LED水下集鱼灯的研究与优秀设计

1、cheng集鱼灯是光诱就钓作业中最主要的助渔设备，可分为水上灯和水下灯两 类。水下集鱼灯具有节能、诱集范围广、穿透水层深等特点。水下集鱼灯不 仅可以在晚上将深层的柔鱼诱集到较浅的水层进行作业，还可以在白天将大型 柔鱼聚集在较深水层进行捕获，水下集鱼灯于20世纪90年代以来被广泛应用 到就钓作业中，其光源以金属卤化物灯为主，属热光源。发光二极管（L ,）是一种场致发光光源，是可直接将电能转化为可见光 和辐射能的半导体器件。的发光原理是利用固体半导体芯片作为发光材料， 当两端加上正向电压，半导体材料的结中注入的空穴与电子复合时引起光子发 射而产生光，直接把电能转换为光能，属冷光源。使用半导体照明已

2、被公认为是 一种节能环保的重要途径。日本从2005年开始，研究使用蓝色集鱼灯来替代金属卤化物集鱼灯，以达 到节省能源消耗、改善工作环境等目的。其燃油消费量仅为传统就钓船的1 /3 , 钓获率也相当于（甚至超越）传统就钓船。我国也有企业和高校正在进行集鱼灯 的研究与开发，并取得了一定成果。1水下集鱼灯的设计水下集鱼灯应符合以下几方面要求：光源具有较大照射范围、足够的照度, 并能适用于诱集鱼群；启动操作简单迅速；灯具坚固、耐震，水密耐压；耐用。1.1 控制与驱动系统采用数字化控制电路，整个电路由以嵌入式微控制器（）作核心的控制系统 电路、驱动电路和光源点阵三部分构成（图1） O控制系统驱动系统L印

3、光源点阵一驱动集成央忏 红LED驱动集成块TT绿LED4驱动集成块FW 蓝LEDLED控制与驱动系统框图Fis 1 B bck diasian of LED contio lliiia and driving svstan水下集鱼灯用高亮度作为光源。虽然光效很高，但单只所发出的光通量还 不够大，为了实现较大照射范围和足够的照度，必须采用多只组合在一起使用。 首先根据水下集鱼灯集鱼所需要达到的照射范围与照度确定总功率，在此基础 上选择一定功率的多只来达到所需的总功率。由1只红（R ） 、1只绿（G）、 1只蓝（B）根据配色要求构成1个三基色发光单元。多个三基色发光单元的组 合是通过单元电路板实现

4、，在阵列结构上通过先分单元后组合的方式，呈线形、 矩形、圆形、内外半圆柱面及部分球面的分布，保证光向四周发射。驱动电路采用集成电路驱动，驱动时需要先将直流电流通过高效率的开 关稳压器降压和变换成恒流源，才能输出恒定的电流驱动发光。显示电路分为 红、绿、蓝3个模块，3个模块与的连接方式也相同。通过信号线与模块中各 驱动电路相连接。通过内置于中的控制程序，由向驱动集成块发送控制信号和 数据，驱动集成块根据控制信号和数据要求，对每一只实现单独控制。若连续 向各个驱动集成块不断发出控制信号和数据，使每只都受到连续的协调控制。如果控制以鱼眼分辨不出的闪烁频率快速亮灭，并且控制在每一个亮灭周 期内发光时间

5、的占空比，就能起到控制发光亮度的效果。通过对每只发光亮度 的控制，使每只产生256级灰度等级。对3个模块内的每只红光、绿光、蓝光 同时进行控制，3种光色按照不同的灰度等级任意组合，能够产生1 6 777 21 6种 彩色效果。将多个三基色发光单元组合成一定结构的显示点列（图2），按照这 种控制方式，就能显示出各种颜色、多种图像的动态显示效果，从而实行诱鱼。1. 2无线供电电源如果水下集鱼灯采用电缆线供电，使用时电缆线容易破损折断，多个水下 集鱼灯一起操作时容易缠绕，非常麻烦。本文设计的水下集鱼灯用蓄电池供电， 并利用无线供电技术为蓄电池充电。无线供电系统包括电能发送单元和电能接收单元两部分。电

6、能发送单元主 要由交直流电源电路、功率放大输出电路、驱动电路、振荡电路、基准电压 电路、控制保护电路以及发射线圈L1 （变压器初级）组成，电能接收单元主要包 括接收线圈L2 （变压器次级）、高频整流滤波电路和负载组成（图3）。三基色LED点列示意图Fig 2 Tricobi LED pouit ingc schematic diagrancheng发射端 接收端高频整治稳压电路图3无线供电系统结构框图Fig 3 B bck diagram of w ireless powering sysrein无线供电系统工作时输入端将交流电经全桥整流电路变换成直流电，或用 渔船的直流电源直接为系统供电，直

7、流电流通过振荡电路逆变转换成高频交流 电，经功率放大输出电路放大后供给发射线圈L1。通过发射线圈L1与接收线 圈L2耦合电能，接收线圈L2输出的电流经高频整流滤波电路变换成直流电提 供给负载（电池）进行充电。一个电能发送单元可以对多个电能接收单元发射电 磁波进行充电。电能发送单元与电能接收单元可以用一对一、一对多、多对 一、多对多和网络分布方式充电。无线供电技术应用于水下集鱼灯，不需要在 水下集鱼灯上安装接口及导线，使水下集鱼灯具有高度可靠的防水性能。1.3散热由于消耗的能量除转换为光能外，几乎都是热能，而且只能以热传导的形 式传出，所以散热设计是能否成功应用的关键技术。在热传输设计方面，要计

8、算 直接接触器件散热体的热容量。较大的热容量可以较好地吸收和平衡瞬间的 热冲击，防止由于瞬间过流产生的高温对器件的热损坏。还要考虑散热器件的 热传输平衡条件和传输量，让集鱼灯内部器件上发出的热量能够顺利地传到集 鱼灯外部的海水中。设计时通过封装基板解决散热的问题，在散热基板上做贯 通孔，使散热基板直接与海水接触，让海水在贯通孔内循环7 ，达到降温目的。1. 4封装水下集鱼灯的防护等级是68,要求彻底防水，可以长时间浸在一定压力的 水中使用。水下集鱼灯灯体结构外壳材质为不锈钢（或铝合金），灯具玻璃为钢 化玻璃，采用硅橡胶密封圈进行密封。体积小，封装灵活，能排成点、线、面等形 式安装。采用无线供电

9、技术的水下集鱼灯可以做成球形、直管形等各种形状 和大小不同的水下集鱼灯。2水下集鱼灯的特点2. 1节能环保近年来，燃油价格大幅度上涨，光诱捕鱼渔业在燃油上的投入比重也大为 增力口，有时热光源集鱼灯的燃油消耗要占到渔船总燃油消耗的5 0%以上。由此 可见，用在集鱼灯上的燃油消耗费用己经对光诱捕鱼业的经营效益产生了比较 明显的影响。金属卤化物灯存在光效低、耗电量大、电能大部分转化为热能的不足。的 光谱几乎全部集中在可见光频段，光效率可达80% 90%，因此功耗低，在相同 的照明效果下，比金属卤化物灯节能。金属卤化物灯发出的光线中含有大量的紫外线和红外线辐射，光诱渔船作 业时会对渔船工作人员健康造成

10、伤害，也会对中上层趋光鱼类，特别是视觉系 统发育尚未完善的幼、稚鱼造成一定的伤害 。是冷光源，没有红外线和紫外线 的成分，没有辐射污染，能有效防止渔场生态被破坏。另外，金属卤化物灯内的填 充物中有汞或其它重金属，在使用过程中破损和废弃后的灯都会对人身健康和 环境造成危害，而使用中不产生有害物质，废弃物可回收，没有污染，不含汞元素， 属于典型的绿色光源。2. 2光谱性能好金属卤化物灯的光谱较宽，且发光方向为整个立体空间，不利于配光和光 线的有效利用。而光谱为分立的光谱，谱线较窄，半高全宽在30左右，各类的有 不同峰值波长，可以在光合有效辐射范围内方便地匹配出各种不同的光谱结 构。色彩丰富、鲜艳，

11、可以有多样化的色调选择和配光，并且发光大部分集中 会聚于中心，发散角较小，可以有效地控制眩光。发光对电流的响应速度极快， 只需通过调整电流就可以调节光的强度和颜色。2. 3安全可靠，使用寿命长由于渔业生产工况条件特殊，灯和灯具经常在海浪中拍打和在船舶摇晃中 工作，因此必须具备良好的防震和防水性能。金属卤化物灯有玻璃泡、灯丝等 易损坏部件，易碎，耐震性差，而且需要上百伏特的工作电压，寿命一般为3 000 h。当用作水下集鱼灯时，必须先放进水里再开灯，出水时必须先熄灯再提出水 面。操作麻烦，稍有不慎灯泡就有可能爆炸，造成触电事故11。是用环氧树 脂封装固态光源，使用低电压（单个只需1. 54. 0

12、V的直流电压）、低电流驱 动，使用寿命可高达6万10万h;也是一种全固体结构，能经得起震动、冲击而 不至于损坏，非正常报废率很小，维护极为方便。3. 下集鱼灯的应用生产实践表明，影响光诱集鱼效果的首要因素是光源，它包括光源强度、灯 光颜色、灯具的配置等。例如，在暗适应条件下，蓝圆觞幼、成鱼对蓝、绿色光 的趋光率最高，对红光的趋光率最低。由暗适应向明适应过渡后，弓I起趋光率最 高的颜色光移向黄、绿色光。在暗适应和明适应条件下，鱼台鱼都对紫光和红光 有最大的趋光率。水下集鱼灯通电工作后，整个系统由软件控制运行。根据不同渔场的客观 情况、诱集目标鱼类的生理和生态的不同特点，来配置光源的亮度、颜色以及 动态变化效果来诱鱼。用户通过遥控器，或者通过水下集鱼灯上的控制键来设 定集鱼灯显示内容，以便符合实际需要。水下集鱼灯能显示出鱼喜欢的食物、 同类、各种事物的图像等来诱集鱼群，还能显示出鱼的天敌等相关图像来驱集 鱼群、控制鱼群。实行科学捕捞，合理开发利用渔业资源，保护鱼类繁衍增殖， 达到可持续发展的目标。目