CN104054539A - 一种植物生长动态补光控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物生长动态补光控制系统，包含电源模块、控制模块、人机交互模块、用于检测植物生长环境参数的检测模块、用于补充植物正常生长所需光的补光模块；所述检测模块分别连接控制模块和人机交互模块的输入端，所述控制模块连接人机交互模块，所述补光模块分别连接控制模块和人机交互模块，所述电源模块为整个系统提供所需电源。STM32单片机温室环境因子监控系统和便携式调制荧光检测仪分别测量记录环境信息和荧光参数信息，从这些信息分析计算出LED组合光源的亮度和最佳红蓝光比例，最后上位机控制可编程恒流源驱动LED组合光源，最后达到动态补光的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物生长动态补光控制系统。
背景技术
光合作用是是生物界所有物质代谢和能量的物质基础，植物在光合作用的原初反映，将吸收光能是以较大的荧光方式释放的，因此叶绿素荧光与光合作用有着十分密切的关系。近30年来，LED人工光源在设施园艺、植物设施栽培、太空农业中的研究已经在全世界范围内引起广泛关注。通过不同光质对草莓、兰花等植物的研究结果表明，红光对植物形态、调节株高具有重要的影响，对叶片的生长过程会有促进作用，植物的叶、茎与叶柄会伸长，但叶绿素含量较低，生长指标和干物质积累也会降低。蓝光对光合作用的调控作用主要集中在气孔的开启、叶绿体的分化以及调节光合作用酶的活性等。
植物都需要阳光的照射才能生长的更加茂盛。光对植物生长的作用是促进植物叶绿素吸收二氧化碳和水等养份，合成碳水化合物。但现代科学可以让植物在没有太阳的地方更好地生长，人们掌握了植物对太阳需要的内在原理，就是叶片的光合作用，在叶片光合作用时需要外界光子的激发才可完成整个光合过程，太阳光线就是光子激发的一过供能过程。人为的创造光源也同样可以让植物完成光合过程，现代园艺或者植物工厂内都结合了补光技术或者完全的人工光技术。科学家发现不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm 左右。400-500nm（蓝色）的光线以及610-720nm（红色）对于光合作用贡献最大。蓝色（470nm）和红色（630nm）的LED, 刚好可以提供植物所需的光线，因此，LED 植物灯，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。蓝色光能促进绿叶生长；红色光有助于开花结果和延长花期。
LED 光源又称半导体光源，这种光源波长比较窄，能控制光的颜色。用它对植物进行单独照射，就能能使植物达到很好的补光效果。采用LED 冷光源作为补光灯光源的方案也已被提出，可在一定程度解决上述补光光源的问题。但由于大部分研发方案和产品仍采用定光强、定光质的补光方式，未考虑不同植物不同阶段需光量的差异，造成补光不足和补光过度并存的现象，仍未能真正意义上解决低能耗精准化补光的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种结构简单，且能够智能精确补光的植物生长动态补光控制系统。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种植物生长动态补光控制系统，包含电源模块、控制模块、人机交互模块、用于检测植物生长环境参数的检测模块、用于补充植物正常生长所需光的补光模块；
所述检测模块分别连接控制模块和人机交互模块的输入端，所述控制模块连接人机交互模块，所述补光模块分别连接控制模块和人机交互模块，所述电源模块为整个系统提供所需电源。
优选的，所述补光模块为红蓝LED组合阵列，所述红、蓝LED个数比为1：1，LED间隔均匀排列，相邻LED间距为10mm。
优选的，所述电源模块为JBP-7510型可编程型恒流源。
优选的，所述控制模块为STM32单片机。
优选的，所述人机交互模块为PC机。
优选的，所述检测模块为MINIPAM调制荧光检测仪。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、结构简单、易于实现且功耗低；
2、能够根据植物生长实际情况进行智能精确地补光。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种植物生长动态补光控制系统，包含电源模块、控制模块、人机交互模块、用于检测植物生长环境参数的检测模块、用于补充植物正常生长所需光的补光模块； 所述检测模块分别连接控制模块和人机交互模块的输入端，所述控制模块连接人机交互模块，所述补光模块分别连接控制模块和人机交互模块，所述电源模块为整个系统提供所需电源。 所述补光模块为红蓝LED组合阵列，所述红、蓝LED个数比为1：1，LED间隔均匀排列，相邻LED间距为10mm。所述控制模块为STM32单片机。所述人机交互模块为PC机。所述检测模块为MINIPAM调制荧光检测仪 。
所述电源模块为JBP-7510型可编程型恒流源，额定工作状态下，能输出稳定的期望电流，为了精准的控制LED组合光源驱动电流，达到控制光源光照条件的目的，选择一款稳定性很高的电流源是非常重要的。可编程恒流源恒定输出电流，所以电流不受负载的影响，驱动电流值的大小直接控制着LED灯珠亮度，所以电流源能准确的控制LED组合光源的光强。可编程恒流源电压输出最大为75V,电压精度为0.05%+37.5mV,电流输出最大为10A,电流精度为0.1%+10mA.根据荧光参数上位机计算出合适的补光电流值，通过串行通信发送指令给电源，最后可编程恒流源提供的稳定的输出电流来驱动LED组合光源。
JBP-7510型可编程控制恒流电源在室温25摄氏度下，驱动LED补光光源的情况下，测试控制电流和实际电流，从数据结果分析得到，电流精度均优于±0.2%,JBP-7510型制恒流电源电流完全可以满足需求。
动态补光是基于上位机的信息收集与存储，数据分析，下发命令来实现的，动态循环过程由环境因子监控系统，便携式调制荧光仪和恒流源协调完成。工作流程如下：利用基于STM32单片机的环境因子监控模块实时监测植物的生长环境，利用基于STM32单片机的环境因子监控模块实时监测植物生长环境，把传感器得到的环境因子传送给上位机，当温室内光照不足时，上位机启动MINIPAM并得到荧光参数返回值，计算需要补光的光强和合适的红、蓝LED组合比例，分别下达LED组合光源工作电流值命令给与COM1通信的JBP-7510型可编程恒流源， 下达红、蓝L E D 比例命令给STM32单片机。红、蓝LED组合光源通过驱动电流调节自己的亮度，STM32F单片机控制每个LED的电流来达到控制比例。单片机继续监测光照条件，循环对比动态补光，直到荧光参数维持在预定值。MINI-PAM定时将采集到的植物荧光参数通过上位机的COM2口传送并存储在上位机上，上位机判定荧光参数是否高于或低于预定值，进而决策控制单片机及执行机构和可编程控制电流源，实时调整温室环境，保证最佳LED组合光源红、蓝光组合比例和亮度，使温室环境因子控制模型成为最佳的植物生长模型。
Claims (6)
1.一种植物生长动态补光控制系统，其特征在于：包含电源模块、控制模块、人机交互模块、用于检测植物生长环境参数的检测模块、用于补充植物正常生长所需光的补光模块；所述检测模块分别连接控制模块和人机交互模块的输入端，所述控制模块连接人机交互模块，所述补光模块分别连接控制模块和人机交互模块，所述电源模块为整个系统提供所需电源。
2.根据权利要求1所述植物生长动态补光控制系统，其特征在于：所述补光模块为红蓝LED组合阵列，所述红、蓝LED个数比为1：1，LED间隔均匀排列，相邻LED间距为10mm。
3.根据权利要求1所述植物生长动态补光控制系统，其特征在于：所述电源模块为JBP-7510JBP-7510型可编程型恒流源。
4.根据权利要求1所述植物生长动态补光控制系统，其特征在于：所述控制模块为STM32单片机。
5.根据权利要求1所述植物生长动态补光控制系统，其特征在于：所述人机交互模块为PC机。
6.根据权利要求1所述植物生长动态补光控制系统，其特征在于：所述检测模块为MINIPAM调制荧光检测仪。
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Publications (1)
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