CN104948996A - 一种植物培养光源装置 - Google Patents

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于宝明
胡国兵
周波
刘磊
顾斌
王书旺
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    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/20—Forcing-frames; Lights, i.e. glass panels covering the forcing-frames
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明公开了一种植物培养光源装置，包括集中控制器、一个以上的光源控制终端，所述集中控制器的输出端连接光源控制终端的输入端，所述光源控制终端包括光源驱动控制器、LED光源、光纤以及光纤固定套，所述光源驱动控制器的输出端连接并控制LED光源，LED光源的输出端通过光纤耦合器连接光纤的一端，光纤的另一端盘放在光纤固定套内。本发明使光源的光效率大大提高，节能环保，而且使用寿命长，适用环境广泛，可以对光源的光谱进行数字化配比，且可以实现大范围的集中无线控制。

Description

一种植物培养光源装置
技术领域
本发明涉及一种生物技术领域中的植物组织培养装置，尤其涉及到一种植物培养光源装置。
背景技术
植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的理论，利用植物体离体的器官(如根、茎、叶、茎尖、花、果实等）、组织（如形成层、表皮、皮层、髓部细胞、胚乳等）或细胞（如大孢子、小孢子、体细胞等）以及原生质体，在无菌和适宜的人工培养基及光照、温度等人工条件下，能诱导出愈伤组织、不定芽、不定根，最后形成完整的植株。至今，世界各国在无性系繁殖、花卉育种、植株脱病毒和种质保存等方面，广泛应用组织培养技术。
光是植物生长的重要能量来源，植物利用光照进行光和作用来促进生长。因此植物组织培养必须有合适的光源，目前植物组织培养所用的光源通常是两种：一种是普通荧光灯及高压钠灯，这种灯普遍存在寿命短、发热量大以及发光效率低等缺点，并且植物对这种光源的利用效率低；另外一种是近些年来发展起来的LED灯，以LED 为光源的植物生长灯的应用研究已经不鲜见。有研究表明LED作为光源的植物生长灯非常适合植物的生长、开花结果等，采用LED照明生菜的生长速率、光合速率都提高20%以上，因此将LED用于植物组培照明是可行的。
但是LED光源目前的缺点是发热量大，不能对植物进行近距离照射，而植物组培都在培养瓶中进行，也就是说远距离的LED光源照射不能对培养瓶中的植物进行全方位的有效照射，因此增加了照射的时间和强度。由于前两点原因造成了利用LED作为光源的植物生长灯光源的利用效率不高，造成了能源的浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的植物照射光源不能对植物进行近距离照射，利用效率不高，造成了能源的浪费。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种植物培养光源装置，包括集中控制器、一个以上的光源控制终端，所述集中控制器的输出端连接光源控制终端的输入端，所述光源控制终端包括光源驱动控制器、LED光源、光纤以及光纤固定套，所述光源驱动控制器的输出端连接并控制LED光源，LED光源的输出端通过光纤耦合器连接光纤的一端，光纤的另一端盘放在光纤固定套内。
由于光纤不导热，因此可最大限度提高光效率，可以把光源面与植物之间的距离尽可能的缩小，可直接接触植物组织培养瓶；光纤的形状可通过光纤固定套调整，因此可以根据植物组织培养瓶的形状变化，从而实现无盲点的全方位光照；通过设置集中控制器和一个以上的光源控制终端，可实现大范围的光源控制。
作为本发明的一种改进方案，所述集中控制器包括触摸屏、实时控制器和Zigbee通信模块，触摸屏内置存储器、实时时钟，且其输出端设置有串行通信接口和USB通信接口，触摸屏和实时控制器通过串行通信接口交互连接，实时控制器的通过Zigbee无线网络与光源控制终端交互连接。通过集中控制器的设置，实现人机交互，使得控制的过程更加人性化。
为进一步扩大应用范围，降低工作成本，所述光源驱动控制器包含PWM驱动恒流源、控制器和Zigbee通信模块，PWM驱动恒流源的输出端连接LED光源，控制器的输入端连接Zigbee通信模块的输出端，控制器的输出端连接PWM驱动恒流源的输入端，Zigbee通信模块与集中控制器的实施控制器交互连接。采用Zigbee无线通信方式，利用Zigbee无线自组网的技术可以实现大范围的无线组网，因此可以实现大范围多光源的智能控制，无需架设网络，节约了成本，扩大了应用范围。
作为本发明的一种改进方案，LED光源包括一个以上的光源驱动头， 每个光源驱动头包括三颗LED灯，且R、G、B三色各一颗，一个光源驱动头通过一个光纤耦合器连接一条光纤。
本发明的优点是：能最大限度的提高光源利用率，光纤传导的损耗很微弱，同时不传到热量，因此光源面和植物之间的距离可以最大限度的缩小，同时可以降低光源发光的强度，因此可以使植物组织培养时能以最小的能耗获得足够的光照；光纤的适应环境很广泛，在适度较大、温度较高等环境里，其他植物常用光源都很容易损坏的环境，光纤不受任何影响，因此可大大提高照明光源的使用寿命；光纤的形状可调整，可根据植物培养瓶的形状调整，因此可实现其他平板灯具、管状灯具等不能实现的全方位无死角照射。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明集中控制器和光源控制终端的连接示意图。
图3为本发明集中控制器框图。
图4为本发明光源控制终端框图。
图5为本发明光源驱动控制器结构框图。
图6为本发明LED光源板框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括集中控制器、一个光源控制终端，所述集中控制器通过ZigBee无线网络与光源控制终端连接，所述光源控制终端包括光源驱动控制器、LED光源、光纤5以及光纤固定套6，所述光源驱动控制器的输出端连接并控制LED光源，LED光源的输出端通过光纤耦合器连接光纤5的一端，光纤5的另一端盘放在光纤固定套6内。
本实施例组培架1分上下两层，培养瓶7放置在下层组培架上，终端控制盒3内放置光源控制终端，通过吊挂钩2把终端控制盒3吊挂在上层组培架的下方，节约空间。由于培养瓶7为圆柱体，因此，光纤固定套6采用环形，套在培养瓶7上，所述的LED光源为一个设置一个以上光源驱动头4的LED光源板，每个光源驱动头4各通过一个光纤耦合器连接一条光纤5，,终端控制盒3可根据环境调整位置，可以距离光纤固定套6较远的距离，光纤固定套6可根据实际需要调整和培养瓶的距离，越近，同等能耗下光照强度越强。
如图2所示，所述集中控制器的输出端连接一个以上的光源控制终端的输入端，集中控制器放置在组培室的控制区，可通过触摸方式对每个光源控制终端的每个光纤驱动头进行控制，集中控制器控制信息可保存，掉电不丢失，可进行颜色配比、亮度调节、开启光照时间、关闭光照时间设置，并实时显示光源控制终端的状态。
如图3所示，集中控制器包括触摸屏和实时控制器，触摸屏内置存储器、实时时钟，触摸屏内设置有串行通信接口、USB通信接口；实时控制器负责与光源控制终端的ZigBee通信模块通信，触摸屏和实时控制器通过RS232或RS485相连；通过触摸屏人机交互界面设置光源的相关参数，如光源颜色配比、光源开启时间、光源关闭时间、光源亮度，并存储在非易失存储器里，触摸屏通过串行总线把数据发送给实时控制器，实时控制器再通过ZigBee通信模块无线发送给光源控制终端；同时实时控制器也会接收光源控制终端返回的各种参数，如光源颜色配比、光源开关状态、光源亮度，送给触摸屏，由触摸屏显示在触摸屏界面上。
如图4所示，光源控制终端包括电源模块、光源驱动控制器、LED光源、光纤耦合器、传导光纤和光纤固定套，电源模块、光源驱动控制器、LED光源、光纤耦合器集中放置于光源控制盒内，每个光源控制盒上设有一个8位拨码开关，可根据拨码开关的排序确定光源控制终端的通信地址。  
如图5所示，光源驱动控制器包含PWM驱动恒流源、控制器和Zigbee通信模块， PWM驱动恒流源用于驱动LED光源板，控制器作用一是用于根据控制信息调节PWM，从而调节R、G、B三色光的配比及亮度，作用二是和Zigbee通信模块通信，接收集中控制器发过来的控制命令，调整照明光源的颜色配比及亮度，同时返回光源控制终端本身的状态，因此可随时报告光源控制终端是否正常工作。
如图6所示，所述LED光源采用3W大功率LED光源板，LED光源板上设置一个以上的光源驱动头， 每个光源驱动头包括三颗LED灯，且R、G、B三色各一颗，一个光源驱动头通过一个光纤耦合器连接一条光纤，LED光源采用铝基板。 
本发明的无线通信采用的是现有的ZigBee技术，ZigBee作为一种建立在工 EEE802.15.4标准基础上的新型无线网络协议，能实现自组织、低功耗、低复杂度、低成本的网络，不需要额外布线组网，降低成本。本发明采用2450MHz波段，可以提供250kbPs的数据速率和16个不同的信道。通过软件可为每个光源控制终端分配一个独一无二的16位PAN ID号，因此可实现多个系统可同时工作而不会相互干扰。

Claims (4)

1.一种植物培养光源装置，其特征是：包括集中控制器、一个以上的光源控制终端，所述集中控制器的输出端连接光源控制终端的输入端，所述光源控制终端包括光源驱动控制器、LED光源、光纤以及光纤固定套，所述光源驱动控制器的输出端连接并控制LED光源，LED光源的输出端通过光纤耦合器连接光纤的一端，光纤的另一端盘放在光纤固定套内。
2.根据权利要求1所述的一种植物培养光源装置，其特征是：所述集中控制器包括触摸屏、实时控制器和Zigbee通信模块，触摸屏内置存储器、实时时钟，且其输出端设置有串行通信接口和USB通信接口，触摸屏和实时控制器通过串行通信接口交互连接，实时控制器的通过Zigbee无线网络与光源控制终端交互连接。
3.根据权利要求2所述的一种植物培养光源装置，其特征是：所述光源驱动控制器包含PWM驱动恒流源、控制器和Zigbee通信模块，PWM驱动恒流源的输出端连接LED光源，控制器的输入端连接Zigbee通信模块的输出端，控制器的输出端连接PWM驱动恒流源的输入端，Zigbee通信模块与集中控制器的实施控制器交互连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种植物培养光源装置，其特征是：LED光源包括一个以上的光源驱动头， 每个光源驱动头包括三颗LED灯，且R、G、B三色各一颗，一个光源驱动头通过一个光纤耦合器连接一条光纤。
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