專利名稱：多功能大功率led組合燈的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種現代農業的照明補光裝置，具體是適于作室內環境的育苗、補光、控制成花、殺菌、誘蟲等用途的大功率LED組合燈。
背景技術：
近年來，隨著光電技術的發展，帶動了高亮度紅光、藍光、黃光、遠紅光、紫外光等LED的發展。由于LED具有諸多優點，如節能性、光譜可調性、良好的點光源性、冷光性以及良好的防潮性等，使其作為農業用燈而被看好。以LED作光源的植物育苗燈、補光燈、誘蟲 燈的有關報道已不鮮見，各有其應用價值，但應用的側重面和效果各不相同。CN201526820公告了“一種LED育苗補光燈”專利技術，采用大功率LED替代傳統熒光燈，達到了節能、散熱良好、橫截面積小、波長適宜的技術效果。但該技術只用一顆單色大功率LED，光照面積有限，且植物光合作用需要紅光和藍光，單色補光對植物正常生長效果不佳。CN201475731公告了“LED植物照明燈”，以綠光LED和藍光LED 二種單色光為主光，以紅、黃、綠、藍、紫五種色光為輔助光，沒有遠紅光LED和紫外光LED的參與。紫外光可殺滅病菌病毒，減少病害傳播。遠紅光除了有利于定向控制植株高度外，在暗期之初給予短暫照射可使光敏素Pfr轉換成光敏素Pr從而抑制植株成花，這一抑制可被隨后的紅光照射而解除。在植株暗期內，通過照射遠紅光或紅光，可抑制或促進植株成花。因此，缺少遠紅光和紫外光LED的參與，植株控制的效果有所缺損。另外，植物光合作用分為明、暗反應，間歇照射更有利于促進植物的生長。CN102182965公告了 “四色光LED組合補光燈”專利技術，設計出了一種紅光與藍光光通量之比(R/B)與紅光與遠紅光光通量之比(R/FR)均勻分布，兼顧紫外光照射量的四色LED組合補光燈。四色組合補光，對植物莖葉生長、定向控制植株高度、減少病蟲害傳播和增強植物趨光性有利。但該方案采用的是一般LED，單位面積使用的管數多，線路密集，故障率高，且配光時需要針對LED —一對應。其次，一般LED方陣散發的熱量分布在整個發光面內，因此對其散熱方面的改善措施難以實施。最后，紅光和遠紅光不是單獨控制的，不能誘導或抑制植株成花。CN202085621公告了 “廣譜性三色LED組合誘蟲燈”專利技術，采用黃光、藍光、紫外光LED組合，具有通配性、低光衰、長壽命、誘蟲效果顯著等特點。但該技術功能單一，只有誘蟲功能而無補光的功效。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種既可以作為密閉式植物苗工廠的育苗燈，又可以作為溫室的植物光合作用補光燈，還可以誘導或抑制植物成花，并兼有殺菌、誘蟲之功能的多功能大功率LED組合燈。解決上述技術問題采用的技術方案是本多功能大功率LED組合燈，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；硬件部分由上至下包括電源連接線、LED光源控制器、散熱器、線路盒、殼體、基板和LED，LED分紅、藍、遠紅、紫外、黃五種色光，均安裝在圓形基板的底面，LED以基板圓心為中心，由內而外呈四環排列，每環安裝的LED顆數分別為四顆、八顆、十六顆、二十四顆，其中紅光LED和藍光LED分別為十八顆，遠紅光LED和紫外光LED分別為六顆，黃光LED為四顆。內環由紅光LED和藍光LED —一間隔等間距圓周排列；第二環由藍光LED、紫外光LED、紅光LED和遠紅光LED按逆時針順序為一組，共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；第三環由藍、紅、藍、遠紅、紅、藍、紅和紫外光LED按逆時針順序為一組，十六顆LED共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；外環由紅、藍、紅、藍、紫外、黃、藍、紅、藍、紅、遠紅和黃光LED按逆時針順序為一組，二十四顆LED共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；電路部分還有間歇照射控制電路、恒流驅動電路和五色LED串聯電路；整個電路的連接關系是220V市電經變壓器T1降壓后，其輸出端接整流濾波電路的輸入端，經整流濾波后提供20V電壓輸出至間歇照射控制電路和恒流驅動電路，經恒流芯片IC1 1(5驅動后輸出電流至五色LED串聯電路，供五色LED發光。所說的紅光LED為發光角120°、直徑8mm、波長640nm和標準工作電流350mA的Iff大功率LED ;藍光LED為發光角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為發光角120°、直徑8mm、波長735nm和標準工作電流200mA的
O.5W大功率LED ;紫外光LED為發光角120°、直徑8mm、波長340nm和標準工作電流150mA的O. 5W大功率LED ;黃光LED為發光角120°、直徑8mm、波長590nm和標準工作電流250mA的O. 5W大功率LED。所說的基板直徑為150mm，由內而外四環LED中心點連接成的圓周直徑分別為40mm、70mm、100mm、130mmo本發明的有益效果是該多功能大功率LED組合燈光照強度高，光照覆蓋面積廣，多色組合補光，有利于促進植株莖葉生長、定向控制植株高度、增強植株趨光性、誘導或抑制植株成花、減少病蟲害傳播，紅藍光間歇照射符合植物對明、暗反應的需求，提高光合作用效果。照射面的單位面積內使用LED顆數少，結構簡單、可靠性強、散熱效果好。在LED光源控制器中設置的光控開關，使補光燈在植物需要補光時照射，其余時間關閉，以降耗節倉泛。
圖I為本發明結構示意圖。圖2為本發明的圓形基板上五色光LED分布不意圖。圖3為本發明電路原理圖。
具體實施例方式本發明下面結合實施例并參照附圖作進一步詳述參見圖1，殼體5下方設置一塊圓形基板11，基板11上方配有線路盒4和散熱器3，LED光源控制器2內部設置光控開關并與LED6、7、8、9、10相連，對LED實現定時、日控或周控，該LED光源控制器2輸出兩路占空比可調的PWM (脈沖寬度調制)信號，該信號接入紅光和藍光驅動電流芯片中，調節紅藍光LED間歇照射時間比。LED光源控制器2面板設置五路獨立開關，分別控制五色LED亮滅，同時設有紅光LED和藍光LED間歇照射控制旋鈕，分為25 %、50 %、75 %三檔，可調節輸出信號占空比，以控制LED亮滅周期。大功率LED全部固定在圓形LED基板11上，其中十八顆Iff紅光LED8和十八顆IW藍光LED6各自串聯，六顆O. 5W遠紅光LED7和六顆O. 5W紫外光LED9各自串聯，四顆O. 5W黃光LEDlO串聯，然后分別接到各自的驅動電路中。如圖2所示，將上述的LED以基板11圓心為中心，由內而外呈四環排列，每環安裝的LED顆數分別為四顆、八顆、十六顆、二十四顆；內環由紅光LED8與藍光LED6 —一間隔呈等間距的圓周排列，第二環由藍光LED6、紫外光LED9、紅光LED8和遠紅光LED7按逆時針順序為一組，共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；第三環由藍光LED6、紅光LED8、藍光LED6、遠紅光LED7、紅光LED8、藍光LED6、紅光LED8和紫外光LED9按逆時針順序為一組，十六顆LED共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；外環由紅光LED8、藍光LED6、紅光LED8、藍光LED6、紫外光LED9、黃光LED10、藍光LED6、紅光LED8、藍光LED6、紅光LED8、遠紅光LED7和黃光LEDlO按逆時針順序為一組，二十四顆LED共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列。每環LED的中心點連線圍成的圓的直徑分別為40mm、70mm、100mm、130mm。研究表明，植物光合作用吸收光譜的最強區域是波長為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的遠紅光有利于定向控制植株高度，波長為315_400nm的紫外光有利于植物的趨光性和殺滅病菌病毒，減少病害傳播，因此選用紅光、藍光、遠紅光和紫外光LED組合的補光是有其科學依據的。植物中存在著光敏素Pr型和光敏素Pfr型，花的誘導首先依賴于Pfr存在的反應，完成這一反應要求較高的Pfr水平。因而在暗期的初期短暫照射遠紅光，Pfr則轉變為Pr而抑制植株成花。若再短暫照射紅光，重新建立高的Pfr水平，遠紅光的作用得以消除，則誘導植株成花。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。300-460nm是一般昆蟲的敏感區，但不是所有昆蟲都對此敏感。有復眼的昆蟲例如果蠅對紫外光不敏感，而對560nm的黃綠光最敏感。鞘翅目害蟲則對藍光最敏感。昆蟲敏感的光可概括為橙、黃、綠、藍、紫和紫外光。橙、黃、綠的波長范圍為492-622nm。經濟實用起見，將橙、黃、綠折衷僅取590nm黃光，紫和紫外光取340nm的紫外光。590nm黃光、440nm藍光和340nm紫外光組合在一起，可較廣泛地引誘多種害蟲。參見圖3，本發明的驅動電路采用了低壓恒流源，變壓器降壓電路12、橋式整流濾波電路13、恒流驅動電路15，一起安裝在線路盒4內。整個電路的連接關系是220V市電經變壓器T1降壓后，其輸出端接整流濾波電路13的輸入端，經整流濾波后提供約20V電壓輸出至間歇照射控制電路14和恒流驅動電路15，經恒流芯片IC1 IC5驅動后輸出電流至五色LED串聯電路16，供五色LED發光。變壓器為成品電源變壓器，參數為220V/12V、50W。 D1 D4為硅整流二極管，采用1N4007。C1是濾波電容，采用電解電容，型號為220 μ F/25V。SB2 SB6為手動開關，可分別控制五種LED的亮滅。IC1 IC5為恒流驅動芯片，采用目前應用廣泛、廉價且性能比較穩定的ΡΤ4115。D5 D9為續流二極管，由于工作在高頻脈沖下，故采用肖特基二極管ssllO。L1 L5是整流電感，設計為50 μ H。R1-R5為取樣電阻，控制ΡΤ4115輸出電流大小，一般用以下公式計算R = O. 1/IQUT。由于紅光LED、藍光LED、遠紅光LED、紫外光LED、黃光LED串聯電路額定工作電流分別為350mA、300mA、200mA、150mA、250mA，故 R1 = 0. 286 Ω ,R2 = 0. 333 Ω ,R3 = O. 500 Ω ,R4 = O. 667 Ω ,R5 = O. 400 Ω。ΡΤ4115的DM端可外接PWM脈沖或直流電壓調光，由于本設計采用PWM技術調節紅藍光LED間歇照射時間比，故DM外接由LED光源控制器2輸出的PWM信號，頻率設置為500Hz。參見圖3，本發明的間歇照射控制電路14采用51單片機實現。經橋式整流濾波電路13輸出的電壓接至芯片IC7，最終輸出5V電壓至芯片IC6供電。IC7采用三端穩壓器7805，1(6采用單片機8902051，內部下載控制程序，以實現間歇照射。單片機的Pl. O和Pl. 2管腳輸出分別接至IC1和IC2的DM端。檔位開關TB1和TB2分別接Pl. 7 P3. 7管腳，可控制輸出信號的占空比為25%、50%、75%三檔，以調節紅光LED和藍光LED間歇照射時間t匕。C2和R6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，R6用IK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。所說的LED光源控制器上設有五路開關，可分別控制紅光LED、藍光LED、遠紅光LED、紫外光LED和黃光LED的亮滅，同時設有紅光LED和藍光LED的間歇照射控制旋鈕，分為25%、50%、75%三檔，可調節輸出信號占空比，以控制LED亮滅周期。 本多功能大功率LED組合燈作為密閉式植物苗工廠的育苗燈時，可點亮紅光LED和藍光LED，關閉其他三色LED，同時調節間歇照射控制旋鈕至合適的比例。在組合燈正下方30-50cm照射面上，R/B的比值調節范圍為3 : I至10 : 1，以滿足不同植物苗生長的需要。本多功能大功率LED組合燈作為溫室的植物光合作用補光燈時，可點亮紅光LED、藍光LED、遠紅光LED，關閉紫外光LED和黃光LED，同時調節間歇照射控制旋鈕至合適的比例。在組合燈正下方30-50cm照射面上，R/B的比值調節范圍為3 I至10 1，R/FR的比值調節范圍為5 I至20 1，以滿足不同植物生長補光的需要。本多功能大功率LED組合燈作為殺菌燈時，在植株正上方30-50cm高度處點亮紫外光LED，關閉其他四色LED，即可殺滅病菌病毒，減少病蟲害傳播。本多功能大功率LED組合燈作為誘導和抑制成花調控燈時，在晚上于植株正上方30-50cm高度處點亮紅光LED，關閉其他四色LED，持續10至15分鐘，即可誘導植株成花；點亮遠紅光LED，關閉其他四色LED，持續10至15分鐘，即可抑制植株成花。本多功能大功率LED組合燈作為誘蟲燈時，可點亮藍光LED、紫外光LED和黃光LED，關閉其他兩色LED，并在組合燈周邊開啟高壓擊蟲網或增加長效透明膠粘膜，以更廣泛地誘殺多種害蟲。
權利要求
1.一種多功能大功率LED組合燈，由電路和硬件兩部分組成，電路部分包括變壓器降壓電路(12)，整流濾波電路(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)、線路盒(4)、殼體(5)、基板(11)和LED，LED分紅、藍、遠紅、紫夕卜、黃五種色光，均安裝在圓形基板(11)的底面，其特征是LED以基板圓心為中心，由內而外呈四環排列，每環安裝的LED顆數分別為四顆、八顆、十六顆、二十四顆，其中紅光LED(S)和藍光LED(6)分別為十八顆，遠紅光LED(7)和紫外光LED(9)分別為六顆，黃光LED(10)為四顆。內環由紅光LED和藍光LED —一間隔等間距圓周排列；第二環由藍光LED、紫外光LED、紅光LED和遠紅光LED按逆時針順序為一組，共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；第三環由藍、紅、藍、遠紅、紅、藍、紅和紫外光LED按逆時針順序為一組，十六顆LED共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；外環由紅、藍、紅、藍、紫外、黃、藍、紅、藍、紅、遠紅和黃光LED按逆時針順序為一組，二十四顆LED共兩組，每顆LED等間距呈圓周排列；電路部分還有間歇照射控制電路(14)、恒流驅動電路(15)和五色LED串聯電路(16);整個電路的連接關系是220V市電經變壓器T1降壓后，其輸出端接整流濾波電路(13)的輸入端，經整流濾波后提供20V電壓輸出至間歇照射控制電路(14)和恒流驅動電路(15)，經恒流芯片IC1 IC5驅動后輸出電流至五色LED串聯電路(16)，供五色LED發光。
2.如權利要求I所述的多功能大功率LED組合燈，其特征是所說的紅光LED(8)為發光角120°、直徑8mm、波長640nm和標準工作電流350mA的IW大功率LED ;藍光LED (6)為發光角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 (7)為發光角120°、直徑8mm、波長735nm和標準工作電流200mA的0. 5W大功率LED ;紫外光LED (9)為發光角120°、直徑8mm、波長340nm和標準工作電流150mA的0. 5W大功率LED ；黃光LED(IO)為發光角120°、直徑8mm、波長590nm和標準工作電流250mA的0.5W大功率LED。
3.如權利要求I所述的多功能大功率LED組合燈，其特征是所說的基板(11)直徑為.150mm,由內而外四環LED中心點連接成的圓周直徑分別為40mm、70mm、100mm、130mm。
全文摘要
一種多功能大功率LED組合燈，由電路和硬件兩部分組成，電路部分包括變壓器降壓電路(12)、整流濾波電路(13)，硬件部分由上至下包括電源連接線(1)、LED光源控制器(2)、散熱器(3)、線路盒(4)、殼體(5)、基板(11)和LED，LED分紅、藍、遠紅、紫外、黃五種色光，以基板圓心為中心，由內而外呈四環排列，每環安裝的LED顆數分別為四、八、十六、二十四顆，科學搭配不同色光，一一間隔等間距呈圓周排列。本組合燈用于室內植物的照明補光，具有光照強度高、照射面廣、有利于作物莖葉生長、定向控制植株高度、誘導或抑制植株成花及減少病蟲害傳播等功能，并能按需控制光照的亮滅與強度的大小，節能且符合作物光合作用的需求。
文檔編號A01G9/20GK102635797SQ20121009170
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優先權日2012年3月30日
發明者周國泉, 徐一清 申請人:浙江農林大學