CN104322297A - 一种促进植物生长的光源照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种促进植物生长的光源照射装置，所述光源照射装置还包括：指令输入模块，用于接收用户输入指令，并将所述输入指令发送给解析模块；指令解析模块，用于解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令；光源管理模块，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令产生第一控制信号；光源驱动模块，用于根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。本发明可以根据所种植的植物品种选择不同光谱LED发光元件发光，合成适宜种植植物品种的光源进行照射。

Description

一种促进植物生长的光源照射装置

技术领域

本发明涉及植物种植技术领域，尤其涉及一种促进植物生长的光源照射装置及其方法。

背景技术

随着农业技术的发展，人们为了有效利用农业资源，除了室外栽种植物外，还在室内进行植物的栽种。在室内进行植物的栽种避免了恶劣的环境资源对植物生长的影响，但是仍需要模拟植物生长环境所需要的因素，例如光照、温度、湿度等。其中光照成为了影响植物声中的重要因素。

光照对于植物生长起着非常重要的作用，植物在光合作用时并不会吸收所有的太阳光，而是根据需求选择具有一定光谱的光。比如自然界中的花朵，吸收红光的则会呈现红色，吸收黄光的会呈现黄色，白色花朵则不吸收任何光谱的光。

由于在室内栽种植物的光照是通过人工光源进行的模拟自然光，则可以根据需求选择一定光谱的光对生长的植物进行照射以获得理想的种植环境。而LED光源同其他人工光源相比较，具有光强调节容易、寿命长、可使栽培面的光强均匀等优点。因此，目前的室内栽种植物的人工光源多为LED光源，光谱范围在460nm-660nm，但这种光谱的光源适用的植物品种较少。

公开日为2013年4月10日的中国专利CN10303271的专利公开了一种LED植物助长灯，该LED植物助长灯包括基座、LED光源、灯罩，其中，灯罩的内表面和/或外表面设置有量子点材料层，LED光源发出的光通过量子点材料层后的发射光谱波段包括两个或两个以上400～1100nm范围内的发射峰。本发明通过量子点材料组成元素的选择和粒径的调节，可以很方便地实现发射光谱波段的发射峰位置在400～1100nm全波段范围内的调节；量子点材料与稀土荧光粉等传统的发光材料相比，不仅发射光谱波段的峰位可调，而且半峰宽也比较窄，对于调制特异性光谱十分有利；只需使用一种LED光源，避免了电路和驱动电源的复杂设计，而且还可以使得发出的光均匀一致，避免出现混光不完全的现象。但是，该技术所提供光源设置固定，不能够根据不同的植物提供不同光谱的光照。

公开日为2011年6月1日的中国专利CN102077766公开了一种决定光源个数的方法,适于决定照明装置中多种不同光源的个数。决定光源个数的方法包括以下步骤。计算不同种光源中单一个光源的光子数。接着,依据照明装置中不同种光源的能量比例以及不同种光源中单一个光源的光子数决定不同种光源的个数比例。最后,依据个数比例以及照明装置的光源总个数决定不同种光源的个数。但是，该技术仅能够对光源的个数进行选择控制，不能根据种植植物的不同，选择不同光谱的光源对种植植物进行照射。

因此，如何根据所种植的植物对照射光源进行选择控制成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种促进植物生长的光源照射装置及其方法，其可以根据所种植的植物品种选择不同光谱LED发光元件发光，合成适宜种植植物品种的光源进行照射。

本发明提供一种促进植物生长的光源照射装置，包括安装框架和安装在安装框架上且安装有LED发光元件组的安装底板，所述LED发光元件组由不同光谱的LED发光元件组成，所述光源照射装置还包括：

指令输入模块，用于接收用户输入指令，并将所述输入指令发送给解析模块；

指令解析模块，用于解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令；

光源管理模块，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令产生第一控制信号；

光源驱动模块，用于根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。

进一步，本发明所述指令解析模块解析接收的用户输入指令还包含种植植物的期望的生长周期，所述第一控制指令还包含所述种植植物的期望的生长周期对应的光照强度。

进一步，本发明所述光源照射装置还包括：

特征感测元件，用于感测所述种植植物反射的光束并获得所述LED发光元件组的发光特征，并根据所述发光特征产生一第二控制信号；

所述光源管理模块还用于根据所述第二控制信号调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度。

进一步，本发明所述光源管理模块还用于根据各光谱LED实际所需的光通量和单个LED的光通量之比计算需驱动的各光谱LED发光元件的个数

进一步，本发明所述LED发光元件组包括红光LED发光元件、蓝光LED发光元件、白光LED发光元件以及紫外光LED发光元件中至少其一。

进一步，本发明所述LED发光元件采用大功率发光LED；

所述光源驱动模块采用恒流源驱动所述大功率发光LED。

进一步，本发明所述LED发光元件的主光源为大功率白光LED，预设比例的红光LED发光元件、蓝光LED发光元件以及紫外光LED发光元件按照预设距离插入在所述大功率白光LED周围。

进一步，本发明所述光源照射装置还包括：

CAN通信模块，用于接收通过局域网或者互联网发送的第二控制指令，并将所述第二控制指令发送给所述光源管理模块；

所述光源管理模块还用于根据所述第二控制指令产生第三控制信号，以调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况。

进一步，本发明所述光源照射装置还包括：

多点温度传感器，用于感测所述光源照射装置的温度，并将感测的温度发送给所述光源管理模块；

所述光源管理模块还用于根据所述温度产生第三控制信号，以调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况。

进一步，本发明所述光源照射装置的外壳采用铝材料制成，且所述光源照射装置还包括通风散热风扇，所述通风散热风扇根据所述多点温度传感器感测温度进行工作。

由以上技术方案可见，本发明指令输入模块接收用户输入指令，指令解析模块解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令。光源管理模块根据所述第一控制指令产生第一控制信号，令光源驱动模块根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。从而实现根据种植的植物品种的不同，控制LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光，从而合成更加利于植物生长的照射光源。

附图说明

图1是本发明促进植物生长的光源照射装置示意图；

图2是本发明促进植物生长的光源照射装置光源照射方向示意图；

图3是本发明促进植物生长的光源照射装置光源照射方向另一示意图；

图4是本发明促进植物生长的光源照射装置方框图；

图5是本发明促进植物生长的光源照射方法流程图。

具体实施方式

本发明指令输入模块接收用户输入指令，指令解析模块解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令。光源管理模块根据所述第一控制指令产生第一控制信号，令光源驱动模块根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。从而实现根据种植的植物品种的不同，控制LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光，从而合成更加利于植物生长的照射光源。

下面结合本发明附图进一步说明本发明具体实现。

参看图1，本发明提供一种促进植物生长的光源照射装置，包括安装框架11和安装在安装框架上且安装有LED发光元件组12的安装底板13，所述LED发光元件组12由不同光谱的LED发光元件组成。优选地，参看图2及图3，所述安装框架11上的安装地板13可以根据需要调节其在安装框架11上的高度及倾斜角度，从而调整安装底板上LED发光元件组12的照射种植植物的高度和角度。这样，本发明光源照射装置通过调整LED发光元件组12的照射角度以及照射的位置或者高度，实现了根据种植植物生长情况来进行光源调整，能够更好的满足种植植物对于光源的要求。

参看图4，所述光源照射装置4包括：

指令输入模块41，用于接收用户输入指令，并将所述输入指令发送给指令解析模块42；

指令解析模块42，用于解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令；

光源管理模块43，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令产生第一控制信号；

光源驱动模块44，用于根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。

在具体实现中，所述指令输入模块41通常为一用户输入界面，例如触摸屏或者按键装置，用户通过指令输入模块41输入指令，该输入指令通常指所栽种的植物品种。优选地，还可以包括种植植物的期望的生长周期等其他植物特征。

所述预先存储的植物品种库可以采用人工收集的方式，将通过植物种植实验验证的各植物品种所需要的最佳光照构成进行保存。具体地，植物品种库可以采用下述表一的方式。

植物品种	光谱构成
		生菜	红光：蓝光＝6：1
油菜	红光：蓝光：白光＝7：1：1
		娃娃菜	红光：蓝光：白光＝7：2：2

进一步，输入指令还包括种植植物的期望的生长周期时，植物品种库还可以采用下述表二的方式。本实施例中指令解析模块42还解析出所述用户输入指令中的种植植物的期望生长周期，根据表二中种植的植物品种以及期望生长周期，获得对应的光谱构成和光照强度。根据所述光谱构成和光照强度产生第一控制指令。

植物品种	光谱构成	期望生长周期	光照强度
				生菜	红光：蓝光＝6：1	20天	200-300lux
油菜	红光：蓝光：白光＝7：1：1	30天	150-300lux
				娃娃菜	红光：蓝光：白光＝7：2：2	40天	320-400lux

虽然指令解析模块42和光源管理模块43根据植物的品种驱动光源驱动模块44驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光，但是仍需要对所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度进行微调，令其能够提供更佳的植物生长光照。因此，本发明所述光源照射装置还包括：

特征感测元件，用于感测所述种植植物反射的光束并获得所述LED发光元件组的发光特征，并根据所述发光特征产生一第二控制信号；

所述光源管理模块43还用于根据所述第二控制信号调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度。

具体地，所述特征感测元件通常包括光色传感器和亮度传感器，其根据采集到的LED发光元件组的发光特征令所述所述光源管理模块43进一步调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度。

由于人工光源为模拟太阳光源，而太阳光源对于植物光照而言是全波段的，红光、蓝光、紫外光等都包括在内。进一步，本发明所述LED发光元件组包括红光LED发光元件、蓝光LED发光元件、白光LED发光元件以及紫外光LED发光元件中至少其一。

为了更好的模拟太阳光源，本发明所述LED发光元件的主光源为大功率白光LED，预设比例的红光LED发光元件、蓝光LED发光元件以及紫外光LED发光元件按照预设距离插入在所述大功率白光LED周围。

这样，本发明利用大功率白光LED为主光源，辅以预设比例的红光LED发光元件、蓝光LED发光元件以及紫外光LED发光元件。光源驱动模块44根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。本发明根据第一控制信号驱动红光LED发光元件、蓝光LED发光元件、白光LED发光元件以及紫外光LED发光元件中对应光谱的LED发光元件发光。比如，第一控制信号需要驱动红光和蓝光LED发光元件，则仅驱动红光和蓝光LED发光元件发光。

所述光源管理模块43所产生的第一控制信号确定驱动的LED发光元件的光谱后，为了更好的对种植植物进行光源照射，还需获知驱动该光谱的LED发光元件的个数。本发明所述光源管理模块还用于根据各光谱LED实际所需的光通量和单个LED的光通量之比计算需驱动的各光谱LED发光元件的个数。计算LED发光元件个数的公式如下：

$N_{\mathrm{LED}}=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\Φ}}_v}{{\mathrm{\Φ}}_v}\×\mathrm{\ηl}\×{\mathrm{\η}}^2$

其中：N_LED为LED数量；ΣΦ_v为目标光通量；ηl为光学效率，ηl＝90％；η²＝85％；Φ_v为LED最小光通量(lm)。

优选地，本发明所述红光LED发光元件与蓝光LED发光元件的预设比例为6：1。

根据实验数据表明红光LED发光元件与蓝光LED发光元件的预设比例为6：1时，蔬菜的质量最佳，具体实验数据请参考长江蔬菜2012年第24期公开的李东星等人发表的论文《植物工厂不同光源和光照方式对生菜生长的影响》。

由于大功率LED元件的发光亮度大，对种植植物进行光照的效果好，因此，本发明所述LED发光元件采用大功率发光LED。

而应用大功率发光LED作为照射光源时，容易产生大量热能，所述光源驱动模块44采用恒流源驱动所述大功率发光LED，从而保证驱动电流恒定，避免了正向压降不再影响电流变化，不会发生温度的恶行循环。

由于本发明经常变换栽培的植物，为了便于用户通过各种便携终端或者PC对光源照射装置进行调整，本发明所述光源照射装置还包括：

CAN(Controller Area Network)通信模块，用于接收通过局域网发送的第二控制指令，并将所述第二控制指令发送给所述光源管理模块。CAN通讯模块属于现场总线的范畴，它是一种特效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。最初是为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。

所述光源管理模块还用于根据所述第二控制指令产生第三控制信号，以调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况。

这样，用户可以通过CAN通讯模块接收第二控制命令，根据第二控制命令对LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况进行调整。从而，本发明可以实现通过局域网调整光源装置的发光情况。

对于光源照射装置来说，其电路板上分布的大功率白光和其他颜色的LED发光元件，为了保持良好的散热，本发明所述光源照射装置还包括：

多点温度传感器，用于感测所述光源照射装置的温度，并将感测的温度发送给所述光源管理模块；

所述光源管理模块还用于根据所述温度产生第四控制信号，以调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况。

进一步，本发明所述光源照射装置的外壳采用铝材料制成，且所述光源照射装置还包括通风散热风扇，所述通风散热风扇根据所述多点温度传感器感测温度进行工作。

下面以一个具体实例来进一步说明本发明实现。

用户通过触控面板输入种植的的植物品种为生菜，且期望生长周期为30天。指令输入模块41接收用户输入指令，即生菜，期望生长周期30天，并将所述输入指令发送给指令解析模块42。指令解析模块42解析接收的用户输入指令中生菜和期望生长周期30天，查询表一并产生需要驱动红光和蓝光LED发光元件，亮度为的第一控制指令。光源管理模块43接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令产生第一控制信号，所述第一控制信号除包含需要驱动的LED发光元件的光谱、发光亮度外，还包括驱动该光谱的LED发光元件的个数。光源驱动模块44根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中红光和蓝光LED发光元件中数量的LED发光元件以亮度进行发光。

另外，本光源照射装置的特征感测元件感测所述种植植物反射的光束并获得所述LED发光元件组的发光特征，并根据所述发光特征产生一第二控制信号。光源管理模块43根据所述第二控制信号调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度。

用户也可以通过CAN通讯模块接收第二控制命令，根据第二控制命令对LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况进行调整。从而，本发明可以实现通过局域网调整光源装置的发光情况。

对应于上述装置，本发明还提供一种促进植物生长的光源照射方法，参看图5，其包括：

S1、接收用户输入指令；

S2、解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令；

S3、接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令产生第一控制信号；

S4、根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。

用户输入指令，该输入指令通常指所栽种的植物品种。优选地，还可以包括种植植物的期望的生长周期等其他植物特征。

所述预先存储的植物品种库可以采用人工收集的方式，将通过植物种植实验验证的各植物品种所需要的最佳光照构成进行保存。具体地，植物品种库可以采用表一的方式。

进一步，输入指令还包括种植植物的期望的生长周期时，植物品种库还可以采用表二的方式。本实施例中步骤S2解析出所述用户输入指令中的种植植物的期望生长周期，根据表二中种植的植物品种以及期望生长周期，获得对应的光谱构成和光照强度。根据所述光谱构成和光照强度产生第一控制指令。

虽然本发明根据植物的品种驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光，但是仍需要对所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度进行微调，令其能够提供更佳的植物生长光照。因此，本发明所述光源照射装置还包括：

感测所述种植植物反射的光束并获得所述LED发光元件组的发光特征，并根据所述发光特征产生一第二控制信号；

根据所述第二控制信号调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度。

本发明产生的第一控制信号确定驱动的LED发光元件的光谱后，为了更好的对种植植物进行光源照射，还需获知驱动该光谱的LED发光元件的个数。本发明所述光源管理模块还用于根据各光谱LED实际所需的光通量和单个LED的光通量之比计算需驱动的各光谱LED发光元件的个数。计算LED发光元件个数的公式如下：

$N_{\mathrm{LED}}=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\Φ}}_v}{{\mathrm{\Φ}}_v}\×\mathrm{\ηl}\×{\mathrm{\η}}^2$

其中：N_LED为LED数量；ΣΦ_v为目标光通量；ηl为光学效率，ηl＝90％；η²＝85％；Φ_v为LED最小光通量(lm)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种促进植物生长的光源照射装置，包括安装框架和安装在安装框架上且安装有LED发光元件组的安装底板，所述LED发光元件组由不同光谱的LED发光元件组成，其特征在于，所述光源照射装置还包括： 

指令输入模块，用于接收用户输入指令，并将所述输入指令发送给解析模块； 

指令解析模块，用于解析接收的用户输入指令中所包含的种植植物品种，根据预先存储的植物品种库中的所述种植植物品种对应的适用光谱产生第一控制指令； 

光源管理模块，用于接收所述第一控制指令，并根据所述第一控制指令产生第一控制信号； 

光源驱动模块，用于根据所述第一控制信号驱动所述LED发光元件组中对应光谱的LED发光元件发光。 

2.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述指令解析模块解析接收的用户输入指令还包含种植植物的期望的生长周期，所述第一控制指令还包含所述种植植物的期望的生长周期对应的光照强度。 

3.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述光源照射装置还包括： 

特征感测元件，用于感测所述种植植物反射的光束并获得所述LED发光元件组的发光特征，并根据所述发光特征产生一第二控制信号； 

所述光源管理模块还用于根据所述第二控制信号调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光强度。 

4.根据权利要求2所述的光源照射装置，其特征在于，所述光源管理模块还用于根据各光谱LED实际所需的光通量和单个LED的光通量之比计算需驱动的各光谱LED发光元件的个数 。

5.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述LED发光 元件组包括红光LED发光元件、蓝光LED发光元件、白光LED发光元件以及紫外光LED发光元件中至少其一。 

6.根据权利要求4所述的光源照射装置，其特征在于，所述LED发光元件采用大功率发光LED； 

所述光源驱动模块采用恒流源驱动所述大功率发光LED。 

7.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述LED发光元件的主光源为大功率白光LED，预设比例的红光LED发光元件、蓝光LED发光元件以及紫外光LED发光元件按照预设距离插入在所述大功率白光LED周围。 

8.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述光源照射装置还包括： 

CAN通信模块，用于接收通过局域网或者互联网发送的第二控制指令，并将所述第二控制指令发送给所述光源管理模块； 

所述光源管理模块还用于根据所述第二控制指令产生第三控制信号，以调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况。 

9.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述光源照射装置还包括： 

多点温度传感器，用于感测所述光源照射装置的温度，并将感测的温度发送给所述光源管理模块； 

所述光源管理模块还用于根据所述温度产生第三控制信号，以调整所述LED发光元件组中不同光谱的LED发光元件的发光情况。 

10.根据权利要求1所述的光源照射装置，其特征在于，所述光源照射装置的外壳采用铝材料制成，且所述光源照射装置还包括通风散热风扇，所述通风散热风扇根据所述多点温度传感器感测温度进行工作。