基本信息
- 項目名稱：
- 智能LED水族照明光源的設(shè)計研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于水生動植物是在全譜太陽光下進化、生長，選擇性接收各種平衡光質(zhì)的事實，根據(jù)實驗研究結(jié)論以及文獻資料，確定光譜主輻射區(qū)。采用模組化設(shè)計理念，通過主動散熱和被動散熱解決散熱問題；模擬自然陽光的照射規(guī)律，基于單片機實現(xiàn)光色、光強和照射時段、時長的分段自動調(diào)控。基于以上所述，研制出“智能LED水族照明光源”，用于水族照明，針對性強，光效高，顯色性好，市場應(yīng)用前景廣闊。
- 詳細介紹：
- 隨著人們生活水平的提高，高檔觀賞魚正“游”入尋常百姓家庭，水族業(yè)已成為一個新興的“朝陽產(chǎn)業(yè)”。生態(tài)水族的主角是觀賞魚和水草，而視覺欣賞是其主要功能。為了解決目前的水族照明光源存在光質(zhì)和強度被預(yù)制固化；耗能高；顯色性差；顏色單一、靜態(tài)等問題，我們提出了“智能LED水族照明光源設(shè)計研究”的課題。 本裝置基于水生動植物對光譜的選擇性吸收，來確定LED組合光源的光譜主輻射區(qū)。燈具基于模組化設(shè)計理念，采用大功率多色LED，由主燈條和月光燈條組成，具有平面化、可設(shè)計性強的優(yōu)勢；用于水族照明，針對性強，光效高，顯色性好。 在電路設(shè)計上，采用模組化設(shè)計理念，解決了LED恒流驅(qū)動、智能調(diào)控、GSM和紅外遠程控制、軟件設(shè)計等技術(shù)難題；基于單片機，實現(xiàn)了光色、光強、頻率、工作比和照射時段、時長的自動調(diào)控。 樣機設(shè)計上采用涂覆紅外高輻射材料的鋁基板、軸流風扇和水循環(huán)相結(jié)合的方式，解決了散熱問題，降低大功率LED結(jié)溫。并利用紫外光源處理循環(huán)水，抑制水藻滋生。 該智能LED光源用于水族照明，針對性強、光效高、顯色性好、節(jié)能環(huán)保，不僅可以應(yīng)用在家居水族，還可以擴大到整個水族產(chǎn)業(yè)。在水草培育、水族箱、水族園藝、水族館等方面進行科學研究和推廣應(yīng)用，必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 研究目的： 生態(tài)水族的主角是魚、水草，視覺欣賞是其主要功能。常用的水族照明光源其發(fā)射光譜與水生物選擇性吸收光譜不匹配，用于水生動植物補光，存在針對性差、光效低、耗能大、光譜和強度被預(yù)制固化、顏色單一、靜態(tài)等問題，不能滿足水生動植物對光譜的動態(tài)需求，且視覺觀賞效果差。因此，選取大功率LED，基于單片機模擬自然光照進行光譜和強度的優(yōu)化組合，完成“智能LED水族照明光源的設(shè)計研究”課題。 設(shè)計思路： 基于文獻資料和實驗研究結(jié)論，確定光譜主輻射區(qū)； 通過分析LED的光電特性，選取合適LED，采用模組化設(shè)計理念，完成燈具設(shè)計； 基于單片機實現(xiàn)光色、光強和照射時段、時長的分段自動調(diào)控。 樣機的制作與調(diào)試 創(chuàng)新點及技術(shù)關(guān)鍵： 基于水生動植物選擇性接收各種平衡光色的事實，設(shè)計出的光源采用高亮度、大功率的LED優(yōu)化搭配而成，采用模組化設(shè)計理念，由主燈條和月光燈條組成，其發(fā)射光譜與水生動植物的選擇性吸收相匹配。模擬自然陽光的照射規(guī)律，基于單片機實現(xiàn)了光色、光強、照射時段、時長的自動調(diào)控； 采用涂覆紅外高輻射材料的鋁基板、軸流風扇和水循環(huán)結(jié)合的方式，解決了大功率LED的散熱問題。利用GSM網(wǎng)絡(luò)和紅外遙控技術(shù)，實現(xiàn)了光源的智能化、人性化控制。 技術(shù)指標： 光源采用紅、藍、綠、白色LED。燈具采用模組式設(shè)計，分別由主燈條和月光燈條組成。驅(qū)動電路采用SN3352芯片，通過單片機實現(xiàn)LED光源連續(xù)、間斷和給光模式調(diào)節(jié)，利用內(nèi)置的程序完成時間、頻率和四種給光模式的設(shè)定。
科學性、先進性
- 科學先進性： “智能LED水族照明光源”是一種新型高效、節(jié)能、智能化的水族照明光源，它是依據(jù)水生動植物是在全譜太陽光下進化、生長，選擇性接收各種平衡光色的事實設(shè)計而出的。 通過測量LED的光色電性能指標，選取大功率、高亮度白色、藍色、紅色、綠色LED優(yōu)化搭配而成，采用模組化設(shè)計理念，由主燈條和月光燈條組成， 基于單片機解決了LED水族照明光源中光色、光強的分段自動調(diào)控；頻率、工作比、照射時段、時長的自動調(diào)節(jié)等技術(shù)問題，實現(xiàn)了模擬自然陽光的照射規(guī)律的技術(shù)指標。采用涂覆紅外高輻射材料的鋁基板、軸流風扇和水循環(huán)結(jié)合的方式，解決了大功率LED的散熱問題，使得LED水族照明光源更加高效、節(jié)能環(huán)保。 基于OEM板，使用串口實現(xiàn)與8051單片機通信，不僅結(jié)構(gòu)簡單,而且可靠性高。此研究可將用戶的信息通過短信的方式傳遞到預(yù)定的系統(tǒng)進行遠程控制LED燈亮滅及發(fā)光顏色，實現(xiàn)了集單片機技術(shù)與GSM遠程控制技術(shù)于一體的遠程控制模式。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 獨家轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物，現(xiàn)場展示，圖片，樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本產(chǎn)品是一種高效、節(jié)能、顯色性高、智能化的新型水族照明光源。 本光源采用模組化設(shè)計理念,將單片機及GSM遠程控制技術(shù)相結(jié)合，提供程序化的光照模式，即能夠?qū)鈴?、光周期和工作方式實施調(diào)制，又可實現(xiàn)遠程控制，而且在操作上安全、方便。本光源能夠提供不同光譜組合，其發(fā)射光譜與水生物的選擇性吸收光譜相匹配，可以模擬自然光照的規(guī)律。此外，大功率LED的加入，提高了光照強度，這使LED 組合光源更加適合應(yīng)用于水族照明，因而，相比于市場上其他水族照明光源，本產(chǎn)品具有明顯的競爭優(yōu)勢。 我國是一個漁業(yè)生產(chǎn)、貿(mào)易大國。近幾年來，我國休閑、觀賞漁業(yè)發(fā)展勢頭強勁，成為我國漁業(yè)發(fā)展中的一個新亮點。全國各地正掀起養(yǎng)殖觀賞魚的熱潮，水族業(yè)已成為一個新興的“朝陽產(chǎn)業(yè)”。集單片機技術(shù)及GSM遠程控制技術(shù)于一體的“智能LED水族照明光源”可在大規(guī)模水草的品種培育、人工繁殖、苗種生產(chǎn)，觀賞魚工廠化培育、水族園藝、水族館專用補光光源以及特色水族箱等方面進行科學研究和推廣應(yīng)用。必會推動水族產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展。
同類課題研究水平概述
- 近年來，隨著制造成本的下降和發(fā)光效率、散熱、光衰等技術(shù)瓶頸的突破，LED優(yōu)勢日趨明顯，成為二十一世紀節(jié)能環(huán)保光源的首選。目前，LED在植物補光領(lǐng)域的研究較多，但是在國內(nèi)外將LED光源應(yīng)用于水族園藝和水族館上的研究較少。 2009年， 設(shè)計的一種水族燈，具體地說是一種新型LED水族燈，包括水族箱、LED及控制器。采用線形LED替代現(xiàn)有技術(shù)中的水族照明燈，其具有造型小巧、結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，節(jié)能、環(huán)保，使用壽命長等優(yōu)點，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)多種顏色變換。 2009年，設(shè)計出來一種LED水族燈，包括鋁合金外殼、電源模塊、主控制板、LED燈條組件、觸控顯示組件，鋁合金外殼呈方形槽式結(jié)構(gòu)，該LED水族燈能較好滿足海水生物的光照要求，可根據(jù)不同的海水生物調(diào)節(jié)色溫、光照強弱、模擬日光光照時間。 2010年，發(fā)明了一種既能夠提供光線補償同時又可模擬自然界光線變化的LED水族燈，包括感光單元、控制單元、照明單元和電源單元，進行光線的采集、轉(zhuǎn)換、調(diào)整和輸出，從而控制LED燈的發(fā)光強度。本發(fā)明能隨時根據(jù)外界光線的強度調(diào)整LED燈自身的發(fā)光強度，在保持水族箱內(nèi)照明強度不變的情況下最大限度地節(jié)約耗電量，達到節(jié)約能源的目的，同時使水族箱內(nèi)的生物不受外界光線強度變化的干擾。 綜上所述，目前用于水族照明的LED組合光源多數(shù)由小功率的LED組成，與水生動植物生長所需光照強度還有一定的差距；多數(shù)研究的是紅、藍LED對水生植物的作用，而忽略了植物接受全譜太陽光的事實，植物照明光源與水生物選擇性吸收光譜欠匹配；水族燈顏色單一、靜態(tài)，沒有生趣，未能凸顯出水族箱的五彩繽紛；預(yù)制模式的LED水族燈，光譜和強度被預(yù)制固化，不能滿足水生動植物的變化需求；照明光源只是單純的提供光照，未見抑制水藻的光源出現(xiàn)；雖有模擬自然光照的水族照明，但不能同時滿足水生動植物對光譜光色，光強隨時間變化的需求；大功率LED散熱裝置簡單，不能及時散發(fā)LED發(fā)出的大量熱量；水族照明光源的控制箱的調(diào)節(jié)以人工為主，紅外遙控和GSM遠程控制鮮有出現(xiàn)；并且目前的研究以綜述和實驗研究為主，而不是以LED在水族照明中的應(yīng)用原理、關(guān)鍵參數(shù)和調(diào)制技術(shù)為研究目標，因而不能為水族光源的研制提供關(guān)鍵技術(shù)支持
