專利名稱：一種組態(tài)化植物生長(zhǎng)led光源控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光源控制系統(tǒng)，特別是一種用于組態(tài)化植物生長(zhǎng)用的LED光源控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
植物的光合作用是地球上一切生命的基礎(chǔ)，光合作用需要光，但是光對(duì)植物的影 響除了提供光合作用所需之外，還包括光譜、光周期的調(diào)節(jié)。植物的生長(zhǎng)發(fā)育需要的光照主常依賴太陽(yáng)光，但蔬菜、花卉、藥用植物等其他經(jīng)濟(jì) 作物的工廠化生產(chǎn)、組織培養(yǎng)等還需進(jìn)行人工光源補(bǔ)充光照。特別考慮到晚秋、冬、春等季 節(jié)的光照時(shí)間相對(duì)較短，溫室大棚內(nèi)嚴(yán)重缺光，作物不能正常生長(zhǎng)，如連遇陰天、霧天、雨雪 天，作物生長(zhǎng)受到的影響會(huì)更嚴(yán)重。因此，采用人工光源在棚室內(nèi)直接給作物補(bǔ)光是促進(jìn)植 物生長(zhǎng)的有效途徑，而高效節(jié)能地對(duì)植物補(bǔ)光的理論依據(jù)主要是植物對(duì)光的選擇性吸收的 理論。近年來(lái)，人們一直在努力模擬植物的吸收光譜，以求研制出某種光源，使其發(fā)射光譜 最大限度地接近植物的吸收光譜以產(chǎn)生共振吸收，促使光合作用高效地進(jìn)行。目前，國(guó)內(nèi)植物組織培養(yǎng)主要采用的人工光源是白熾燈、日光燈、鈉燈、高壓汞燈 等，但這些人工光源的發(fā)射光譜不能很好地滿足植物生長(zhǎng)對(duì)光的選擇性需求，補(bǔ)光效率低， 燈管的壽命與發(fā)光效率均不夠理想，燈管發(fā)熱量大還需另外耗電來(lái)移除，以致整體耗電成 本頗高。國(guó)外和臺(tái)灣利用LED光源的初步研究已證實(shí)利用LED光源作為溫室人工光源能夠 有效的提高植物的生長(zhǎng)量和品質(zhì)。與傳統(tǒng)的人工光源相比，LED具有可調(diào)整光強(qiáng)、光譜、冷 卻負(fù)荷低、電光轉(zhuǎn)換效率高、體積小、壽命長(zhǎng)、使用直流電及可設(shè)定特定波長(zhǎng)、波長(zhǎng)固定等特 點(diǎn)，且不含有害氣體，環(huán)保性能佳，對(duì)于植物的組培是一種非常適合的人工光源系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有直接應(yīng)用到植物生長(zhǎng)，尤其是蘭科植物組培的LED燈具的光源 控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有植物生長(zhǎng)過(guò)程中采用傳統(tǒng)人工光源存在的高能耗、高成本、長(zhǎng)培 育周期等不足，提供一種用于組態(tài)化植物生長(zhǎng)的LED光源控制系統(tǒng)，有效地提高植物生長(zhǎng) 的生長(zhǎng)量與有效成分，以解決蘭科植物繁育中出現(xiàn)的高能耗、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，極大縮短種苗 培育周期。為此，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案一種組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特 征在于它包括控制底板、多個(gè)控制基板和多塊LED燈板三部分組成，LED燈板上裝有LED燈， 控制底板包括一微處理器和多個(gè)電源插座，微處理器通過(guò)串口連接線與一計(jì)算機(jī)連接，在 計(jì)算機(jī)內(nèi)裝一參數(shù)設(shè)置模塊。控制基板安裝在電源插座上，LED燈板通過(guò)電源控制線與控 制基板的驅(qū)動(dòng)電路連接，控制基板的個(gè)數(shù)根據(jù)LED燈板數(shù)量和LED燈種類組態(tài)來(lái)配置。微 處理器用于完成參數(shù)設(shè)置模塊的執(zhí)行與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，通過(guò)微處理器和參數(shù)設(shè)置模塊 就能實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈板中燈的智能控制，可實(shí)現(xiàn)純光燈板的光強(qiáng)與光周期控制，也可實(shí)現(xiàn)混光燈板的光強(qiáng)、光比例與光周期控制。作為對(duì)上述技術(shù)方案的進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，本發(fā)明采取以下技術(shù)措施所述的微處理器包括微處理單元和與所述的微處理單元(MCU)連接的時(shí)鐘單元 (RTC)和串口通信接口單元(UART)，主要完成參數(shù)設(shè)置模塊的執(zhí)行與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊， 用于與計(jì)算機(jī)通信進(jìn)行接收、發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，用于時(shí)間、周期的設(shè)定等。所述的LED燈板由純光LED燈板或/和紅藍(lán)混光LED燈板組成，由2個(gè)控制基板 控制1塊純光LED燈板，由5個(gè)控制基板控制1塊紅藍(lán)混光LED燈板，純光LED燈板上裝有 純光LED燈，紅藍(lán)混光LED燈板上裝有紅光和藍(lán)光LED燈。使用紅光與藍(lán)光高亮度發(fā)光二 極管(LED)能建立可調(diào)整光量、光譜、給光頻率與工作比的人工光源，可視需要提供連續(xù)無(wú) 閃爍的光或高頻閃爍的光?？刂频装宓碾娫床遄蚩刂苹逄峁?20V交流電，控制基板將220V的交流電轉(zhuǎn) 換成12V、1A的低壓直流電源，再通過(guò)其輸出端向LED燈板內(nèi)的LED燈供電。針對(duì)某一種植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同光質(zhì)的需求，設(shè)置不同的生長(zhǎng)曲線調(diào)節(jié)參 數(shù)，將參數(shù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的內(nèi)部存儲(chǔ)器E2PROM中，紅、藍(lán)光比例根據(jù)生長(zhǎng)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)通過(guò) 參數(shù)設(shè)置模塊自動(dòng)調(diào)整。本發(fā)明具有以下有益效果從發(fā)光效率、光的利用率以及光的可調(diào)控性上，本發(fā)明 都比傳統(tǒng)人工光源具有更好的性能特點(diǎn)；有效地提高植物生長(zhǎng)的生長(zhǎng)量與有效成分，解決 了蘭科植物繁育中出現(xiàn)的高能耗、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，極大的縮短了種苗培育周期。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明的原理示意圖。圖2是本發(fā)明控制底板的原理示意圖。圖3是本發(fā)明控制基板的電路原理圖。圖4是本發(fā)明MCU主控芯片的電路原理圖。圖5是本發(fā)明UART的電路原理圖。圖6是本發(fā)明RTC的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖所示的組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，控制底板包括兩個(gè)部分一是微 處理器，包括MCU (微處理單元)、與MCU連接的RTC (時(shí)鐘單元)和UART (串口通信接口單 元)，主要完成參數(shù)設(shè)置模塊的執(zhí)行與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，用于與計(jì)算機(jī)通信進(jìn)行接收、發(fā) 送相關(guān)數(shù)據(jù)，時(shí)間、周期的設(shè)定等工作；二是共用交流電源的電源插座，每個(gè)電源插座上安 裝一個(gè)控制基板。微處理器通過(guò)串口連接線與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有參數(shù)設(shè)置模塊， LED燈板通過(guò)電源控制線與控制基板的驅(qū)動(dòng)電路連接，控制基板的個(gè)數(shù)根據(jù)LED燈板數(shù)量 和LED燈種類組態(tài)來(lái)配置。LED燈板由純光LED燈板或/和紅藍(lán)混光LED燈板組成，由2個(gè) 控制基板控制1塊純光LED燈板，由5個(gè)控制基板控制1塊紅藍(lán)混光LED燈板。針對(duì)某一 種植物在不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同光質(zhì)的需求，設(shè)置不同的生長(zhǎng)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)，將參數(shù)存儲(chǔ)到 計(jì)算機(jī)內(nèi)部的E2PR0M，紅、藍(lán)光比例根據(jù)生長(zhǎng)曲線通過(guò)參數(shù)設(shè)置模塊自動(dòng)調(diào)整。
控制底板的電源插座向控制基板提供220V交流電，控制基板2將220V的交流電 進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換成12V、1A的低壓直流電源，再通過(guò)12V、1A低壓電輸出端向LED燈板3上的 LED燈提供正常的工作電壓。如圖4所示，MCU(微處理單元)是由AVR系列的MEGA8L做主控芯片(即單片機(jī))， 通過(guò)18路I/O 口線分別驅(qū)動(dòng)M0S管來(lái)驅(qū)動(dòng)LED燈板，通過(guò)對(duì)MCU的MEGA8L芯片進(jìn)行編程可 實(shí)現(xiàn)I/O 口的高低電平來(lái)控制低壓電源的開(kāi)關(guān)，能對(duì)純光板和混光板進(jìn)行燈光比例調(diào)整， 或通過(guò)PWM輸出調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈板光強(qiáng)的調(diào)節(jié)，在I/O 口的數(shù)量上只能控制最多9組 純光板或3組混光板。如圖5所示，串口通信接口單元由MAX232芯片與標(biāo)準(zhǔn)串口接口與計(jì)算機(jī)機(jī)相互通如圖6所示，RTC(時(shí)鐘單元)與光周期的設(shè)定是由RTC時(shí)鐘芯片PCF8563以及相 關(guān)元件完成，本電路還設(shè)有后備電源，為了在斷電的時(shí)候不會(huì)發(fā)生時(shí)間丟失問(wèn)題。如圖3所示的控制基板的電路原理圖，控制基板的主要功能是接受單片機(jī)控制， 輸出一個(gè)恒流恒壓的LED燈板驅(qū)動(dòng)電源?？刂苹宓墓ぷ髟砣缦买?qū)動(dòng)電路是由M0SFET、 二極管等構(gòu)成，脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制，當(dāng)接入啟動(dòng)電源后由R4給開(kāi)關(guān)管Q3提供啟動(dòng)電 流，使Q3開(kāi)始導(dǎo)通，電路開(kāi)始工作，后級(jí)輸出AC 12V電壓再經(jīng)過(guò)肖特基二極管SR560與C1 電解電容進(jìn)行整流濾波后輸出直流DC 12V恒流恒壓電源。當(dāng)MCU的I/O控制口控制三極 管Q2導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1同時(shí)也導(dǎo)通，二極管D4截止，輸人的整流電壓經(jīng)Q1和L向C充電， 這一電流使電感L中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)MCU的I/O控制口控制三極管Q2截止時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q1 也截止，電感L感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載LED燈板和續(xù)流二極管Q1釋放電感L中存 儲(chǔ)的能量，從而維持輸出直流12V LED燈板電壓不變。LED燈板包括兩種一種是純色LED燈板，LED顏色可任選白光、紅光、藍(lán)光、綠光、 黃光等純色光；另一種是混光LED燈板，主要是由紅光與藍(lán)光根據(jù)實(shí)際需要按比例組成。在 LED燈板上，不同波長(zhǎng)和不同數(shù)量的LED燈能夠任意配搭組合形成光源，具有相應(yīng)的光密度 和復(fù)合的光波長(zhǎng)，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置LED燈板中燈。
權(quán)利要求
一種組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特征在于它包括控制底板、多個(gè)控制基板和多塊LED燈板，LED燈板上裝有LED燈，控制底板包括一微處理器和多個(gè)電源插座，微處理器通過(guò)串口連接線與一計(jì)算機(jī)連接，在計(jì)算機(jī)內(nèi)裝一參數(shù)設(shè)置模塊，控制基板安裝在電源插座上，LED燈板通過(guò)電源控制線與控制基板的驅(qū)動(dòng)電路連接，控制基板的個(gè)數(shù)根據(jù)LED燈板數(shù)量和LED燈種類組態(tài)來(lái)配置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特征在于所述的微處 理器包括微處理單元和與所述的微處理單元連接的時(shí)鐘單元和串口通信接口單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特征在于所述的 LED燈板由純光LED燈板或/和紅藍(lán)混光LED燈板組成，由2個(gè)控制基板控制1塊純光LED 燈板，由5個(gè)控制基板控制1塊紅藍(lán)混光LED燈板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特征在于控制底板的 電源插座向控制基板提供220V交流電，控制基板將220V的交流電轉(zhuǎn)換成12V、1A的低壓直 流電源，再通過(guò)輸出端向LED燈板供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)植物在 不同生長(zhǎng)階段對(duì)不同光質(zhì)的需求，設(shè)置不同的生長(zhǎng)曲線調(diào)節(jié)參數(shù)，將參數(shù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)內(nèi) 部的E2PROM，紅、藍(lán)光比例根據(jù)生長(zhǎng)曲線通過(guò)參數(shù)設(shè)置模塊自動(dòng)調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于組態(tài)化植物生長(zhǎng)用的LED光源控制系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有直接應(yīng)用到植物生長(zhǎng)，尤其是蘭科植物組培的LED燈具的光源控制系統(tǒng)。本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案一種組態(tài)化植物生長(zhǎng)LED光源控制系統(tǒng)，其特征在于它包括控制底板、多個(gè)控制基板和多塊LED燈板三部分組成，LED燈板上裝有LED燈，控制底板包括一微處理器和多個(gè)電源插座，微處理器通過(guò)串口連接線與一計(jì)算機(jī)連接，在計(jì)算機(jī)內(nèi)裝一參數(shù)設(shè)置模塊，控制基板安裝在電源插座上。本發(fā)明有效地提高植物生長(zhǎng)的生長(zhǎng)量與有效成分，解決了蘭科植物繁育中出現(xiàn)的高能耗、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，極大的縮短了種苗培育周期。
文檔編號(hào)A01G9/20GK101854761SQ20101010788
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者周泓, 李許可, 潘學(xué)冬, 王文海, 黃華宏 申請(qǐng)人:杭州漢徽光電科技有限公司