CN102748627A - 一种多功能的led农业照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农业照明技术领域，具体公开了一种多功能的LED农业照明装置。它包括LED光源模块、控制模块、高压发生装置、蓝光强度感应器、红光强度感应器、LED驱动模块、外部定时计数器、电源模块、开关模块，在LED光源模块上安装有红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED。通过各个模块之间的相互配合，实现对植物生长过程的补光、杀虫、杀菌消毒等功效，本发明集补光、杀虫、杀菌、照明于一体，以满足植物工厂的发展需求。
Description
技术领域
本发明属于农业照明技术领域，尤其是涉及一种多功能的LED农业照明装置。
背景技术
不同植物生长过程中对于光线的需求各不相同，即便是相同植物，在不同的生长阶段对于光线的需求也是不相同的。在一些植物工厂中，为了满足植物生长对于光线的需求，人们开始利用人造光源对植物进行补光，比如我国专利申请号为201110050443.8和200910111155.1公开的技术，其中分别介绍了可调节光强度、色温的LED照明光源。
另一方面，为了防止农药残留，用光手段来杀虫开始得到应用，比如我国专利申请号201020202549.6中公开了一种LED杀虫灯，其利用的LED光源为黄、绿、蓝、紫、白光LED，而害虫仅对330-400nm波长的趋光性最为敏感，其他颜色的光利用率就比较低。
综上可见，目前应用在农业照明方面的LED装置功能单一，以及不能满足植物工厂的不断发展需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的在于提供一种集补光、杀虫、杀菌、照明于一体的多功能LED农业照明装置。
为了实现本发明的第一发明目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种多功能的LED农业照明装置，包括：
LED光源模块，其上安装有红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED，所述红光LED产生的波长为600-690纳米，所述蓝光LED产生的波长为440-480纳米，所述紫外光LED产生的波长为200-420纳米；
控制模块，其上集成有补光控制单元、紫外控制单元、白光控制单元、以及高压控制单元，所述补光控制单元与所述红光LED和蓝光LED连接用于分别控制该红光LED和该蓝光LED的发光动作，所述紫外控制单元与所述紫外光LED连接用于控制该紫外光LED的发光动作，所述白光控制单元与所述白光LED连接用于控制该白光LED的发光动作；
高压发生装置，与所述高压控制单元连接用于产生高压杀灭害虫；
蓝光强度感应器，与所述补光控制单元的启动控制端连接，用于感应环境蓝光强度并根据预设的蓝光强度阈值启动补光控制单元以开启蓝光LED为植物补蓝光；
红光强度感应器，与所述补光控制单元的启动控制端连接，用于感应环境红光强度并根据预设的红光强度阈值启动补光控制单元以开启红光LED为植物补红光；
LED驱动模块，连接在所述控制模块的补光控制单元、紫外控制单元、以及白光控制单元的输入端，用于驱动红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED发光；
外部定时计数器，与所述控制模块连接，用于设置该控制模块中各个单元的工作时间；
电源模块，用于提供本装置各部分工作所需电能；
开关模块，用于控制本装置各部分电路的电源通断。
优选的，在所述控制模块中还包括有一加湿控制单元，在该加湿控制单元的启动控制端连接有一湿度感应器，在该加湿控制单元的输出端连接有一加湿器。
优选的，在所述控制模块中还包括有一二氧化碳控制单元，在该二氧化碳控制单元的启动控制端连接有一二氧化碳浓度感应器，在该二氧化碳控制单元的输出端连接有一二氧化碳发生装置。
进一步的，所述紫外光LED产生的波长为200-420纳米，具体包括：波长为200-320纳米的短波紫外光和波长为320-440纳米的长波紫外光。
进一步的，所述紫外光LED、蓝光LED、红光LED的封装结构为正装、倒装或者垂直结构。
进一步的，所述白光LED为蓝光LED芯片加上绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色中的一种或多种荧光粉混光制成。
进一步的，所述紫外光LED的封装材料为可耐紫外光的透明或半透明的有机高分子材料、无机类材料中的一种或者多种组合。
进一步的，所述红光LED和蓝光LED的封装材料为聚碳酸酯类、聚甲基丙烯酸甲酯类、硅橡胶类、环氧类、聚对苯二甲酸乙二酯类、玻璃中的一种或者多种组合。
进一步的，在所述LED光源模块上设置有用于连接电源与信号输入输出的标准接口。
进一步的，所述红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED外分别设置一光学透镜或者共用一个光学透镜。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1、将紫外光LED与蓝光LED、红光LED、白光LED组合为LED农业照明的LED光源模块，通过感应器和控制模块共同作用实现补光、照明、消毒杀菌、诱捕害虫的多功能。
2、通过红光和蓝光强度感应器实时监测LED光源模块所在光环境的状态，以控制蓝光LED、红光LED的补光动作，可根据不同植物不同阶段的不同光线需求来补光，实现真正的人工智能化管理。
3、四种LED光源集成在同一LED光源模块上，适合在大规模植物工厂应用。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图；
图2是本发明LED光源模块的一种结构示意图；
图3为本发明LED光源模块的另一种结构示意图。
图中：
1、电源模块 2、开关模块
3、LED驱动模块 41、蓝光强度感应器
42、红光强度感应器 43、温度感应器
44、二氧化碳浓度感应器 5、控制模块
51、补光控制单元 52、紫外控制单元
53、白光控制单元 54、加湿控制单元
55、高压控制单元 56、二氧化碳控制单元
6、LED光源模块 61、红光LED
62、蓝光LED 63、紫外光LED
64、白光LED 65、光学透镜
66、标准接口 7、加湿器
8、高压发生装置 9、二氧化碳发生装置
10、外部定时计数器
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
实施例1
如图1所示，为本发明的优选实施例的电路原理框图，如图所示，本实施例公开了一种多功能的LED农业照明装置，包括：
LED光源模块6，其上安装有红光LED 61、蓝光LED 62、紫外光LED 63、以及白光LED64；所述红光LED 61产生的波长为600-690纳米，所述蓝光LED 62产生的波长为440-480纳米，所述紫外光LED 63产生的波长为200-420纳米，所述紫外光LED产生的波长具体包括：波长为200-320纳米的短波紫外光和波长为320-440纳米的长波紫外光；
控制模块5，其上集成有补光控制单元51、紫外控制单元52、白光控制单元53、以及高压控制单元55，所述补光控制单元51与所述红光LED 61和蓝光LED 62连接用于分别控制该红光LED 61和该蓝光LED 62的发光动作，所述紫外控制单元52与所述紫外光LED 63连接用于控制该紫外光LED 63的发光动作，所述白光控制单元53与所述白光LED 64连接用于控制该白光LED 64的发光动作；
高压发生装置8，与所述高压控制单元55连接用于产生高压杀灭害虫；
蓝光强度感应器41，与所述补光控制单元51的启动控制端连接，用于感应环境蓝光强度并根据预设的蓝光强度阈值启动补光控制单元以开启蓝光LED为植物补蓝光；
红光强度感应器42，与所述补光控制单元51的启动控制端连接，用于感应环境红光强度并根据预设的红光强度阈值启动补光控制单元以开启红光LED为植物补红光；
LED驱动模块3，连接在所述控制模块5的补光控制单元51、紫外控制单元52、以及白光控制单元53的输入端，用于驱动红光LED 61、蓝光LED 62、紫外光LED 63、以及白光LED 64发光；
外部定时计数器10，与所述控制模块5连接，用于设置该控制模块5中各个单元的工作时间；
电源模块1，用于提供本装置各部分工作所需电能；
开关模块2，用于控制本装置各部分电路的电源通断。
为了进一步适应植物工厂需求，在所述控制模块中还包括有一加湿控制单元，在该加湿控制单元的启动控制端连接有一湿度感应器，在该加湿控制单元的输出端连接有一加湿器。
为了进一步适应植物工厂需求，在所述控制模块中还包括有一二氧化碳控制单元，在该二氧化碳控制单元的启动控制端连接有一二氧化碳浓度感应器，在该二氧化碳控制单元的输出端连接有一二氧化碳发生装置。
本实施例中，紫外光LED 63、蓝光LED 62、红光LED 61的封装结构为正装、倒装或者垂直结构。
本实施例中，白光LED 64为蓝光LED芯片加上绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色中的一种或多种荧光粉混光制成。
本实施例中，紫外光LED 63的封装材料为可耐紫外光的透明或半透明的有机高分子材料、无机类材料中的一种或者多种组合。
本实施例中，红光LED 61和蓝光LED 62的封装材料为聚碳酸酯类、聚甲基丙烯酸甲酯类、硅橡胶类、环氧类、聚对苯二甲酸乙二酯类、玻璃中的一种或者多种组合。
如图2所示，在所述LED光源模块6上设置有用于连接电源与信号输入输出的标准接口66。其中，红光LED 61、蓝光LED 62、紫外光LED 63、以及白光LED 64外分别设置一光学透镜65。
本实施例的基本制备过程如下：
（1）LED光源模块6的基板的制作：选择氧化铝、氮化铝基的陶瓷作为基板材料，通过光刻、电镀、化学镀等工艺在基板表面预先布好可与红光LED 61、蓝光LED 62、紫外光LED 63、以及白光LED 64相吻合的电路图，四颗LED的电路通道是相互独立的，并在基板表面设置LED 芯片的正负极标准接口66作为四颗LED芯片与外接电路的接口。
（2）白光LED 64的制作：白光LED采用蓝光LED芯片和一种或多种荧光粉组合混成白光的方式来实现。先通过固晶胶粘结剂将蓝光LED 芯片固定在基板上白光LED的位置，用光刻胶、金属、陶瓷基的遮盖板挡住芯片的电极，将荧光胶通过喷涂、点胶、丝印、电泳、旋涂的方式将荧光胶涂敷在芯片表面，固化后(如果是光刻胶遮盖电极，还需用刻蚀的方法除去电极上的光刻胶)制成白光LED。
（3）红光LED 61、蓝光LED 62、紫外光LED 63的制作：通过固晶胶粘结剂将紫光LED、蓝光LED、红光LED芯片固定在基板上相应的位置，使得红光LED 61、蓝光LED 62、紫外光LED 63与基板连接，进一步用金线将LED的电极与基板的正负极互连，保证各颗LED接入电源后可以点亮。
（4）封装：将2、3步骤制好的LED光源模块用硅胶、玻璃等材料封装，并保证封装后的形状为一半球形或其他有利于二次配方的光学形状。紫外光LED采用耐紫外光强的无机透明材料进行封装，其他LED可以采用硅胶类透明材料封装Molding成型。
（5）组装：将封装好的光源模块6、控制模块5、各种感应器（41、42、43、44）、电源1、开光模块2的接口连接组装而成。
本实施例的基本工作过程如下：
接通电源，感应器（41、42、43、44）工作：
如果蓝光强度感应器41感应到环境蓝光强度比预设的蓝光强度阈值低，则启动补光控制单元51以开启蓝光LED 62为植物补蓝光；
如果红光强度感应器42感应到环境红光强度比预设的红光强度阈值低，则启动补光控制单元51以开启红光LED 61为植物补红光；
由上两点可见，可根据不同植物不同阶段的光照需求设置不同的光强度阈值，进而对植物进行自动科学的补光；
如果湿度感应器43感应到的环境湿度小于预设的阈值时，则启动加湿控制单元以开启加湿器对植物生长环境进行加湿，可以根据不同的植物生长需求控制其生长环境的湿度，以利于植物生长；
如果二氧化碳浓度感应器44感应到的二氧化碳浓度低于预设的阈值时，则启动二氧化碳控制单元以开启二氧化碳发生装置对植物生长环境补充二氧化碳，可以根据不同植物的生长需求控制其生长环境的二氧化碳浓度，以利于植物生长；
当植物生长到某个阶段需要杀虫时，根据不同害虫的特点，通过开光模块2启动紫外控制单元52以开启紫外灯LED 63产生不同波长的紫外光将害虫吸引过来，并同时启动高压控制单元55以开启高压发生装置8以杀灭害虫；
当植物生长至成熟阶段时，也可以通过启动紫外控制单元52以开启紫外光LED63对成熟的果实进行采摘前的消毒杀菌；
当需要为工人照明的时，通过开光模块2启动白光控制单元以开启白光LED以照明使用；
本实施例设置的外部定时计数器，用于设置该控制模块中各个单元的工作时间，比如杀菌多长时间、加湿多长时间、光照多长时间等等。
本实施例提供了一种多功能可调控的LED光源农业照明装置，其中包含多种植物生长补光需要的红光LED、蓝光LED，还有杀菌、诱捕害虫所需要的紫外光LED，多颗LED被集成在一个光源模块中，同时通过标准的接口把控制线引出与控制器相连，实现对各光源的独立控制，从而很容易地实现在同一个植物工厂中实现作物轮作及配合植物不同生长阶段所需的不同光线。通过控制器对紫光LED的独立控制，可实现不定期消毒、定期消毒、诱杀害虫功能。另外，还配置了植物生长所需的加湿器和二氧化碳产生器，从多方面满足植物生长需求。
实施例2：
如图3所示，本实施例与实施例1的不同仅在于四个LED（61、62、63、64）外的光学透镜65，本实施例中四个LED（61、62、63、64）共用一个光学透镜62。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种多功能的LED农业照明装置，其特征在于包括：
LED光源模块，其上安装有红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED，所述红光LED产生的波长为600-690纳米，所述蓝光LED产生的波长为440-480纳米，所述紫外光LED产生的波长为200-420纳米；
控制模块，其上集成有补光控制单元、紫外控制单元、白光控制单元、以及高压控制单元，所述补光控制单元与所述红光LED和蓝光LED连接用于分别控制该红光LED和该蓝光LED的发光动作，所述紫外控制单元与所述紫外光LED连接用于控制该紫外光LED的发光动作，所述白光控制单元与所述白光LED连接用于控制该白光LED的发光动作；
高压发生装置，与所述高压控制单元连接用于产生高压杀灭害虫；
蓝光强度感应器，与所述补光控制单元的启动控制端连接，用于感应环境蓝光强度并根据预设的蓝光强度阈值启动补光控制单元以开启蓝光LED为植物补蓝光；
红光强度感应器，与所述补光控制单元的启动控制端连接，用于感应环境红光强度并根据预设的红光强度阈值启动补光控制单元以开启红光LED为植物补红光；
LED驱动模块，连接在所述控制模块的补光控制单元、紫外控制单元、以及白光控制单元的输入端，用于驱动红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED发光；
外部定时计数器，与所述控制模块连接，用于设置该控制模块中各个单元的工作时间；
电源模块，用于提供本装置各部分工作所需电能；
开关模块，用于控制本装置各部分电路的电源通断。
2.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
在所述控制模块中还包括有一加湿控制单元，在该加湿控制单元的启动控制端连接有一湿度感应器，在该加湿控制单元的输出端连接有一加湿器。
3.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
在所述控制模块中还包括有一二氧化碳控制单元，在该二氧化碳控制单元的启动控制端连接有一二氧化碳浓度感应器，在该二氧化碳控制单元的输出端连接有一二氧化碳发生装置。
4.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
所述紫外光LED产生的波长为200-420纳米，具体包括：波长为200-320纳米的短波紫外光和波长为320-440纳米的长波紫外光。
5.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
所述紫外光LED、蓝光LED、红光LED的封装结构为正装、倒装或者垂直结构。
6.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
所述白光LED为蓝光LED芯片加上绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色中的一种或多种荧光粉混光制成。
7.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
所述紫外光LED的封装材料为可耐紫外光的透明或半透明的有机高分子材料、无机类材料中的一种或者多种组合。
8.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
所述红光LED和蓝光LED的封装材料为聚碳酸酯类、聚甲基丙烯酸甲酯类、硅橡胶类、环氧类、聚对苯二甲酸乙二酯类、玻璃中的一种或者多种组合。
9.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
在所述LED光源模块上设置有用于连接电源与信号输入输出的标准接口。
10.根据权利要求1所述的LED农业照明装置，其特征在于：
所述红光LED、蓝光LED、紫外光LED、以及白光LED外分别设置一光学透镜或者共用一个光学透镜。
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