CN107152662A - 一种自动监测植物生长高度的调光系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动监测植物生长高度的调光系统，包括计算机、光源面板，以及设置在光源面板上的多个LED灯及其驱动器，白发述光源面板上还设有白光接收器、绿光接收器；系统还包括选择模块、类比转数位模块、控制模块和PWM调光模块；所述白光接收器、绿光接收器分别与选择模块连接；选择模块、类比转数位模块、控制模块、PWM调光模块依次连接；所述控制模块还与计算机和PWM调光模块连接。该调光系统，根据植物生长过程中高度变化的因素，采用光接收器对植物的生长高度随时进行监测，再通过辨识光接收器的强度变化，精准获得植物的生长高度，最后根据植物生长的不同高度智能调节LED灯的光强和光质比。

Description

一种自动监测植物生长高度的调光系统
技术领域
本发明涉及植物培养调光系统，具体是一种自动监测植物生长高度的调光系统。
背景技术
光环境是植物生长发育不可缺少的重要物理环境因素之一，通过光强和光质调节，控制植株形态建成是设施栽培领域的一项重要技术；LED(发光二极管)植物生长灯是一种以LED为发光体，满足植物光合作用所需光照条件的人造光源。在缺少日光的环境，这种灯具可充当日光，使植物能够正常或者更好地生长发育，提高生产。
现有的LED灯植物培养一般仅提供固定的光强和光质比，较先进的方式是按植物的生长周期提供相应的光强和光质比，但未考虑植物生长过程中高度变化的因素，且光强和光质的设置大多依据经验，缺乏精准性和自适应性。CN105652923A一种基于机器视觉的自适应植物培养调光控制系统，考虑了植物生长过程中高度变化的因素，通过CCD工业相机采集植物图像进行坐标转换，使转换后的植物图像的坐标与图像处理与分析单元中所设定的坐标系相匹配，以建立植物的高度坐标系。通过图像处理与分析模块得到植物实际的平均高度，最后通过自适应调光控制模块获得植物高度与光强和光质比的对应关系，实现自适应调节LED板灯的目的。
但是，该调光控制系统通过CCD工业相机采集植物图像，通过图像处理与分析模块得到植物实际的平均高度，为单点，植物高度与光强和光质比的对应关系不精准。另外，采用CCD工业相机和图像处理与分析模块，设备成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种自动监测植物生长高度的调光系统，通过该系统可获得植物生长时期每天、每个点的精准高度，对每一个点都可以智能调控，对光强和光质的调节更加精准。
实现本发明目的的技术方案是：
一种自动监测植物生长高度的调光系统，包括计算机、光源面板，以及设置在光源面板上的多个LED灯及其驱动器，与现有技术不同的是：光源面板上还设有白光接收器、绿光接收器；系统还包括选择模块、类比转数位模块、控制模块和PWM调光模块；
所述白光接收器、绿光接收器分别与选择模块连接；选择模块、类比转数位模块、控制模块、PWM调光模块依次连接；
所述控制模块还与计算机和PWM调光模块连接；
所述LED灯包括红光LED灯、白光LED灯、蓝光LED灯和紫光LED灯；每种颜色的LED灯都各自由一路LED驱动器输出的PWM脉冲信号独立进行驱动；
所述红光LED驱动器、白光LED驱动器、蓝光LED驱动器的输入端电连接PWM调光模块；
所述植物种植区域采用白色种植板做底板，利用白光LED灯照射种植区域，白光接收器接收植物表面反射回来的光，作为测试光源与反射关系数；
初始种植植物边缘部分的光只有种植板的反射光，白光接收器接收后通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机，将此设定为基础值；
白光LED灯照射种植区域，植物生长后，绿光接收器接收植物表面反射回来的绿光，通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机；
植物生长高度不同，接收的绿光强度会改变，计算机比较白光接收器与绿光接收器的电压值，判断植物生长高度并适度调整LED灯的PWM，再通过计算机传送到PWM调光模块控制相对应的LED灯的光强和光质比。
所述选择模块判断并选择植物反射出来的光所感应的电磁波波长的颜色。
所述白光接收器和绿光接收器接收的电压数值在0-5V时，该电压经过类比转数位模块转为电压讯号。
所述光接收器根据待监测植物的表面颜色来选择，以配合不同的植物生长，可选用白光接收器、绿光接收器、红光接收器、黄光接收器等，为现有技术。
所述红光LED灯、白光LED灯、蓝光LED灯和紫光LED灯在光源面板的排列方式依据植物种植面积，以白光LED 灯为中心，围绕中心按同心圆方式等间距排列于光源面板，红光LED灯分布于光源面板800-1800颗/m2，蓝光LED灯100-300颗/ m2，白光LED灯 50-200颗/m2，紫光 LED灯2-10颗/ m2，光传感器10-20颗/ m2。
所述红光LED 灯波长在630-680nm、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W；蓝光LED灯波长在450-500nm、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W；紫光 LED 灯波长在250-330nm、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W，白光LED灯在 5000k-7000k色温区间、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W。
光接收器的收光范围200-800nm波长。
本发明调光系统，根据植物生长过程中高度变化的因素，利用光射入物体表面，会反射出不同波长的特性，采用光接收器对植物的生长高度随时进行监测，再通过辨识光接收器的强度变化，精准获得植物的生长高度，最后根据植物生长的不同高度智能调节LED灯的光强和光质比。通过该系统可获得植物生长时期每天、每个点的精准高度，对每一个点都可以智能调控，对光强和光质的调节更加精准。
附图说明
图1为本发明调光系统的结构框图。
图2为本发明调光系统中白光和绿光接收器辨识植物不同生长期高度示意图。
图中，1.白光LED灯 2.白光接收器 3.绿光接收器 4. 芹菜。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
实施例
参照图1，一种自动监测植物生长高度的调光系统，包括计算机、光源面板，以及设置在光源面板上的多个LED灯及其驱动器，所述光源面板上还设有白光接收器、绿光接收器；系统还包括选择模块、类比转数位模块、控制模块和PWM调光模块；
所述白光接收器、绿光接收器分别与选择模块连接；选择模块、类比转数位模块、控制模块、PWM调光模块依次连接；
所述控制模块还与计算机和PWM调光模块连接；
所述LED灯包括红光LED灯、白光LED灯、蓝光LED灯和紫光LED灯；每种颜色的LED灯都各自由一路LED驱动器输出的PWM脉冲信号独立进行驱动；
所述红光LED驱动器、白光LED驱动器、蓝光LED驱动器的输入端电连接PWM调光模块；
所述植物种植区域采用白色种植板做底板，利用白光LED灯照射种植区域，白光接收器接收植物表面反射回来的光，作为测试光源与反射关系数；
初始种植植物边缘部分的光只有种植板的反射光，白光接收器接收后通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机，将此设定为基础值；
白光LED灯照射种植区域，植物生长后，绿光接收器接收植物表面反射回来的绿光，通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机；
植物生长高度不同，接收的绿光强度会改变，计算机比较白光接收器与绿光接收器的电压值，判断植物生长高度并适度调整LED灯的PWM，再通过计算机传送到PWM调光模块控制相对应的LED灯的光强和光质比。
所述白光接收器和绿光接收器接收的电压数值在0-5V时，该电压经过类比转数位模块转为电压讯号。
参照图2，以种植芹菜为例，说明本发明调光系统的工作过程如下：
首先，白光LED灯1对待监测芹菜4发射光源，进行侦测，侦测1-5秒；芹菜4种植区域采用白色种植板做底板，且为参考位置，白光接收器2接收照射到芹菜4表面反射回来的光，作为测试光源与反射关系数；
初始种植芹菜4边缘部分的光只有种植板的反射光，白光接收器2接收后通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机，将此设定为基础值；
其次，测试绿光接收器3，将接收的电压讯号输入到选择模块，再通过类比转数位传送至计算机记录；绿光接收器3的数值每天测试一次，根据芹菜4种植面积和光源面板适当调整；
计算机比较白光接收器2与绿光接收器3的电压值，判断芹菜4的生长高度并适度调整LED灯的PWM，再通过计算机传送到PWM调光模块控制相对应的LED灯的光强和光质比。
通过该系统对芹菜4不同生长时期生长高度的监测，可获得芹菜4生长时期每天、每个点的精准高度，对每一个点都可以智能调控，对光强和光质的调节更加精准，使植物能够更好地生长发育，提高生产。

Claims (4)

1.一种自动监测植物生长高度的调光系统，包括计算机、光源面板，以及设置在光源面板上的多个LED灯及其驱动器，其特征是：光源面板上还设有白光接收器、绿光接收器；系统还包括选择模块、类比转数位模块、控制模块和PWM调光模块；
所述白光接收器、绿光接收器分别与选择模块连接；选择模块、类比转数位模块、控制模块、PWM调光模块依次连接；
所述控制模块还与计算机和PWM调光模块连接；
所述LED灯包括红光LED灯、白光LED灯、蓝光LED灯和紫光LED灯；每种颜色的LED灯都各自由一路LED驱动器输出的PWM脉冲信号独立进行驱动；
所述红光LED驱动器、白光LED驱动器、蓝光LED驱动器的输入端电连接PWM调光模块；
所述植物种植区域采用白色种植板做底板，利用白光LED灯照射种植区域，白光接收器接收植物表面反射回来的光，作为测试光源与反射关系数；
初始种植植物边缘部分的光只有种植板的反射光，白光接收器接收后通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机，将此设定为基础值；
白光LED灯照射种植区域，植物生长后，绿光接收器接收植物表面反射回来的绿光，通过类比转数位模块将电压数值转为电压讯号，电压讯号通过控制模块传给计算机；
植物生长高度不同，接收的绿光强度会改变，计算机比较白光接收器与绿光接收器的电压值，判断植物生长高度并适度调整LED灯的PWM，再通过计算机传送到PWM调光模块控制相对应的LED灯的光强和光质比。
2.根据权利要求1所述的自动监测植物生长高度的调光系统，其特征是：所述白光接收器和绿光接收器接收的电压数值在0-5V时，该电压经过类比转数位模块转为电压讯号。
3.根据权利要求1所述的自动监测植物生长高度的调光系统，其特征是：所述红光LED灯、白光LED灯、蓝光LED灯和紫光LED灯在光源面板的排列方式依据植物种植面积，以白光LED 灯为中心，围绕中心按同心圆方式等间距排列于光源面板，红光LED灯分布于光源面板800-1800颗/m2，蓝光LED灯100-300颗/ m2，白光LED灯 50-200颗/ m2，紫光 LED灯2-10颗/m2，光传感器10-20颗/ m2。
4.根据权利要求1所述的自动监测植物生长高度的调光系统，其特征是：所述红光LED灯波长在630-680nm、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W；
蓝光LED灯波长在450-500nm、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W；
紫光 LED 灯波长在250-330nm、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W；
白光LED灯在 5000k-7000k色温区间、SMD高功率或Lamp、单颗功率为0.2W-2W；光接收器的收光范围200-800nm波长。
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