[发明专利]一种照度均匀的曲面LED植物照明灯

说明书

技术领域

本发明涉及一种照度均匀的曲面LED植物照明灯，属于LED植物照明领域。

背景技术

在现代植物照明领域，光照系统是整个领域中最重要也是最昂贵的部分。随着发光二极管(LED)制造技术革新和生产成本下降，LED凭借效率高、寿命长、体积小、光谱可控以及可近距离照射等优点成为植物照明的首选光源。以LED为光源的灯具在现代农业生产中具有良好的应用与发展前景。与基于光度学和色度学的传统LED光源设计不同，LED植物照明系统需要新的理论支撑以适合植物生长需求，光量子理论是现今最适合的指导理论。LED是一种无机固态半导体器件，具有明显的发光指向性，在配光设计时可以看作朗伯光源，经过二次光学处理才能符合使用要求。但是二次配光需要通过各种反光材料、光学扩散材料制作的光学透镜或反光杯来实现，光学材料的特性极大地影响了照明器件的系统光效，光衰现象非常严重。目前二次配光的光学器件多使用聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅胶、环氧树脂等材料，其耐候性和耐高温特性比较差，是影响LED灯具寿命的主要因数，这不利于现代农业的发展。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种照度均匀的曲面LED植物照明灯，以实现高均匀度、高光效、组网控制的照明效果。

具体方案如下：

一种照度均匀的曲面LED植物照明灯，其特征在于：包括通讯接口模块、MCU控制模块、LED驱动电路与红蓝双路LED光源；通讯接口模块接收外部输入的灯光信号；MCU控制模块根据PWM调光算法将外部输入的灯光信号转换为PWM调光信号；LED驱动电路驱动红蓝双路LED光源发光；根据以上特征实现可线性调光的LED植物照明灯；

所述通讯接口模块采用标准的RS485通讯接口，可实现多个植物照明灯之间的组网控制功能，达到大面积照明和远程终端控制的效果；

所述MCU控制模块采用STM32F1系列控制器，内部自带Flash存储寄存器，用于存储外部输入的灯光信号；

进一步的，一种照度均匀的曲面LED植物照明灯，其特征在于：MCU控制模块可实现PWM调光功能，MCU控制模块输出的PWM调光信号与LED亮度成线性关系，MCU控制过程包括以下步骤：

(1)MCU控制模块通过通讯接口模块接收外部输入的灯光信号，并存储在内部Flash之中；

(2)经MCU解码，从Flash的灯光信号中得到红蓝双路LED信号值；

(3)MCU控制模块根据红蓝LED信号值计算出对应的红蓝双路PWM步进值；

(4)红蓝LED光源的伏安特性曲线为非线性曲线，为实现更好的调光效果，对红蓝双路PWM步进值进行伽马矫正，以实现灯光信号与LED亮度值之间的线性关系；

(5)LED驱动电路接收红蓝双路PWM调光信号分别控制红蓝双路LED光源；

所述PWM步进值的计算与矫正过程由PWM调光算法实现：

式中V_R、V_B为红蓝双色LED信号值，由8位二进制数组成，表示256种亮度值；R_t为PWM固定时长分辨率；γ为矫正系数。最终输出D_R、D_B为矫正后的红蓝双路PWM步进值

进一步的，一种照度均匀的曲面LED植物照明灯，其特征在于：设计一种自由曲面底板，由光量子理论对自由曲面底板的曲率半径进行设计，通过自由曲面底板的设计，可以实现高光效、大角度的均匀出光；由几何光学、光量子理论可以确定自由曲面底板为中心对称底板，仅对底板的右半边或左半边进行设计就可以确定整个自由曲面底板的形状；所述自由曲面底板的设计包括以下步骤：

(1)确定LED光源在自由曲面底板上的排列方式得到a(a₁，a₂，a₃，…，a_n)；确定植物照射区域中的测试点得到d(d₁，d₂，d₃，…，d_m)；假设不同位置的LED光源轴线方向与x轴所在方向之间的夹角为α(α₁，α₂，α₃，…，α_n)；I＝f(β)为辐射强度I与出光方向β的配光曲线；计算不同位置不同轴线方向的LED光源在不同测试点的辐射照度E_mn为：