全自动水族照明设备设计方案1

全自动水族照明设备设计方案 背景:水族箱是大自然的缩影，因此水族箱中的所有条件都应该尽量与大自然环境的条件相同，对于水族箱的照明，人们普遍认为太阳光是最佳的照明光源，这就需要一种人为的光源来取代太阳所发出的光。而事实上，我们很难将自然环境中的光照状况完全引用到我们的水族箱中，也就是说，我们的人工生态系统水族箱是无法创造一个与自然环境完全相同的照明系统，我们仅能以人工科技去创造一种最接近太阳光谱的照明系统，来符合我们水族箱中生物的生长需求。例如草缸中的水草在自然环境的光照情形在大自然水域中，水草会因其原始栖息环境而演化出适宜的生长条件，如凄息在完全日照的水域环境中，其光照度可能高达90OOOlux以上，但若是长在树荫下的岸边，其光照度仅可达50 LUx，所以水草会因其生长环境之不同，而有不同的光照度需求。我们也都知道，太阳是从东方升起，西方落下，所以日光对水面下的照射会随著反射角度的变化而有所不同，一般太阳位置越低，折射所损失的光线也就越多，也就是若折射角度为70度时，水面下即有13.5的光线损失；当80度时，则有35的损失，当9O度时，亦即光线与水面平行时，则所有的光线就完全折射了，所以虽然白天都有12小时的日照，但水中水草的光照时间最多仅有10小时，且这些还都没有扣除因多云、下雨因素所减少的光照时间。在太阳的一天照射内，会随看清晨、正午、黄昏而有不同的色温，约从3000一6000Kelvin，且一直在变化中，再加上水流，树叶等的遮蔽，几乎没有一定的光线色温，而这正是大自然的真正光照状况。但反观现如今市场上的水族照明灯具大多是手动开关,而且只能维持一个光照强度。这样完全固定的光照强度虽然不至于对水草的生长产生完全破坏的作用但也使水草在缸内的生长不能达到它在自然界中的完美程度，同样缸中的鱼类和海水生物也无法正常的快速生长。同时手动开灯具的不可避免的是灯光的开启结束时间不固定且如果家中无人那么灯具就不能自己打开给缸中生物提供光照。设计方案：综上所述我们便想设计一种完全自动化的灯具，安装调节以后，可以模仿自然的光照强度，给水族缸里的生物创造大自然的条件，早上随着太阳升起光照渐渐变强，傍晚随着太阳下落光照渐渐熄灭。同时在灯具中安装定时系统，让使用者根据饲养水族生物自行定制开启与结束时间，灯具会根据设定时间而定时开启与结束不再需要人为每天控制。设想一：在一套灯具中安装多个灯管，给每个灯管都装上定时器，设置每个灯管的开始时间和光照时间，例如，在太阳刚升起时一根灯管亮起，随着时间的增加例如每个15min打开一根灯管，直到正午自然光最强的时候所有灯管亮起，再随着时间的增加灯管逐一熄灭。设计图如下： 图一 灯管的使用可用LED灯管，起到节能的作用。 定时器A控制这个线路的开断，定时器B控制灯管A，定时器C控制灯管B，其最高光照强度时灯管A和灯管B同时开启。但是，这样整个灯具会非常繁琐，同时并不能达到灯光的渐变过程，后来想到可以用变压器通过改变电压来控制灯管的亮度，但是变压器也不能连续长时间改变电压，因此，和方案一一样只能一段一段改变光强，不能像自然光一样连续改变，顶多是多连接几个变压器，多进行几次变压，制造尽量多的几个光强段，尽量贴合自然光的变化，但是这样依然将会变成一个繁琐、庞大的工程。通过仔细的研究和查找资料我们发现PLC系统非常贴合我们的实验设计，然后就出现下面这个设计方案。设想二： 设计的简易电路图： 图二 图三 外在显示屏设计介绍：如图三点击功能键，可出现开始、暂停和终止三个选择。点击选择键显示屏中出现开始时间、从最低光照到最高光照的时间、最高光照保持时间、从最高光照到最低光照的时间。上调键、下调键用于调节时间。例如选择开始时间为早上8:00，从最低光照到最高光照时间为2小时、最高光照保持时间4小时、从最高光照到最低光照时间为2小时。如图二，定时器在早上8：00开启灯具，通过PLC系统在通过外置显示的设置完成编程，随后开始控制滑动变阻器的滑动让滑动变阻器开时从电阻最大的时候缓慢的滑动到电阻最低的时候，用时总共2小时，随后保持在电阻最低状态下4小时，最终再由滑动变阻器缓慢滑电阻大的一方持续2小时，最终使灯具开关自动关闭。这个设计不但能自动调节灯具的开关时间，同时能确保在规定好一次的时间顺序之后能够一直以这个时间来调节灯具的开关和光照时间和强度。图三中的PLC系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。我们的设计是在这个PLC系统里面输入电脑编程，让其控制滑动变阻器，缓慢调节电灯的电压，使其达到渐变的过程。玩家不仅自己可以控制这个灯的开关，还可以控制何时渐变以及这个渐变过程的长短。至于灯管的选择我们都首选灯管是可变频led水族灯管，因为它的适应电压范围广，可以承受这个渐变的过程。设计使用前景：不同的水族缸需要不同的光照设置，例如：水族灯，能使灯管发出超白光，使水体透明、清晰，水草颜色逼真，同时能促进水草光合作用，促进水草生长发育。对绿色水草效果较好，适用于水深在5060cm以下的水草植物生长，效果更佳。有些灯的光照如同阳光，适合各种水草及鱼类生长。有着强烈的轻渗透性，使鱼类色彩更加的鲜艳夺目，主要适用于为水族馆和水族景观及观赏性鱼类提供最佳的照明， 红灯，能促进鱼健康成长，鱼经此灯光照射后，颜色鲜艳，鱼体鲜活，水体透明清澈，对红色鱼类效果更佳。特别适用于红色金鱼、七彩神仙、血鹦鹉等鱼种的照明。 蓝灯，水经此灯光照射后，颜色为蔚蓝色，如海水一样清澈、逼真。对珊瑚、鸭嘴鱼、虾等生物尤为适用。能促进珊瑚钙质的吸收，合成维生素D3，使其健康成长，色泽鲜艳。蓝色，能帮助合成维生素D3，促进珊瑚钙质的吸收。使珊瑚生长色泽鲜艳。 中、低色温混合使用水草灯，能使灯发出柔和、偏红、亮度高、促进深层水草生长发育。用灯后使各种颜色的水草逼真，枝干粗壮，对混合水草缸更为适用。特别适用于红、绿混合水草，对红色水草效果好，对水深在5060cm以下的水草缸更为适用，效果更佳。 当然在多种水族箱中使用的灯光中菲利普led系列效果极佳。在使用我们的灯具时必须考虑的还有使用者所使用的灯是否能接受这么长时间的电压改变。因此可以考虑在灯泡的使用时采取变频灯管，以保证灯管的安全性。 我们这个设计相比于现今市场上出现的灯具具有很多优势，比如，安装调节后可以实现完全的自动化，可自行调控时间，而且模拟的是自然光，会随着时间的改变而加强减弱，使水生生物更适应在水族缸中的生活，而且很多的水族宠物生长繁殖所需的光照也不是一成不变的，因此这种灯具可以利用在水族生物繁殖方面。综上，我们认为这种灯具还是很有市场前景的。