CN105240795A - 一种基于植物特征光谱的led照明系统 - Google Patents

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刘银春
方斌
武礼宾
陈美香
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    • F21S10/02—Lighting devices or systems producing a varying lighting effect changing colors
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

本发明涉及一种基于植物特征光谱的LED照明系统，包括存储有植物特征光谱信息的MCU控制器和经MCU控制器驱动的LED光源，所述LED光源由若干个蓝、白、红LED灯构成；所述植物特征光谱信息包括植物在光合作用下对应单色光的饱和点曲线和补偿点曲线，通过饱和点曲线获取所要栽培植物的最佳的光谱曲线；通过补偿点曲线确定蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比；MCU控制器根据所要栽培植物的最佳的光谱曲线调节LED光源的照明强度和照明周期，使得LED光源形成的光谱曲线与植物的最佳的光谱曲线一致，其中蓝、白、红LED灯按照蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比设置。本发明的有益效果在于：达到光能利用的最大化，从而实现效益的最大化。

Description

一种基于植物特征光谱的LED照明系统
技术领域
本发明涉及光电农业领域，尤其涉及一种基于植物特征光谱的LED照明系统。
背景技术
植物生长的离不开光，但各种植物对阳光的需求是不一样的。每一种植物进行光合作用都有其最合适的光谱、光照强度和光照周期，可以把它称为植物的特征光谱。随着科技的进步，现代农业的发展，人造光源发挥着越来越重要的作用，特别是LED光源，它不仅节能环保、寿命长而且光谱丰富，可以发出特定的光谱且易于控制等优点，在植物照明光源的选择中，受到了国内外研究人员的青睐，纷纷加大了LED照明在农业应用研发力度，但是目前的LED光源没有办法实现针对植物所需的特征光谱进行照明。
发明内容
本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种基于植物特征光谱LED照明系统，充分利用LED光源针对植物所需的特征光谱进行照明，更好的促进植物的生长。
本发明解决技术问题所采用的方案是：一种基于植物特征光谱的LED照明系统，包括存储有植物特征光谱信息的MCU控制器和经MCU控制器驱动的LED光源，所述LED光源由若干个蓝、白、红LED灯构成；所述植物特征光谱信息包括经植物特征光谱实验获得的所要栽培植物在光合作用下对应单色光的饱和点曲线和补偿点曲线，通过饱和点曲线确定复合光的光谱，同时采用不同的光合作用光量子通量密度和光周期进行栽培对比实验，获取所要栽培植物的最佳的光谱曲线；通过补偿点曲线确定白光的光合作用光量子通量密度，进而确定蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比；MCU控制器根据所要栽培植物的最佳的光谱曲线调节LED光源的照明强度和照明周期，使得LED光源形成的光谱曲线与所要栽培植物的最佳的光谱曲线一致，其中蓝、白、红LED灯按照蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比设置。
进一步的，所述LED光源中蓝、白、红LED灯的个数分别为一个以上，并且对应蓝、白、红光的光量子通量密度比形成线光源或面光源。
进一步的，所述MCU控制器经LED驱动模块分别驱动蓝、白、红LED灯。
进一步的，所述LED驱动模块为三路LED驱动器，所述三路LED驱动器的三个输入端分别于MCU控制器电连，三路LED驱动器的三个输出端分别与蓝、白、红LED灯电连接。
进一步的，所述MCU控制器还电连有一用于监测植物培养室内环境温度和湿度的温度传感器和湿度传感器。
进一步的，还包括一与所述MCU控制器电连接的加湿器和加热器，所述加湿器和加热器分别设置于植物培养室内。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明根据植物的特征光谱的实验方法所获得的植物光合作用对应单色光的饱和点曲线和补偿点曲线，从而根据植物的特征光谱调节蓝、白、红LED灯照明强度和照明周期。通过蓝、白、红LED灯构成的LED光源能够发出最适合植物生产的光谱，实现效益的最大化，从而获得更佳的植物生产状况，还能够为植物工厂和温室育苗等现代农业的科研及生产提供理想的照明。
附图说明
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明实施例的电路结构示意图。
图2为本发明实施例的花菜的植物特征光谱图。
图3为LED光源的最小发光单元示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1～3所示，本发明实施例提供一种基于植物特征光谱的LED照明系统，包括存储有植物特征光谱信息的MCU控制器和经MCU控制器驱动的LED光源，所述LED光源由若干个蓝、白、红LED灯构成；所述植物特征光谱信息包括经植物特征光谱实验获得的所要栽培植物在光合作用下对应单色光的饱和点曲线和补偿点曲线，通过饱和点曲线确定复合光的光谱，同时采用不同的光合作用光量子通量密度和光周期进行栽培对比实验，获取所要栽培植物的最佳的光谱曲线；通过补偿点曲线确定白光的光合作用光量子通量密度，进而确定蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比；MCU控制器根据所要栽培植物的最佳的光谱曲线调节LED光源的照明强度和照明周期，使得LED光源形成的光谱曲线与所要栽培植物的最佳的光谱曲线一致，其中蓝、白、红LED灯按照蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比设置。
所述MCU控制器中可以存储不同植物的植物特征光谱信息，根据所要栽培的植物进行驱动LED光源，使得LED光源形成与所要栽培植物的最佳的光谱曲线一致，实现对所要栽培植物进行照明。
从上述可知，本发明的有益效果在于：按植物特征光谱实验方法，获得所要栽培的植物的特征光谱，并将该数据存储到MCU控制器的存储单元中。按所要栽培植物的特征光谱所对应的光合作用光量子通量密度（PPFD）比调节蓝、白、红LED的发光强度，充分利用LED光源针对植物所需的特征光谱进行照明，更好的促进植物的生长，达到光能利用的最大化，从而实现效益的最大化。
如图2所示，为花菜的植物特征光谱图，其中LSP为光饱和点曲线，是指当光照强度增加到某一点后，再增加光照强度，光合强度也不增加，这一点的光照强度称为光饱和点，能够反应植物对强光的适应能力。LCP为光补偿点，是指植物在一定光照下，光合作用吸收二氧化碳的呼吸作用数量达到平衡状态时的光照强度。植物在光补偿点是，有机物的形成和小消耗相等，不能累计干物质，能够反应植物对弱光的使用能力。本发明提供的基于植物特征光谱的LED照明系统根据植物特征光谱信息能够使得LED光源形成的光谱曲线与植物的最佳的光谱曲线一致，更好的促进植物的生成发育。
在本实施例中，所述LED光源中蓝、白、红LED灯的个数分别为一个以上，并且对应蓝、白、红光的光量子通量密度比形成线光源或面光源。以最佳的光谱曲线光合作用光量子通量密度（PPFD）比为依据，确定蓝、白、红LED灯的个数比，组成进行LED光源，该LED光源可以为面光源也可以为线光源。将蓝、白、红LED灯通过串并联方式组成的发光组件，并且蓝、白、红LED灯通过MCU控制器单独进行控制，以实现组合出多种植物特征光谱的需求。
蓝、白、红LED灯的数量及其布局，按照所确定的光合作用光量子通量密度（PPFD）比设置，且可单独驱动，分别通过一个蓝、白、红LED灯组成LED光源的最小发光单元，其中D1是蓝LED灯，D2是白LED灯，D3是红LED灯。
在本实施例中，所述MCU控制器经LED驱动模块分别驱动蓝、白、红LED灯。
在本实施例中，所述LED驱动模块为三路LED驱动器，所述三路LED驱动器的三个输入端分别于MCU控制器电连，三路LED驱动器的三个输出端分别与蓝、白、红LED灯电连接。
在本实施例中，所述MCU控制器还电连有一用于监测植物培养室内环境温度和湿度的温度传感器和湿度传感器。
在本实施例中，还包括一与所述MCU控制器电连接的加湿器和加热器，所述加湿器和加热器分别设置于植物培养室内。
综上所述，本发明提供的一种基于植物特征光谱LED照明系统，充分利用LED光源适应植物的生长，进而实现农业效益的最大化。
本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于植物特征光谱的LED照明系统，其特征在于：包括存储有植物特征光谱信息的MCU控制器和经MCU控制器驱动的LED光源，所述LED光源由若干个蓝、白、红LED灯构成；所述植物特征光谱信息包括经植物特征光谱实验获得的所要栽培植物在光合作用下对应单色光的饱和点曲线和补偿点曲线，通过饱和点曲线确定复合光的光谱，同时采用不同的光合作用光量子通量密度和光周期进行栽培对比实验，获取所要栽培植物的最佳的光谱曲线；通过补偿点曲线确定白光的光合作用光量子通量密度，进而确定蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比；MCU控制器根据的最佳的光谱曲线调节LED光源的照明强度和照明周期，使得LED光源形成的光谱曲线与所要栽培植物的最佳的光谱曲线一致，其中蓝、白、红LED灯按照蓝、白、红光的光合作用光量子通量密度比设置。
2.根据权利要求1所述的一种植物特征光谱LED照明系统，其特征在于：所述LED光源中蓝、白、红LED灯的个数分别为一个以上，并且对应蓝、白、红光的光量子通量密度比形成线光源或面光源。
3.根据权利要求1所述的一种植物特征光谱LED照明系统，其特征在于：所述MCU控制器经LED驱动模块分别驱动蓝、白、红LED灯。
4.根据权利要求3所述的一种植物特征光谱LED照明系统，其特征在于：所述LED驱动模块为三路LED驱动器，所述三路LED驱动器的三个输入端分别于MCU控制器电连，三路LED驱动器的三个输出端分别与蓝、白、红LED灯电连接。
5.根据权利要求1所述的一种植物特征光谱LED照明系统，其特征在于：所述MCU控制器还电连有一用于监测植物培养室内环境温度和湿度的温度传感器和湿度传感器。
6.根据权利要求5所述的一种植物特征光谱LED照明系统，其特征在于：还包括一与所述MCU控制器电连接的加湿器和加热器，所述加湿器和加热器分别设置于植物培养室内。
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