制BCR321U芯片；再由此去改变红蓝LED的驱 动电流以及功率，以此来改变红蓝LED的光亮度；设PIC16F505输出的PffM矩形脉冲为 #)，即BCR321U的输入脉冲为#)，经过BCR321U内部的RC充放电路后的电压为:ν』(?): 由引入符号，得到 矩形脉冲V1O)的傅里叶变换式为：为了进行逆变换以求得巧_，把表达式写作 CN 105163471 A 不乂利要承书 2/3页红光LED和蓝光LED得到的电流分别为和Ake，红光LED和蓝光LED的输入 功率分别为Pffii和/^f，则：式中兴为增益电路的增益系数，與、於分别为控制红光LED驱动和蓝光LED驱动的 BCR321U集成芯片中双向可控硅的导通角，T为RC的时间系数，R为等效电阻，是％(^) 的峰值。2. 根据权利要求1所述的一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，其特征在于： 利用单片机编程来实现调光信号和调光输出的非线性关系，使得人眼感觉的调光是一个线 性平稳的过程。3. 根据权利要求1所述的一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，其特征在于： 利用双向可控硅的集成芯片BCR321U，在集成电路中有RC充放电路、增益电路。4. 根据权利要求1所述的一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，其特征在于： 利用脉冲驱动的方法，利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM矩形波周期的条件下，通 过调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比。5. 根据权利要求1所述的一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，其特征在于： 利用双向可控硅的导通角的，建立导通角与红光LED还有蓝光LED的电流、功率之间的关系 式。6.根据权利要求1所述的一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统，其特征在于： 以红光LED和蓝光LED组合形成的植物光源，对植物生长需要的光谱具体较强的针对性，促 进植物对光能的较优吸收。
【专利摘要】本发明公开了一种基于红蓝光亮可调的LED植物光源系统的设计，属于电子技术领域。该系统由直流稳压系统、单片机系统、基于BCR321U的脉冲驱动红蓝调光系统组成。通过直流稳压系统给单片机提供稳定的工作电压，使单片机系统开始工作，向单片机系统载入控制程序，由单片机的PWM端口输出脉冲信号，用脉冲信号驱动红蓝LED实现调光亮。本发明的目的在于改变LED植物光源系统的红光LED和蓝光LED的光亮度，实现植物在自身光合作用所需的光照环境中生长，并且实现对光能的有效吸收，减少不必要的光能损失。
【IPC分类】H05B37/02, A01G9/20
【公开号】CN105163471
【申请号】CN201510714688
【发明人】倪强, 陈欣平, 陈朝兴, 王帅, 杜罡
【申请人】横店集团得邦照明股份有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年10月29日