CN107105553A - 仿自然光照养殖装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种仿自然光照养殖装置、系统及方法，涉及水产养殖领域。所述仿自然光照养殖装置包括多光谱LED光源和灯光控制器，所述多光谱LED光源和所述灯光控制器连接，所述多光谱LED光源包括多个发光波段不同的LED单元，所述灯光控制器用于对所述多光谱LED光源中的多个LED单元进行相互独立的控制，其中，所述灯光控制器用于调节所述LED单元的光强和光周期。本发明能够通过分别调节多光谱LED光源中的各个发光波段不同的LED单元，混合出想要的光色、光强及光周期，模拟出预期的光照环境，进而改善鱼类的生长环境，提升水产养殖的质量和效益。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖领域，具体而言，涉及一种仿自然光照养殖装置、系统及方法。
背景技术
自然界中，太阳的光照度随地理纬度、季节和天气状况的不同而变化。温室内的光照度除与上述因素有关外，还与温室结构、管理措施及材料的透光性能等密切相关。由于温室覆盖材料、灰尘以及结构遮光等因素的影响，温室内的光照质量也要比露地差很多，一般仅为露地的30％～70％，尤其是在冬季和早春季节，太阳高度角低，日照时间短，温室内光照度往往不能满足养殖作物生长的需求。光照不足严重抑制温室的养殖物发育，并使个体生长迟缓及病害更严重导致大幅减产及品质下降。养殖物主要依赖激素和药物来抵御由于光照不足引起的种种问题，导致化学品的过量使用和残留危害人类健康。
光照是引起鱼类代谢系统的指导因子。光照通过鱼视觉器官、脑中枢神经系统，影响内分脑垂体活动，进而影响鱼的行为与代谢生长系统。光作为能量进入水域生态系统，不仅为生命鱼类带来必须的水生动植物能量，而且可以独立的对鱼类的摄食、生殖、内分泌起着直接或间接地重要的影响。鱼类生理学家已经研究清楚光照明显抑制鱼类松果体合成与分泌褪黑激素。对鱼类下丘脑-脑垂体-性腺轴具有一定调节作用，鱼类褪黑激素参与生殖、发育和生长方面的调节。在布置养殖车间光环境的基本原则是：硬骨鱼类与贝类需要的光照强度有相当大差别，深水鱼的光强应弱一些，但河口浑浊水例外；海水与淡水鱼有相当大的差别，他们喜好的光色有差别；全部光照与全部黑暗对鱼生长发育都不利；亲鱼产卵孵化、幼鱼、成鱼对光环境的需求有差别。
国外的水产发达国家，如挪威、日本等对光照影响鱼类生理机能的影响的研究从上世纪90年代日渐增多，并逐步应用于实践。我国的研究刚刚处在起步阶段，光照对鱼生长与生殖的影响研究比较少，对在水产养殖车间光源的使用更是简单粗放，绝大多数养殖工厂使用的是荧光灯。这种光源一是不能调光，不能满足个体鱼类在不同生长时期光环境需求等问题；二是荧光灯的不当废弃会严重污染水源，容易造成二次危害。
当前的水产养殖状况下，粗放的光环境是导致商品鱼孵化率低、营养生长率低、饵料系数高的重要原因之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿自然光照养殖装置、系统及方法，旨在改善水产养殖的光环境。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种仿自然光照养殖装置，其包括多光谱LED光源和灯光控制器，所述多光谱LED光源和所述灯光控制器连接，所述多光谱LED光源包括多个发光波段不同的LED单元，所述灯光控制器用于对所述多光谱LED光源中的多个LED单元进行相互独立的控制，其中，所述灯光控制器用于调节所述LED单元的光强和光周期。
在本发明较佳的实施例中，所述多光谱LED光源至少包括红、绿、蓝三种颜色的LED单元。
在本发明较佳的实施例中，所述多光谱LED光源至少包括紫外光LED单元。
在本发明较佳的实施例中，所述多光谱LED光源至少包括发光波段为225～280nm的紫外光LED单元。
在本发明较佳的实施例中，所述多光谱LED光源设置有遥控电源，所述灯光控制器和所述多光谱LED光源的遥控电源连接，所述灯光控制器通过遥控的方式控制所述多光谱LED光源。
在本发明较佳的实施例中，所述灯光控制器通过无线遥控的方式控制所述多光谱LED光源。
在本发明较佳的实施例中，所述灯光控制器采用PWM单片机调节所述多光谱LED光源中的多个LED单元，以使所述LED单元渐亮或渐灭。
第二方面，本发明实施例提供了一种仿自然光照养殖系统，其包括如上所述的仿自然光照养殖装置和仿真模块，所述仿真模块和所述仿自然光照养殖装置中的灯光控制器连接，所述仿真模块用于建模仿真预期的光照环境并生成调光数据，以及将所述调光数据输出至所述灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述调光数据达到预期的光照效果。
在本发明较佳的实施例中，所述仿自然光照养殖系统还包括环境光采集模块，所述环境光采集模块和所述仿真模块连接，所述环境光采集模块用于采集当前时刻的环境光数据，并将所述环境光数据发送给所述仿真模块，以建模仿真当前时刻的自然光照环境，所述仿真模块用于根据建模仿真得到的当前时刻的自然光照环境生成实时的调光数据并输出至所述灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述实时的调光数据模拟当前时刻的自然光照环境。
第三方面，本发明实施例提供了一种仿自然光照养殖方法，所述方法包括：建模仿真预期的光照环境并生成调光数据；将所述调光数据输出至灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述调光数据达到预期的光照效果。
本发明实施例提供的仿自然光照养殖装置、系统及方法，通过灯光控制器控制多光谱LED光源中的各个LED单元的光强和光周期，而多光谱LED光源中的各个LED单元的发光波段不同，通过分别调节各个LED单元的光强，可以改变多光谱LED光源的总光谱分布；通过调节各个LED单元的光周期，能够使多光谱LED光源的光照模式根据时间进行变化，给模拟动态的自然光照环境提供了基础。与现有技术相比，本发明通过对多光谱LED光源进行调光，能够在不同时间段给养殖物提供不同强度的光照和光谱，进而在温室内模仿出养殖品种最适合的自然光照环境，改善养殖物的生理节律，最终提高养殖的质量和效益。另外，通过使用LED作为光源，相对于使用荧光灯避免了环境污染，提高了使用寿命，实现了节能环保的养殖系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的仿自然光照养殖装置的结构框图；
图2为本发明第一实施例提供的多光谱LED光源中LED单元的设置示意图；
图3为本发明第一实施例提供的仿自然光照养殖系统的结构框图；
图4为本发明第一实施例提供的加入环境光采集模块的仿自然光照养殖系统的结构框图；
图5为本发明第二实施例提供的仿自然光照养殖方法的流程框图。
图标：100-多光谱LED光源；200-灯光控制器；300-仿真模块；400-环境光采集模块；1000-仿自然光照养殖装置；2000-仿自然光照养殖系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。
在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述仿自然光照养殖装置及系统中各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供了一种仿自然光照养殖装置1000，其包括多光谱LED光源100和灯光控制器200。所述多光谱LED光源100和所述灯光控制器200连接，所述多光谱LED光源100包括多个发光波段不同的LED单元，所述灯光控制器200用于对所述多光谱LED光源100中的多个LED单元进行相互独立的控制。其中，所述灯光控制器200用于调节所述LED单元的光强和光周期。
本实施例中，所述多光谱LED光源100可以由多个内置有不同发光波段LED灯的LED单元组成，其中，每个LED单元内都可以包含有多种不同颜色的LED灯。可以理解的是，所述LED灯为多光谱LED光源100内的最小发光单元。所述灯光控制器200能够控制每个LED单元内的各个LED灯的光强和光周期，可以是以单个LED单元为单位进行独立的调节，也可以是以单个LED单元内的单个LED灯为单位进行独立的调节。另外，还可以调节单种颜色的LED灯开关，或是多种颜色的LED灯按照不同的比例进行开关，以对发光谱上不同波段光的光照强度进行调节。不难理解，通过改变点亮的同一颜色的LED灯的数量，可以改变该波段光的总光强，实现数量对光强的调节。
本实施例中，通过对多光谱LED光源100内的各个LED单元输入不同大小的电压，可以调节LED单元发光的明暗，即调节LED单元的光强。通过设置多光谱LED光源100内的各个LED单元在不同的时间处于不同的开启或关闭状态，可对LED单元的光周期进行调节，实现多光谱LED光源100在不同时间段的光照环境动态变化。
本实施例中，所述多光谱LED光源100至少包括红、绿、蓝三种颜色的LED单元。可以理解的是，所述多光谱LED光源100内，至少包含有能够发出红光波段、绿光波段和蓝光波段的三种LED单元。
本实施例中，所述灯光控制器200可以基于RGB调光原理对多光谱LED光源100内的红、绿、蓝三种颜色的LED单元进行调节。不难理解，通过改变红、绿、蓝三种LED单元的光强，即可改变这三种LED单元的混合光谱中各波段光的强度比例，不同的光谱对应不同的光照环境。由于不同的养殖品种在个体发育的不同时期，对不同波段光的敏感性不同，且光照强度对水生动物生长、发育及存活率的影响因种类而异，通过独立调节每个LED单元的光强，即可为不同的养殖品种或是同一养殖品种的不同生长时期提供最适宜的光照环境。
请参照图2，在多光谱LED光源100的一个发光区域内，至少设置红光、绿光和蓝光三种LED单元，在不同的发光区域内可以设置相同的LED单元配置。可以理解的是，只需要对不同区域内的LED单元进行不同的光强、光周期的调节，即可实现在不同区域的光照环境不同。在水产养殖中，可以通过在多个发光区域内设置随发光区域的位置逐渐变化的光照环境，模拟自然环境中的云、植物等遮挡物造成的阴暗、光影效果，更有利于养殖物的生长。
特别的，为了提高多光谱LED光源100的光谱调节精度，可以在多光谱LED光源100内加入更多发光波段的LED单元，例如黄光、白光、红外光和紫外光，使多光谱LED光源100中在各个波段下的光照分布均匀，整个光谱更接近太阳光，便于更为多样化的光照模式调节。
本实施例中，所述多光谱LED光源100内可以加入发光波段在225～280nm的紫外光LED单元，该波段的紫外光的杀毒灭菌效果明显，且穿透力强，可单独设置对水产养殖区域内的水体进行灭菌。相对于目前使用较多的汞灯(水银紫外灯)而言，本实施例中的多光谱LED光源100操作简便且寿命更长，LED灯的寿命通常可达30000到50000小时，且不会产生重金属污染。
本实施例中，所述多光谱LED光源100设置有遥控电源，所述灯光控制器200和所述多光谱LED光源100的遥控电源连接，所述灯光控制器200通过遥控的方式控制所述多光谱LED光源100。作为一种方式，所述灯光控制器200可以通过电缆线与所述多光谱LED光源100的遥控电源进行连接，还可通过手持遥控器控制所述灯光控制器200，进而对多光谱LED光源100实现远程控制。
由于水产养殖区域的湿度大，对电线、金属件的腐蚀很强，为避免控制电路短路，可使灯光控制器200通过红外无线遥控的方式控制所述多光谱LED光源100。具体的，灯光控制器200内置红外发射器，多光谱LED光源100的遥控电源中加入红外传感接收器，操作灯光控制器200上的不同开关即可发射不同的红外信号，由多光谱LED光源100的遥控电源接收后可实现相应的灯光控制。通过远程无线遥控的方式调节多光谱LED光源100，大大降低了触电或短路的危险。
本实施例中，优选的，所述灯光控制器200可以采用PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)单片机调节所述多光谱LED光源100中的多个LED单元。传统的LED控制电路由于LED本身二极管的特性，只能控制LED瞬间开启或熄灭，而不能调节单个LED的光强随时间逐渐变化。采用PWM的调光方式不改变输入LED的瞬时电压及瞬时电流，而通过改变输出电流的占空比，由单片机输出相应的数字信号对LED的亮度进行调节。特别的，所述PWM单片机可为设置有DALI控制接口的PWM-LED驱动器，其安装简单经济，信号抗干扰能力强，还便于监测灯光控制器200的状态，以及时发现故障并进行维修。
本实施例中，所述灯光控制器200可控制多光谱LED光源100内的各个LED单元随时间渐亮或渐灭，以减少养殖物的应激反应，避免养殖物因剧烈光照环境变化导致的免疫力下降甚至死亡。
请参照图3，本实施例还提供了一种仿自然光照养殖系统2000，其包括上述的仿自然光照养殖装置1000和仿真模块300，所述仿真模块300和灯光控制器200连接。所述仿真模块300用于建模仿真预期的光照环境并生成调光数据，以及将所述调光数据输出至所述灯光控制器200，以控制多光谱LED光源100根据所述调光数据达到预期的光照效果。
本实施例中，所述仿真模块300可以是个人计算机，其存储器中存储并运行相应的仿真程序，计算机的信号输出端可以与灯光控制器200的单片机外接插口耦合，以将所述调光数据输出至灯光控制器200，实现对多光谱LED光源100的控制。特别的，所述仿真模块300还可对灯光控制器200进行编程，使其按一定周期自动调节多光谱LED光源100的光照模式。
请参照图4，本实施例中，仿自然光照养殖系统2000中还可包括环境光采集模块400，所述环境光采集模块400和所述仿真模块300连接。所述环境光采集模块400用于采集当前时刻的环境光数据，并将所述环境光数据发送给所述仿真模块300，以建模仿真当前时刻的自然光照环境；所述仿真模块300可根据建模仿真得到的当前时刻的自然光照环境生成实时的调光数据并输出至所述灯光控制器200，以控制多光谱LED光源100根据所述实时的调光数据模拟当前时刻的自然光照环境。
本实施例中，所述环境光采集模块400可以是光电传感器，该传感器可设置于露天环境，以实时采集当前时刻的自然环境光。特别的，可以在同一区域的不同位置设置多个传感器，采集多组环境光数据，并输出至温室内相应位置的LED单元，使多光谱LED光源100能够模拟出一片区域内的多种不同的自然光照环境。
本实施例提供的仿自然光照养殖装置1000，可长时间不间断运行于养殖环境中，且可自由控制光强与光周期，在为各类养殖品种提供适宜的光照环境的同时，还可对养殖水体灭菌，其操作简便，成本低廉，适用于各种农业养殖环境的补光。
第二实施例
请参照图5，本实施例提供了一种仿自然光照养殖方法，该方法可应用于上述第一实施例中的仿自然光照养殖系统，所述方法包括：
步骤S510：建模仿真预期的光照环境并生成调光数据；
步骤S520：将所述调光数据输出至灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述调光数据达到预期的光照效果。
综上所述，本发明实施例提供的仿自然光照养殖装置、系统及方法，通过灯光控制器控制多光谱LED光源中的各个LED单元的光强和光周期，而多光谱LED光源中的各个LED单元的发光波段不同，通过分别调节各个LED单元的光强，可以改变多光谱LED光源的总光谱分布；通过调节各个LED单元的光周期，能够使多光谱LED光源的光照模式根据时间进行变化，给模拟动态的自然光照环境提供了基础。与现有技术相比，本发明通过对多光谱LED光源进行调光，能够在不同时间段给养殖物提供不同强度的光照和光谱，进而在温室内模仿出养殖品种最适合的自然光照环境，改善养殖物的生理节律，最终提高养殖的质量和效益。另外，通过使用LED作为光源，相对于使用荧光灯避免了环境污染，提高了使用寿命，实现了节能环保的养殖系统。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种仿自然光照养殖装置，其特征在于，包括多光谱LED光源和灯光控制器，所述多光谱LED光源和所述灯光控制器连接，所述多光谱LED光源包括多个发光波段不同的LED单元，所述灯光控制器用于对所述多光谱LED光源中的多个LED单元进行相互独立的控制，
其中，所述灯光控制器用于调节所述LED单元的光强和光周期。
2.根据权利要求1所述的仿自然光照养殖装置，其特征在于，所述多光谱LED光源至少包括红、绿、蓝三种颜色的LED单元。
3.根据权利要求1所述的仿自然光照养殖装置，其特征在于，所述多光谱LED光源至少包括紫外光LED单元。
4.根据权利要求3所述的仿自然光照养殖装置，其特征在于，所述多光谱LED光源至少包括发光波段为225～280nm的紫外光LED单元。
5.根据权利要求1所述的仿自然光照养殖装置，其特征在于，所述多光谱LED光源设置有遥控电源，所述灯光控制器和所述多光谱LED光源的遥控电源连接，所述灯光控制器通过遥控的方式控制所述多光谱LED光源。
6.根据权利要求5所述的仿自然光照养殖装置，其特征在于，所述灯光控制器通过无线遥控的方式控制所述多光谱LED光源。
7.根据权利要求6所述的仿自然光照养殖装置，其特征在于，所述灯光控制器采用PWM单片机调节所述多光谱LED光源中的多个LED单元，以使所述LED单元渐亮或渐灭。
8.一种仿自然光照养殖系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的仿自然光照养殖装置和仿真模块，所述仿真模块和所述仿自然光照养殖装置中的灯光控制器连接，
所述仿真模块用于建模仿真预期的光照环境并生成调光数据，以及将所述调光数据输出至所述灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述调光数据达到预期的光照效果。
9.根据权利要求8所述的仿自然光照养殖系统，其特征在于，所述仿自然光照养殖系统还包括环境光采集模块，所述环境光采集模块和所述仿真模块连接，
所述环境光采集模块用于采集当前时刻的环境光数据，并将所述环境光数据发送给所述仿真模块，以建模仿真当前时刻的自然光照环境，
所述仿真模块用于根据建模仿真得到的当前时刻的自然光照环境生成实时的调光数据并输出至所述灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述实时的调光数据模拟当前时刻的自然光照环境。
10.一种仿自然光照养殖方法，其特征在于，所述方法包括：
建模仿真预期的光照环境并生成调光数据；
将所述调光数据输出至灯光控制器，以控制多光谱LED光源根据所述调光数据达到预期的光照效果。
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