專利名稱：Led水族燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種LED水族燈，尤其涉及一種能夠提供光線補償同時模擬自然界光線變化的LED水族燈。
背景技術：
傳統的水族照明領域，通常是用熒光燈，金鹵燈或者石英碘化燈進行水族的照明， 以實現各種水族，如珊瑚、水草、魚類、貝殼等的視覺審美以及生長的需要，但傳統的水族照明有很多缺點，一是耗電比較高，不節能；二是含有汞等有毒的元素，不環保，同時傳統的照明光線還會釋放出紫外線等一些射線，引起水草的瘋長；三是照明光線不能自動調節，傳統的照明產品只能設置幾個簡單的開關，來對不同的燈管進行控制來進行照明亮度的調節， 光線變化落差很大。近年來LED燈開始被廣泛使用，LED燈耗能低，材料環保，沒有放射射線，并且有一些LED產品可以通過電阻調節來實現LED的亮度的變化來模擬大自然的變化。中國發明專利申請CN200710111123.2公開了一種水族燈，其包含一照明單元以及一調控單元，照明單元具有復數個發光二極管，發光二極管是相鄰設置且發出不同色系，調控單元與發光二極管電性連接，以分別調控不同色系的發光二極管。發光二極管具有耗電低、壽命長、色飽和佳、高發光效率以及可調整色溫等優點，除了能避免頻繁地更換水族燈的光源外，更可提供穩定的光線、提升使用率、省電，并降低使用成本，可借由調控單元來調控不同色系的發光二極管以提供使用者不同色系的光線選擇。然而現在的水族照明光線控制都是一種主動控制的系統，比如水族箱放在窗戶外面的情況下，太陽光白天能直接照到，或者水族箱放置的室內開燈的情況下，水族箱的照明已經得到了一定的補充，如果水族箱不能依據外界光線的強度變化來調整發光輸出，就會造成亮度過大而浪費電能。
實用新型內容為了解決現有技術的以上問題，本實用新型的實施例提出了一種能夠提供光線補償同時模擬自然界光線變化的LED水族燈。本實用新型的技術方案為一種LED水族燈，包括感光單元、控制單元、照明單元和電源單元，感光單元采集環境的光線參數，將其進行轉換后傳遞給控制單元，控制單元根據感光單元所采集的環境光線參數調整電源單元的電流輸出，照明單元包括多個LED燈， 根據電源單元的輸出電流控制LED燈的發光強度。所述控制單元通過控制PWM信號的占空比來調整電源單元的輸出電流。所述控制單元將感光單元所采集的環境光線參數與預先設定值比較后控制PWM 信號的占空比。所述電源單元包括恒壓電源模塊與恒流電源模塊或者包括可調節電流輸出的恒流電源，恒流電源模塊能將恒壓電源的恒壓電流轉換為恒流電流，同時恒流電源模塊可以接受控制單元的控制調節輸出不同大小的恒流電流，控制單元通過控制PWM信號的占空比 來調整電源單元的輸出電流。 所述照明單元根據使用者設定的調整速率在在一段時間內逐步調節LED燈的發光強度。 所述恒流電源模塊包括MOS管控制器和高邊電流檢測電阻，通過高邊電流檢測電阻的反饋值控制MOS管的導通時間和頻率。所述控制單元通過調節PWM信號的占空比，可以控制恒流電源模塊有電流輸出和無電流輸出的時間，從而得到一個預期的平均電流。所述控制單元可以輸出兩組以上的占空比不同的PWM信號，分別調整不同色溫的 LED 燈。所述LED水族燈還包括風扇單元，在LED水族燈的發熱量到達一定的程度時，控制單元啟動風扇單元冷卻照明單元和電源單元。設定風扇啟動的PWM占空比閥值后可以在PWM到達預定占空比時啟動風扇單元冷卻照明單元和電源單元。本實用新型能隨時根據外界光線的強度調整LED燈自身的發光強度，產生的有益效果首先是能在保持水族箱內照明強度不變的情況下最大限度地節約耗電量，達到節約能源的目的，其次是外界光線變化比較明顯的時候保持水族箱內照明強度不變，使水族箱內的生物不受外界光線強度變化的干擾。本實用新型還可以隨機模擬產生自然界的各種天氣情況，如多云，陰天，晴天等， 其發生的時機和發生時間的長短均隨機產生，同時可以調節其發生的概率，還可以根據需要模擬出陰天，多云，晴天，白天，夜晚，早晨，中午，傍晚等自然光線。
為了更清楚地說明本實用新型的實施例或現有技術中的技術方案，下面將對本實用新型的實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。圖1是本實用新型LED水族燈的整體結構圖。圖2是本實用新型LED水族燈的電路原理圖。圖3是本實用新型LED水族燈感光單元的電路原理圖。圖4是本實用新型LED水族燈的光線補償電路原理圖。圖5是本實用新型LED水族燈的恒流電源模塊電路原理圖。
具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對本實用新型做進一步說明。請參照圖1所示，本實用新型實施例的一種水族燈的一結構示意圖。水族燈用來給水族生物如珊瑚，魚類，水草等提供生長和觀賞所需要的照明，水族燈包含調控單元10， 顯示單元20，控制單元30，感光單元40，風扇單元50，照明單元60，電源單元70和線纜單元 80，照明單元60安裝在殼體15中。調控單元10包括輸入裝置11，與控制單元30相連，可以為一薄膜按鍵開關組合，或者旋轉按鈕，也可以是一輕觸開關，調控單元10通過這些按鍵或者旋鈕選擇水族燈照明的運轉模式，如手動模式、自動模式、感光補償模式，還可以設置時間和各種輸入參數，可以自行設定水族箱所處的季節、天氣和時間，如春夏秋冬、多云、陰天、晴天、白天、夜晚、早晨中午、傍晚等，給使用者非常大的自主性和多種設定選擇。顯示單元20包含一顯示區22，顯示單元20和控制單元30相連，顯示區22可以顯示照明單元60提供的照明的亮度、時間、水族燈的運轉模式等狀態，讓使用者清楚地知道水族燈的狀態和各種參數。控制單元30包含一控制板33，該控制板33能通過調控單元10輸入和設置的參數，以及感光單元40所采集的水族箱的環境光線參數來調整電源單元70的電流輸出，從而達到自動配色和調整亮度，從而模擬太陽光變化的效果。照明單元60包括四個LED燈管模塊，分別由兩根白光LED燈61、62 (色溫 12000K-20000K)和兩根藍光LED燈(波長420nm_480nm) 63,64組成，LED燈管模塊可以由多個小功率的LED燈珠(如SMD3528燈珠，SMD5050燈珠)或者大功率的1W，3W或者更大的功率和亮度的燈珠安裝在散熱的鋁材上面而成，照明單元60根據電源單元70的輸出電流調節LED燈的發光強度。照明單元60也可以為其他的兩組以上的LED照明模塊來組合，比如兩組白光，一組藍光的三組LED模塊組合或者兩組藍光，一組白光的三組LED模塊組合或者R (紅色)，G (綠色)，B (藍色)的三組LED模塊組合等。電源單元70是可調節電流輸出的恒流電源，本實用新型實施例的電源單元70包括恒壓電源模塊7 1和恒流電源模塊72，電源單元70也可以是電流分配模塊加上不可調節恒流電源，或者是可調節電流輸出的恒流模塊。本實用新型的實施例一，能實現LED水族燈的光線自動補償。水族箱放在室內的情況下，當使用者在上午10點鐘打開室內的照明燈時，如果室內照明的強度相當于使用者自行設定的模式所對應的光線強度的20%左右，相當于水族燈的照明被加強了 20%左右，為了充分的利用使用者的室內照明，感光單元40采集到水族箱的環境光線強度，同時將光線強度的數據轉換為電信號傳遞給控制單元30的控制板33，控制板33通過計算后將電源的電流輸出降低20%，從而使照明單元60的輸出也降低20%左右ο如圖3和圖4所示，感光單元40的感光部件M5采用環保型的光敏二極管，當外界光線發生變化時，光敏二極管的電流會隨之發生變化，這種電流的變化會被采樣電阻 R17 R21的其中一個電阻轉變為電壓的變化，然后通過微處理器MCU(Micro Control Unit) 自帶的A/D轉換器轉化為數字量供MCU使用，通過采樣電阻R17 R21不同阻值的搭配可以讓光敏二極管在不同的光照強度下均保持符合要求的精度。本實用新型在控制板33中內置了時鐘、日歷和四季光線變化曲線，各種不同的季節、天氣和時間均有相對應的預先設定值，使用者在設置了時間和日期后，控制單元30將感光單元40所采集的光線強度與預先設定值比較，如果采集到的光線強度為預先設定值的20%，則控制單元30會控制PWM (Pulse Width Modulation)信號的占空比，將其縮減為預先設定值的80%，而電源單元70的恒流電源模塊72的輸出電流是與PWM信號的占空比成正比的，因此輸出電流會比預定值減少20%，從而使照明單元60的光照強度也降低20%，同時水族生物所感知的光線強度則基本保持不變，使得控制單元30能自動根據環境光線的強弱調整LED燈管輸出電流的大小，從而達到節能20%左右，同時也減少外界光線對水族生物的干擾目的。正常情況下外界光線在短時間內會保持相對穩定，為了避免光線補償調整中的光線突變，以及避免由于信號受到干擾，或瞬間光照變化，如行人走過感光區域造成的誤補償，在外界光線發生變化后，照明單元60的光線強度并不會被立即調整，而是根據使用者設定的補償速率(％/S)在一段時間內逐步完成補償調整。如果根據感光單元40采集到的數據計算出需要減少20%的光照強度，使用者設定的補償速率為0. 5%/S，則控制單元30會控制每2秒減少1%的光照強度，直到40秒后光照強度才減少20%，從而保持光線強度在一定時間內的相對穩定性，避免對水生物產生不利影響。因此本實用新型在外界光線較強的時候減少燈管電流的輸出，在光線比較弱的時候加大燈管電流的輸出，通過對燈管電流的動態調整，既可以充分滿足水族生存對光線的需求，又可以最大限度的節約能源。本實用新型的實施例二，可以控制LED水族燈產生不同的亮度和色溫，達到模擬自然界光線變化的目的。電源單元70與控制單元30相連，接受控制單元30的調節，控制單元30通過弱電流控制電源單元70的開關的通斷，達到控制電源單元70的輸出電流和功率大小的目的。本實用新型的電源單元70包括恒壓電源模塊71和恒流電源模塊72，恒流電源模塊72能將恒壓電源模塊71的恒壓電流轉換為恒流電流，同時恒流電源模塊72可以接受控制單元30的控制調節輸出不同大小的恒流電流，控制單元30通過控制PWM信號的占空比來調整電源單元的輸出電流。請參照圖4和圖5，圖5為電源單元70中恒流電源模塊72中調節電流的其中一組，其余與此相同。圖4中的PWM信號與圖5中的PWM引腳相連，使恒流電源模塊72的輸出電流接受控制單元30的控制。MCU的內部定時器會通過TPWM引腳輸出頻率固定、占空比可調的方波信號，來控制Ql和Q2的通斷，進而在PWMl和PWM2端產生相位相反的方波信號，即PWM信號，該PWM信號連接到圖5恒流控制芯片U3的PWM輸入腳。U3內部包含有MOS 管控制器，通過高邊電流檢測電阻Rs的反饋值控制MOS管Q的導通時間和頻率，達到控制電流的目的。由于高邊電流檢測電阻Rs的值是固定的，因此在不連接PWM信號而直接連接高電平時，恒流電源模塊72將輸出一個恒定值的電流，當U3的PWM引腳為低電平時，恒流電源模塊將無電流輸出，通過調節PWM信號的占空比，可以控制恒流電源模塊72有電流輸出和無電流輸出的時間，從而得到一個預期的平均電流。由于PWM信號的頻率遠遠高于人眼和一般生物所能觀察到的閃爍頻率，以及LED 自身光線的暫留效應，照明單元60將輸出與電流及PWM占空比成正比的光照，而且由于控制單元30可以輸出兩組以上的占空比不同的PWM信號，分別調整不同色溫的LED燈管，因此能夠達到模擬自然界光線變化的目的。本實用新型電源單元70包括恒壓電源模塊71和恒流電源模塊72，控制單元30對電源單元70恒流模塊的調節通過PWM的方式實現，調節步距為1%，可實現對任一 LED燈管模塊的亮度從0%到100%的調節，通過輸入不同大小的恒流電流來控制不同的LED燈管模塊發出不同的亮度的光線。同時本實用新型在控制板33中內置了時鐘、日歷和四季光線變化曲線，控制單元30可以通過計算模擬出四季變化、日升日落、月盈月虧等各種各樣的光線變化。例如，使用者在設置了正確的時間和日期后，在冬季的時候，LED燈管模擬白天的時間會縮短，模擬夜晚的時間會延長，同時白天的最高亮度也會減小，達到節能的效果。本實用新型還可以隨機模擬產生自然界的各種天氣情況，如多云，陰天，晴天等， 其發生的時機和發生時間的長短均隨機產生，同時可以調節其發生的概率，還可以根據需要模擬出陰天，多云，晴天，白天，夜晚，早晨，中午，傍晚等自然光線。本實用新型的實施例三，可以使LED水族燈的溫度保持在合理的標準。本實用新型風扇單元50與控制單元30相連，風扇單元50采用主動散熱模式，在 LED水族燈的發熱量到達一定的程度時，控制單元30設置的感溫探頭會將相應的溫度信息傳遞給控制單元30，控制單元30啟動風扇單元50，強制風冷卻照明單元和電源模塊。沒有感溫探頭時，控制單元30也可以根據系統電流的大小來啟動風扇單元50，由于系統電流是與照明單元60的亮度成正比的，而照明單元60的亮度是已知的，同時照明單元60的亮度與PWM占空比也是成正比的，因此只要用戶設定一個風扇啟動的PWM占空比閥值就可以在PWM到達預定占空比(即預定電流)時啟動風扇，強制風冷卻照明單元和電源模塊，使水族LED燈的溫度保持在合理的標準。以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此， 任何本領域的技術人員不經創造性勞動考慮到的變化都應落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種LED水族燈，包括感光單元、控制單元、照明單元和電源單元，其特征在于，感光單元采集環境的光線參數，將其進行轉換后傳遞給控制單元，控制單元根據感光單元所采集的環境光線參數調整電源單元的輸出電流，照明單元包括多個LED燈，根據電源單元的輸出電流調節LED燈的發光強度。
2.如權利要求1所述的LED水族燈，其特征在于，所述電源單元包括恒壓電源模塊與恒流電源模塊，或者電流分配模塊加上不可調節恒流電源，或者是可調節電流輸出的恒流模塊。
3.如權利要求2所述的LED水族燈，其特征在于，所述恒流電源模塊能將恒壓電源的恒壓電流轉換為恒流電流，同時恒流電源模塊可以接受控制單元的控制調節輸出不同大小的恒流電流，控制單元通過控制PWM信號的占空比來調整電源單元的輸出電流。
4.如權利要求2所述的LED水族燈，其特征在于，所述恒流電源模塊包括MOS管控制器和高邊電流檢測電阻，通過高邊電流檢測電阻的反饋值控制MOS管的導通時間和頻率。
5.如權利要求3所述的LED水族燈，其特征在于，所述控制單元可以輸出兩組以上的占空比不同的PWM信號，分別調整不同色溫的LED燈。
6.如權利要求1所述的LED水族燈，其特征在于，所述LED水族燈還包括風扇單元，在 LED水族燈的發熱量到達一定的程度時，控制單元啟動風扇單元冷卻照明單元和電源單元。
專利摘要本實用新型是關于一種能夠提供光線補償同時模擬自然界光線變化的LED水族燈，包括感光單元、控制單元、照明單元和電源單元，感光單元采集環境的光線參數，將其進行轉換后傳遞給控制單元，控制單元根據感光單元所采集的環境光線參數調整電源單元的電流輸出，照明單元包括多個LED燈，根據電源單元的輸出電流控制LED燈的發光強度。本實用新型能隨時根據外界光線的強度調整LED燈自身的發光強度，在保持水族箱內照明強度不變的情況下最大限度地節約耗電量，達到節約能源的目的，同時使水族箱內的生物不受外界光線強度變化的干擾。
文檔編號F21W131/30GK201944766SQ20102057709
公開日2011年8月24日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者敖勤鋒, 李軍平, 田國鵬 申請人:深圳威德森科技有限公司