集鱼灯是光诱鱿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鱿钓作业中,其光源以金属卤化物灯为主,属热光源。

发光二极管(L ight Emitting Diode, LED)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。LED 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PN 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LED 半导体照明已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LED 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鱿钓船的1 /3,钓获率也相当于(甚至超越)传统鱿钓船。我国也有企业和高校正在进行LED 集鱼灯的研究与开发,并取得了一定成果。

LED 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。

LED 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(MCU)作核心的控制系统电路、驱动电路和LED 光源 点阵三部分构成 。LED 水下集鱼灯用高亮度LED 作为光源。LED 虽然光效很高,但单只LED 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LED 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LED 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,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。

LED 驱动电路采用集成电路驱动, LED 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LED 发光。显示电路分为红、绿、蓝3 个模块, 3 个模块与MCU 的连接方式也相同。MCU 通过信号线与模块中各LED 驱动电路相连接。通过内置于MCU 中的控制程序,由MCU 向LED 驱动集成块发送控制信号和数据, LED 驱动集成块根据控制信号和数据要求,对每一只LED 实现单独控制。若MCU 连续向各个LED 驱动集成块不断发出控制信号和数据,使每只LED 都受到连续的协调控制。如果控制LED 以鱼眼分辨不出的闪烁频率快速亮灭,并且控制LED 在每一个亮灭周期内发光时间的占空比,就能起到控制LED 发光亮度的效果。通过对每只LED 发光亮度的控制,使每只LED 产生256 级灰度等级。对3 个模块内的每只红光、绿光、蓝光LED 同时进行控制,3 种光色LED 按照不同的灰度等级任意组合,能够产生16 777 216 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 ,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。

如果LED 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LED 水下集鱼灯一起操作时容易缠绕,非常麻烦。本文设计的LED 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 。