專利名稱:一種基于單片機(jī)控制的紫外led陣列系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，包括電路基板、紫外LED發(fā)光源、紫外線濾光鏡、LED驅(qū)動電路、MCU控制器、單片機(jī)控制單元、散熱單元、活性催化劑層；導(dǎo)熱材質(zhì)與電路板的銅箔和內(nèi)芯襯板相接觸，銅箔和內(nèi)芯襯板與散熱單元相接觸，實(shí)現(xiàn)熱量的迅速釋放；散熱單元采用金屬散熱片，在所述散熱片內(nèi)側(cè)加裝小型散熱風(fēng)扇，所述散熱風(fēng)扇為PWM風(fēng)扇，便于單片機(jī)根據(jù)溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；所述散熱片內(nèi)嵌有溫度傳感器和加熱電阻，且表面涂覆有活性催化劑層。
【專利說明】
一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外線作為重要的消毒手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。而傳統(tǒng)的紫外汞燈響應(yīng)速度慢，耗能高，且驅(qū)動電路負(fù)擔(dān)大，發(fā)熱高，并且因?yàn)轶w積、功率的問題難以做成控制陣列，影響控制效率。
[0003]紫外LED—般指發(fā)光中心波長在405nm以下的LED，LED業(yè)界通常將發(fā)光波長位于355?405nm時(shí)稱為近紫外LED，而短于300nm時(shí)稱為深紫外LED。目前在LED的研究和生產(chǎn)中用到最多的材料GaN的禁帶寬度為3.4eV，對應(yīng)的發(fā)光波長為365nm，剛好處于近紫外波段范圍，因此，近紫外LED中一般采用GaN作為基材。而深紫外LED通過在基材GaN中添加Al擴(kuò)大帶隙，獲得更短的發(fā)光波長。按照更詳細(xì)的波段與用途，紫外LED可以分為以下三類:(I)UVA:波長在315?405nm之間，主要用于固化，醫(yī)療，印刷，光刻，驗(yàn)鈔和光催化等；(2)UVB:波長在280?315nm之間，主要用于醫(yī)療，生物分析(如DNA)等；(3)UVC:波長小于280nm，主要用于殺菌(水、空氣凈化)和成分分析等。
[0004]目前紫外LED雖然已有少量應(yīng)用于消毒、殺菌等領(lǐng)域，但基于智能控制系統(tǒng)的多LED陣列的復(fù)合消毒除味一體化裝置尚未見報(bào)道。
[0005]與紫外LED類似，光觸媒等催化氧化技術(shù)也在空氣凈化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，本發(fā)明將催化氧化的空氣凈化技術(shù)與紫外LED消毒系統(tǒng)相結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是利用高能源效率的的LED發(fā)光源作為基礎(chǔ)，提供一種智能可控、消毒除味效果好的復(fù)合系統(tǒng)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]—種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:包括電路基板、紫外LED發(fā)光源、紫外線濾光鏡、LED驅(qū)動電路、MCU控制器、單片機(jī)控制單元、散熱單元、活性催化劑層；所述電路基板采用雙面銅箔結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯襯板可采用金屬或陶瓷材質(zhì)進(jìn)一步加強(qiáng)散熱；電路基板上設(shè)置有陣列狀的LED器件支撐插孔，所述LED支撐插孔中填充有導(dǎo)熱材質(zhì)，所述導(dǎo)熱材質(zhì)與電路板的銅箔和內(nèi)芯襯板相接觸，所述銅箔和內(nèi)芯襯板與散熱單元相接觸，實(shí)現(xiàn)熱量的迅速釋放;所述散熱單元采用金屬散熱片，在所述散熱片內(nèi)側(cè)加裝小型散熱風(fēng)扇，所述散熱風(fēng)扇為PWM風(fēng)扇，便于單片機(jī)根據(jù)溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速;所述散熱片內(nèi)嵌有溫度傳感器和加熱電阻，且表面涂覆有活性催化劑層。
[0009]優(yōu)選的，所述散熱風(fēng)扇為直徑8cm或12cm的PWM風(fēng)扇，可根據(jù)散熱片尺寸和形狀進(jìn)行選擇安裝，數(shù)量為1-2個(gè)。
[0010]優(yōu)選的，所述紫外LED發(fā)光源選用波長小于280nm的紫外LED器件，且每組LED器件與相應(yīng)的MCU單元連接，所述MCU單元與驅(qū)動電路連接。
[0011]優(yōu)選的，所述單片機(jī)控制單元選用89C52系列單片機(jī)或基于該單片機(jī)指令集的后續(xù)衍生型號。
[0012]優(yōu)選的，所述散熱單元多層片狀或曲面狀的金屬散熱片。
[0013]優(yōu)選的，在紫外LED外采用紫外濾光片，確保最終輸出的紫外光的波長符合預(yù)期范圍。
[0014]與現(xiàn)有的類似技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0015]1、通過使用紫外LED發(fā)光源，功率大幅度下降；
[0016]2、通過陣列化的設(shè)計(jì)以及單片機(jī)的智能控制，實(shí)現(xiàn)工作LED位置、工作LED數(shù)量的靈活控制；
[0017]3、通過完善的散熱設(shè)計(jì)以及熱量的利用，促進(jìn)催化劑的凈化效果。
[0018]4、通過散熱模組溫度區(qū)間的控制，進(jìn)一步增強(qiáng)凈化效果。
【附圖說明】

[0019]圖1是基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，作詳細(xì)說明，如圖1所示，一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，包括電路基板、紫外LED發(fā)光源、紫外線濾光鏡、LED驅(qū)動電路、MCU控制器、單片機(jī)控制單元、散熱單元、活性催化劑層。
[0021]電路基板方面，采用雙面銅箔結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯襯板可采用金屬或陶瓷材質(zhì)進(jìn)一步加強(qiáng)散熱。電路基板上設(shè)置有陣列狀的LED器件支撐插孔，可以選擇性的安裝多組紫外LED發(fā)光源器件。每個(gè)陣列點(diǎn)位均具有唯一的選通地址線，其選通原理類似于隨機(jī)存儲器的數(shù)據(jù)位訪問，為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員熟知技術(shù)，不再贅述。
[0022]散熱方面，為了進(jìn)一步加強(qiáng)電路基板的散熱，在所述的支撐插孔內(nèi)進(jìn)行金屬化處理或者填充有導(dǎo)熱材質(zhì)，所述金屬或?qū)岵馁|(zhì)與用于電路板散熱的銅箔以及內(nèi)襯的金屬基板或陶瓷材料相接觸，實(shí)現(xiàn)熱量的快速釋放。而所述散熱銅箔及內(nèi)襯的金屬基板或陶瓷材料最終與散熱模組相接觸。所述散熱模組采用普通的金屬散熱片即可，其形狀可為多層片狀或曲面狀，在散熱片內(nèi)側(cè)加裝小型散熱風(fēng)扇，散熱直徑根據(jù)散熱片的尺寸可以選擇8cm或12cm的PWM風(fēng)扇，便于單片機(jī)根據(jù)溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇的作用有兩點(diǎn)，一是進(jìn)一步加強(qiáng)散熱效果，二是加快空氣流動，增強(qiáng)空氣凈化效果?？諝鈨艋矫妫谒錾崞砻嫱扛布{米二氧化鈦與活性氧化鋁的復(fù)合涂層，散熱片的溫度升高可以加強(qiáng)所述復(fù)合物涂層的空氣凈化作用，實(shí)現(xiàn)了廢熱的有效利用。
[0023]散熱片內(nèi)嵌有溫度傳感器，并與單片機(jī)相連接，同時(shí)設(shè)置有加熱電阻。因納米二氧化鈦與活性氧化鋁對空氣凈化作用的活性與環(huán)境溫度有關(guān)，為了進(jìn)一步加強(qiáng)空氣凈化效果，利用溫度傳感器與加熱電阻和單片機(jī)的閉環(huán)控制，使得散熱模組的溫度控制在45-60攝氏度范圍內(nèi)。當(dāng)溫度低于45攝氏度時(shí)，散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)，加熱電阻工作，直至溫度傳感器探測的溫度達(dá)到上述區(qū)間，關(guān)閉加熱電阻。如溫度高于60攝氏度，則開啟散熱風(fēng)扇，同時(shí)根據(jù)溫度溫度的提升，線性提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的PWM控制方式為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員熟知技術(shù)手段，在此不再贅述。
[0024]紫外LED發(fā)光方面，采用波長小于280nm的UVLED器件。因本系統(tǒng)是采用了LED陣列，為了保證消毒效果以及控制效率，每組LED器件均配置相應(yīng)的M⑶單元與驅(qū)動電路。所述MCU單元與驅(qū)動電路相連，通過220V電壓驅(qū)動該驅(qū)動電路，并將驅(qū)動電路與紫外LED相連，實(shí)現(xiàn)LED的合理驅(qū)動。為了增強(qiáng)紫外LED的消毒效率，并濾除波長更長波段的光波，在紫外LED外采用紫外濾光片，確保最終輸出的紫外光的波長符合預(yù)期范圍。進(jìn)一步的，紫外LED模塊連接至前述散熱模組。
[0025]單片機(jī)控制單元方面，可選用89C52系列單片機(jī)或基于該單片機(jī)指令集的后續(xù)衍生型號(包括后期改進(jìn)型如STC系列型號)，也可采用PIC系列單片機(jī)加輸出口擴(kuò)展芯片的組合。單片機(jī)控制單元采用5V電源供電，輸入采用4*4陣列式鍵盤，鍵盤包括0-9數(shù)字鍵以及復(fù)位鍵和若干功能鍵，輸出采用4位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。另留出Sbit數(shù)據(jù)總線對LED陣列進(jìn)行選通控制。通過鍵盤設(shè)定工作LED號，單片機(jī)控制該選通單元進(jìn)行工作，并且由LED數(shù)碼管后兩位進(jìn)行顯示。LED數(shù)碼管第一位可作為LED工作狀態(tài)標(biāo)記位，O為待機(jī)模式，I為部分LED工作模式，2位全部LED工作模式;第二位可作為散熱模組工作狀態(tài)標(biāo)記位，O為自然散熱狀態(tài)(即加熱電阻和散熱風(fēng)扇均不工作)，I為加熱模式(即加熱電阻工作，散熱風(fēng)扇不工作)，2為降溫模式(即僅散熱風(fēng)扇工作)。
[0026]進(jìn)一步的，散熱風(fēng)扇可以設(shè)置為雙向工作，即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)模式交替運(yùn)行，或者開始時(shí)反轉(zhuǎn)I分鐘，之后進(jìn)入正轉(zhuǎn)模式。這樣可以減少散熱片表面的灰塵附著，提高散熱效率和空氣凈化效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:包括電路基板、紫外LED發(fā)光源、紫外線濾光鏡、LED驅(qū)動電路、MCU控制器、單片機(jī)控制單元、散熱單元、活性催化劑層;所述電路基板采用雙面銅箔結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯襯板可采用金屬或陶瓷材質(zhì)進(jìn)一步加強(qiáng)散熱；電路基板上設(shè)置有陣列狀的LED器件支撐插孔，所述LED支撐插孔中填充有導(dǎo)熱材質(zhì)，所述導(dǎo)熱材質(zhì)與電路板的銅箔和內(nèi)芯襯板相接觸，所述銅箔和內(nèi)芯襯板與散熱單元相接觸，實(shí)現(xiàn)熱量的迅速釋放;所述散熱單元采用金屬散熱片，在所述散熱片內(nèi)側(cè)加裝小型散熱風(fēng)扇，所述散熱風(fēng)扇為PWM風(fēng)扇，便于單片機(jī)根據(jù)溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速;所述散熱片內(nèi)嵌有溫度傳感器和加熱電阻，且表面涂覆有活性催化劑層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:所述散熱風(fēng)扇為直徑8cm或12cm的PffM風(fēng)扇，可根據(jù)散熱片尺寸和形狀進(jìn)行選擇安裝，數(shù)量為1-2個(gè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:所述紫外LED發(fā)光源選用波長小于280nm的紫外LED器件，且每組LED器件與相應(yīng)的MCU單元連接，所述MCU單元與驅(qū)動電路連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:所述單片機(jī)控制單元選用89C52系列單片機(jī)或基于該單片機(jī)指令集的后續(xù)衍生型號。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:所述散熱單元多層片狀或曲面狀的金屬散熱片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機(jī)控制的紫外LED陣列系統(tǒng)，其特征在于:在紫外LED外采用紫外濾光片，確保最終輸出的紫外光的波長符合預(yù)期范圍。
【文檔編號】A61L9/18GK205698622SQ201620317485
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】陸介平, 王宇航, 黃岑宇
【申請人】鎮(zhèn)江市高等專科學(xué)校