一种线性PWM调光的LED植物生长灯系统及调光方法与流程

一种线性pwm调光的led植物生长灯系统及调光方法
技术领域
1.本发明涉及植物生长灯技术领域，具体涉及一种线性pwm调光的led植物生长灯系统及调光方法。


背景技术：

2.随着建筑规划越来越紧凑，植物种植空间越来越小，因此垂直种植体系、悬挂式种植等非土壤种植技术逐渐成为了一个新热点领域。因此，用于种植植物的led植物生长灯开始进入人们的视野。
3.led植物生长灯具有光谱可控、经济节能、散热性能优异、寿命长等特点，在植物生长、生产等方面得到了广泛应用。在实际应用中，我们发现，为了适应不同阶段植物的生长需求，调节led灯的亮度是非常重要的。目前，一般采用固定电流方式调节led灯的亮度。这种调光方式效果不够理想，对led灯寿命影响较大。市场上现有的pwm调光led生长灯主要有以下缺点和不足：
4.1.频闪问题：pwm调光时，灯光的频率会变化，会产生视觉上的频闪问题，对人眼造成不良影响。2.彩色转变：pwm调光时，颜色的变化不是平滑的，而是经常发生彩色转变，影响植物的正常生长。3.寿命问题：pwm调光时，因为灯光在开关过程中负载电流的变化，会导致芯片、电容等元器件寿命缩短。4.调光效果问题：pwm调光时，因调整范围和精度有限，恶劣的环境条件可能导致led调光效果不佳。
5.综上所述，市场上现有的pwm调光led生长灯在频闪问题、彩色转变、寿命问题、调光效果问题和驱动器问题上还存在许多不足。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种线性pwm调光的led植物生长灯系统及调光方法，不仅有效延长led灯的使用寿命，同时可以根据植物的不同需求调整led灯的亮度。
7.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
8.设计一种线性pwm调光的led植物生长灯系统，包括大灯板、转接板、驱动板和主控板，大灯板通过连接器与转接板相连接，转接板通过连接器与驱动板相连接，转接板通过接线座和配套软排线与主控板相连接；主控板通过输出pwm驱动大灯板。
9.优选的，大灯板与转接板之间的连接器为xh2.545p连接器。
10.优选的，转接板与驱动板之间的连接器为xh2.548p连接器。
11.优选的，转接板与主控板之间的连接座为fpc16p接线座。
12.本发明还涉及一种线性pwm调光的led植物生长灯系统调光方法，包括下列步骤：
13.(1)选择适当的控制器：选择支持pwm调光功能的控制器，将光源与控制器相连；所述控制器为微控制器或pwm调光控制器；控制器的输出引脚连接到光源的控制输入引脚；
14.(2)设置pwm频率和周期：根据需要设置pwm的频率；较高的pwm频率可以提供更平滑的调光效果，但可能会增加控制器的计算负担。确定pwm信号的周期，即一个完整的脉冲
周期的时间长度；周期的长度决定了pwm信号的重复频率。
15.(3)设置初始亮度：确定初始的亮度级别，即pwm信号的占空比；占空比表示脉冲高电平的时间占整个周期的比例。
16.(4)接收用户输入：根据用户的输入信号，调整pwm信号的占空比，从而改变光源的亮度；用户可以通过旋钮、按键或外部控制信号输入指令。
17.(5)更新pwm信号：根据用户输入的变化，实时更新pwm信号的占空比，使光源的亮度随之改变；
18.(6)平滑过渡：为了避免亮度变化过于突然，使用渐变或平滑过渡的算法来调整pwm信号的变化速度，使光源的亮度变化更加平滑；
19.(7)循环执行：持续地循环执行上述步骤(4)-(6)，以实现实时响应用户输入，并根据用户需求调整光源的亮度。
20.优选的，调光模式包括：
21.a.常规调光模式：在这种模式下，根据用户的输入或预设的亮度级别，直接调整pwm信号的占空比来改变光源的亮度；用户可以通过旋钮、按钮或应用程序等方式进行调节；
22.b.自动调光模式：在这种模式下，根据环境亮度或其他传感器的反馈信号，自动调整pwm信号的占空比，以实现光源的自动调光功能；如：当环境较暗时，自动增加亮度；当环境较亮时，自动降低亮度。
23.c.时间调光模式：在这种模式下，根据特定的时间段或场景需求，预设不同的亮度级别，并根据时间进行切换；如：在晚上的时间段内，预设较低的亮度；在白天的时间段内，预设较高的亮度。
24.优选的，调光过程的实现方法为：
25.①
确定调光模式：根据需求选择适当的调光模式，通过用户输入、环境传感器来确定所需模式；
26.②
配置调光参数：根据所选的调光模式，配置相应的调光参数；
27.③
实时监测输入：根据所选的调光模式，实时监测用户输入或环境传感器的反馈信号，以获取调光的目标亮度或触发条件；
28.④
更新pwm信号：根据目标亮度或触发条件，计算并更新pwm信号的占空比；
29.⑤
应用pwm信号：将更新后的pwm信号应用于光源，通过控制器将其传输给光源的控制输入引脚；
30.⑥
循环执行：持续地循环执行上述步骤，以实现实时的调光效果，不断根据输入信号更新pwm信号并调整光源的亮度。
31.优选的，步骤
④
中使用线性插值或渐变算法方法来实现平滑的亮度变化。
32.本发明采用pwm线性调光，通过改变led灯的占空比来控制其亮度，通过不断切换led的电流来调节其亮度。pwm线性调光使用的是一种周期性的方波，控制led灯的亮度，当方波的占空比(所占时间的百分比)增加时，led灯的亮度也随之增加，反之亦然。在pwm线性调光中，控制方波占空比的信号称为调光信号，可以使用硬件或软件生成。通常可以通过微控制器来产生调光信号。pwm线性调光实现简单，精度高，响应速度快，而且可以控制多个led的亮度。
33.本发明中的pwm线性调光方式与现有的pwm调光方式的区别在于：
34.1.控制原理不同：线性调光通过改变电流或电压的线性变化来调整光源的亮度，而传统的pwm(脉冲宽度调制)调光则是通过改变脉冲的占空比来控制亮度。
35.2.亮度变化方式不同：线性调光可以实现平滑连续的亮度变化，亮度的变化是线性的；而pwm调光是通过脉冲的开关来实现亮度的调节，亮度变化是间断的。
36.3.实现过程不同：本发明中的线性调光方式加入了cie算法，使得调光具有线性、平滑的特点。
37.本发明的有益效果在于：
38.1.精准度高：pwm线性调光能够精细地控制灯光亮度，使得亮度变化更加平滑细腻。相对传统led植物生长灯能更好的满足不同植物对光照的需求。
39.2.稳定性高：pwm线性调光采用线性算法进行控制，在亮度变化过程中更加平稳稳定，相比于传统pwm条光，不会出现明显的亮度跳变和闪烁现象，使得人们的视觉保持舒适和稳定。
40.3.色彩还原性强：pwm线性调光不会对灯光的色彩产生影响，能够准确还原原本的色彩。
41.4.使用寿命长：pwm线性调光不会像传统pwm调光会产生大量的热量，会对灯光的使用寿命造成损害。
42.5.噪音小：pwm线性调光电路中没有高电压和高频率的信号，因此噪音比较小，适用于一些对声音敏感的场合。
附图说明
43.图1是大灯板的结构示意图；
44.图2是驱动板的结构示意图；
45.图3是xh2.545p连接器的结构示意图；
46.图4是xh2.548p连接器的结构示意图；
47.图5是灯珠配置示意图；
48.图6是蓝色灯珠的电路控制图一；
49.图7是蓝色灯珠的电路控制图二；
50.图8是红色灯珠的电路控制图一；
51.图9是红色灯珠的电路控制图二；
52.图10是白色灯珠的电路控制图一；
53.图11是白色灯珠的电路控制图二；
54.图12是散热电路图。
具体实施方式
55.下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。在以下实施例中所涉及的设备元件如无特别说明，均为常规设备元件。
56.实施例1：一种线性pwm调光的led植物生长灯系统，参见图1-图4，包括大灯板、转
接板、驱动板和主控板，大灯板通过连接器与转接板相连接，转接板通过连接器与驱动板相连接，转接板通过接线座和配套软排线与主控板相连接；主控板通过输出pwm驱动大灯板。
57.其中，大灯板与转接板之间的连接器为xh2.545p连接器。转接板与驱动板之间的连接器为xh2.548p连接器。转接板与主控板之间的连接座为fpc 16p接线座。
58.实施例2：一种线性pwm调光的led植物生长灯系统调光方法，包括下列步骤：
59.(1)选择适当的控制器：选择支持pwm调光功能的控制器，将光源与控制器相连；所述控制器为微控制器或pwm调光控制器；
60.(2)设置pwm频率和周期：根据需要设置pwm的频率；确定pwm信号的周期，即一个完整的脉冲周期的时间长度；
61.(3)设置初始亮度：确定初始的亮度级别，即pwm信号的占空比；
62.(4)接收用户输入：根据用户的输入信号，调整pwm信号的占空比，从而改变光源的亮度；
63.(5)更新pwm信号：根据用户输入的变化，实时更新pwm信号的占空比，使光源的亮度随之改变；
64.(6)平滑过渡：为了避免亮度变化过于突然，使用渐变或平滑过渡的算法来调整pwm信号的变化速度，使光源的亮度变化更加平滑；
65.(7)循环执行：持续地循环执行上述步骤(4)-(6)，以实现实时响应用户输入，并根据用户需求调整光源的亮度。
66.调光模式包括：
67.a.常规调光模式：在这种模式下，根据用户的输入或预设的亮度级别，直接调整pwm信号的占空比来改变光源的亮度；用户可以通过旋钮、按钮或应用程序等方式进行调节；
68.b.自动调光模式：在这种模式下，根据环境亮度或其他传感器的反馈信号，自动调整pwm信号的占空比，以实现光源的自动调光功能；
69.c.时间调光模式：在这种模式下，根据特定的时间段或场景需求，预设不同的亮度级别，并根据时间进行切换；
70.调光过程的实现方法为：
71.①
确定调光模式：根据需求选择适当的调光模式，通过用户输入、环境传感器来确定所需模式；
72.②
配置调光参数：根据所选的调光模式，配置相应的调光参数；
73.③
实时监测输入：根据所选的调光模式，实时监测用户输入或环境传感器的反馈信号，以获取调光的目标亮度或触发条件；
74.④
更新pwm信号：根据目标亮度或触发条件，计算并更新pwm信号的占空比；使用线性插值或渐变算法方法来实现平滑的亮度变化。
75.⑤
应用pwm信号：将更新后的pwm信号应用于光源，通过控制器将其传输给光源的控制输入引脚；
76.⑥
循环执行：持续地循环执行上述步骤，以实现实时的调光效果，不断根据输入信号更新pwm信号并调整光源的亮度。
77.本发明中的植物生长灯，具有以下特点：
78.1.灯珠配置方面：该植物生长灯使用高光效率、高稳定性的led光源，灯珠采用smt(表面贴装)工艺，配备光谱全、波长范围广的白光源和红光源，可形成光谱波段与植物光周期相符的光环境，参见图5。根据不同植物的光周期和光谱需求，设计led植物生长灯的光谱和光强，构建适合植物生长的光环境。
79.2.灯光控制方面：该植物生长灯设有不同的光照模式和时间控制，通过wi-fi和手机app实现远程控制，便于用户在任何地方远程监控和控制led植物生长灯的工作状态。实现多种光照模式的切换。灯光模式包括全光模式、红光模式、蓝光模式等，灯珠的控制电路图参见图6-图11。
80.3.机械结构设计方案：该植物生长灯的散热片采用铝基材料，散热效果好。在灯具内部设有散热空间和散热孔，保证灯具长时间运行时不会过热，避免对植物造成伤害。同时也保证led植物生长灯长时间工作的稳定性和寿命。设计轻便易携带的机械结构，便于搬运和安装，散热电路图参见图12。
81.4.电控设备：该植物生长灯的驱动电路采用智能芯片进行控制，包含恒流驱动电源、降压电源、过流保护装置等电控电路，确保电路的工作稳定性、可靠性和安全性，为植物照明提供稳定的电源。引入微处理器和红外感应技术，实现智能化的光控，自动调节光强和光周期，优化植物生长效果。
82.上面结合实施例对本发明作了详细的说明，但是所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

技术特征：
1.一种线性pwm调光的led植物生长灯系统，其特征在于，包括大灯板、转接板、驱动板和主控板，大灯板通过连接器与转接板相连接，转接板通过连接器与驱动板相连接，转接板通过接线座和配套软排线与主控板相连接；主控板通过输出pwm驱动大灯板。2.根据权利要求1所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统，其特征在于，大灯板与转接板之间的连接器为xh2.545p连接器。3.根据权利要求1所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统，其特征在于，转接板与驱动板之间的连接器为xh2.548p连接器。4.根据权利要求1所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统，其特征在于，转接板与主控板之间的连接座为fpc16p接线座。5.权利要求1所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统调光方法，其特征在于，(1)选择适当的控制器：选择支持pwm调光功能的控制器，如微控制器或特定的pwm调光控制器，将光源与控制器相连；(2)设置pwm频率和周期：根据需要设置pwm的频率；确定pwm信号的周期，即一个完整的脉冲周期的时间长度；(3)设置初始亮度：确定初始的亮度级别，即pwm信号的占空比；(4)接收用户输入：根据用户的输入信号，调整pwm信号的占空比，从而改变光源的亮度；(5)更新pwm信号：根据用户输入的变化，实时更新pwm信号的占空比，使光源的亮度随之改变；(6)平滑过渡：为了避免亮度变化过于突然，使用渐变或平滑过渡的算法来调整pwm信号的变化速度，使光源的亮度变化更加平滑；(7)循环执行：持续地循环执行上述步骤(4)-(6)，以实现实时响应用户输入，并根据用户需求调整光源的亮度。6.根据权利要求5所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统调光方法，其特征在于，调光模式包括：a.常规调光模式：在这种模式下，根据用户的输入或预设的亮度级别，直接调整pwm信号的占空比来改变光源的亮度；用户可以通过旋钮、按钮或应用程序等方式进行调节；b.自动调光模式：在这种模式下，根据环境亮度或其他传感器的反馈信号，自动调整pwm信号的占空比，以实现光源的自动调光功能；c.时间调光模式：在这种模式下，根据特定的时间段或场景需求，预设不同的亮度级别，并根据时间进行切换。7.根据权利要求6所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统调光方法，其特征在于，调光过程的实现方法为：
①
确定调光模式：根据需求选择适当的调光模式，通过用户输入、环境传感器来确定所需模式；
②
配置调光参数：根据所选的调光模式，配置相应的调光参数；
③
实时监测输入：根据所选的调光模式，实时监测用户输入或环境传感器的反馈信号，以获取调光的目标亮度或触发条件；
④
更新pwm信号：根据目标亮度或触发条件，计算并更新pwm信号的占空比；
⑤
应用pwm信号：将更新后的pwm信号应用于光源，通过控制器将其传输给光源的控制输入引脚；
⑥
循环执行：持续地循环执行上述步骤，以实现实时的调光效果，不断根据输入信号更新pwm信号并调整光源的亮度。8.根据权利要求7所述的线性pwm调光的led植物生长灯系统调光方法，其特征在于，步骤
④
中使用线性插值、渐变算法方法来实现平滑的亮度变化。

技术总结
本发明公开了一种线性PWM调光的LED植物生长灯系统及调光方法，包括大灯板、转接板、驱动板和主控板，大灯板通过连接器与转接板相连接，转接板通过连接器与驱动板相连接，转接板通过接线座和配套软排线与主控板相连接；主控板通过输出PWM驱动大灯板。本发明采用PWM线性调光，通过改变LED灯的占空比来控制其亮度，通过不断切换LED的电流来调节其亮度。PWM线性调光凡是实现简单，精度高，响应速度快，而且可以控制多个LED的亮度。控制多个LED的亮度。控制多个LED的亮度。


技术研发人员：吴英祥 陈北斗 任鹏源 张建军 何伯旸
受保护的技术使用者：郑州航空港经济综合实验区空港人工智能研究院
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/10/7