Part 1 ( 理論篇 )
前言
俗話說的好 " 女人的鞋子永遠少一雙 , 男人的水族箱永遠少一缸 " 。
基於男女平等的立場，每當老婆買衣服或鞋子的費用累積到一定的額度我就會記上一點，滿十點我也就能在我的魚缸上再升級，估計下個月就能集滿點數了，趁現在提早開始規劃一下吧 !
該有的設備大致上都有了，無意中看到了這則新聞 - https://www.chinatimes.com/realtimenews/20150304004413-260412，便決定了LED燈具是此次硬體升級的首要目標 。
之前都是自己DIY，現在隨著年紀越大也跟著越來越懶，想考慮買現成的，便花了一些時間研究目前市售LED燈具的規格及優缺點，發現除了價格差距是一個問題外，有些規格似乎標示的不夠完整，甚至是沒標示，在電話詢問之後也是沒有答案，著實擔心買了之後發生品質問題該怎麼辦?可能花錢又受氣 ! 剛好兩個同學六個月前一起買的兩LED燈具開始出現黑頭及閃爍問題，害他們是幹的要死 。
身為工程師的我們之前會選擇買現成的燈具是因為認為買現成的可能比自己做便宜，但最主要的原因是太懶了，為了不再花冤枉錢，大致估算一下成本後認為未必會比現成的燈具貴，也因為是自己要用，所以在用料上自然是選擇最好的零件，功能符合需求及用不壞且適合未來擴缸的改裝是此次DIY的主要重點，最後決定三個人合資來完成真正自動追蹤Lux的LED燈具 。
經過討論後這是自動追蹤Lux的LED燈具功能方塊圖 :
方塊圖功能說明 :
A. 主電源
• 為考慮方便性及小型化，將設計為DC Power Supply及AC Adaptor皆可共用。
• 為考慮安全性及穩定性，因AC電源部份有PFC 400V的高頻切換，為防止干擾到MCU及LED定電流驅動電路，將DC Power Supply及AC Adaptor與MCU及LED定電流驅動電路分開設計。
• 電源部分如果自己做的話將因零件的取得耗費我們不少時間，最後兩個同學決定沿用原燈具的DC Power Supply，我則決定使用已退役筆記型電腦的AC Adaptor，下圖是我的已退役筆記型電腦的AC Adaptor 。
我的燈具計算 :
16V ( AC Adaptor輸出電壓 ) ÷ 3.3V ( LED VF ) = 4.8pcs → 取整數4，表示每4顆LED為一串 。
3.3V ( LED VF ) × 4 ( 4顆LED為一串 ) = 13.2V ( 每一串LED的電壓 ) 。
13.2V ( 每一串LED的電壓 ) × 1A ( 5W LED的IF ) = 13.2W ( 每一串LED的瓦數 ) 。
13.2W ( 每一串LED的瓦數 ) × 4 ( 預計共4串LED ) = 52.8W ( 此AC Adaptor預計支援的LED瓦數 ) 。
12V ( 散熱風扇電壓 ) × 0.09A ( 散熱風扇電流 ) × 2pcs ( 預計2pcs散熱風扇 ) = 2.16W ( 散熱風扇瓦數 )。
其他MCU等耗電極小不予計算 。
( 52.8W ( 此AC Adaptor預計支援的瓦數 ) + 2.16W ( 散熱風扇瓦數 ) ) ÷ 16V ( AC Adaptor輸出電壓 ) ÷ 4A ( AC Adaptor輸出電流 ) × 100 = 85.8% 。
此AC Adaptor最大安全使用率將是85.8%，而我養殖又是以LPS為主，不可能滿載使用，所以使用此AC Adaptor是安全的 。
B. DC/DC
• 將有兩路輸出，12V輸出將提供給散熱風扇及Relay(可控制造流器及加熱器)使用，5V輸出將提供給MCU及Light Sensor Output Lux 設定感光追蹤及調光使用。
C. MCU + LCD 螢幕顯示功能設定 + 訊號輸出
• MCU將可設定 : 時鐘 / 4 CH獨立PWM調光 / 2 CH溫度偵測及控制 / 1 CH定時On/Off控制 。
• 時間使用RTC方式控制，相當的精確 。
• 4 CH PWM調光將能夠真正獨立設定及控制日昇 / 白天 / 日落 / 夜晚的間隔時間，且PWM Duty為每次1%的増或減，真正的100階 。
之前花了一些時間研究目前市售LED燈具的規格，發現某些的日昇日落PWM調光功能太過簡化，其PWM Duty其實為 : 0% ⇢ 20% ⇢ 40% ⇢ 60% ⇢ 80% ⇢ 100%，嚴格來講這不是真正的日昇日落模式，這也是決定自己DIY的原因之一 。
• 2 CH溫度偵測及上下限設定控制，使用真正不銹鋼數位溫度Sensor，誤差為0.1°C 。一路偵測LED燈具鋁殼溫度，一旦超出設定值便啟動散熱風扇直到溫度下降，另一路偵測缸內水體溫度，一旦超出設定值便啟動Relay，隨意控制升溫或降溫裝置 。
• 1 CH定時On/Off控制，計畫控製造流馬達的運轉時間。
• 因之前自D的PWM調光板設計和燈具結合在一起，時間久了會受到鹽漬的侵蝕，為防止鹽漬的侵蝕，此次控制模板將獨立在燈具鋁殼外。
D. 5W / 3W / 1W LED燈珠瓦數選擇設定
• 因三人飼養方向不同，需要的Lux不同，因此使用的LED燈珠瓦數自然不同，並兼顧未來擴缸的需求，將在LED定電流驅動電路上具備這功能，也就是說LED定電流驅動電路上的零件參數不便，僅切換指撥開關便能共用對應不同瓦數的LED電流 。充分提升驅動電路的共用性 。
E. Light Sensor Output Lux 設定感光追蹤及調光
• 因目前的缸子位置會照射到太陽，缸內的亮度便成為 " 燈具的亮度 + 太陽的亮度 " ，整體亮度已太強，感覺在夏天時藻類特別容易滋長，此次設計將加入亮度自動調整功能，當外部光源亮度增加時，LED的亮度便自動降低，維持缸內亮度的恆定，同時兼具自動省電的好處。
• 使用真正線性感光IC，不是一般的光敏電阻，才能夠精確地維持缸內應有的亮度且恆定。
F. PWM X軸調光控制和Y軸最大色溫控制
• 前面已經敘述4 CH獨立PWM調光，此功能為對該4 CH獨立PWM調光又分別增加4 CH獨立色溫調光，讓整體的光線感覺更加立體感 。
• PWM調光一般又稱為數位調光，色溫調光則稱為類比調光，此燈具為兩者兼俱 。
• PWM調光和類比調光特別說明，如下圖 。
G. LED驅動支援輸出
• 此LED驅動板設計的最高輸入電壓為40V，若以普遍的36V DC Power Supply為例子計算 :
36V ( DC Power Supply輸出電壓 ) ÷ 3.3V ( LED VF ) = 10.9pcs → 取整數10，表示每10顆LED為一串 。
10(每10顆LED為一串) × 5(LED瓦數) = 50W( 每一串LED的瓦數 )
50( 每一串LED的瓦數 ) × 4(4 CH) = 200W(此LED驅動板可支援的最大輸出)
一般我們不會100%使用，以80%的安全使用率而言，此LED驅動板可支援的最大輸出為160W 。足夠SPS的需求 。
整體架構就此大致定案，除DC Power Supply和AC Adaptor選用現成品外其餘的都將由自己設計完成，如此品質才有保障，且適用性也大幅提升 。
實戰篇請待續……
前言
俗話說的好 " 女人的鞋子永遠少一雙 , 男人的水族箱永遠少一缸 " 。
基於男女平等的立場，每當老婆買衣服或鞋子的費用累積到一定的額度我就會記上一點，滿十點我也就能在我的魚缸上再升級，估計下個月就能集滿點數了，趁現在提早開始規劃一下吧 !
該有的設備大致上都有了，無意中看到了這則新聞 - https://www.chinatimes.com/realtimenews/20150304004413-260412，便決定了LED燈具是此次硬體升級的首要目標 。
之前都是自己DIY，現在隨著年紀越大也跟著越來越懶，想考慮買現成的，便花了一些時間研究目前市售LED燈具的規格及優缺點，發現除了價格差距是一個問題外，有些規格似乎標示的不夠完整，甚至是沒標示，在電話詢問之後也是沒有答案，著實擔心買了之後發生品質問題該怎麼辦?可能花錢又受氣 ! 剛好兩個同學六個月前一起買的兩LED燈具開始出現黑頭及閃爍問題，害他們是幹的要死 。
身為工程師的我們之前會選擇買現成的燈具是因為認為買現成的可能比自己做便宜，但最主要的原因是太懶了，為了不再花冤枉錢，大致估算一下成本後認為未必會比現成的燈具貴，也因為是自己要用，所以在用料上自然是選擇最好的零件，功能符合需求及用不壞且適合未來擴缸的改裝是此次DIY的主要重點，最後決定三個人合資來完成真正自動追蹤Lux的LED燈具 。
經過討論後這是自動追蹤Lux的LED燈具功能方塊圖 :
方塊圖功能說明 :
A. 主電源
• 為考慮方便性及小型化，將設計為DC Power Supply及AC Adaptor皆可共用。
• 為考慮安全性及穩定性，因AC電源部份有PFC 400V的高頻切換，為防止干擾到MCU及LED定電流驅動電路，將DC Power Supply及AC Adaptor與MCU及LED定電流驅動電路分開設計。
• 電源部分如果自己做的話將因零件的取得耗費我們不少時間，最後兩個同學決定沿用原燈具的DC Power Supply，我則決定使用已退役筆記型電腦的AC Adaptor，下圖是我的已退役筆記型電腦的AC Adaptor 。
我的燈具計算 :
16V ( AC Adaptor輸出電壓 ) ÷ 3.3V ( LED VF ) = 4.8pcs → 取整數4，表示每4顆LED為一串 。
3.3V ( LED VF ) × 4 ( 4顆LED為一串 ) = 13.2V ( 每一串LED的電壓 ) 。
13.2V ( 每一串LED的電壓 ) × 1A ( 5W LED的IF ) = 13.2W ( 每一串LED的瓦數 ) 。
13.2W ( 每一串LED的瓦數 ) × 4 ( 預計共4串LED ) = 52.8W ( 此AC Adaptor預計支援的LED瓦數 ) 。
12V ( 散熱風扇電壓 ) × 0.09A ( 散熱風扇電流 ) × 2pcs ( 預計2pcs散熱風扇 ) = 2.16W ( 散熱風扇瓦數 )。
其他MCU等耗電極小不予計算 。
( 52.8W ( 此AC Adaptor預計支援的瓦數 ) + 2.16W ( 散熱風扇瓦數 ) ) ÷ 16V ( AC Adaptor輸出電壓 ) ÷ 4A ( AC Adaptor輸出電流 ) × 100 = 85.8% 。
此AC Adaptor最大安全使用率將是85.8%，而我養殖又是以LPS為主，不可能滿載使用，所以使用此AC Adaptor是安全的 。
B. DC/DC
• 將有兩路輸出，12V輸出將提供給散熱風扇及Relay(可控制造流器及加熱器)使用，5V輸出將提供給MCU及Light Sensor Output Lux 設定感光追蹤及調光使用。
C. MCU + LCD 螢幕顯示功能設定 + 訊號輸出
• MCU將可設定 : 時鐘 / 4 CH獨立PWM調光 / 2 CH溫度偵測及控制 / 1 CH定時On/Off控制 。
• 時間使用RTC方式控制，相當的精確 。
• 4 CH PWM調光將能夠真正獨立設定及控制日昇 / 白天 / 日落 / 夜晚的間隔時間，且PWM Duty為每次1%的増或減，真正的100階 。
之前花了一些時間研究目前市售LED燈具的規格，發現某些的日昇日落PWM調光功能太過簡化，其PWM Duty其實為 : 0% ⇢ 20% ⇢ 40% ⇢ 60% ⇢ 80% ⇢ 100%，嚴格來講這不是真正的日昇日落模式，這也是決定自己DIY的原因之一 。
• 2 CH溫度偵測及上下限設定控制，使用真正不銹鋼數位溫度Sensor，誤差為0.1°C 。一路偵測LED燈具鋁殼溫度，一旦超出設定值便啟動散熱風扇直到溫度下降，另一路偵測缸內水體溫度，一旦超出設定值便啟動Relay，隨意控制升溫或降溫裝置 。
• 1 CH定時On/Off控制，計畫控製造流馬達的運轉時間。
• 因之前自D的PWM調光板設計和燈具結合在一起，時間久了會受到鹽漬的侵蝕，為防止鹽漬的侵蝕，此次控制模板將獨立在燈具鋁殼外。
D. 5W / 3W / 1W LED燈珠瓦數選擇設定
• 因三人飼養方向不同，需要的Lux不同，因此使用的LED燈珠瓦數自然不同，並兼顧未來擴缸的需求，將在LED定電流驅動電路上具備這功能，也就是說LED定電流驅動電路上的零件參數不便，僅切換指撥開關便能共用對應不同瓦數的LED電流 。充分提升驅動電路的共用性 。
E. Light Sensor Output Lux 設定感光追蹤及調光
• 因目前的缸子位置會照射到太陽，缸內的亮度便成為 " 燈具的亮度 + 太陽的亮度 " ，整體亮度已太強，感覺在夏天時藻類特別容易滋長，此次設計將加入亮度自動調整功能，當外部光源亮度增加時，LED的亮度便自動降低，維持缸內亮度的恆定，同時兼具自動省電的好處。
• 使用真正線性感光IC，不是一般的光敏電阻，才能夠精確地維持缸內應有的亮度且恆定。
F. PWM X軸調光控制和Y軸最大色溫控制
• 前面已經敘述4 CH獨立PWM調光，此功能為對該4 CH獨立PWM調光又分別增加4 CH獨立色溫調光，讓整體的光線感覺更加立體感 。
• PWM調光一般又稱為數位調光，色溫調光則稱為類比調光，此燈具為兩者兼俱 。
• PWM調光和類比調光特別說明，如下圖 。
G. LED驅動支援輸出
• 此LED驅動板設計的最高輸入電壓為40V，若以普遍的36V DC Power Supply為例子計算 :
36V ( DC Power Supply輸出電壓 ) ÷ 3.3V ( LED VF ) = 10.9pcs → 取整數10，表示每10顆LED為一串 。
10(每10顆LED為一串) × 5(LED瓦數) = 50W( 每一串LED的瓦數 )
50( 每一串LED的瓦數 ) × 4(4 CH) = 200W(此LED驅動板可支援的最大輸出)
一般我們不會100%使用，以80%的安全使用率而言，此LED驅動板可支援的最大輸出為160W 。足夠SPS的需求 。
整體架構就此大致定案，除DC Power Supply和AC Adaptor選用現成品外其餘的都將由自己設計完成，如此品質才有保障，且適用性也大幅提升 。
實戰篇請待續……
