專利名稱：一種全數字智能led植物補光燈控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及LED智能照明領域，尤其涉及一種全數字、智能LED植物補光燈控制系統。
背景技術：
LED植物補光燈是以紅、藍LED為光源，依照植物生長規律所需要的太陽光，用燈光代替太陽光給植物補光的一種燈具。LED光源與傳統光源相比具有光源純、波長類型多、 節能環保、發熱少和便于控制等優點。目前，多數LED植物補光燈只具備對單一補光燈的簡單開關控制，主要靠人工手動實現。通過采用紅藍燈珠固定配比的方法實現定光照度、定光質的補光方式。若要實現不同植物或同一植物不同生長階段所需的不同的R/B比，只能通過重新設計燈具，改變紅藍燈珠個數比來滿足要求。同時未考慮外界光照條件、環境溫度等因素，從而造成植物補光不足或過度等現象。現有的LED植物補光燈在設計上沒有充分利用LED光源可以數字、智能、集中控制的優點，無法滿足對植物的合理補光。
發明內容
針對上述問題，本發明提出了一種基于CPLD的全數字智能LED植物補光燈控制系統，對單個燈頭可以達到多級數字可調光，從而實現可以隨意調配紅/藍光的配光比例，滿足不同植物、同種植物不同生長階段的補光需求，而且能對大范圍的LED植物補光燈實現集中控制，使植物補光燈的控制變得智能化、數字化，提高植物光合作用對補光光源的利用率。本發明的技術方案是一種全數字智能LED植物補光燈控制系統，該系統包括LED 植物補光燈控制盒、智能驅動器以及LED植物補光燈頭。所述的LED植物補光燈控制盒包括CPLD主控制芯片、IXD顯示面板、按鍵陣列或觸摸板電路、RAM存儲器、ZIGEBB通信接口。所述的智能驅動器包括CPLD從控制芯片、溫度傳感器、紅藍亮度傳感器、ZIGEBB 通信接口、紅藍基色PWM恒流源。所述的植物補光燈頭包括基板及均勻安裝在基板上的紅藍光LED燈珠，其特征在于采用波長為620nm 660nm的紅色LED燈珠及波長為450nm 480nm的藍色LED燈珠， 紅藍LED燈珠間隔均勻排列于基板上。具體的，所述LED植物補光燈控制盒與LED植物補光燈內部的智能驅動器采用 ZIGBEE方式進行通信。控制盒接收每一個智能驅動器發送過來的燈頭端的溫度信息，結合按鍵陣列或觸摸板輸入的信息，進行邏輯分析判斷，并將相應地址燈頭的紅藍光亮度級別發送給智能驅動器。所述的每一個智能驅動器帶有溫度傳感器與紅藍亮度傳感器，將檢測到的現場溫度、以及自己的尋址地址發送給控制盒，等待控制盒做出判斷后，接受控制盒發送過來的紅藍光亮度級別信號，并與紅藍光亮度傳感器采集到的現場紅藍光亮度信息比較分析，最終通過紅藍基色PWM恒流源驅動燈頭端的紅、藍燈珠按相應亮度級別發光。與現有技術相比，本發明的有益效果在于1、不需要通過改變紅藍燈珠的物理配比來實現不同的R/B比，而是基于CPLD實現全數字獨立調光，具有Sbit灰度輸出能力，可以隨意調配紅/藍光的配光比例，大大增加了 LED植物補光燈的可適用范圍；2、一個控制盒可控制256個LED植物補光燈，可以實現控制盒內光源的集總控制，集成了所有的情景照明所需要的硬件控制電路與邏輯。可在同一空間內對多種不同的植物進行按需補光；3、可以預設情景模式，并外擴亮度傳感器和溫度傳感器，使植物補光光源的控制變得智能化，更高效的提高光源對植物的光合作用。
圖1為本發明所述一種全數字智能LED植物補光燈控制系統組成的整體原理圖。圖2為所述控制盒內部的結構框圖。圖3為所述智能驅動器內部結構框圖及與所述植物補光燈頭的連接關系圖。圖4為所述控制盒向智能驅動器發送命令時的數據傳輸協議示意圖。圖5為所述智能驅動器向控制盒發送信息時的數據傳輸協議示意6為所述植物補光燈頭尋址地址十進制與十六進制之間對應關系圖。圖7為所述控制盒中CPLD主控制芯片的工作原理圖。圖8為所述智能驅動器中CPLD從控制芯片的工作原理圖。圖9為所述植物補光燈頭紅藍燈珠排列圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。本發明所述LED植物補光燈控制系統包括LED植物補光燈控制盒、智能驅動器以及LED植物補光燈頭如圖1。其中智能驅動器和LED植物補光燈頭在具體實施中整合在一起，整合后單一燈具稱為LED植物補光燈。所述控制盒根據不同的設計容量，可以接入若干 LED植物補光燈，本發明設計接入256個LED植物補光燈。每一個植物補光燈可以根據所在的排序確定唯一的通訊地址，這樣控制盒可以通過ZIGBEE控制網絡訪問每個植物燈內部的工作參數，并通過顯示裝置顯示出相應的參數信息。同時根據不同植物的補光要求，對訪問的植物補光燈具進行溫度、亮度參數的預設，將預設的信息存入存儲器并通過ZIGBEE 控制網絡發送到被訪問的LED補光燈具。補光燈具接收到控制盒發來的紅藍光亮度級別信號，進行處理、判斷，最終產生紅藍不同占空比的PWM信號，實現對不同R/B的輸出，滿足不同植物，或同種植物不同生長階段的補光需求。本發明所述的LED植物補光燈控制盒包括CPLD主控制芯片、IXD顯示面板、按鍵陣列或觸摸板電路、RAM存儲器，請參閱圖2。其中，LCD顯示面板、按鍵陣列或觸摸板電路、 RAM存儲器接口分別通過數據線與CPLD主控制芯片連接。CPLD主控制芯片負責控制和協調各部分實現補光亮度的預設，以及實現對燈具內部參數的訪問；LCD顯示面板為用戶提供交互信息顯示；根據不同植物，同種植物不同生長階段的補光需求，可以通過按鍵陣列或觸摸屏方式輸入控制參數；RAM存儲器根據實際需求選擇SRAM或SDRAM，主要用來進行運算時對植物補光臨時數據的存儲。LED植物燈控制盒主要實現不同地址燈頭亮度的設置、發送、接收并對補光參數進行顯示等相關操作。所述的智能驅動器包括CPLD從控制芯片、溫度傳感器、紅藍亮度傳感器、紅藍基色PWM恒流源，請參閱圖3。其中，溫度傳感器、紅藍亮度傳感器分別通過數據線與CPLD從控制芯片連接，紅藍基色PWM恒流源受CPLD從控制芯片控制，并與植物補光燈具連接。CPLD 從控制芯片主要接收CPLD主控制芯片發送來的紅藍光亮度級別信號，并與紅藍光亮度傳感器采集到的現場紅藍光亮度信息比較分析，最終通過紅藍基色PWM恒流源驅動燈頭端的紅、藍燈珠按相應亮度級別發光。溫度傳感器主要負責對植物周圍的溫度信息進行檢測，并將其轉換為相應的數字信號，傳遞給CPLD主控制芯片進行處理。紅藍亮度傳感器主要對植物所需的紅藍光進行檢測，輸出相應的數字信號，通過CPLD從控制芯片進行處理。紅藍基色PWM恒流源實現紅藍光各Sbit的數字灰度調光。所述控制盒向智能驅動器發送命令時的數據傳輸協議共17位，請參閱圖4。各位代表的含義解釋如下T16-T9為植物補光燈具地址位，共可滿足256個LED植物補光燈的需求；T8為紅藍光亮度選擇信號位，當T8為1時表示選擇紅光亮度信號，為0時表示選擇藍光亮度信號；T7-T0為預設的亮度信號位，可以實現0 255級范圍內的任意亮度調節。所述智能驅動器向控制盒發送信息時的數據傳輸協議共14位，請參閱圖5。各位代表的含義解釋如下T13-T6為植物補光燈頭地址位，共可滿足256個LED植物補光燈的需求；T5-T0為環境溫度信號位，該信號由溫度傳感器轉換所得。請參閱圖6，本發明所述的LED植物補光燈控制系統的植物補光燈具地址對應關系表示為如下第1個LED植物補光燈的地址為00H，第2個LED植物補光燈的地址為01H， 依此類推，第256個LED植物補光燈的地址為FHL所述控制盒中CPLD主控制芯片的工作原理如圖7，具體為接收模塊主要任務是接收智能驅動器傳過來的各燈具的溫度數據，并傳遞給溫度處理模塊，溫度處理模塊將接收到的溫度信息與預設的溫度信息進行比較，若相符則繼續指令產生的操作，若不符則停止操作。指令產生模塊主要是產生LED植物燈控制盒對智能驅動器的傳輸數據，其包括地址信號產生模塊、狀態信號產生模塊。地址信號產生模塊主要是產生地址信息，狀態信號產生模塊主要是根據不同植物，同種植物不同生長階段的補光需求，通過按鍵陣列或觸摸屏方式產生紅藍光亮度的預設信息。指令產生后可通過發送模塊利用ZIGBB技術將數據傳輸至智能驅動器，同時可利用液晶顯示模塊對預設的參數進行顯示。所述智能驅動器中CPLD從控制芯片的工作原理如圖8，具體為，通信模塊接收控制盒根據地址發送過來的紅藍光亮度級別數據，傳遞給地址處理模塊。地址處理模塊首先根據地址信息判斷信號是否發給指定LED植物燈，即判斷地址信號是否相符。若不符則終止操作，若是則繼續判斷是進行讀操作還是進行寫操作。若是讀操作程序轉入發送模塊，將植物燈當前狀態返回到控制端。若是寫操作程序將使能信號傳遞給紅藍執行模塊進行處理。同時紅藍比較模塊將傳感器檢測到的數據信號與接收到的亮度級別信號進行比較，將比較結果輸送到紅藍執行模塊。紅藍執行模塊根據紅、藍亮度值比較結果得到對應的PWM 控制信號，再由紅藍PWM產生模塊產生不同占空比的PWM信號來控制LED植物補光燈頭亮度級別，從而實現在外界條件不滿足亮度預設值的情況下對植物按需補光的要求。所述的植物補光燈頭包括基板及均勻安裝在基板上的紅藍光LED燈珠，請參閱圖 9。其特征在于采用波長為620nm 660nm的紅色LED燈珠及波長為450nm 480nm的藍色LED燈珠，紅藍LED燈珠間隔均勻排列于基板上，即每一個LED周圍必是不同顏色的LED。 紅藍燈珠組成4*8的排列矩陣。 綜上所述，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；凡基于上述基本思路，不脫離本創作精神和范圍內所做的各種更動和修飾，都應屬于本發明所公開的范圍。
權利要求
1.一種LED植物補光燈控制系統，包括LED植物補光燈控制盒、智能驅動器以及LED植物補光燈頭。所述的LED植物補光燈控制盒包括CPLD主控制芯片、LCD顯示面板、按鍵陣列或觸摸板電路、RAM存儲器，其特征在于可以根據需求實現對LED植物補光燈的集中控制， 可尋址。所述的智能驅動器包括CPLD從控制芯片、溫度傳感器、紅藍亮度傳感器、紅藍基色 PWM恒流源，其特征在于基于CPLD可以實現紅藍光全數字獨立調光，具有Sbit灰度輸出能力，可以隨意調配紅/藍光的配光比例，并外擴溫度傳感器及紅藍光亮度傳感器。
2.根據權利要求1所述的LED植物補光燈控制盒，其特征在于接收智能驅動器傳過來的溫度信號，可以通過按鍵陣列或觸摸屏方式輸入控制參數，并按地址將紅藍亮度級別信號發送給智能驅動器，并具有用戶交互信息面板。
3.根據權利要求1所述的LED植物補光燈控制盒，其特征在于所述控制盒向智能驅動器發送命令時的數據傳輸協議共17位。分別傳輸植物補光燈具地址與紅藍光亮度級別信號，可以實現0 255級范圍內的任意亮度調節。
4.根據權利要求1所述的LED植物補光燈控制盒，其特征在于所述控制盒中CPLD主控制芯片包括接收模塊、溫度處理模塊、指令產生模塊(包括地址信號產生模塊和狀態信號產生模塊)。
5.根據權利要求1所述的智能驅動器，其特征在于向控制盒發送補光燈具地址信息及相應燈具周圍的紅藍光亮度信息，并接收控制盒的紅藍光亮度級別信號，從而控制PWM 進行Sbit數字調光。
6.根據權利要求1所述的智能驅動器，其特征在于所述智能驅動器向控制盒發送信息時的數據傳輸協議共14位。第0位到第5位為環境溫度信號位，第6位到第13位表示植物補光燈具地址位。
7.根據權利要求1所述的智能驅動器，其特征在于所述智能驅動器從芯片包括通信模塊、紅藍比較模塊、地址處理模塊，紅藍執行模塊、紅藍PWM產生模塊。
8.根據權利要求1所述的智能驅動器，其特征在于所述的植物補光燈頭包括基板及均勻安裝在基板上的紅藍光LED燈珠，紅藍LED燈珠間隔均勻排列于基板上，即每一個LED 周圍必是不同顏色的LED。
全文摘要
本發明公開了一種LED植物補光燈控制系統。所述控制系統包括LED植物補光燈控制盒、智能驅動器以及LED植物補光燈頭，所述補光燈控制盒包括CPLD主控制芯片、LCD顯示面板、按鍵陣列或觸摸板電路、RAM存儲器、ZIGEBB通信接口，接收智能驅動器傳送的信息，通過分析，發送指令給每個智能驅動器。所述智能驅動器采用紅、藍光雙路PWM數字驅動，包括CPLD從控制芯片、溫度傳感器、紅藍亮度傳感器、ZIGEBB通信接口。每個智能驅動器采集植物周圍亮度、溫度信息發送給控制盒，并接收控制盒的命令，實現對紅、藍光LED任意比例的256級數字控制。本發明利用全數字智能調控技術可以實現在同一空間內對多種不同的植物進行按需補光，同時實現對大范圍的植物補光燈的集中控制。
文檔編號A01G9/20GK102438370SQ201110402318
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者徐秀知, 楊廣華, 牛萍娟, 王巍, 王淑凡, 高鐵成, 龍邦強 申請人:天津工業大學