植物工厂LED照明控制系统设计与研究

植物工厂LED照明控制系统涉及到多路LED独立控制、大功率白光LED的恒流驱动、ECU单元和系统控制的设计,以及监测电路与单元通信等技术问题.本文分别对大功率LED驱动和光谱特性、不同波长LED分控点亮和系统控制、现场通信技术进行了研究.在设计过程中完成了大功率LED驱动电路亮度可调、LED光色调整以及散热检测调试和验证,并以此构成了植物工厂LED照明控制系统的基本单元.在单元的通信接口和优先权限设定之后,组成了较为理想的现场可控光照系统.结果表明,经过系统控制设计的LED光源不仅节能、环保.而且由于LED的亮度、色温、光谱的可控制性满足了植物工厂的需要.     

结构参数对大功率LED灯太阳花热管型散热器的影响

为了提高大功率LED散热性能,本研究在传统太阳花形散热器的基础上,设计了1种太阳花热管型散热器。通过结合Fluent仿真和正交试验法对散热器高度以及翅片参数进行优化,分析其对散热性能的影响规律,并通过实验验证了仿真结果的正确性。结果表明:太阳花热管型散热器能有效地提高散热性能。在最优参数下LED结温87.82℃,比优化前降低了7.43℃。在相同的结构参数下,与传统的太阳花形散热器相比,结温降低了4.23℃。为太阳花热管型散热器的推广应用提供了有益的参考。     

基于单片机多源LED景观捕虫装置的设计

通过对昆虫的趋光原理、生活习性和捕虫方法的讨论,提出了利用LED窄带、多色、直流供电、可调制、节能环保等优点,实现野景观欣赏“和”色诱冶,高压电击“杀虫”的设想。以STC89C54单片机为核心,选择SN3352驱动芯片实现大功率LED的驱动,采用PCB板和铝质六棱柱灯具解决LED散热,完成控制器硬件电路和调控方法的软件设计,研制出可人机交互、多源、具有动态效果的“景观诱虫光源”,实现对害虫的高效、选择性诱杀。该装置具有外观结构合理、比例协调,多功能尧高效、节能环保等特点。可广泛用于农、林、牧等领域进行害虫的防治,具有环境、社会、经济效益和广阔的市场发展潜力。     

某型大功率LED灯具的散热设计研究

为解决某型大功率LED灯具散热问题,在设计阶段采用流体设计软件Flo-EFD对模型进行散热评估,模拟计算出灯具各部位的温度云图,通过热测试设备对试样进行散热性能测试,仿真与实测结果基本一致,产品散热效果总体符合设计要求。通过建立灯具模型,仿真软件可捕捉不同参数设定下的系统温度信息,对产品的最终有效实现提供散热数据支撑。流体热仿真技术对产品散热设计有重要辅助作用。     

4种集鱼灯在灯光罩网作业中的渔获效果分析

为分析LED集鱼灯是否适用于南海近海灯光罩网渔业,本研究进行了3种LED集鱼灯与1种传统金卤灯的生产对比试验。研究发现:(1)试验使用的LED白光灯的相对光谱功率分布有2个波峰,分别在蓝光波段,绿光、黄光波段,LED绿光灯有1个波峰为绿光波段,LED蓝光灯有1个波峰为蓝光波段,金卤灯有多个波峰,峰值波长主要在红光波段;(2) 3种LED集鱼灯的渔获率均高于金卤灯,其中LED白光灯渔获率优势明显;(3) 4种集鱼灯渔获的共同优势种为中国枪乌贼(Loligo chinensis),其中LED白光灯的渔获率明显高于其他灯具;(4)单因素方差分析结果表明LED白光灯与金卤灯捕获的中国枪乌贼的胴长、体质量均无显著性差异。研究认为LED灯尤其是LED白光灯适用于南海近海灯光罩网渔业。     

LED灯光照和耗电特点及其对蛋鸡生产性能的影响

LED灯是一种新型照明灯具,具有耗电少、经久耐用、亮度高等优点。本试验把同批海兰灰商品蛋鸡分为2组,试验组先使用13 W节能灯40天,后更换5 W LED灯40天,对照组一直使用13 W节能灯80天。结果表明,和节能灯相比较,LED灯光照强度显著提高,日均耗电量显著降低,明显节约电费,且总成本相当;LED灯对产蛋率、死淘率和耗料量均无显著影响(P0.05)。表明LED灯在规模化蛋鸡场值得推广应用。     

设施园艺半导体照明研发与产业发展评估

正设施园艺半导体照明研发发展评估中国半导体照明关键技术与国际水平差距不断缩小(表1),2014年大功率白光LED实验室光效达到160 lm/W,功率型白光LED产业化光效达150 lm/W;具有自主知识产权的功率型硅基LED芯片产业化光效达到140 lm/W;在国际上率先突破纳米图形衬底(NPSS)外延高质量Al N及深紫外LED,深紫外LED     

低频大功率晶体管芯片的电子束退火研究

本文研究了电子束退火对低频大功率晶体管芯片的影响,结果证明,经电子束退火,芯片的机械抛光损伤、热氧化层错和位错都有显著减少.本文还研究了低频大功率晶体管的"云雾击穿".讨论了电子束退火对"云雾击穿"的影响.     

不同农用LED灯的光谱能量分布对水培生菜生长的影响

在植物工厂中,人造光源对作物生长发育的影响起到了关键性作用,其光谱能量分布是人造光源性能重要参数。本文通过分析两种不同LED灯的光谱特性,来评价其对生菜生长的影响,通过试用,确定生菜栽培中光环境调控策略。本文利用LI-1500和Ava Spec-USB 2采集红蓝LED(R:B=9:1)、白红LED(W:R=5:1)的两种LED灯,在距灯管边缘20、40、60cm处的光照强度和光谱分布曲线,了解其光谱能量分布规律。结果表明:红蓝光LED灯光谱分布极不均匀,在距灯管边缘20,40,60cm处,R:B分别是2.1:1,10.7:1,77.9:1,3点平均R:B为8.9:1。而白红LED灯在每一点光谱分布基本均匀。将两种光源应用于实际生菜种植中,分析光源的耗电量和电能利用效率,对比生菜形态、生物量积累和叶绿素含量,分析光谱分布对植物工厂生菜生长的影响。种植结果表明,白红LED灯耗电量小于红蓝LED灯,但是电能利用效率反而高。白红LED灯照射下的生菜形态(除叶片数)、生物量积累均显著高于红蓝LED,而红蓝LED照射下的生菜叶绿素a/b却显著高于白红LED。上述结果说明,光谱分布的一致性对生菜种植影响显著,光谱分布是否一致是光源选择的重要指标。     

功率LED柔性封装结构的设计与热特性分析

根据功率LED的柔性封装要求,提出了基于贴片式(SMD)封装的功率型LED柔性封装结构。对各层结构进行了优化设计,采用有限元分析(FEA),模拟了柔性封装结构LED的热场分布。对比研究了柔性LED与传统封装结构LED的热特性,并对弯曲状态下柔性衬底材料对芯片的应力进行了分析。结果表明,采用金属Cu箔衬底的柔性封装结构,其散热特性较好;Cu/超薄玻璃复合衬底替代Cu箔衬底,可以减少弯曲的应力,减少幅度达到2.5倍,散热特性基本相同。SMD柔性封装的LED不仅具有较好的热稳定性,且具有柔性可挠曲特性,其应用潜力很大。     

基于CFD的LED补光灯模型构建与验证

为明确植物工厂CFD环境模拟中LED补光灯的边界条件设置,构建单层LED补光栽培架(原型),并根据原型在CFD软件中建立规格一致的栽培架三维模型,对三维模型进行模拟分析,将得到的模拟值与原型实测值进行对比分析,验证LED灯边界条件设置的可行性.在模型中将LED补光灯分为反应器和灯罩两部分,反应器为LED补光灯的灯板,设...     

花卉生产中花期调节补光灯配光方案设计研究

[目的]介绍各种光源特性,筛选最佳大棚花卉生产补光灯配光方案。[方法]选用菊花切花生产为试材,采用白光复合光照,在大棚里配置高压钠灯、荧光节能灯、LED农业专用灯,根据3种灯具的光形特点和植物生长需求,进行实地测试,比较各种灯具的实际应用效果。[结果]结果表明,LED新型光源在整灯实际应用中节能效果明显优于其他两种灯具;LED方形灯具设计呈蝙蝠翼光形配光曲线最有利于温室实施有效布灯。[结论] LED农业专用补光灯优于目前最常用的钠灯,具有节能易布灯等特点,具有实际推广应用价值。     

300 W型绿光LED集鱼灯的光学特性

使用高光谱剖面仪Hyperspectral profilerⅡ对国产300 W型绿光LED集鱼灯的光学特性进行了测量,并与国产1 kW型金属卤化物集鱼灯进行比较.结果表明:1kW型金属卤化物集鱼灯的光谱范围不仅包含整个可见光(波长为380～760 nm),并有部分紫外和红外光线,而绿光LED集鱼灯的光谱辐射量主要集中在绿光波段(490～560 nm),没有紫外线;绿光LED集鱼灯和1 kW型金属卤化物集鱼灯在空气中的衰减系数分别为0.2527和0.2494;当绿光LED集鱼灯总功率为9 kW(30盏×300 W)时,其0.01 lx照度分布的最深距离为85 m,而金属卤化物集鱼灯总功率为62 kW(62盏×1 kW)时,其0.01 lx照度分布的最深距离却仅为50 m.本研究表明,绿光LED集鱼灯具有良好的水中穿透性,且不会对船员的眼睛和皮肤产生负面影响,节能效果明显.     

不同人工光源下烤烟育苗研究

[目的]分析不同人工光源补光对烤烟成苗品质的影响,筛选出适宜烤烟立体育苗生长的人工光源.[方法]设置5个不同光照条件下烤烟幼苗栽培试验区,分别为目前大多数用的普通荧光灯及研究较少的LED光源,对成苗生理生态指标进行数据统计和分析.[结果]与荧光灯区域相比,LED灯的补光区域烟苗光合作用增强,生长旺盛,干物质积累多,并且采用LED灯的红光和蓝光为光源补光,不但能促进烟苗的横向生长,还能有效地培育出高茎壮苗,其中红蓝LED灯设置光照强度为150 μmol/（m2·s）时,戍苗品质最好.[结论]该研究可为烤烟育苗人工补光提供数据支持和理论借鉴.     

LED养蜂照明光源研究

[目的]为养蜂场所设计一种红色照明灯,用于夜间、暗室内取蜜或观察管理蜂群。[方法]分析蜜蜂与人视觉器官的视觉生物学特性,采用发光波长在650～780 nm的高亮度红光LED来作为光源,并举例红光LED头灯的设计,对头灯光源的波长和亮度进行了详细分析。[结果]LED光源的适宜照度为3～10 cd/m2。基于蜜蜂对红色光呈现色盲的生物学特性,以红光LED为光源的LED灯,作为养蜂场的照明灯具,使蜂群不受或少受惊扰,有效减少蜂群的飞遗损失。[结论]结合现代电子技术,顺应蜂群的生理特征,研发出合理先进的蜂具。     

单色光谱LED灯在温室害虫诱杀中的应用

研究一种基于LED的温室环保杀虫灯,进行不同颜色LED灯杀虫效果的对比试验,结果表明,白色LED灯杀虫效果最好,绿色、蓝色杀虫效果较好,黄色次之,红色最差。     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

LED集鱼灯在海中的光谱分布及使用效果分析

为进一步验证LED水上集鱼灯的使用效果,将300W型LED集鱼灯安装到"宁泰61"鱿钓船,赴东南太平洋秘鲁外海茎柔鱼渔场进行实际生产,与使用2 kW型金卤灯的"宁泰62"鱿钓船进行对比试验,记录相关生产数据并对作业船周围集鱼灯形成的海面上、海面下光场及光谱进行实地测量。结果表明:右舷50盏LED集鱼灯在海面上照度为0.1lx的离船最远距离可达35 m,比使用50盏2 kW型金卤灯时少10m;50盏LED集鱼灯与50盏2 kW型金卤灯在海水中的照度分布接近;LED集鱼灯在海水中的光谱衰减速率明显小于金卤灯。使用LED集鱼灯不仅能大幅度减少燃油消耗,且诱鱼效果接近传统高功率金卤灯,能够在实际作业中发挥作用。