CN103947482A - 一种移动式补光设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动式补光设备，包括补光设备、太阳能装置、自动翻转装置及控制装置，其中：所述补光设备包括多个伞形反光罩和多个人造光源，所述伞形反光罩内面和外面分别覆有凹面反光膜和凸面反光膜，所述人造光源设在所述凹面反光膜的焦点处；所述太阳能装置包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池；所述自动翻转装置包括步进电机、滑轮组和翻转支架，所述步进电机的转动驱动所述滑轮组动作，进而带动所述翻转支架翻转，所述翻转支架上设有所述补光设备；所述控制装置包括日照传感器和单片机，根据自然光照强度调整补光设备的位置，利用人造光源、凹面反光膜补光或凸面反光膜朝向补光区域进行补光。

Description

一种移动式补光设备

技术领域

本发明涉及农作物温室栽培的辅助光照领域，具体而言，涉及一种移动式凹凸反光膜结合太阳能供电的补光设备。

背景技术

当前，日光温室是我国冬春季节用于蔬菜栽培的主要设施，但由于日光温室存在东西两侧墙体，对附近植株造成弱光胁迫，阻碍了邻近植株的生长，这一现象在冬春季节尤为明显。弱光不仅影响植株的光合作用，也影响光合产物的运输和分配，同时造成碳同化酶活性降低，是影响日光温室蔬菜光合作用和产量的重要因素.由于光合作用是蔬菜生产力构成的最主要的因素，如果不能充分的补充适当的光照，势必会对总体产量造成影响。

通常在保护地栽培中，光照不足时可采用人工补充光照弥补太阳光照的不足，满足作物光合作用的需求。但是我国人工补光的开发应用较晚，目前应用的也不是很普及，这主要和我国农业整体发展水平有关，在设施农业较发达的山东和辽宁等地，如果遇到连续阴雨天气和冬季日照短的情况，会导致幼苗徒长、植物生长缓慢、病虫害加重、产量和品质下降等诸多因光照不足造成的危害。人工补光技术一直没有大面积推广，主要是因为人工补光光源一次性投入较高，使用寿命短，光利用率不高，而且消耗电能增加生产成本等。目前在生产上采用的人工补光，主要是针对温室整体进行补光，对东西两侧墙体下方受遮光影响植株的补光方法却研究甚少。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种补光设备，主要针对温室内采光死角位置，充分利用太阳能源，将反光膜与人造光源结合，灵活补光。

为达到上述目的，本发明提供了一种移动式补光设备，包括补光装置、太阳能装置、自动翻转装置及控制装置，其中：

所述补光装置包括多个伞形反光罩和多个人造光源，所述伞形反光罩内面和外面分别覆有凹面反光膜和凸面反光膜，所述人造光源位于所述伞形反光罩的伞体内部，并设在所述凹面反光膜的焦点处；

所述太阳能装置包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能电池板将太阳的辐射能转换为电能，并传送到所述蓄电池内储存起来，所述太阳能控制器包括蓄电池反接保护电路、太阳能电池反接保护电路、负载过流及短路保护电路、防反充电保护电路、防蓄电池过渡充电保护电路与智能充电电路；

所述自动翻转装置包括反应式步进电机、滑轮组和翻转支架，所述反应式步进电机的转动驱动与其链接的所述滑轮组动作，所述滑轮组的动作带动所述翻转支架翻转，所述翻转支架上设有所述补光装置；

所述控制装置包括日照传感器和单片机，所述日照传感器检测补光区域每日的自然光照时长及自然光照强度，所述单片机储存有植株在其生长期内不同阶段的一天中所需的光照强度变化规律，通过所述变化规律中包含的植物的最佳光照时间及植物光饱和点数值，所述单片机控制所述蓄电池的工作状态及所述人造光源的光照时长与光照强度：

当自然光照强度低于所述植物光饱和点数值时，所述单片机控制所述蓄电池放电，并打开所述人造光源，所述单片机根据自然光照强度与所述植物光饱和点数值的差值控制所述人造光源的光亮强度，同时所述单片机控制所述反应式步进电机带动所述滑轮组、所述翻转支架旋转，使所述补光装置的凹面反光膜朝向待补光区域，所述人造光源在凹面反光膜的作用下反射成发散光，达到大面积补光的目的，并根据植物的最佳光照时间，确定补光时长；

当自然光照强度达到或超过植物的光饱和点时，所述单片机控制所述蓄电池蓄电，并关闭所述人造光源，同时所述单片机控制所述反应式步进电机带动所述滑轮组、所述翻转支架旋转，使所述补光装置的凸面反光膜朝向待补光区域，自然光线在所述凸面反光膜的作用下反射成发散光源，提高待补光区域的光照强度和光照范围，实现多角度补光。

其中，所述人造光源为LED灯。

其中，所述太阳能电池板功率比所述补光设备的负载功率高出4倍以上；所述太阳能电池板的电压超过所述蓄电池的工作电压20～30％；所述蓄电池的容量比所述补光设备的负载日耗量高6倍以上。

其中，所述翻转支架为可调节高度的支架。

其中，所述补光设备还包括两个立杆，用于支撑所述翻转支架和所述滑轮组。

本发明提供的移动式补光设备，主要针对温室内采光死角位置造成局部植株生长不良的特点，对温室内恰当位置架设移动式补光设备，利用恰当的反光材料，达到局部植株的补光；利用凹凸面镜的反光特点，综合利用自然光及人造光源，改变反光膜反光方向进行补光以达到棚室植株整体生长平衡的目的；利用太阳能电池板和蓄电池，在光线充足时蓄积大量的电能，以供给LED人造光源所需电能，并通过太阳能控制器，对补光灯的开闭进行自动控制调节；利用反应式步进电机与滑轮组自动调节补光设备的凹凸反光膜的位置。本发明可达到补光、增产、智能、灵活、环保、低碳的目的，同时凹面镜与墙体形成的区域能够在阳光充足时蓄积热能，当凹面反光膜翻转时释放出蓄积的热能，还具有蓄热的作用。

附图说明

图1为本发明一个实施例的移动式补光设备在自然光照强度低于植物光饱和点数值时补光示意图；

图2为本发明一个实施例的移动式补光设备在自然光照强度高于植物光饱和点数值时补光示意图。

附图标记说明：1-太阳能电池板；2-单片机；3-太阳能控制器；4-蓄电池开关；5-反应式步进电机；6、从动轮；7、主动轮；8、带动轮；9-翻转支架；10-人造光源；11-凹面反光膜；12-灯头；13-凸面反光膜；14-植株；15-立杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2。图1为本发明一个实施例的移动式补光设备在自然光照强度低于植物光饱和点数值时补光示意图；图2为本发明一个实施例的移动式补光设备在自然光照强度高于植物光饱和点数值时补光示意图。如图1、图2所示，本发明提供的移动式补光设备，包括补光装置、太阳能装置、自动翻转装置及控制装置，待补光区域种植有植株14。

所述补光装置包括多个伞形反光罩和多个人造光源10，所述伞形反光罩内面和外面分别覆有凹面反光膜11和凸面反光膜13，人造光源10位于所述伞形反光罩的伞体内部，并设在凹面反光膜11的焦点处。具体实施时，人造光源10为LED灯，安装在灯头12上，并放置于距植株14的20cm以外的位置，以防植株14被LED灯灼伤；具体实施时，凹面反光膜11和凸面反光膜13都采用专用的农用反光膜，反光率可达60%-70%。

所述太阳能装置包括太阳能电池板1、太阳能控制器3和蓄电池，太阳能电池板1将太阳的辐射能转换为电能，并传送到所述蓄电池内储存起来，太阳能控制器3包括蓄电池反接保护电路、太阳能电池反接保护电路、负载过流及短路保护电路、防反充电保护电路、防蓄电池过渡充电保护电路与智能充电电路。其中，所述蓄电池反接保护电路包括第一功率管和稳压二极管，所述蓄电池反接时，该第一功率管截止，使电路不导通；所述太阳能电池反接保护电路包括第二功率管，所述太阳能电池反接时，该第二功率管不导通，保护所述太阳能控制器不损坏；所述负载过流及短路保护电路包括第三功率管，所述蓄电池的负载过流或短路时该第三功率管的电平信号变化信息传送至所述中央处理单元，所述中央处理单元切断所述蓄电池的负载电路；所述防反充电保护电路由二极管实现，所述二极管串联在所述蓄电池充电电路中，当所述太阳能电池板不足以给所述蓄电池充电时，所述二极管反向截止使所述蓄电池充电电路不导通；所述防蓄电池过度充电保护电路利用迟滞比较器电路，通过该迟滞比较器电路防止所述防蓄电池充满电临界点的震荡，当充电电压高于保护电压时，自动断开充电线路。具体实施时，太阳能电池板1的功率比所述补光设备的负载功率高出4倍以上；太阳能电池板1的电压超过所述蓄电池的工作电压20～30％；所述蓄电池的容量比所述补光设备的负载日耗量高6倍以上。光照充足时，太阳能电池板1给所述蓄电池充电，需要补光时，所述蓄电池放电，为所述补光设备的负载提供电能。不论什么情况，太阳能控制器3都能确保所述蓄电池不因为过充或过放而发生破坏，同时，本实施例中太阳能控制器3还具备光控、温度补偿、防雷和反极性保护等功能。本实施例中，太阳能电池板采用功率90W，峰值电压24V的太阳能板共6块：尺寸为1200*560*35mm；单晶硅的光电转换效率为13%～15%，多晶硅为11%～13%；组件边框选用优质6063T5的型材，选用表面喷涂厚度≥12μm的防氧化膜，耐烟雾及紫外线，使用寿命长；接线端子牢固，配有旁路二极管，避免热斑效应；钢化玻璃厚3.2mm，透光率在91%以上；绝缘强度＞100MΩ；采用优质密封硅胶；可正常工作的温度范围为-40℃～85℃。

所述自动翻转装置包括反应式步进电机5、滑轮组6、7、8和翻转支架9，其中滑轮组6、7、8由三个齿轮构成，包括从动论6、主动轮7和带动轮8，反应式步进电机5的转动驱动与其链接的滑轮组6、7、8动作，滑轮组6、7、8的动作带动翻转支架9翻转，翻转支架9上设有所述补光装置。具体实施时，主动轮7连接反应式步进电机5的齿轮，当反应式步进电机5齿轮高度发生改变时主动轮7发生转动，带动从动轮6转动，并最终带动带动轮8连接的翻转支架9的翻转转动。达到所述补光装置自由转动的目的。具体实施时，翻转支架9可调节高度，如翻转支架9的高度可以通过螺丝固定在立杆15的不同位置，或者在立杆15的不同高度设有多个孔状缝隙，供支持翻转支架9及滑轮组6、7、8，以便使用者根据待补光区域植株14的生长情况将翻转支架9升高或降低，翻转支架9高度改变时同时改变带动轮8的位置。

所述控制装置包括日照传感器和单片机2，所述日照传感器检测补光区域每日的日照时长及日照强度，单片机2中储存有植株14在其生长期内不同阶段的一天中所需的光照强度变化规律，通过所述变化规律中包含的植株14的最佳光照时间及光饱和点数值，单片机2控制所述蓄电池的工作状态及人造光源10的光照时长与光照强度。具体实施时：

当自然光照强度低于植株14的光饱和点数值时，单片机2控制所述蓄电池放电，并打开人造光源10，根据自然光照强度与植株14的光饱和点数值的差值控制人造光源10的光亮强度，同时单片机2控制反应式步进电机5带动所述滑轮组6、7、8及翻转支架9翻转。使所述补光装置的凹面反光膜11朝向待补光区域，凹面反光膜11焦点处的人造光源10在凹面镜的作用下反射成发散光，达到大面积补光的目的，并根据植株14在当前生长阶段的最佳光照时间，确定补光时长；

当自然光照强度达到或超过植物的光饱和点时，单片机2控制所述蓄电池蓄电，并关闭人造光源10，同时单片机2控制反应式步进电机5带动所述滑轮组6、7、8、翻转支架9旋转。使所述补光装置的凸面反光膜13朝向待补光区域，自然光线在凸面镜的作用下反射成发散光，提高待补光区域的光照强度和光照范围，实现多角度补光。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种移动式补光设备，其特征在于，包括补光装置、太阳能装置、自动翻转装置及控制装置，其中：

所述补光装置包括多个伞形反光罩和多个人造光源，所述伞形反光罩内面和外面分别覆有凹面反光膜和凸面反光膜，所述人造光源位于所述伞形反光罩的伞体内部，并设在所述凹面反光膜的焦点处；

所述太阳能装置包括太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电池，所述太阳能电池板将太阳的辐射能转换为电能，并传送到所述蓄电池内储存起来，所述太阳能控制器包括中央处理单元、蓄电池反接保护电路、太阳能电池反接保护电路、负载过流及短路保护电路、防反充电保护电路、防蓄电池过度充电保护电路与智能充电电路；

所述自动翻转装置包括反应式步进电机、滑轮组和翻转支架，所述反应式步进电机的转动驱动与其链接的所述滑轮组动作，所述滑轮组的动作带动所述翻转支架翻转，所述翻转支架上设有所述补光装置；

所述控制装置包括日照传感器和单片机，所述日照传感器检测待补光区域每日的自然光照时长及自然光照强度，所述单片机储存有植株在其生长期内不同阶段的一天中所需的光照强度变化规律，通过所述变化规律中包含的植物的最佳光照时间及植物光饱和点数值，所述单片机控制所述蓄电池的工作状态及所述人造光源的光照时长与光照强度：

当自然光照强度低于所述植物光饱和点数值时，所述单片机控制所述蓄电池放电，并打开所述人造光源，所述单片机根据自然光照强度与所述植物光饱和点数值的差值控制所述人造光源的光亮强度，同时所述单片机控制所述反应式步进电机带动所述滑轮组、所述翻转支架旋转，使所述补光装置的凹面反光膜朝向待补光区域，所述人造光源在凹面反光膜的作用下反射成发散光，达到大面积补光的目的，并根据植物的最佳光照时间，确定补光时长；

当自然光照强度达到或超过植物的光饱和点时，所述单片机控制所述蓄电池蓄电，并关闭所述人造光源，同时所述单片机控制所述反应式步进电机带动所述滑轮组、所述翻转支架旋转，使所述补光装置的凸面反光膜朝向待补光区域，自然光线在所述凸面反光膜的作用下反射成发散光源，提高待补光区域的光照强度和光照范围，实现多角度补光。

2.根据权利要求1所述的移动式补光设备，其特征在于，所述人造光源为LED灯。

3.根据权利要求1所述的移动式补光设备，其特征在于，所述太阳能电池板功率比所述补光设备的负载功率高出4倍以上；所述太阳能电池板的电压超过所述蓄电池的工作电压20～30％；所述蓄电池的容量比所述补光设备的负载日耗量高6倍以上。

4.根据权利要求1所述的移动式补光设备，其特征在于，所述翻转支架为可调节高度的支架。

5.根据权利要求1所述的移动式补光设备，其特征在于，所述补光设备还包括两个立杆，用于支撑所述翻转支架和所述滑轮组。