CN106472135A - 基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统及补光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统及补光方法，至少包括：位于植物上方的多盏LED灯；LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。通过采用上述技术方案，当植物光照不足时，通过LED灯对植物进行光照补充，满足植物正常生长的光照需求；通过升降机构控制LED灯与植物之间的距离，进而提高光照利用率，减少光源的损耗，与传统的高压钠灯相比较，散热量少，同时保证植物生长环境的温度均匀性，故障率低、延长使用寿命。

Description

基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统及补光方法

技术领域

本发明涉及农业科技技术领域，特别是涉及一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统及补光方法。

背景技术

众所周知，光照与作物的生长有密切的关系。最大限度的捕捉光能，充分发挥植物光合作用的潜力，将直接关系到农业生产的效益。近年来由于市场需求的推动，普遍采用温室大棚生产反季节花卉、瓜果、蔬菜等，由于冬春两季日照时间短，作物生长缓慢，产量低，因此急需进行补光；中国北方大部分地处亚洲东部，属温带季风型气候。在冬春季节受西伯利亚冷空气南下的影响，有时由于冷暖气流的交汇融合而形成雨雪。出现少则1—3天的低温寡照，多则7至8天连阴寡照天气。据近50年来北京地区资料统计，这种长期连阴寡照的天气出现几率为20％左右，近10年来为40％，近3年出现2次，为60％以上。这就是说北京冬春连阴寡照灾害呈日趋严重之势，已成为冬春季保护地生产的重大灾害性天气。直接威胁以日光温室为代表的保护地生产，其表现为：

(1)光照强度低于其补偿点时有机物质的消耗多于积累，植株干质量下降，甚至死亡。即使在弱光的条件下植株的生长也表现衰弱、出现徒长现象。

(2)影响开花结果。茄果类、瓜类蔬菜对光照时间与强度都有一定的要求，如西瓜光照时间少于11小时则幼果全部脱落。对光照强度要求中等的蔬菜如豌豆、菜豆、芹菜、萝卜、葱等。对光照强度要求较弱的蔬菜如莴苣、菠菜、茼蒿、姜等这类蔬菜要求光强较低。在北京地区日光温室内生产茄果类蔬菜，即使在晴天情况下，由于有塑料棚幕的削减作用其光照强度也不能达到光饱和点，但可达到光补偿点以上(这也是日光温室生产的茄果类蔬菜味道偏淡的原因)。若在多云和阴天情况下，光照则更显不足，光照强度不够，光照时间又短，达不到补偿点。因而出现光合效率急剧下降，干物质积累迅速减少，病害快速增加的情况，损失已成定局。

(3)对连阴寡照灾害程度的划分，根据研究和生产实践的总结，一般我们将灾害划分为3级。1。轻级：连续3天无日照；或连阴4天中有3天无日照，此时黄瓜、番茄、大椒等疫病、霜霉病开始出现。2。中级：连续4—7天无日照；或日照时数<3h连续7天以上；或1月内出现2次轻级寡照，此时黄瓜、番茄、大椒等病害普遍发生，但通过药剂防治等措施尚可控制。3。重级连续阴天≥8天；或日照时数<3h连续10天以上；或1月内出现2次中级寡照，此时已10％一20％病害难以控制，大部出现减产，并继续发展。

因此，近年来，植物补光技术得到了快速的发展，目前，传统的补光主要采用的是高压钠灯；这种高压钠灯在一定程度上满足了植物补光的需求，但是实践发现，其存在如下的缺陷：一、由于高压钠灯功率大，散热比较多，因此需要设置在距离植物比较远的地方，这样一方面增加了光能的浪费，另外一方面也使得大棚内的温度不均匀，靠近高压钠灯的位置温度高，反之温度低；二、由于高压钠灯发出的光为全光谱，但是在实际种植过程中，每种植物对光谱的需求是不尽相同的，因此这样进一步浪费了大量的光能，降低了光能的利用率；三、高压钠灯的发热大，因此寿命短，同时故障率高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统及补光方法，该基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统用于对植物的补光及补光方法，保证植物的正常光照需要，使得植物能够正常生长。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，至少包括：

位于植物上方的多盏LED灯；所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；

用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；

用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。

进一步：还包括用于检测光照强度的光强传感器；所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接。

更进一步：在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。

更进一步：所述带通滤光片包括：光波长度范围是640～780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm～505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm～570nm的绿光带通滤光片；所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器；所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处，所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处；所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。

更进一步：还包括用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器；所述距离传感器安装在LED灯上。

更进一步：所述升降机构包括：用于悬挂LED灯的固定杆(2)；在所述固定杆(2)上固定有转向滑轮(5)，在所述转向滑轮(5)上设置有绳索，所述绳索的一端与LED灯固定连接；所述绳索的另一端与绕绳轮连接；所述绕绳轮安装于电机的输出轴上。

更进一步：在所述POE低压恒压供电设备与LED灯之间还设置有时控开关。

一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统的补光方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

步骤101、通过距离传感器采集LED灯与植物上表面之间的距离，当检测距离位于正常范围时，则执行步骤102，否则通过升降机构调整LED灯的高度；

步骤102、通过第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器对植物生长环境中的光照强度进行采集，并将采集的光强信息发送给控制器，控制器将接收到的光强信息与参考信息进行比较，当检测光强处于正常范围内时，则保持LED灯的工作状态，当检测光强高于阈值范围，则关闭或者是降低相应颜色的LED灯光照强度；当检测光强低于阈值范围，则打开或者是增加相应颜色的LED灯光照强度。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，当植物光照不足时，能够通过LED灯对植物进行光照补充，满足植物正常生长的光照需求；通过升降机构控制LED灯与植物之间的距离，进而提高光照利用率，减少光源的损耗，与传统的高压钠灯相比较，散热量少，保证植物生长环境的温度均匀性；通过采用光照传感器和带通滤光片，能够针对不同的植物进行特定光谱的光照补充，进一步提高光照的利用率，通过采用时控开关，满足光照的时间间隔性需求，保证植物健康茁壮成长；与传统的高压钠灯相比较，本发明还具有安全系数高，使用寿命长，接线端子处防潮的优点。

与传统的LED灯供电方式相比较，由于传统的LED灯供电采用的是恒流源，电源封装与灯体内，为了防止因潮湿导致接口锈蚀损坏的技术问题；传统的技术是将电源和灯体封装于一体，但是这样会因为通风不好导致不便于散热，从而导致电源及LED灯珠因受热而损坏，寿命降低；而本发明采用的是恒压供电，此时电源和灯体分离设置，这样即可防止因潮湿导致接口锈蚀损坏的技术问题；同时也不存在封装的问题；

由于本发明中采用的是POE低压恒压供电设备，因此在系统中可以不用POE交换机。植物补光主要包括三个方面：1、光照强度；可通过LED灯的调节进而调照度本身；还可以调整照射距离。2、光照时间：本发明可以随时控制。3、光照波长：可以用红、蓝、绿自由组合控制。

附图说明

图1是本发明优选实施例第一优选实施例的结构图；

图2是本发明优选实施例第二优选实施例的结构图；

图3是本发明优选实施例第三优选实施例的结构图；

图4是本发明优选实施例第四优选实施例的结构图。

图5是本发明优选实施例中升降机构的结构图。

其中：1、支撑架；2、固定杆；3、盆栽植物；4、LED灯；5、转向滑轮；6、固定滑轮。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，包括：

位于植物上方的多盏LED灯；所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；

用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；

用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内；

本优选实施例的工作原理为：首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离，一般情况下，LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右；随后根据植物对光照的需求，开启特定光谱的LED灯，进而对植物进行补光。

请参阅图2，一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，包括：

位于植物上方的多盏LED灯；所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；

用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；

用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接；一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内；

用于检测光照强度的光强传感器；所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接。

为了进一步提高光谱的利用率：在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。

所述带通滤光片包括：光波长度范围是640～780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm～505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm～570nm的绿光带通滤光片；所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器；所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处，所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处；所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。

本优选实施例的工作原理为：首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离，一般情况下，LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右；随后根据第一光强传感器和第二光强传感器的检测数据，结合不同植物对光谱的需求，开启特定光谱的LED灯，进而对植物进行补光。

请参阅图3，一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，包括：

位于植物上方的多盏LED灯；所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；

用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；

用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接；一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内；

用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器；所述距离传感器安装在LED灯上；

本优选实施例的工作原理为：首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离，一般情况下，LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右；随后根据第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器的检测数据，结合不同植物对光谱的需求，开启特定光谱的LED灯，进而对植物进行补光。植物在生长的过程中，LED灯与植物上表面之间的距离不断减少，此时距离传感器将检测信息发送给控制器，当检测距离缩小至安全距离以内时，则通知工作人员及时启动升降机构，进而对LED灯的高度进行调节。

一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统的补光方法，包括如下步骤：

步骤101、通过距离传感器采集LED灯与植物上表面之间的距离，当检测距离位于正常范围时，则执行步骤102，否则通过升降机构调整LED灯的高度；

步骤102、通过第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器对植物生长环境中的光照强度进行采集，并将采集的光强信息发送给控制器，控制器将接收到的光强信息与参考信息进行比较，当检测光强处于正常范围内时，则保持LED灯的工作状态，当检测光强高于阈值范围，则关闭或者是降低相应颜色的LED灯光照强度；当检测光强低于阈值范围，则打开或者是增加相应颜色的LED灯光照强度。

请参阅图4，一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，包括：

位于植物上方的多盏LED灯；所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；

用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；

用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接；一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内；

用于检测光照强度的光强传感器；所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接；

用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器；所述距离传感器安装在LED灯上；

为了进一步提高光谱的利用率：在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。

所述带通滤光片包括：光波长度范围是640～780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm～505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm～570nm的绿光带通滤光片；所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器；所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处，所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处；所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。

本优选实施例的工作原理为：首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离，一般情况下，LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右；随后根据第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器的检测数据，结合不同植物对光谱的需求，开启特定光谱的LED灯，进而对植物进行补光。当检测距离缩小至安全距离以内时，则通知工作人员及时启动升降机构，进而对LED灯的高度进行调节；或者是控制器直接驱动升降机构进行升降动作。

请参阅图5，上述每个优选实施例中的升降机构的实现方式比较多，本优选实施例根据具体的种植环境而设计下列结构：

本优选实施例的植物为盆栽植物，这类盆栽植物3位于层状结构的支撑架1上，该升降机构包括：用于悬挂LED灯4的固定杆2；所述固定杆2位于每层支持板的下方；在所述固定杆2上固定有转向滑轮5，在所述转向滑轮5上设置有绳索，所述绳索的一端与LED灯固定连接；所述绳索的另一端与绕绳轮连接；所述绕绳轮安装于电机的输出轴上。在上述基础上，为了防止绳索缠绕，在每个固定杆2的端部还设置有固定滑轮6，绳索依次经过转向滑轮5、固定滑轮6后与绕绳轮连接。这种控制LED灯升降的方式与控制支撑板升降的方式相比较，能够很好地保证盆栽植物的稳定性，防止盆栽植物掉落。

为了满足植物的正常生长需求，植物的光照需求也不能够过多，因此在上述每个实施例的基础上，在所述POE低压恒压供电设备与LED灯之间还设置有时控开关。这样根据植物不同生长阶段对植物的补光时常进行智能化的控制。保证植物的健康茁壮成长。

在上述多个优选实施例中，POE低压恒压供电设备与多盏LED灯之间组成一个星型网络，这样即可通过POE低压恒压供电设备对每盏LED灯的工作状态进行准确的控制和监控，保证每盏灯均时刻处于正确的工作状态。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：至少包括：

位于植物上方的多盏LED灯；所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯；

用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构；

用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备；所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。

2.根据权利要求1所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：还包括用于检测光照强度的光强传感器；所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接。

3.根据权利要求2所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。

4.根据权利要求3所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：所述带通滤光片包括：光波长度范围是640～780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm～505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm～570nm的绿光带通滤光片；所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器；所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处，所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处；所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。

5.根据权利要求1-4任一项所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：还包括用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器；所述距离传感器安装在LED灯上。

6.根据权利要求5所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：所述升降机构包括：用于悬挂LED灯的固定杆(2)；在所述固定杆(2)上固定有转向滑轮(5)，在所述转向滑轮(5)上设置有绳索，所述绳索的一端与LED灯固定连接；所述绳索的另一端与绕绳轮连接；所述绕绳轮安装于电机的输出轴上。

7.根据权利要求2所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统，其特征在于：在所述POE低压恒压供电设备与LED灯之间还设置有时控开关。

8.一种基于权利要求4所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制系统的补光方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

步骤101、通过距离传感器采集LED灯与植物上表面之间的距离，当检测距离位于正常范围时，则执行步骤102，否则通过升降机构调整LED灯的高度；

步骤102、通过第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器对植物生长环境中的光照强度进行采集，并将采集的光强信息发送给控制器，控制器将接收到的光强信息与参考信息进行比较，当检测光强处于正常范围内时，则保持LED灯的工作状态，当检测光强高于阈值范围，则关闭或者是降低相应颜色的LED灯光照强度；当检测光强低于阈值范围，则打开或者是增加相应颜色的LED灯光照强度。