专利名称：Led水族灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED水族灯，尤其涉及一种能够提供光线补偿同时模拟自然界光 线变化的LED水族灯。
背景技术：
传统的水族照明领域，通常是用荧光灯，金卤灯或者石英碘化灯进行水族的照明， 以实现各种水族，如珊瑚、水草、鱼类、贝壳等的视觉审美以及生长的需要，但传统的水族照 明有很多缺点，一是耗电比较高，不节能；二是含有汞等有毒的元素，不环保，同时传统的照 明光线还会释放出紫外线等一些射线，引起水草的疯长；三是照明光线不能自动调节，传统 的照明产品只能设置几个简单的开关，来对不同的灯管进行控制来进行照明亮度的调节， 光线变化落差很大。近年来LED灯开始被广泛使用，LED灯耗能低，材料环保，没有放射射线，并且有一 些LED产品可以通过电阻调节来实现LED的亮度的变化来模拟大自然的变化。中国发明专 利申请CN200710111123.2公开了一种水族灯，其包含一照明单元以及一调控单元，照明单 元具有复数个发光二极管，发光二极管是相邻设置且发出不同色系，调控单元与发光二极 管电性连接，以分别调控不同色系的发光二极管。发光二极管具有耗电低、寿命长、色饱和 佳、高发光效率以及可调整色温等优点，除了能避免频繁地更换水族灯的光源外，更可提供 稳定的光线、提升使用率、省电，并降低使用成本，可借由调控单元来调控不同色系的发光 二极管以提供使用者不同色系的光线选择。然而现在的水族照明光线控制都是一种主动控制的系统，比如水族箱放在窗户外 面的情况下，太阳光白天能直接照到，或者水族箱放置的室内开灯的情况下，水族箱的照明 已经得到了一定的补充，如果水族箱不能依据外界光线的强度变化来调整发光输出，就会 造成亮度过大而浪费电能。
发明内容
为了解决现有技术的以上问题，本发明的实施例提出了一种能够提供光线补偿同 时模拟自然界光线变化的LED水族灯。本发明的技术方案为一种LED水族灯，包括感光单元、控制单元、照明单元和电 源单元，感光单元采集环境的光线参数，将其进行转换后传递给控制单元，控制单元根据感 光单元所采集的环境光线参数调整电源单元的电流输出，照明单元包括多个LED灯，根据 电源单元的输出电流控制LED灯的发光强度。所述控制单元通过控制PWM信号的占空比来调整电源单元的输出电流。所述控制单元将感光单元所采集的环境光线参数与预先设定值比较后控制PWM 信号的占空比。所述电源单元包括恒压电源模块与恒流电源模块或者包括可调节电流输出的恒 流电源，恒流电源模块能将恒压电源的恒压电流转换为恒流电流，同时恒流电源模块可以接受控制单元的控制调节输出不同大小的恒流电流，控制单元通过控制PWM信号的占空比 来调整电源单元的输出电流。 所述照明单元根据使用者设定的调整速率在在一段时间内逐步调节LED灯的发 光强度。 所述恒流电源模块包括MOS管控制器和高边电流检测电阻，通过高边电流检测电 阻的反馈值控制MOS管的导通时间和频率。所述控制单元通过调节PWM信号的占空比，可以控制恒流电源模块有电流输出和 无电流输出的时间，从而得到一个预期的平均电流。所述控制单元可以输出两组以上的占空比不同的PWM信号，分别调整不同色温的 LED 灯。所述LED水族灯还包括风扇单元，在LED水族灯的发热量到达一定的程度时，控制 单元启动风扇单元冷却照明单元和电源单元。设定风扇启动的PWM占空比阀值后可以在PWM到达预定占空比时启动风扇单元冷 却照明单元和电源单元。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，产生的有益效果 首先是能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，其次是外界光线变化比较明显的时候保持水族箱内照明强度不变，使水族箱内的生 物不受外界光线强度变化的干扰。本发明还可以随机模拟产生自然界的各种天气情况，如多云，阴天，晴天等，其发 生的时机和发生时间的长短均随机产生，同时可以调节其发生的概率，还可以根据需要模 拟出阴天，多云，晴天，白天，夜晚，早晨，中午，傍晚等自然光线。
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明的 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本发明LED水族灯的整体结构图；图2是本发明LED水族灯的电路原理图；图3是本发明LED水族灯感光单元的电路原理图；图4是本发明LED水族灯的光线补偿电路原理图；图5是本发明LED水族灯的恒流电源模块电路原理图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合 附图及较佳实施例，对本发明做进一步说明。请参照图1所示，本发明实施例的一种水族灯的一结构示意图。水族灯用来给水 族生物如珊瑚，鱼类，水草等提供生长和观赏所需要的照明，水族灯包含调控单元10，显示 单元20，控制单元30，感光单元40，风扇单元50，照明单元60，电源单元70和线缆单元80， 照明单元60安装在壳体15中。调控单元10包括输入装置11，与控制单元30相连，可以为一薄膜按键开关组合，或者旋转按钮，也可以是一轻触开关，调控单元10通过这些按键或者旋钮选择水族灯照 明的运转模式，如手动模式、自动模式、感光补偿模式，还可以设置时间和各种输入参数，可 以自行设定水族箱所处的季节、天气和时间，如春夏秋冬、多云、阴天、晴天、白天、夜晚、早 晨中午、傍晚等，给使用者非常大的自主性和多种设定选择。显示单元20包含一显示区22，显示单元20和控制单元30相连，显示区22可以显 示照明单元60提供的照明的亮度、时间、水族灯的运转模式等状态，让使用者清楚地知道 水族灯的状态和各种参数。控制单元30包含一控制板33，该控制板33能通过调控单元10输入和设置的参 数，以及感光单元40所采集的水族箱的环境光线参数来调整电源单元70的电流输出，从而 达到自动配色和调整亮度，从而模拟太阳光变化的效果。照明单元60包括四个LED灯管模块，分别由两根白光LED灯61、62 (色温 12000K-20000K)和两根蓝光LED灯(波长420nm_480nm)63、64组成，LED灯管模块可以由 多个小功率的LED灯珠(如SMD3528灯珠，SMD5050灯珠)或者大功率的1W，3W或者更大 的功率和亮度的灯珠安装在散热的铝材上面而成，照明单元60根据电源单元70的输出电 流调节LED灯的发光强度。照明单元60也可以为其他的两组以上的LED照明模块来组合， 比如两组白光，一组蓝光的三组LED模块组合或者两组蓝光，一组白光的三组LED模块组合 或者R(红色)，G(绿色)，B (蓝色)的三组LED模块组合等。电源单元70是可调节电流输出的恒流电源，本发明实施例的电源单元70包括恒 压电源模块71和恒流电源模块72，电源单元70也可以是电流分配模块加上不可调节恒流 电源，或者是可调节电流输出的恒流模块。本发明的实施例一，能实现LED水族灯的光线自动补偿。水族箱放在室内的情况下，当使用者在上午10点钟打开室内的照明灯时，如果室 内照明的强度相当于使用者自行设定的模式所对应的光线强度的20%左右，相当于水族灯 的照明被加强了 20%左右，为了充分的利用使用者的室内照明，感光单元40采集到水族箱 的环境光线强度，同时将光线强度的数据转换为电信号传递给控制单元30的控制板33， 控制板33通过计算后将电源的电流输出降低20%，从而使照明单元60的输出也降低20% 左右ο如图3和图4所示，感光单元40的感光部件M5采用环保型的光敏二极管，当 外界光线发生变化时，光敏二极管的电流会随之发生变化，这种电流的变化会被采样电 阻R17 R21的其中一个电阻转变为电压的变化，然后通过微处理器MCU(Micrc) Control Unit)自带的A/D转换器转化为数字量供MCU使用，通过采样电阻R17 R21不同阻值的搭 配可以让光敏二极管在不同的光照强度下均保持符合要求的精度。本发明在控制板33中内置了时钟、日历和四季光线变化曲线，各种不同的季节、 天气和时间均有相对应的预先设定值，使用者在设置了时间和日期后，控制单元30将感 光单元40所采集的光线强度与预先设定值比较，如果采集到的光线强度为预先设定值的 20%，则控制单元30会控制PWM(Pulse Width Modulation)信号的占空比，将其缩减为预 先设定值的80%，而电源单元70的恒流电源模块72的输出电流是与PWM信号的占空比成 正比的，因此输出电流会比预定值减少20%，从而使照明单元60的光照强度也降低20%， 同时水族生物所感知的光线强度则基本保持不变，使得控制单元30能自动根据环境光线的强弱调整LED灯管输出电流的大小，从而达到节能20%左右，同时也减少外界光线对水 族生物的干扰目的。正常情况下外界光线在短时间内会保持相对稳定，为了避免光线补偿调整中的光 线突变，以及避免由于信号受到干扰，或瞬间光照变化，如行人走过感光区域造成的误补 偿，在外界光线发生变化后，照明单元60的光线强度并不会被立即调整，而是根据使用者 设定的补偿速率(％ /S)在一段时间内逐步完成补偿调整。如果根据感光单元40采集到的 数据计算出需要减少20%的光照强度，使用者设定的补偿速率为0. 5% /S，则控制单元30 会控制每2秒减少的光照强度，直到40秒后光照强度才减少20%，从而保持光线强度 在一定时间内的相对稳定性，避免对水生物产生不利影响。因此本发明在外界光线较强的时候减少灯管电流的输出，在光线比较弱的时候 加大灯管电流的输出，通过对灯管电流的动态调整，既可以充分满足水族生存对光线的需 求，又可以最大限度的节约能源。本发明的实施例二，可以控制LED水族灯产生不同的亮度和色温，达到模拟自然 界光线变化的目的。电源单元70与控制单元30相连，接受控制单元30的调节，控制单元30通过弱电 流控制电源单元70的开关的通断，达到控制电源单元70的输出电流和功率大小的目的。本 发明的电源单元70包括恒压电源模块71和恒流电源模块72，恒流电源模块72能将恒压电 源模块71的恒压电流转换为恒流电流，同时恒流电源模块72可以接受控制单元30的控制 调节输出不同大小的恒流电流，控制单元30通过控制PWM信号的占空比来调整电源单元的 输出电流。请参照图4和图5，图5为电源单元70中恒流电源模块72中调节电流的其中一 组，其余与此相同。图4中的PWM信号与图5中的PWM引脚相连，使恒流电源模块72的输 出电流接受控制单元30的控制。MCU的内部定时器会通过TPWM引脚输出频率固定、占空 比可调的方波信号，来控制Ql和Q2的通断，进而在PWMl和PWM2端产生相位相反的方波信 号，即PWM信号，该PWM信号连接到图5恒流控制芯片U3的PWM输入脚。U3内部包含有MOS 管控制器，通过高边电流检测电阻Rs的反馈值控制MOS管Q的导通时间和频率，达到控制 电流的目的。由于高边电流检测电阻Rs的值是固定的，因此在不连接PWM信号而直接连接高电 平时，恒流电源模块72将输出一个恒定值的电流，当U3的PWM引脚为低电平时，恒流电源 模块将无电流输出，通过调节PWM信号的占空比，可以控制恒流电源模块72有电流输出和 无电流输出的时间，从而得到一个预期的平均电流。由于PWM信号的频率远远高于人眼和一般生物所能观察到的闪烁频率，以及LED 自身光线的暂留效应，照明单元60将输出与电流及PWM占空比成正比的光照，而且由于控 制单元30可以输出两组以上的占空比不同的PWM信号，分别调整不同色温的LED灯管，因 此能够达到模拟自然界光线变化的目的。本发明电源单元70包括恒压电源模块71和恒流电源模块72，控制单元30对电源 单元70恒流模块的调节通过PWM的方式实现，调节步距为1 %，可实现对任一 LED灯管模块 的亮度从0%到100%的调节，通过输入不同大小的恒流电流来控制不同的LED灯管模块发 出不同的亮度的光线。同时本发明在控制板33中内置了时钟、日历和四季光线变化曲线，控制单元30可以通过计算模拟出四季变化、日升日落、月盈月亏等各种各样的光线变化。 例如，使用者在设置了正确的时间和日期后，在冬季的时候，LED灯管模拟白天的时间会缩 短，模拟夜晚的时间会延长，同时白天的最高亮度也会减小，达到节能的效果。本发明还可以随机模拟产生自然界的各种天气情况，如多云，阴天，晴天等，其发 生的时机和发生时间的长短均随机产生，同时可以调节其发生的概率，还可以根据需要模 拟出阴天，多云，晴天，白天，夜晚，早晨，中午，傍晚等自然光线。本发明的实施例三，可以使LED水族灯的温度保持在合理的标准。本发明风扇单元50与控制单元30相连，风扇单元50采用主动散热模式，在LED 水族灯的发热量到达一定的程度时，控制单元30设置的感温探头会将相应的温度信息传 递给控制单元30，控制单元30启动风扇单元50，强制风冷却照明单元和电源模块。没有感温探头时，控制单元30也可以根据系统电流的大小来启动风扇单元50，由 于系统电流是与照明单元60的亮度成正比的，而照明单元60的亮度是已知的，同时照明单 元60的亮度与PWM占空比也是成正比的，因此只要用户设定一个风扇启动的PWM占空比阀 值就可以在PWM到达预定占空比(即预定电流)时启动风扇，强制风冷却照明单元和电源 模块，使水族LED灯的温度保持在合理的标准。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领 域的技术人员不经创造性劳动考虑到的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
一种LED水族灯，包括感光单元、控制单元、照明单元和电源单元，感光单元采集环境的光线参数，将其进行转换后传递给控制单元，控制单元根据感光单元所采集的环境光线参数调整电源单元的输出电流，照明单元包括多个LED灯，根据电源单元的输出电流调节LED灯的发光强度。
2.如权利要求1所述的LED水族灯，其特征在于，所述控制单元通过控制PWM信号的占 空比来调整电源单元的输出电流。
3.如权利要求2所述的LED水族灯，其特征在于，所述控制单元将感光单元所采集的环 境光线参数与预先设定值比较后控制PWM信号的占空比。
4.如权利要求3所述的LED水族灯，其特征在于，所述电源单元包括恒压电源模块与恒 流电源模块，或者电流分配模块加上不可调节恒流电源，或者是可调节电流输出的恒流模 块。
5.如权利要求4所述的LED水族灯，其特征在于，所述恒流电源模块能将恒压电源的恒 压电流转换为恒流电流，同时恒流电源模块可以接受控制单元的控制调节输出不同大小的 恒流电流，控制单元通过控制PWM信号的占空比来调整电源单元的输出电流。
6.如权利要求1到5任一项所述的LED水族灯，其特征在于，所述照明单元根据使用者 设定的调整速率在在一段时间内逐步调节LED灯的发光强度。
7.如权利要求5所述的LED水族灯，其特征在于，所述恒流电源模块包括MOS管控制器 和高边电流检测电阻，通过高边电流检测电阻的反馈值控制MOS管的导通时间和频率。
8.如权利要求7所述的LED水族灯，其特征在于，所述控制单元通过调节PWM信号的占 空比，可以控制恒流电源模块有电流输出和无电流输出的时间，从而得到一个预期的平均 电流。
9.如权利要求8所述的LED水族灯，其特征在于，所述控制单元可以输出两组以上的占 空比不同的PWM信号，分别调整不同色温的LED灯。
10.如权利要求7所述的LED水族灯，其特征在于，所述LED水族灯还包括风扇单元，在 LED水族灯的发热量到达一定的程度时，控制单元启动风扇单元冷却照明单元和电源单元。
全文摘要
本发明是关于一种能够提供光线补偿同时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，感光单元采集环境的光线参数，将其进行转换后传递给控制单元，控制单元根据感光单元所采集的环境光线参数调整电源单元的电流输出，照明单元包括多个LED灯，根据电源单元的输出电流控制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。
文档编号F21Y101/02GK101956941SQ20101051973
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者敖勤锋, 李军平, 田国鹏 申请人:深圳威德森科技有限公司