LED水下集魚燈的研究與設計


LED水下集魚燈的研究與設計

2021-01-15 電子產品世界

集魚燈是光誘魷釣作業中最主要的助漁設備,可分爲水上燈和水下燈兩類。水下集魚燈具有節能、誘集範圍廣、穿透水層深等特點。水下集魚燈不僅可以在晚上將深層的柔魚誘集到較淺的水層進行作業,還可以在白天將大型柔魚聚集在較深水層進行捕獲 ,水下集魚燈於20世紀90年代以來被廣泛應用到魷釣作業中,其光源以金屬鹵化物燈爲主,屬熱光源。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/187058.htm

  發光二極體(L ight Emitting Diode, LED)是一種場致發光光源,是可直接將電能轉化爲可見光和輻射能的半導體器件。LED 的發光原理是利用固體半導體晶片作爲發光材料,當兩端加上正向電壓,半導體材料的PN結中注入的空穴與電子複合時引起光子發射而產生光,直接把電能轉換爲光能,屬冷光源。使用LED半導體照明已被公認爲是一種節能環保的重要途徑。

  日本從2005年開始,研究使用藍色LED集魚燈來替代金屬鹵化物集魚燈,以達到節省能源消耗、改善工作環境等目的。其燃油消費量僅爲傳統魷釣船的1 /3,釣獲率也相當於(甚至超越)傳統魷釣船。我國也有企業和高校正在進行LED集魚燈的研究與開發,並取得了一定成果。

  1 LED水下集魚燈的設計

  LED水下集魚燈應符合以下幾方面要求:光源具有較大照射範圍、足夠的照度,並能適用於誘集魚羣;啓動操作簡單迅速;燈具堅固、耐震,水密耐壓;耐用。

  1. 1 LED控制與驅動系統

  採用數位化控制電路,整個電路由以嵌入式微控制器(MCU)作核心的控制系統電路、驅動電路和LED光源點陣三部分構成(圖1) 。

  

  LED水下集魚燈用高亮度LED 作爲光源。LED雖然光效很高,但單只LED所發出的光通量還不夠大,爲了實現較大照射範圍和足夠的照度,必須採用多隻LED組合在一起使用。首先根據水下集魚燈集魚所需要達到的照射範圍與照度確定總功率,在此基礎上選擇一定功率的多隻LED來達到所需的總功率。由1 只紅(R ) 、1 只綠(G) 、1隻藍(B)根據配色要求構成1個三基色發光單元。多個三基色發光單元的組合是通過單元電路板實現,在陣列結構上通過先分單元後組合的方式,呈線形、矩形、圓形、內外半圓柱面及部分球面的分布,保證光向四周發射。

  LED驅動電路採用集成電路驅動, LED驅動時需要先將直流電流通過高效率的開關穩壓器降壓和變換成恆流源,才能輸出恆定的電流驅動LED發光。顯示電路分爲紅、綠、藍3 個模塊, 3個模塊與MCU的連接方式也相同。MCU通過信號線與模塊中各LED驅動電路相連接。通過內置於MCU中的控制程序,由MCU向LED驅動集成塊發送控制信號和數據, LED驅動集成塊根據控制信號和數據要求,對每一隻LED實現單獨控制。若MCU連續向各個LED驅動集成塊不斷發出控制信號和數據,使每隻LED都受到連續的協調控制 。

  如果控制LED以魚眼分辨不出的閃爍頻率快速亮滅,並且控制LED在每一個亮滅周期內發光時間的占空比,就能起到控制LED發光亮度的效果。通過對每隻LED發光亮度的控制,使每隻LED產生256級灰度等級。對3個模塊內的每隻紅光、綠光、藍光LED同時進行控制, 3種光色LED按照不同的灰度等級任意組合,能夠產生16 777 216種彩色效果。將多個三基色發光單元組合成一定結構的顯示點列(圖2) ,按照這種控制方式,就能顯示出各種顏色、多種圖像的動態顯示效果,從而實行誘魚。

  1. 2 無線供電電源

  如果LED水下集魚燈採用電纜線供電,使用時電纜線容易破損折斷,多個LED水下集魚燈一起操作時容易纏繞,非常麻煩。本文設計的LED水下集魚燈用蓄電池供電,並利用無線供電技術爲蓄電池充電。

  無線供電系統包括電能發送單元和電能接收單元兩部分。電能發送單元主要由交直流電源電路、功率放大輸出電路、驅動電路、振盪電路、基準電壓電路、控制保護電路以及發射線圈L1 (變壓器初級)組成,電能接收單元主要包括接收線圈L2 (變壓器次級) 、高頻整流濾波電路和負載組成(圖3) 。