基本信息
- 项目名称：
- 智能LED水族照明光源的设计研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 基于水生动植物是在全谱太阳光下进化、生长，选择性接收各种平衡光质的事实，根据实验研究结论以及文献资料，确定光谱主辐射区。采用模组化设计理念，通过主动散热和被动散热解决散热问题；模拟自然阳光的照射规律，基于单片机实现光色、光强和照射时段、时长的分段自动调控。基于以上所述，研制出“智能LED水族照明光源”，用于水族照明，针对性强，光效高，显色性好，市场应用前景广阔。
- 详细介绍：
- 随着人们生活水平的提高，高档观赏鱼正“游”入寻常百姓家庭，水族业已成为一个新兴的“朝阳产业”。生态水族的主角是观赏鱼和水草，而视觉欣赏是其主要功能。为了解决目前的水族照明光源存在光质和强度被预制固化；耗能高；显色性差；颜色单一、静态等问题，我们提出了“智能LED水族照明光源设计研究”的课题。 本装置基于水生动植物对光谱的选择性吸收，来确定LED组合光源的光谱主辐射区。灯具基于模组化设计理念，采用大功率多色LED，由主灯条和月光灯条组成，具有平面化、可设计性强的优势；用于水族照明，针对性强，光效高，显色性好。 在电路设计上，采用模组化设计理念，解决了LED恒流驱动、智能调控、GSM和红外远程控制、软件设计等技术难题；基于单片机，实现了光色、光强、频率、工作比和照射时段、时长的自动调控。 样机设计上采用涂覆红外高辐射材料的铝基板、轴流风扇和水循环相结合的方式，解决了散热问题，降低大功率LED结温。并利用紫外光源处理循环水，抑制水藻滋生。 该智能LED光源用于水族照明，针对性强、光效高、显色性好、节能环保，不仅可以应用在家居水族，还可以扩大到整个水族产业。在水草培育、水族箱、水族园艺、水族馆等方面进行科学研究和推广应用，必将产生巨大的经济效益和社会效益。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 研究目的： 生态水族的主角是鱼、水草，视觉欣赏是其主要功能。常用的水族照明光源其发射光谱与水生物选择性吸收光谱不匹配，用于水生动植物补光，存在针对性差、光效低、耗能大、光谱和强度被预制固化、颜色单一、静态等问题，不能满足水生动植物对光谱的动态需求，且视觉观赏效果差。因此，选取大功率LED，基于单片机模拟自然光照进行光谱和强度的优化组合，完成“智能LED水族照明光源的设计研究”课题。 设计思路： 基于文献资料和实验研究结论，确定光谱主辐射区； 通过分析LED的光电特性，选取合适LED，采用模组化设计理念，完成灯具设计； 基于单片机实现光色、光强和照射时段、时长的分段自动调控。 样机的制作与调试 创新点及技术关键： 基于水生动植物选择性接收各种平衡光色的事实，设计出的光源采用高亮度、大功率的LED优化搭配而成，采用模组化设计理念，由主灯条和月光灯条组成，其发射光谱与水生动植物的选择性吸收相匹配。模拟自然阳光的照射规律，基于单片机实现了光色、光强、照射时段、时长的自动调控； 采用涂覆红外高辐射材料的铝基板、轴流风扇和水循环结合的方式，解决了大功率LED的散热问题。利用GSM网络和红外遥控技术，实现了光源的智能化、人性化控制。 技术指标： 光源采用红、蓝、绿、白色LED。灯具采用模组式设计，分别由主灯条和月光灯条组成。驱动电路采用SN3352芯片，通过单片机实现LED光源连续、间断和给光模式调节，利用内置的程序完成时间、频率和四种给光模式的设定。
科学性、先进性
- 科学先进性： “智能LED水族照明光源”是一种新型高效、节能、智能化的水族照明光源，它是依据水生动植物是在全谱太阳光下进化、生长，选择性接收各种平衡光色的事实设计而出的。 通过测量LED的光色电性能指标，选取大功率、高亮度白色、蓝色、红色、绿色LED优化搭配而成，采用模组化设计理念，由主灯条和月光灯条组成， 基于单片机解决了LED水族照明光源中光色、光强的分段自动调控；频率、工作比、照射时段、时长的自动调节等技术问题，实现了模拟自然阳光的照射规律的技术指标。采用涂覆红外高辐射材料的铝基板、轴流风扇和水循环结合的方式，解决了大功率LED的散热问题，使得LED水族照明光源更加高效、节能环保。 基于OEM板，使用串口实现与8051单片机通信，不仅结构简单,而且可靠性高。此研究可将用户的信息通过短信的方式传递到预定的系统进行远程控制LED灯亮灭及发光颜色，实现了集单片机技术与GSM远程控制技术于一体的远程控制模式。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 独家转让
作品可展示的形式
- 实物，现场展示，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本产品是一种高效、节能、显色性高、智能化的新型水族照明光源。 本光源采用模组化设计理念,将单片机及GSM远程控制技术相结合，提供程序化的光照模式，即能够对光强、光周期和工作方式实施调制，又可实现远程控制，而且在操作上安全、方便。本光源能够提供不同光谱组合，其发射光谱与水生物的选择性吸收光谱相匹配，可以模拟自然光照的规律。此外，大功率LED的加入，提高了光照强度，这使LED 组合光源更加适合应用于水族照明，因而，相比于市场上其他水族照明光源，本产品具有明显的竞争优势。 我国是一个渔业生产、贸易大国。近几年来，我国休闲、观赏渔业发展势头强劲，成为我国渔业发展中的一个新亮点。全国各地正掀起养殖观赏鱼的热潮，水族业已成为一个新兴的“朝阳产业”。集单片机技术及GSM远程控制技术于一体的“智能LED水族照明光源”可在大规模水草的品种培育、人工繁殖、苗种生产，观赏鱼工厂化培育、水族园艺、水族馆专用补光光源以及特色水族箱等方面进行科学研究和推广应用。必会推动水族产业经济持续发展。
同类课题研究水平概述
- 近年来，随着制造成本的下降和发光效率、散热、光衰等技术瓶颈的突破，LED优势日趋明显，成为二十一世纪节能环保光源的首选。目前，LED在植物补光领域的研究较多，但是在国内外将LED光源应用于水族园艺和水族馆上的研究较少。 2009年， 设计的一种水族灯，具体地说是一种新型LED水族灯，包括水族箱、LED及控制器。采用线形LED替代现有技术中的水族照明灯，其具有造型小巧、结构简单，造价低廉，节能、环保，使用寿命长等优点，并且还能够实现多种颜色变换。 2009年，设计出来一种LED水族灯，包括铝合金外壳、电源模块、主控制板、LED灯条组件、触控显示组件，铝合金外壳呈方形槽式结构，该LED水族灯能较好满足海水生物的光照要求，可根据不同的海水生物调节色温、光照强弱、模拟日光光照时间。 2010年，发明了一种既能够提供光线补偿同时又可模拟自然界光线变化的LED水族灯，包括感光单元、控制单元、照明单元和电源单元，进行光线的采集、转换、调整和输出，从而控制LED灯的发光强度。本发明能随时根据外界光线的强度调整LED灯自身的发光强度，在保持水族箱内照明强度不变的情况下最大限度地节约耗电量，达到节约能源的目的，同时使水族箱内的生物不受外界光线强度变化的干扰。 综上所述，目前用于水族照明的LED组合光源多数由小功率的LED组成，与水生动植物生长所需光照强度还有一定的差距；多数研究的是红、蓝LED对水生植物的作用，而忽略了植物接受全谱太阳光的事实，植物照明光源与水生物选择性吸收光谱欠匹配；水族灯颜色单一、静态，没有生趣，未能凸显出水族箱的五彩缤纷；预制模式的LED水族灯，光谱和强度被预制固化，不能满足水生动植物的变化需求；照明光源只是单纯的提供光照，未见抑制水藻的光源出现；虽有模拟自然光照的水族照明，但不能同时满足水生动植物对光谱光色，光强随时间变化的需求；大功率LED散热装置简单，不能及时散发LED发出的大量热量；水族照明光源的控制箱的调节以人工为主，红外遥控和GSM远程控制鲜有出现；并且目前的研究以综述和实验研究为主，而不是以LED在水族照明中的应用原理、关键参数和调制技术为研究目标，因而不能为水族光源的研制提供关键技术支持
