CN104244537A - 一种应用于养鱼池的led光源控制*** - Google Patents

一种应用于养鱼池的led光源控制*** Download PDF

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王军喜
杨华
姚然
孙达
仇登高
刘鹰
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Abstract

本发明公开了一种应用于养鱼池的LED光源控制***，包括：光源控制器、多个LED投光灯、计算机，其中，每个LED投光灯由短波长的LED芯片构成，光源控制器包括微处理器、与微处理器连接的时钟单元和串口通信接口单元，微处理器用于存储养鱼池中生物生长及发育的参数，并根据所述参数调节LED投光灯的光强，计算机用于对微处理器中存储的参数进行设置。本发明不仅可以增加养殖鱼水产养殖生长效率，提高商品鱼的产量，而且可以改善鱼的生理节律、摄食行为、性腺发育，获得绿色高品质的蛋白食品。

Description

一种应用于养鱼池的LED光源控制***
技术领域
本发明涉及光源控制***，特别是一种应用于养鱼池的LED光源控制***，可用于大西洋鲑科学化的养殖。
背景技术
光照作为一种稳定性和规律性生态因子，对大西洋鲑的摄食、代谢、生殖、内分泌等生理机能起着重要的触发作用。多数大西洋鲑的昼夜节律呈现24小时循环周期，鱼在光照达到一定亮度时行为积极，而在黑暗中却不够活跃，由于此种生活习性，投饵时增加光照强度，会提高养殖鱼的摄食率。不同品种、不同生长阶段及雌雄的大西洋鲑对光照的需求殊异，通过光调控来促进新陈代谢，提高饵料利用率，可实现商品鱼增产与源头减排的目的。合理的利用LED人工光照的强度、时间周期和不同波长的光色这些物理手段，可以改善鱼的生理节律、摄食行为、性腺发育，从而增加水产养殖生长效率，提高商品鱼的产量，为社会提供更高品质绿色的食品。
目前相对于水***处理、营养饵料、育苗技术及病害防治研究，我国对鱼生理机能光照的影响研究相对较少而且粗放。LED光源及智能控制***可以根据鱼类品种生长性腺发育所需的光谱光强光周期需求进行调节，为商品鱼的生长提供合理的光环境条件，可显著提高鱼的产量和品质；为了降低循环水养殖工厂大西洋鲑病患及死亡的发生率且尽可能的增加饵料利用率，现在国内外越来越多的学者开始研究各种各样的光照方案。
此外，突然开、关照明灯具会使鱼产生光胁迫应急反应，增加死亡率。解决这一问题可以采用LED的智能控制，使开、关的过程以逐渐亮、逐渐灭(3-5分完成)的方式完成，从而降低鱼的死亡率。
综上所述，在封闭循环清洁水养殖领域使用的人工光源主要有高压钠灯、荧光灯等，这些光源的突出缺点是光效、防水等级低、能耗大、运行成本高、光质光周期不能调控等问题。此外，荧光灯的废弃会严重污染水源，一只节能灯的灯管平均含有0.5毫克的汞，破碎后至少污染180吨水，由于汞的沸点低，常温下即可蒸发，破碎的节能灯管，瞬间可使车间潮湿空气中的汞浓度超标上百倍。传统气体放电光源已经不适应绿色环保、节能减排及优化光参数的要求。所以，针对现有鱼类照明控制***存在的不足之处，需要在现有技术基础上进行全面地改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有传统光源存在的缺陷，提供一种用于养鱼池的LED光源控制***，可有效地提高大西洋鲑商品鱼产量，提高经济效益，实现增产与源头减排的目的。
为此，本发明提供了一种应用于养鱼池的LED光源控制***，其特征在于，包括：光源控制器、多个LED投光灯、计算机，其中，每个LED投光灯由短波长的LED芯片构成，光源控制器包括微处理器、与微处理器连接的时钟单元和串口通信接口单元，微处理器用于存储养鱼池中养殖鱼生长及发育的参数，并根据所述参数调节LED投光灯的光强，计算机用于对微处理器中存储的参数进行设置。
针对养殖鱼在不同生长阶段对不同光质的需求，设置不同的生长曲线调节参数，将参数存储到微处理器的内部存储器E2PROM中，每次参数存储完毕后，就可以将计算机从本发明中撤离(参数在同一生长阶段中是一致的，不需要再进行设置)。微处理器内的控制软件模块从内部存储器E2PROM读取存储参数，运行该控制软件模块，用于对灯亮、灭的控制，从而实现对LED灯光强的调节。
本发明具有以下有益效果：从节能效果、绿色环保、防护等级、发光效率、光的利用率以及光色和光周期的可调控性上，本发明都比传统人工光源具有更好的性能特点；有效地提高大西洋鲑的商品鱼产量及质量，提高经济效益，实现增产与源头减排的目的。
附图说明
图1是本发明中LED光源控制***的原理示意图。
图2是本发明中微处理器的原理示意图。
图3是本发明中光源控制器控制LED总供电电源的电路原理图。
图4是本发明中MCU主控芯片的电路原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种LED光源控制***，其包括光源控制器、多个LED投光灯和计算机。所述光源控制器包括红外探测器、MCU(微处理器)、与MCU连接的RTC(时钟单元)和UART(串口通信接口单元)，所述红外探测器用于探测自动投饵机的位置；所述微处理器用于控制软件模块的执行与计算机的数据通信、时间、周期的设定等工作，微处理器内设有内部存储器E2PROM和控制软件模块，分别用于存储养殖鱼生长、发育的相关参数和调节LED灯光强；所述时钟单元用于提供***时间，所述串口通信接口单元用于传输与计算机之间的通信数据等；每一个LED投光灯由短波长的LED芯片构成，所述的每个LED投光灯安置在养鱼池中自动投饵机正上方的20-30cm处，每个LED灯由光源控制器的输出接口控制驱动。微处理器通过串口连接线与计算机连接，计算机内装有调节大西洋鲑生长和性腺发育参数的设置软件模块，LED投光灯通过电源线与光源控制器的驱动电路连接，根据养鱼池的大小和个数对LED投光灯的光强与数量进行选择，根据照射光斑正好覆盖养鱼池几何面积和光密度尽量均匀的要求，对每个投光灯的二次配光透镜与反射罩进行设计与制作。根据大西洋鲑在不同生长阶段对不同光质的需求，设置软件模块通过计算机设置不同的生长曲线调节参数，将参数存储到MCU内部的E2PROM中，控制软件模块根据生长曲线参数自动调整光强。为满足本发明中大西洋鲑生长对光强度的需求，将LED灯放置在养鱼池正上方自动投饵机的20-30cm处。
本发明针对大西洋鲑在不同生长阶段对不同光质的需求，设置不同的生长曲线调节参数，将参数存储到微处理器的内部存储器E2PROM中，每次参数存储完毕后，就可以将计算机从本发明中撤离(参数在同一生长阶段中是一致的，不需要再进行设置)。微处理器内的控制软件模块从内部存储器E2PROM读取存储参数，运行该控制软件模块，用于对灯亮、灭的控制，从而实现对LED灯光强的调节。
所述LED光源控制***还包括一LED总供电电源，其包括市电电源插座和将市电转换为直流电的电压转换装置，其通过光源控制器向LED灯供电。
如图2所示的MCU(微处理器)选取的主控芯片(即单片机)为AVR系列的MEGA16，通过不同的IO口线分别驱动MOS管来驱动LED灯，通过控制软件模块实现I/O口的高低电平来控制低压电源的开、关，对LED灯的灯光比例进行调整，或通过PWM输出调节占空比，实现对LED灯光强的调节。所述占空比采用分级方式，分为0-100级。投光灯实现渐亮的过程中，PWM占空比按设定的渐变间隔以一定的渐变频率进行递增，3-5分钟从0增加至最大值80；关闭电源时，PWM占空比按设定的渐变间隔以一定的渐变频率进行递减，3-5分钟从当前最大值80依次减少至0。
如图3所示，该电路主要是把220V交流电转换成DC、12V恒流恒压电源提供给LED投光灯，220V的交流电通过T1变压器转换成低压的交流电，通过U2硅桥整合成直流电，再通过U1LM2576降压成12V的直流电输出，从而维持LED灯电压不变。光源控制器与计算机进行通信，实现由计算机及设置软件模块来完成控制信号的输入。通过本发明的光源控制器可以实现发送相关数据，时间、周期的设定等工作，实现硬骨鱼类生长灯光的控制。
图4是本发明微处理器的主控芯片的电路原理图。其中微处理器的芯片的高电位引脚VCC与接地引脚之间连接有电容C4，其作用是保证整个控制***的电路的安全运行，引脚SCL和引脚SDA分别连接时钟芯片的控制线(SCL)和源数据采集线(SDA)，用于与时钟电路的信号传输，并且引脚SCL和引脚SDA在连接VDD-2电源中，分别连接有降压电阻R1和R2，电阻R1和R2的阻值相等。
所述红外探测器探测到自动投饵机定期移动到养鱼池上方、灯具下方时，电信号传到微处理器，其控制投光灯实现亮度从80％至100％的变化。
反之，自动投饵机移走后2-5分钟，投光灯实现亮度从100％至80％的变化；
所述时钟单元的电路包括DS1302芯片，该DS1302芯片中X1与X2引脚之间串联有两端陶瓷滤波器。
本发明可对LED灯的光色、光强与光照时间周期等方面进行针对性的调节，能够满足大西洋鲑从幼鱼到商品鱼全部生长阶段的各种光照需求。不仅可以增加大西洋鲑水产养殖生长效率，提高商品鱼的产量，而且可以改善鱼的生理节律、摄食行为、性腺发育，获得绿色高品质的蛋白食品。本发明不仅仅适用于大西洋鲑的生长，还适用于任何其他养殖在养鱼池中的生物的生长。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于养鱼池的LED光源控制***，其特征在于，包括：光源控制器、多个LED投光灯、计算机，其中，每个LED投光灯由短波长的LED芯片构成，光源控制器包括微处理器、与微处理器连接的时钟单元和串口通信接口单元，微处理器用于存储养鱼池中养殖鱼生长及发育的参数，并根据所述参数调节LED投光灯的光强，计算机用于对微处理器中存储的参数进行设置。
2.根据权利要求1所述的LED光源控制***，其特征在于：每个所述LED投光灯安置在养鱼池中自动投饵机正上方的20-30cm处，每个LED投光灯由光源控制器的输出接口控制驱动。
3.根据权利要求1或2所述的LED光源控制***，其特征在于：还包括一LED总供电电源，其包括市电电源插座和将市电转换为直流电的电压转换装置，其通过光源控制器向LED投光灯供电。
4.根据权利要求1所述的LED光源控制***，其特征在于：所述微处理器采用AVR系列的MEGA16作为主控芯片，通过I/O线驱动MOS管来驱动LED投光灯，通过PWM输出调节占空比，实现对LED投光灯光强的调节。
5.根据权利要求4所述的LED光源控制***，其特征在于：接通电源时，采用微处理器控制实时时钟RTC与PWM波形输出的方式调节占空比。
6.根据权利要求5所述的LED光源控制***，其特征在于：占空比采用分级方式，分为0-100级；所述LED投光灯在渐亮的过程中，PWM占空比按设定的渐变间隔以一定的渐变频率进行递增，3-5分钟从0增加至最大值；关闭电源时，PWM占空比按设定的渐变间隔以一定的渐变频率进行递减，3-5分钟从当前最大值依次减少至0。
7.根据权利要求1所述的LED光源控制***，其特征在于：所述光源控制器还包括红外探测器，其在探测到自动投饵机移动到养鱼池上方、LED投光灯下方时，通知微处理器，所述微处理器控制所述LED投光灯实现亮度从80％至100％的变化；反之，其探测到自动投饵机移走后2-5分钟，通知微处理器，所述微处理器控制所述LED投光灯实现亮度从100％至80％的变化。
8.根据权利要求1所述的LED光源控制***，其特征在于：所述时钟单元采用DS1302芯片，该DS1302芯片中X1与X2引脚之间串联有两端陶瓷滤波器。
9.根据权利要求1所述的LED光源控制***，其特征在于：所述LED光源控制***适用于大西洋鲑的养殖。
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