一種基于plc控制的大棚led照明裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種基于PLC控制的大棚LED照明裝置，包括橋架、PLC控制器和若干個LED照明盒，橋架包括若干級上下排列的子單元，每個子單元中包括設置地面的支撐架和水平設置于支撐架頂端的橫梁，支撐架上安裝有PLC控制器、LED紅光燈傳感器、LED藍光燈傳感器和LED遠紅光燈傳感器，橫梁的兩端均安裝有LED照明盒；LED照明盒包括可伸縮掛桿、頂板、散熱板和燈板，燈板的下表面上排布有若干LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈，燈板的上表面緊貼于散熱板的下表面，散熱板的上表面安裝有相對應的LED紅光燈驅(qū)動器、LED藍光燈驅(qū)動器和LED遠紅光燈驅(qū)動器。本實用新型結(jié)構簡單精巧，LED燈低熱量，可廣泛應用于植物在生長各個階段。
【專利說明】
一種基于PLC控制的大棚LED照明裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種照明裝置，具體涉及一種基于PLC控制的大棚LED照明裝置。
【背景技術】
[0002]植物生長發(fā)育過程是極為復雜的生命現(xiàn)象，不僅決定于植物自身的遺傳特性，還受到外界環(huán)境條件的影響。光作為植物光合作用的能量來源，其強度對于植物生長發(fā)育有極大的影響.對于大部分植物而言，光質(zhì)是指植物所受光照的光譜組成，不同光譜波段對植物的影響不同.植物通過體內(nèi)多樣的色素系統(tǒng)，感應不同波長范圍的光線，調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育與代謝。大量的研究表明紅光和藍光是植物生長最重要的兩種光譜。紅光影響植物的葉片擴展、干物質(zhì)累積莖的伸長。藍光影響植株的葉片和莖的生長。
[0003]目前植物補光領域主要采用熒光燈作為人工光源，通過改變熒光粉的成分，改變熒光燈光譜的峰值范圍。同時還使用高壓鈉燈和日光色鏑燈等。這些光源是依據(jù)人眼對光的適應性所選擇的，其光譜中很多不必要的波長，不一定對作物的生長具有促進作用。而且這些光源產(chǎn)生的熱量和紅外輻射比較多，需要用濾光片或者吸熱濾片將光譜窄化，以獲得符合要求的光譜分布。無法根據(jù)不同作物間、田間實際光強和光譜的組成，進行精確模擬。而且傳統(tǒng)植物生長補光光源的光譜都是連續(xù)復合光譜，無法對紅藍光質(zhì)比等參數(shù)進行調(diào)控，無法根據(jù)植物自身的需求來進行補光，有相當一部分光譜被浪費，造成補光效率低。而且這些都是熱光源，表面溫度較高，導致植物生長環(huán)境溫度升高，不利于植物生長，需要采用大功率風扇、空調(diào)等制冷設備，造成運行成本增加。同時傳統(tǒng)光源含有一些對植物生長環(huán)境有害的物質(zhì)，比如熒光燈中含有汞、鉛等有害物質(zhì)。
[0004]國內(nèi)目前尚未有采用組合LED陣列光源模擬特定光譜進行植物培養(yǎng)的設備。在采用LED陣列作為空間植物培養(yǎng)光源時，主要是選擇固定光譜波段。這種光源裝置雖然考慮了植物生長的特殊光譜，但培養(yǎng)光源為固定光譜，不具備光譜組分調(diào)節(jié)功能。
[0005]普通LED植物生長燈具雖然有節(jié)能、無污染、壽命長的優(yōu)點，但大多只能簡單控制和定制好紅藍配比，對于LED光質(zhì)、光照時間、輻射照度分布和環(huán)境反饋調(diào)節(jié)等方面全方位調(diào)節(jié)還未有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。同時LED的缺點是輸出光譜窄，需要至少由藍光與紅光兩種LED組合才能滿足植物的生長需要。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]發(fā)明目的:本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種基于PLC控制的大棚LED照明裝置，本實用新型采用單色LED配合帶調(diào)光功能的驅(qū)動器以及散熱板等，可用于大棚內(nèi)部植物生長補光的，并用PLC實現(xiàn)植物生長補光照明系統(tǒng)光照度、光色配比以及光周期的精確調(diào)控，是一種用于植物生長過程中長效、可靠、節(jié)能的補光系統(tǒng)，并使其光譜成分可調(diào)和穩(wěn)定輸出，模擬植物的吸收光譜照明，進而針對性地、高效地促進植物生長。
[0007]技術方案:本實用新型的一種基于PLC控制的大棚LED照明裝置，包括橋架、PLC控制器和若干個LED照明盒，所述橋架包括若干級上下排列的子單元，每個子單元中包括設置地面的支撐架和水平設置于支撐架頂端的橫梁，支撐架上安裝有PLC控制器、LED紅光燈傳感器、LED藍光燈傳感器和LED遠紅光燈傳感器，橫梁的兩端均安裝有LED照明盒;所述LED照明盒包括可伸縮掛桿、頂板、散熱板和燈板，掛桿懸掛于橋架的橫梁上，頂板、散熱板和燈板從上到下依次固定于掛桿，燈板的下表面上排布有若干LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈，燈板的上表面緊貼于散熱板的下表面，散熱板的上表面安裝有相對應的LED紅光燈驅(qū)動器、LED藍光燈驅(qū)動器和LED遠紅光燈驅(qū)動器；
[0008]其中，通過對應的編程器將控制程序輸入于PLC控制器，各個傳感器將實時采集的光照數(shù)值傳輸于PLC控制器，PLC控制器根據(jù)相應數(shù)據(jù)實時更新計算出光照控制指令，各個驅(qū)動器接收到控制指令后及時控制相應LED燈的運行。
[0009]進一步的，所述橋架的大小以及LED照明盒的數(shù)量根據(jù)大棚的實際種植面積決定，為增強整個裝置的穩(wěn)固性該支撐架呈“人”字形，支撐架上還設有A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器進行相應信號的轉(zhuǎn)換。
[0010]進一步的，所述頂板、散熱板和燈板呈圓形，掛桿依次貫穿頂板、散熱板和燈板的徑向兩側(cè)邊緣固定安裝，散熱板上還設有溫度保護器和警報器，LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈從外向內(nèi)依次呈同心圓式排列于燈板，運用HVM脈沖調(diào)制技術，通過相應的驅(qū)動器分別控制紅、藍和遠紅三組LED燈的亮度，以滿足不同作物生長對光的需求。
[0011 ]其中，上述的溫度保護器能夠防止散熱風道被堵塞或風扇損壞導致散熱不暢等意外發(fā)生后，燈板溫度過高而損壞LED燈，當燈板溫度值超過設定值(例如80°C )時，溫度保護器將自動切斷整個燈具的電源，從而對LED燈起到保護用，可采用K1-31系列產(chǎn)品。上述的警報器可防止照明裝置發(fā)生故障，例如采用蜂鳴器。
[0012]進一步的，所述LED紅光燈的波長為600?700nm(例如660nm)，LED藍光燈的波長為400?500nm(例如450nm)，LED遠紅光燈的波長為730nm，LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈的數(shù)量比為2:1:2，形成強度和比例可任意調(diào)節(jié)且光照均勻的光源板，可模擬不同種植群體內(nèi)部的光環(huán)境。730nm的遠紅光與660nm紅光間、450nm紅光燈的比例，對作物株高、節(jié)間長等形態(tài)建成，通過730nm的遠紅光照射來精確地控制開花的周期，而不需要僅依賴于季節(jié)的影響。
[0013]進一步的，所述燈板、散熱板與頂板均由鋁材制成(質(zhì)硬、強度大且導熱性好)，所述掛桿采用鋼材制成(加強穩(wěn)定性)，所述各個LED燈由導熱硅膠將粘貼于燈板，燈板同通過導熱硅膠粘貼于散熱板，散熱板采用涂覆低溫高輻射涂料(例如二氧化鈦)的鋁基板，散熱板與燈板的直徑為200mm，頂板的直徑為220_，掛桿與燈板、散熱板以及頂板之間均分別通過螺母固定。
[0014]進一步的，所述A/D轉(zhuǎn)換器的兩端分別通過RS485信號線與各個傳感器和PLC控制器相連，D/A轉(zhuǎn)換器的兩端也分別通過RS485信號線與PLC控制器和各個驅(qū)動器相連。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0016](I)本實用新型采用LED燈作為單色光光源，可以根據(jù)植物、環(huán)境、生長階段的不同通過調(diào)節(jié)獲得所需的光強和光質(zhì)配比，具有光強和光質(zhì)的自動調(diào)節(jié)功能，可以應用于植物在生長各個階段;并且單色大功率LED作為冷光源，可以實現(xiàn)對植物進行近距離照射而不會發(fā)生灼傷植物的現(xiàn)象，從而增加空間利用率；
[0017](2)本實用新型有效控制LED植物燈的體積和質(zhì)量，做到輕便好安裝；
[0018](3)本實用新型解決植物補光的成本及效益的問題，能對植物進行隨時、及時、按需、按周期的補光，而且還能防止補光過度造成浪費瓶；
[0019](4)本實用新型能對環(huán)境進行實時監(jiān)控，并且自動化調(diào)整，實現(xiàn)補光系統(tǒng)的智能控制，節(jié)省人力與時間，能進行智能照明裝置的一體化控制，控制方法簡捷、便利，無需人工檢測與操作，節(jié)省人力；
[0020](5)本實用新型采用的LED燈是半導體光源，不含有汞、鉛等有害物質(zhì)，對自然環(huán)境友好，同時壽命長，理論壽命長達5萬小時以上，遠高于熒光燈等傳統(tǒng)植物補光人工光源，可以有效的降低更換與維護成本。
[0021]綜上所述，本實用新型結(jié)構簡單精巧，LED燈低熱量，可廣泛應用于植物在生長各個階段。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實施中基于PLC控制的大棚LED照明裝置的整體結(jié)構示意圖；
[0023]圖2為本實用新型的工作原理示意圖；
[0024]圖3為本實用新型中電氣結(jié)構示意圖；
[0025]圖4為本實施例中照明盒的示意圖；
[0026]圖5為本實施例中照明盒的示意圖；
[0027]圖6為本實施中散熱板的結(jié)構示意圖；
[0028]圖7為本實施例中燈板的結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面對本實用新型技術方案進行詳細說明，但是本實用新型的保護范圍不局限于所述實施例。
[0030]如圖1所示，本實施例的基于PLC控制的大棚LED照明裝置，包括橋架14、PLC控制器13和若干個LED照明盒，橋架14包括若干級上下排列的子單元，每個子單元中包括設置地面的支撐架和水平設置于支撐架頂端的橫梁，支撐架上安裝有PLC控制器13、紅光傳感器10、藍光傳感器11和遠紅光傳感器12，橫梁的兩端均安裝有LED照明盒;LED照明盒包括可伸縮掛桿1、頂板9、散熱板8和燈板7，掛桿I懸掛于橋架14的橫梁上，頂板9、散熱板8和燈板7從上到下依次固定于掛桿I，燈板7的下表面上排布有若干LED紅光燈2、LED藍光燈3和LED遠紅光燈4(三種燈以一定比例進行組合形成強度和比例可任意調(diào)節(jié)、光照均勻的光源板，可以模擬不同種植群體內(nèi)部的光環(huán)境)，燈板7的上表面緊貼于散熱板8的下表面，散熱板8的上表面安裝有相對應的LED紅光燈驅(qū)動器18、LED藍光燈驅(qū)動器17和LED遠紅光燈驅(qū)動器19。
[0031]如圖2和圖3其中，通過對應的編程器將控制程序輸入于PLC控制器13，各個傳感器將實時采集的光照數(shù)值傳輸于PLC控制器13，PLC控制器13根據(jù)相應數(shù)據(jù)實時更新計算出光照控制指令，各個驅(qū)動器接收到控制指令后及時控制相應LED燈的運行。
[0032]其中，本實用新型的整體結(jié)構框架由鋼制槽式電纜橋架14構成，用于敷設系統(tǒng)部件之間的線路，對線路的屏蔽干擾和重腐蝕中環(huán)境線路的防護都有較好的效果。
[0033]可伸縮掛桿I可根據(jù)實際情況調(diào)整長度，也即是可單獨調(diào)整每個LED照明盒的高度。橋架14的大小以及LED照明盒的數(shù)量根據(jù)大棚的實際種植面積決定，支撐架呈“人”字形，支撐架上還設有A/D轉(zhuǎn)換器15和D/A轉(zhuǎn)換器16。
[0034]如圖4至圖7所示，頂板9、散熱板8和燈板7呈圓形，掛桿I依次貫穿頂板9、散熱板8和燈板7的徑向兩側(cè)邊緣固定安裝，散熱板8上還設有溫度保護器5和警報器6，燈板7、散熱板8與頂板9均由鋁材制成，掛桿I采用鋼材制成，各個LED燈由導熱硅膠將粘貼于燈板7，燈板7同通過導熱硅膠粘貼于散熱板8，散熱板8采用涂覆低溫高輻射涂料的鋁基板，散熱板8與燈板7的直徑為200mm，頂板9的A/D轉(zhuǎn)換器15的兩端分別通過RS485信號線與各個傳感器和PLC控制器13相連，D/A轉(zhuǎn)換器16的兩端也分別通過RS485信號線與PLC控制器13和各個驅(qū)動器相連。
[0035]同種顏色LED燈器件在圓形的基板上均勻分布:12顆紅光LED燈2在燈板7上環(huán)形均勻分布，環(huán)形的直徑為180mm; 12顆遠紅光LED燈4在燈板7上環(huán)形均勻分布，環(huán)形的直徑為120mm;6顆藍光LED燈3也在燈7板上環(huán)形均勻分布，環(huán)形的直徑為eOmnuLED燈可分別采用歐司朗光電半導體生產(chǎn)的超紅(660nm)、深藍(450nm)與遠紅光(730mm)的OSLON SSL新款超緊湊型大功率LED(3mmX 3mmX 2.35mm)，光束角為150°。
[0036]本實施例中，運用PffM脈沖調(diào)制技術分別控制紅、藍和遠紅三組LED燈的亮度，以滿足不同作物生長對光的需求，LED燈陣列由PWM信號控制，其中LED紅燈采用中心波長為660nm的窄帶紅光，LED藍燈采用中心波長為450nm的窄帶藍光，LED遠紅燈采用中心波長為730nm的窄帶遠紅光。每個LED照明盒含有紅燈12顆，藍燈6顆與遠紅光燈12顆。紅光、藍光與遠紅光燈LED陣列獨立工作，當PffM占空比為I時，達到最大光照亮度。
[0037]本實用新型的具體工作原理是:
[0038](I)根據(jù)大棚內(nèi)植物種類和生長狀態(tài)輸入相應的控制程序到PLC控制器13中，程序輸入裝置可采用PLC控制器13配套的編程器或者計算機；
[0039](2)本實用新型中的LED照明裝置系統(tǒng)初始化，大棚內(nèi)的各個紅光傳感器10、藍光傳感器11和遠紅光傳感器12測到大棚內(nèi)部光照數(shù)值，并傳輸?shù)絇LC控制器13中；
[0040](3)PLC控制器13中的控制程序根據(jù)大棚內(nèi)部實時光照情況與大棚內(nèi)植物實時所需光照的光質(zhì)配比與光強數(shù)值得出LED照明盒的控制指令；
[0041 ] (4)控制指令通過數(shù)據(jù)電纜傳輸?shù)礁鱾€LED紅光燈驅(qū)動器18、LED藍光燈驅(qū)動器17和LED遠紅光燈驅(qū)動器19;
[0042](5)各個LED紅光燈驅(qū)動器18、LED藍光燈驅(qū)動器17和LED遠紅光燈驅(qū)動器19控制相應LED燈的運行；
[0043](6)當大棚內(nèi)的光照發(fā)生變化或者大棚內(nèi)植物的光照需求發(fā)生變化時，PLC控制器13向驅(qū)動裝置發(fā)送新的控制指令，LED照明裝置的運行狀態(tài)發(fā)生適當?shù)母淖儭?br>[0044]本實施例中的整個裝置采用RS485通訊協(xié)議，RS485信號線可采用RVSP雙絞屏蔽線。PLC控制器13可采用FX3U系列三菱PLC，PLC控制器13通過RS485通過計算機或PLC編程器實現(xiàn)程序編程與輸入，根據(jù)輸入的程序PLC控制器13對預期光譜與照度進行計算以及控制管理整個光源系統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換器15與D/A轉(zhuǎn)換器16采用三菱A/D，D/A轉(zhuǎn)換模塊FX2N-4AD，并且PLC控制器13、紅光傳感器10、藍光傳感器11與遠紅光傳感器12采用內(nèi)置電源。各個LED燈驅(qū)動器的供電可由大棚外220V線路統(tǒng)一引來。
[0045]各個LED燈的驅(qū)動器可采用OSRAM歐司朗ET-LED 30ff LED燈杯專用電子變壓器12V可調(diào)光電源驅(qū)動，在每個照明盒中的每種顏色的LED燈有獨立的電源驅(qū)動器，分別采用脈寬調(diào)制(PWM)方式實現(xiàn)每種燈輻射強度的連續(xù)、獨立調(diào)節(jié)。
[0046]上述實施例中，可采用ISL29010光照傳感器進行光照檢測，因為傳感器不能實現(xiàn)對單色光的檢測，因此在各傳感器前分別加一層相應波長范圍的帶通濾光片。紅光傳感10器前加的濾光片中心波長為660nm，藍光傳感器11前加的濾光片中心波長為450nm;遠紅光傳感器12前加的濾光片中心波長為730nmo
【主權項】
1.一種基于PLC控制的大棚LED照明裝置，其特征在于:包括橋架、PLC控制器和若干個LED照明盒，所述橋架包括若干級上下排列的子單元，每個子單元中包括設置地面的支撐架和水平設置于支撐架頂端的橫梁，支撐架上安裝有PLC控制器、LED紅光燈傳感器、LED藍光燈傳感器和LED遠紅光燈傳感器，橫梁的兩端均安裝有LED照明盒;所述LED照明盒包括可伸縮掛桿、頂板、散熱板和燈板，掛桿懸掛于橋架的橫梁上，頂板、散熱板和燈板從上到下依次固定于掛桿，燈板的下表面上排布有若干LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈，燈板的上表面緊貼于散熱板的下表面，散熱板的上表面安裝有相對應的LED紅光燈驅(qū)動器、LED藍光燈驅(qū)動器和LED遠紅光燈驅(qū)動器； 其中，通過對應的編程器將控制程序輸入于PLC控制器，各個傳感器將實時采集的光照數(shù)值傳輸于PLC控制器，PLC控制器根據(jù)相應數(shù)據(jù)實時更新計算出光照控制指令，各個驅(qū)動器接收到控制指令后及時控制相應LED燈的運行。2.根據(jù)權利要求1所述的基于PLC控制的大棚LED照明裝置，其特征在于:所述橋架的大小以及LED照明盒的數(shù)量根據(jù)大棚的實際種植面積決定，支撐架呈“人”字形，支撐架上還設有A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。3.根據(jù)權利要求1所述的基于PLC控制的大棚LED照明裝置，其特征在于:所述頂板、散熱板和燈板呈圓形，掛桿依次貫穿頂板、散熱板和燈板的徑向兩側(cè)邊緣固定安裝，散熱板上還設有溫度保護器和警報器，LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈從外向內(nèi)依次呈同心圓式排列于燈板。4.根據(jù)權利要求3所述的基于PLC控制的大棚LED照明裝置，其特征在于:所述LED紅光燈的波長為600?700nm，LED藍光燈的波長為400?500nm，LED遠紅光燈的波長為730nm，LED紅光燈、LED藍光燈和LED遠紅光燈的數(shù)量比為2:1: 2。5.根據(jù)權利要求1所述的基于PLC控制的大棚LED照明裝置，其特征在于:所述燈板、散熱板與頂板均由鋁材制成，所述掛桿采用鋼材制成，所述各個LED燈由導熱硅膠將粘貼于燈板，燈板同通過導熱硅膠粘貼于散熱板，散熱板采用涂覆低溫高輻射涂料的鋁基板，散熱板與燈板的直徑為200_，頂板的直徑為220mm，掛桿與燈板、散熱板以及頂板之間均分別通過螺母固定。6.根據(jù)權利要求2所述的基于PLC控制的大棚LED照明裝置，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換器的兩端分別通過RS485信號線與各個傳感器和PLC控制器相連，D/A轉(zhuǎn)換器的兩端也分別通過RS485信號線與PLC控制器和各個驅(qū)動器相連。
【文檔編號】A01G7/04GK205567191SQ201620341684
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】李杜, 蔡慧, 林萍, 陳永明
【申請人】鹽城工學院