植物工厂LED照明控制系统设计与研究􀀁[3]

　　4  LED灯板控制单元

　　灯板控制单元担负着对不同波长LED 独立点亮、光通量和光谱色质可调控制以及温度检测、系统保护等功能。还可根据工厂中央管理系统的调光指令, 管理灯板随指令产生不同特征的综合光谱, 植物工厂应用可控的LED 光源不仅提供植物所需的光照而且利用特定波长的LED 单色光对特定的害虫的吸引力, 达到有针对性地进行诱虫、灭虫作用。LED灯板控制单元电路图如图6所示。

　　由于灯板上密集了各种波长的LED、测光传感器及其各路LED的驱动芯片, 每个芯片分别输入不同的PWM 信号及亮度、温度管理, 因此需要一个性能较高的多端口ECU 控制芯片。ECU 控制单元不仅管理灯板各种波长LED的亮度控制和光色合成,还要根据LED驱动电路的工作特性, 对灯板的工作状态和外部干扰实施保护, 同时还对光板的合成光谱、亮度、温度进行检测。因此, 芯片的处理能力、可靠性和稳定性非常重要。系统ECU 控制单元设计选用了英飞凌公司的XC164 CS 系列16位单片微处理器。这款芯片不仅有很好的耐高温特性和稳定性, 还内置现场控制通信的CAN总线端口。

　　XC164的输入端口监控大功率LED 底座基板的温度, 这个观察点接近LED 的结温, 是保护LED不至于热损坏的关键, 同时对各LED 散热器多点的温度循环检测, 管理灯板的热平衡保护控制。XC164的输入口还将照度传感器和光谱传感器探头的监测数据进行处理, 计算出光色合成效果并与工厂的中央控制器配光指令进行比对、实时调控。XC164的输出端口分别输出不同的PWM 信号控制AM IS 39100 的驱动电流, 以实现对各路不同波长LED 的亮度控制以及对LT3755 白光大功率LUXEON LAFL􀀁C4S的驱动。灯板控制单元在控制光源亮度的同时还实施对灯板过压保护, 过流保护、反向保护、短路保护、浪涌保护、系统诊断等。

　　灯板安全和可靠工作的关键是LED的散热, 它关系到LED 的寿命、光衰、色偏移等重要指标。监测温度的传感器分别监控大功率LED 底座基板和散热片上的多点温度, 当底座基板温度升高达到了XC164预设警戒值时, 系统调节LED 驱动的PWM信号时降低驱动电流, 使大功率LED降低功耗达到降温效果。当对LED灯板进行热管理时, 散热器温度到达临界温度时, 系统启动散热风扇对灯板热源强制对流, ECU 可以根据检测点的部位和温度值,确定强制风冷区域的风扇位置和风速, 必要时调整PWM驱动控制信号以减小LED 功耗。当温度过高、监测点异常或LED 灯板故障时, 灯板控制单元通过现场局域网向周围灯板发布故障信息同时向工厂中央控制系统提供实时数据并发出告警信号。

图6 灯板控制单元电路图