CN108200682A - 一种非恒流电驱动的植物照明用led发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置，至少包括光引擎模块和至少一组具有照明驱动电路的LED芯片网络，所述光引擎模块将一个周期的脉冲电流分割为至少两个可控发光阶段，基于植物叶片对光线的吸收参数变化分别调整每个发光阶段的与时间相关的发光参数从而形成与时间相关的一组脉冲周期发光参数，所述LED芯片网络响应于所述光引擎模块控制的脉冲电流而产生在一个脉冲周期内具有明暗变化的可控光，其中，至少一个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化。通过将脉冲周期划分为三个发光阶段，形成多种发光曲线，加快LED发光装置的频闪频率，使得植物在频闪的刺激下快速进行光合作用，缩短成长和成熟的时间。

Description

一种非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置

技术领域

本发明涉及植物照明技术领域，尤其涉及一种非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置及其制造方法。

背景技术

发光二极管LED(Light Emitting Diode)是一种新型的半导体照明光源，以其节能、环保、长寿命、高光效等优点成为近年来研究的热点。另外，随着半导体技术的发展，因LED具有光谱纯、耗能低、寿命长等优点，而被广泛应用于植物生长方面。植物生长LED灯是以LED作为光源，其光可替代植物生长规律需要的太阳光，为植物生长发育创造环境的一种灯具。

光合作用是植物生长发育不可缺少的重要影响因素之一，通过光质特性来控制植株形态生长是设施栽培领域的一项重要技术。植物光合作用通常需要波长在400～720nm范围的光线，其主要是通过叶绿素吸收440～480nm蓝光或600～680nm红光进行的，因此，蓝光和红光对于光合作用贡献最大。如：(1)红光有促进菊花茎段生根、叶绿素形成、碳水化合物积累以及吸收和利用的作用；(2)在快速繁殖过程中运用红光的植物生长灯补光对于促进各种植物的快速生根及提高种苗质量效果明显。因此，使用LED照明对植物的生长进行补光已经受到越来越广泛的关注。

中国专利(CN 106090706 A)公开了一种多晶激发的全光谱植物生长灯，其特征在于，包括灯珠和直流驱动电源，所述灯珠包括基板支架，所述基板支架上固晶封装有多颗波长峰值不相同的近紫外光、紫光或蓝光LED芯片，所述近紫外光、紫光或蓝光LED芯片的外部涂覆有多种发射波长颜色的荧光粉，近紫外光、紫光或蓝光LED芯片通引脚分别连接直流驱动电源的正负极。该专利能够提供红蓝光波段的全光谱光线，符合植物生长的需要，提高作物的产量。但是，该专利依然不能通过光的明暗交替来促进植物的光合作用。

中国专利(CN 104519733 A)公开了一种用于增强植物生长的照明系统，包括：一个输入端，该输入端提供一个输入电压以便提供一个外加电激励；安排在一个第一网络中的多个发光二极管(LED)，该多个发光二极管接收基于该外加电激励的一个负载电流；该第一网络中的所述多个LED产生在一个第一波长下的一个第一光输出，该第一波长处于一株植物的一个第一预先确定色素的一个20nm的峰值吸收内；安排在一个第二网络中的多个发光二极管(LED)，该多个发光二极管接收基于该外加电激励的该负载电流；该第二网络中的所述多个LED产生在一个第二波长下的一个第二光输出，该第二波长处于该植物的一个第二预先确定色素的一个20nm的峰值吸收内；以及一个控制模块，该控制模块被电连接到该输入端上以便在持续小于30分钟的光周期与暗周期之间同时对该第一光输出和第二光输出进行调制。该专利虽然能够对植物进行明暗周期的光照刺激，但是该光照系统的明暗周期时间为30分钟，周期时间较长，属于慢频闪照射，不能够满足一些植物对极快频闪的需求。而且，该专利的亮周期阶段的发光参数是恒定的，不能够在亮周期内按照发光曲线进行变化照射，从而不能有效刺激植物更好的生长。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置，其特征在于，所述LED发光装置至少包括光引擎模块和至少一组具有照明驱动电路的LED芯片网络，所述光引擎模块将一个周期的脉冲电流分割为至少两个可控发光阶段，基于植物叶片对光线的吸收参数变化分别调整每个发光阶段的与时间相关的发光参数从而形成与时间相关的一组脉冲周期发光参数，所述LED芯片网络响应于所述光引擎模块控制的脉冲电流而产生在一个脉冲周期内具有明暗变化的可控光，其中，至少一个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化。本发明通过将一个脉冲周期内的发光时段切分为两个或三个发光阶段，使每一个发光阶段按照独立的发光频率进行变化，从而使光照装置在一个脉冲周期内产生具有明暗变化的频闪。光引擎模块基于植物叶片的光纤的吸收参数变化调整发光阶段的变化曲线，能够使频闪与植物的光合作用更匹配，提高植物的光合作用的效率。

根据一个优选实施方式，所述光引擎模块将一个周期的脉冲电流分割为三个可控发光阶段，所述光引擎模块基于观察时间内所述植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数和对应的预设比例阈值调整第一发光阶段的发光参数和发光时长，所述光引擎模块基于观察时间内所述植物在第二发光阶段的第二输入光与发射的第二输出光的第二比例参数和/或所述第一比例参数与所述第二比例参数的预设差值来调整第二发光阶段的发光参数和发光时长，第三发光阶段的发光强度接近或等于零坎德拉。本发明通过采集第一比例参数和第二比例参数，能够更准确的评估植物光合作用对于第一发光阶段和第二发光阶段的适应程度，从而使调整后的发光阶段的光照频率真正促进植物的叶片光合作用。

根据一个优选实施方式，所述光引擎模块基于植物的色素参数和/或生长期参数确定所述第一发光阶段和所述第二发光阶段中的与时间相关的发光强度、发光时长、发光曲线参数、发光波长和发光光谱中的至少一个参数，所述光引擎模块基于所述植物的位置参数以及脉冲周期发光参数的阈值选择并确定所述LED芯片网络中的对应位置的至少一个LED芯片对植物进行照射。本发明基于植物的色素参数或生长期参数来确定各个发光阶段的发光参数，不同的色素适合不同的发光参数，从而促进植物叶片中的色素对发光频率的光合作用，提高色素的光合作用效率。选择适宜的位置参数的LED芯片对植物进行照射，减少光线在介质传播中的衰减，使得植物在生长环境中接收的光变化频闪频率更准确，有利于色素的光合作用。

根据一个优选实施方式，所述LED发光装置还包括分析模块和植物参数采集模块，所述分析模块基于所述植物参数采集模块采集的植物参数向数据库发送匹配请求以匹配与时间相关的至少一组脉冲周期发光参数，所述分析模块从所述植物参数提取环境特征参数和/或植物特征参数，并且根据所述环境特征参数和/或植物特征参数与所述脉冲周期发光参数的至少一个适应性参数选择一组脉冲周期发光参数并发送至所述光引擎模块。提取环境特征参数和/或植物特征参数的方式，有利于分析模块获得发光参数与植物叶片的适应性参数，避免了由于环境因素或者植物自身特征因素例如生病、色素数量变化、土壤的生长元素等变化导致的叶片不能够对发光频率以最佳效率进行光合作用的问题。

根据一个优选实施方式，所述分析模块基于持续性采集的环境特征参数和/或植物特征参数、植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数和植物在所述第二发光阶段的第二输入光与发射的第二输出光的第二比例参数评估当前脉冲周期发光参数与植物的所述适应性参数，在所述适应性参数低于预设适应性阈值的情况下，所述分析模块重新向所述数据库发送匹配请求以再次匹配与环境特征参数和/或植物特征参数匹配的至少一组脉冲周期发光参数。脉冲周期发光参数全部存储在分析模块会增加本发明的负担，并且参数容易陈旧，更新缓慢。将脉冲周期发光参数存储在专业的云数据库中，或者由专业的第三方数据库提供，有利于不同的厂商共享脉冲周期发光参数，并且丰富数据库的参数种类和更新速度。因此，从数据库获取脉冲周期发光参数既能够减轻LED发光装置的负担，又能够提高匹配参数的准确度。

根据一个优选实施方式，所述LED发光装置还包括数据标识更新模块，所述数据标识更新模块基于所述分析模块选择的第一适应性参数大于适应性阈值的至少一组脉冲周期发光参数标记其与环境特征参数和/或植物特征参数关联的关联标识，在至少两组环境特征参数和/或植物特征参数的相似度小于相似度阈值的情况下，所述数据标识更新模块选取其适应性参数大于所述第一适应性参数的至少一组脉冲周期发光参数来动态更新关联标识，从而分析模块对具有关联标识的至少一组脉冲周期发光参数进行优先匹配。将选择过的脉冲周期发光参数与环境特征参数和/或植物特征参数进行关联，使得在近似的情况下，选择过的脉冲周期发光参数能够优先匹配，从而减少分析模块的匹配时间，提高分析模块的分析效率和匹配效率。

根据一个优选实施方式，所述光引擎模块至少包括电流调节驱动电路和控制模块，所述电流调节驱动电路以分割电压相位的方式调整电流以对应于脉冲周期内至少两个发光阶段的发光参数的脉冲电流的方式变化，所述控制模块基于所述分析模块的植物特征参数选取与所述植物的位置相对于的LED芯片。本发明通过切割电压相位来形成与脉冲周期发光参数对应的脉冲电压，使得脉冲电流在脉冲电压的影响下进行变化，则LED芯片的发光光线伴随电流的变化而变化，并且按照与时间相关的脉冲周期发光参数的变化而变化。以分割电压相位的方式改变发光参数，不需要对LED芯片进行改进，有利于LED芯片发光的稳定性。而且，分割电压相位的电路结构能够高度集成，缩小了电流调节驱动电路的体积和占用空间。

根据一个优选实施方式，所述光引擎模块基于分析模块选取的至少两组脉冲周期发光参数指定至少一个LED芯片按照限定的时间对植物进行交替照射，以增强植物对脉冲周期内至少两个发光阶段的刺激反馈。使用不同组的脉冲周期发光参数对植物进行限定时间的交替照射，能够避免植物由于同一组脉冲周期发光参数长期照射产生的光合作用迟钝现象，提高植物叶片细胞对光线的感受刺激作用，使得植物对光线频闪保持高的刺激反馈。

根据一个优选实施方式，所述植物参数采集模块采集所述植物在至少一个照射区域内的种类、生长期参数、色素参数和输入光与输出光的比例参数中的一种或几种。

根据一个优选实施方式，所述LED芯片网络至少包括涂覆有发光涂层的蓝光、紫光和/或紫外光的LED芯片，所述发光涂层包括蓝色发光涂层、绿色发光涂层、黄色发光涂层和/或红色发光涂层，

所述蓝色发光涂层至少包括Ca₉Bi(PO₄)₇:Eu²⁺、Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺、Dy³⁺、SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺、Sr₂P₂O₇:Eu²⁺、Ca₂P₂O₇:Eu²⁺中的一种或几种；

所述绿色发光涂层至少包括Ca₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺、Ca₃SiO₅:Eu²⁺、(Ba_1-xSr_x)₂SiO₄:Eu²⁺、Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Ga₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Lu_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、A₂DSi₂O₇:Eu²⁺中的一种或几种；其中，A＝Ba、Ca或Sr，D＝Mg或Zn；

所述黄色发光涂层至少包括BaSiO₃:Eu²⁺、Ca₄(PO₄)₂O:Ce³⁺、NaAlSiO₄:Eu²⁺、Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Y_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Y_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Ba_13.35Al_30.7Si_5.3O₇₀:Eu²⁺、Zn₂P₂O₇:Sm³⁺,Li⁺、Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu²⁺中的一种或几种；

所述红色发光涂层至少包括CaAlSiN₃:Eu²⁺、Sr_xCa_(1-x)AlSiN₃:Eu²⁺、Ca₄(PO₄)₂O:Eu^{2 +}、Sr₃SiO₅:Eu²⁺、(Sr_1-xBa_x)₃SiO₅:Eu²⁺、CaSi₃N₅:Eu²⁺、Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu³⁺、Zn₂P₂O₇:Tm³⁺,Mn²⁺、Ba₆Al₁₈Si₂O₃₇:Eu²⁺、Sr₂CeO₄:Eu³⁺、Sr_1.7Zn_0.3CeO₄:Eu³⁺、M₂Si₅N₈:Eu²⁺中的一种或几种，其中，M＝Ca，Sr或Ba。

不同于LED的普通涂层材料延长余晖的作用，本发明的发光涂层正好相反，不残留一点余晖，并且尽可能减少余晖效应。这样，在LED芯片按照一组脉冲周期发光参数变化时，发光涂层能够尽快变化光线，增强LED芯片的明暗变化和频闪效应，尽可能的减小频闪误差和延迟，使得植物对特定的频闪规律产生反馈刺激，以最大的效率进行光合作用。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明通过将一个脉冲周期内的发光阶段划分为多个能够进行明暗变化的发光阶段的方式，加快了照明装置的频闪，使得照明装置以有利于植物光合作用的照明方式促进植物的生长；

(2)本发明通过将一个脉冲周期划分为至少两个发光阶段，调节每一个发光阶段的发光参数从而形成各个发光阶段的发光曲线不同的脉冲周期，将照明装置的频闪方法增加至256万种，有利于适应不同植物的光合作用的需求；

(3)本发明通过控制非恒流的电流从而将脉冲周期内的电流划分为三个阶段独自变化，使得照明装置在脉冲周期内产生明和暗的频闪变化，闪烁频率较高，在封闭光的环境有利于为植物提供生长刺激，缩短植物的生长周期和提高抗病能力，提高植物的产量。

附图说明

图1是本发明的LED发光装置的逻辑模块结构图；

图2为非恒流电流驱动LED发光装置的电路结构示意图，

图3为Ca₉Bi(PO₄)₇:Eu²⁺激发和发射光谱，

图4为Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu²⁺发光光谱，

图5为Sr_1.7Zn_0.3CeO₄:Eu³⁺的发光光谱，

图6为LED发光单元组成示意图；

图7是本发明的其中一组脉冲周期发光参数的变化曲线；

图8是本发明的另一组脉冲周期发光参数的变化曲线；

图9是电流调节驱动电路的电路结构图；和

图10是分割电压相位的示意图。

附图标记列表

1：发光涂层 2：LED芯片 3：透镜

10：滤波电路 20：限流电路 30：电流控制电路

100：分析模块 200：植物参数采集模块 300：光引擎模块

400：LED芯片网络 500：数据库

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供一种非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置，其特征在于，所述LED发光装置至少包括光引擎模块300和至少一组具有照明驱动电路的LED芯片网络400。光引擎模块300将一个周期的脉冲电流分割为至少两个可控发光阶段，基于植物叶片对光线的吸收参数分别调整每个发光阶段的与时间相关的发光参数从而形成一组脉冲周期发光参数。LED芯片网络响应于光引擎模块控制的脉冲电流而产生在一个脉冲周期内具有明暗变化的可控光。其中，至少一个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化。

实施例1

图1和图2示出了本发明的LED发光装置的基本组成结构部分。如图1所示，与LED发光装置连接的电路部分包括滤波电路10、限流电路20、电流控制电路30和LED芯片网络400。滤波电路10、限流电路20、电流控制电路30和LED芯片网络400依次串联，从而为LED芯片网络排除电波干扰并提供安全保障。

优选的，电流控制电路30用于对电流进行控制和划分，将脉冲周期内的电流控制为至少两个发光阶段的、按照一定规律变化的非恒流电流。电流控制电路30至少包括光引擎模块300。光引擎模块300将脉冲电流切割为在一个脉冲周期内具有两段按照时间变化的电流，从而驱动LED芯片在脉冲周期内按照至少两个发光阶段的发光曲线进行发光。其中一个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化，使得LED芯片按照发光曲线逐渐变为黑暗。例如，光引擎模块300将脉冲电流切割为在一个脉冲周期内具有三段按照时间变化的电流，从而驱动LED芯片在脉冲周期内按照三个发光阶段的发光曲线进行发光。其中，第三个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化。优选的，较暗的发光不局限于设置在第三发光阶段。例如，第二个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化。

优选的，所述光引擎模块将一个周期的脉冲电流分割为至少三个可控发光阶段。每个发光阶段都具有独立变化的发光曲线。发光曲线可以是发光强度—时间曲线、发光波长—时间曲线、发光光谱—时间曲线，也可以是其它光学参数与时间关联形成的发光曲线。

优选的，对于相邻发光阶段的发光曲线，第一发光曲线的终点与第二发光曲线的起始点可以是同一点，即第一发光曲线的末端与第二发光曲线的首端可以是连续的。优选的，对于相邻发光阶段的发光曲线，第一发光曲线的终点与第二发光曲线的起始点也可以是不同点，即第一发光曲线的末端与第二发光曲线的首端是不连续的。

本发明中，植物可以处于全封闭的无光环境中，也可以处于具有光线的光环境中。优选的，将植物设置于全封闭的无光环境中接收LED照明装置的光照，从而避免其它光的照射干扰。光引擎模块300基于被照射植物的种类和叶片状态参数预设一组脉冲周期发光参数。植物种类不同，其需要的脉冲周期、发光参数和发光曲线也不相同。即使是同一种植物，在不同的生长阶段，其需要的脉冲周期发光参数也不相同。特别的，即使在同一个生长阶段，叶片的状态参数不同，其需要的脉冲周期发光参数也不相同。因此，光引擎模块300基于植物采集模块200采集的被照射植物的种类和叶片状态参数预设一组脉冲周期发光参数，使得植物能够在促进生长的脉冲周期内的光线明暗变化的刺激中快速生长，缩短生长周期和成熟周期。

优选的，光引擎模块基于观察时间内植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数及与植物对应的预设比例阈值调整第一发光阶段的发光参数和发光时长。即，在光引擎模块将预设的一组脉冲周期发光参数对植物进行照射后，在观察时间内，植物参数采集模块200采集至少一组植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数。光引擎模块将第一比例参数与对应的预设比例阈值进行对比，进而调整第一发光阶段的发光参数和发光时长，使得第一发光阶段的发光参数和发光时长与植物当前的光合作用状态更匹配，从而促进植物的光合作用。

优选的，第一比例参数为一个数据。本发明的第一比例参数可以是观察时间内采集的多个第一比例数据的优选参数、平均值或均值方差参数。优选参数为第一比例数据中的排除了误差较大的数据而得到的准确度较高的数据。优选的，观察时间是预设的，并且观察时间的长短是可调的。

同理，光引擎模块基于观察时间内所述植物在所述第二发光阶段的第二输入光与发射的第二输出光的第二比例参数和/或所述第一比例参数与所述第二比例参数的预设差值来调整第二发光阶段的发光参数和发光时长。第三发光阶段的发光强度接近或等于零坎德拉。即在本发明的第三发光阶段中的发光曲线，其发光强度的参数随时间逐渐趋近于零坎德拉。

优选的，如图2所示，电流控制电路30包括分析模块100、植物参数采集模块200和光引擎模块300。分析模块100、植物参数采集模块200和光引擎模块300三者之间彼此连接。植物参数采集模块200用于采集植物的种类和叶片状态参数。叶片状态参数包括植物的生长期参数、色数参数和/或输入光与输出光的比例参数。即，所述植物参数采集模块200采集至少一个照射区域内的植物的种类、生长期参数、色素参数和输入光与输出光的比例参数中的一种或几种。

分析模块100用于对植物参数采集模块200采集的参数进行选取和分析，从而获得对预设的脉冲周期发光参数及曲线的调整方案。

本发明中的色素是光合色素。光合色素是在光合作用中参与吸收、传递光能或引起原初光化学反应的色素。光合色素存在于叶绿体基粒，包含叶绿素、反应中心色素和辅助色素。光合色素是光合作用的重要因素。光合色素主要有三大类：叶绿素(包括细菌叶绿素)、类胡萝卜素和藻胆素。类胡萝卜素(包括胡萝卜素和叶黄素)和藻胆素等是对叶绿素捕获光能的补充，称为辅助色素。这些光合色素的一个共同的特点就是存在较长的共轭体系(有些是环形封闭的，有些是线性的)，因此可以参与能量传递。不同的植物，其体内的色素种类是不同的。而且，在植物的不同生长阶段，其色素参数会发生变化。例如，高等植物和大部分藻类的光合色素是叶绿素a、b和类胡萝卜素；在许多藻类中除叶绿素a、b外，还有叶绿素c、d和藻胆素，如藻红素和藻蓝素；在光合细菌中是细菌叶绿素等；在嗜盐菌中则是一种类似视紫质的色素11-顺-视黄醛。光合色素是光合作用的重要因素，本发明基于色素参数来调整脉冲周期的发光参数至关重要。

优选的，光引擎模块300基于所述植物的叶片状态参数中的色素参数和/或生长期参数确定所述第一发光阶段和所述第二发光阶段中的发光强度、发光时长、发光曲线参数、发光波长和发光光谱中的至少一个参数。即，引擎模块300基于所述植物的叶片状态参数中的色素参数和/或生长期参数调整预设的脉冲周期中的第一发光阶段和第二发光阶段中的参数，形成与植物的叶片状态参数匹配的脉冲周期发光曲线。

本发明中，至少一个植物分布在照射区域的不同位置，则每个植物都具有独特的位置参数，即位置坐标参数。优选的，位置坐标参数包括二维坐标参数和三维坐标参数。光引擎模块300基于植物的位置参数以及发光参数选择并确定所述LED芯片网络中的处于相应位置的至少一个LED芯片以对植物进行照射。

优选的，本发明的光引擎模块300至少包括电流调节驱动电路和控制模块。所述电流调节驱动电路基于周期性的电压分割相位从而调整电流按照预设的脉冲电流变化曲线变化。即电流调节驱动电路将具有周期性的电压分割相位，使切割后的不同相位的阶段式电压连续在一起形成具有脉冲周期且符合与脉冲周期发光参数对应的电压。则具有脉冲周期的电压使得电路中的脉冲电流变化，从而达到了准确调节驱动电路中电流的良好效果。

控制模块基于分析模块100的植物特征参数选取与植物的位置相对于的LED芯片。控制模块响应于分析模块100发送的植物特征参数，选择与植物位置对应的LED芯片网络中的LED芯片，使LED芯片发出的光以较优的角度照射植物的叶片，提高植物叶片的光合作用效率，增强植物对脉冲周期三个发光阶段的刺激反馈，从而加快植物的激素分泌和成长速度。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

优选的，本发明预设的脉冲周期发光参数可以存储在光引擎模块中，也可以存储在与分析模块100连接的数据库500中。数据库可以是电流控制电路30内设置的数据库，也可以是第三方数据库。优选的，数据库为云数据库。

优选的，分析模块100基于植物参数采集模块200采集的植物参数向数据库500发送匹配请求以匹配与植物参数对应的至少一组脉冲周期发光参数。优选的，数据库500中存储有针对多种植物的各个生长阶段的脉冲周期发光参数。分析模块100从数据库匹配一组、两组、三组甚至更多的脉冲周期发光参数。优选的，分析模块100按照匹配参数的大小确定某组脉冲周期发光参数的匹配优先顺序。

优选的，分析模块100从植物参数中提取环境特征参数和/或植物特征参数，并且根据环境特征参数和/或植物特征参数选择与植物的适应性参数较高的一组脉冲周期发光参数并发送至光引擎模块300。优选的，分析模块100分析模块对符合匹配阈值的至少一组脉冲周期发光参数计算其与植物的环境特征参数和/或植物特征参数的适应性参数，选择适应性参数最高的一组脉冲周期发光参数作为最佳匹配参数。例如，分析模块100对符合匹配阈值的三组脉冲周期发光参数计算其与植物的环境特征参数和/或植物特征参数的适应性参数分别为78％、85％和96％。则分析模块100选择适应性参数为96％的脉冲周期发光参数发送至光引擎模块300，以对植物进行可见或不可见的频闪照射。

优选的，本发明的适应性参数的评估过程还与第一比例参数和第二比例参数相关。分析模块100基于持续性采集的植物特征参数、植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数和植物在第二发光阶段的第二输入光与发射的第二输出光的第二比例参数评估当前脉冲周期发光参数与植物的适应性参数。在适应性参数大于适应性阈值的情况下，分析模块100选择对应的脉冲周期发光参数作为预照射的参数。

优选的，在适应性参数低于预设适应性阈值的情况下，分析模块100重新向数据库500发送匹配请求以再次选择与植物特征参数匹配的至少一组脉冲周期发光参数。

优选的，所述LED发光装置还包括数据标识更新模块。数据标识更新模块选择第一适应性参数大于适应性阈值的至少一组脉冲周期发光参数并标记与环境特征参数和/或植物特征参数关联的关联标识。第一适应性参数为分析模块100针对植物的环境特征参数和/或植物特征参数第一次评估得到的适应性参数。

在至少两组环境特征参数和/或植物特征参数的相似度小于相似度阈值的情况下，视为两组环境特征参数和/或植物特征参数相同。在该情况下，数据标识更新模块选取适应性参数大于第一适应性参数的至少一组脉冲周期发光参数来标记和动态更新关联标识。

优选的，在匹配得到至少一组脉冲周期发光参数且至少两组环境特征参数和/或植物特征参数的相似度小于相似度阈值的情况下，分析模块100对具有关联标识的至少一组脉冲周期发光参数进行优先匹配。这样的匹配方式，能够缩短分析模块100的分析时间和匹配时间，并且获得最好的照射品质。

优选的，所述光引擎模块300基于分析模块100选取的至少两组脉冲周期发光参数指定至少两个LED芯片按照限定的时间分别对植物进行交替照射，以增强植物对脉冲周期内三个发光阶段的刺激反馈。

例如，分析模块100选取两组脉冲周期发光参数发送至光引擎模块300。光引擎模块300指定两个LED芯片网络中的LED芯片按照限定的时间对植物进行交替照射，使植物对LED芯片的频闪刺激变得敏感，从而加强植物的光合作用。优选的，限定时间可以依据需要来设定。例如0～60秒、5分钟、10分钟、30分钟、60分钟、1小时～24小时。甚至，限定时间还能够以年、月、日为单位进行设定，以适应生长状态变化缓慢的树类植物。

优选的，分析模块100选取的脉冲周期发光参数还可以是三组、四组甚至更多。一个LED芯片可以基于至少两组脉冲周期发光参数对植物进行交替照射，则两个LED芯片可以基于多组脉冲周期发光参数对植物进行不同频率的频闪光的交替照射。

实施例3

本实施例是对实施例1或实施例2及其结合的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本实施例对LED芯片网络中的LED芯片进行详细说明。LED芯片网络至少包括涂覆有发光涂层的蓝光、紫光和/或紫外光的LED芯片。所述发光涂层包括蓝色发光涂层、黄色发光涂层和/或红色发光涂层。

优选的，蓝光LED芯片的发射波长为460纳米。紫光LED芯片的发射波长为400nm。紫外LED芯片的发射波长为254-365nm。

由LED芯片形成的LED发光设备，由蓝光、紫光或紫外LED芯片与蓝色发光材料、绿色发光材料、黄色发光材料和/或红色发光材料组成。其中，本发明的黄色发光材料的发光范围包括黄色光和橙色光。

优选的，LED发光设备的发光材料包括蓝色发光材料、黄色发光材料和红色发光材料中的一种或多种。LED发光设备使用非恒流电流驱动LED芯片。

其中，蓝色发光材料的发光波长峰值在440-490纳米之间。优选的，蓝色发光涂层至少包括Ca₉Bi(PO₄)₇:Eu²⁺、Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺、Dy³⁺、SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺、Sr₂P₂O₇:Eu²⁺、Ca₂P₂O₇:Eu²⁺中的一种或几种。如图3所示，Ca₉Bi(PO₄)₇:Eu²⁺的激发波长为475nm，发光波长为365nm。

绿色发光涂层至少包括Ca₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺、Ca₃SiO₅:Eu²⁺、(Ba_1-xSr_x)₂SiO₄:Eu²⁺、Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Ga₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Lu_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、A₂DSi₂O₇:Eu²⁺中的一种或几种。其中，A＝Ba、Ca或Sr，D＝Mg或Zn。

黄色发光材料的发光波长峰值在520-600纳米之间。黄色发光材料包括BaSiO₃:Eu^{2 +}、Ca₄(PO₄)₂O:Ce³⁺、NaAlSiO₄:Eu²⁺、Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Y_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Y_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}、Ba_13.35Al_30.7Si_5.3O₇₀:Eu²⁺、Zn₂P₂O₇:Sm³⁺,Li⁺、Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu²⁺中的一种或几种。如图4所示，Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu²⁺的发光波长为460nm。

红色发光材料的发光波长峰值在600-750nm之间。优选的，红色发光材料包括CaAlSiN₃:Eu²⁺、Sr_xCa_(1-x)AlSiN₃:Eu²⁺、Ca₄(PO₄)₂O:Eu²⁺、Sr₃SiO₅:Eu²⁺、(Sr_1-xBa_x)₃SiO₅:Eu²⁺、M₂Si₅N₈:Eu²⁺(M＝Ca、Sr或Ba)、CaSi₃N₅:Eu²⁺、Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu³⁺、Zn₂P₂O₇:Tm³⁺,Mn²⁺、Ba₆Al₁₈Si₂O₃₇:Eu²⁺、Sr₂CeO₄:Eu³⁺、Sr_1.7Zn_0.3CeO₄:Eu³⁺中的一种或几种。如图5所示，Sr_1.7Zn_0.3CeO₄:Eu³⁺的发光波长为400nm。

本发明提供的非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置的发光来自于在蓝光LED芯片或紫外芯片的激发下，蓝色发光粉发射的蓝光、黄色发光粉发射的黄光或红色发光粉发射的红光。

优选的，用紫光和紫外LED芯片也能激发蓝色发光材料、黄色发光材料和红色发光材料，产生同样的技术效果。

优选的，本发明的发光材料涂层包括蓝色发光材料涂层、黄色发光材料涂层或红色发光材料中的一种或几种。

本发明的非恒流电流驱动的LED植物照明装置具有散热性能好、使用寿命长、成本低的特点。

以下列表为本发明的实验实施例。

实验实施例1-5

表1

实施例	LED芯片	黄色发光材料(wt％)	红色发光材料(wt％)
				1	蓝光	100％Sr9Mg1.5(PO4)7:Eu2+	0
2	蓝光	0	100％Ca4(PO4)2O:Eu2+
				3	蓝光	100％Ca4(PO4)2O:Ce3+	0
4	蓝光	30％Sr9Mg1.5(PO4)7:Eu2+	70％Ca4(PO4)2O:Eu2+
				5	蓝光	20％Ca4(PO4)2O:Ce3+	80％Ca4(PO4)2O:Eu2+

实验实施例6-12

表2

实验实施例13-22

表3

本实施例还提供一种LED发光设备的制备方法：

将蓝色发光材料、黄色发光材料和红色发光材料分别过500目筛，然后按实施例1－22中所描述的比例将蓝色发光材料、黄色发光材料和红色发光材料混合均匀。选用功率为0.1W的LED芯片，对其进行封装。封装后形成的LED发光设备如图1所示。

LED芯片2设置在基板上。发光涂层1设置在LED芯片2的上方并且将LED芯片2覆盖在发光涂层1与基板之间。在封装完成后，将透镜3与基板连接以将LED芯片2和发光涂层1密封在透镜3中。在非恒流电流接通后，LED芯片2发射出的光通过发光涂层射出，穿过透镜3对植物进行照射。

实施例4

本实施例是对前述实施例1、实施例2和实施例3及其结合进行的进一步改进，重复内容不再赘述。

本发明的光引擎模块300至少包括电流调节驱动电路和控制模块。所述电流调节驱动电路基于周期性的电压分割相位从而调整电流按照预设的脉冲电流变化曲线变化。本发明的电流调节驱动电路的电路结构图如图9所示。

当施加商用AC电源时，包括二极管D1-D4的整流单元110对所施加的商用AC电源进行全波整流，并将全波整流过的波形(波纹波形)提供给电路。电压切换控制单元120形成在包括四个二极管D1-D4的整流单元110内部.在包括四个二极管D1-D4的整流单元110内部的电压切换控制单元120中，基于电阻比来分割全波整流功率的电队器R1和R2彼此串联，并且一线路在电阻器R1和R2之间分又并连接到第一晶体管Q1的基极端上.第一晶体管Q1的集电极端经由电阻器R3连接到整流单元110上，并且第一晶体管Q1的发射极端也连接到整流单元110上.第一晶体管Q1的集电极端经由电阻器R4连接到第二晶体管Q2的基极端上.第二晶体管Q2的集电极端连接到第三晶体管Q3的基极端上，并且第二晶体管Q2的发射极端连接到整流单元110上。

低压切换单元130和高压切换单元140连接到电压切换控制单元120的第三晶体管Q3的集电极端上。低压切换单元130是利用第五晶体管Q5和第六晶体管Q6形成的，其中第五晶体管Q5和第六晶体管Q6以其基极端经由二极管D6和D7以及电阻器R7和R8连接到第三晶体管Q3的集电极端上，并接通和关断LED芯片网络400。

此外，高压切换单元140包括第四晶体管Q4和PWM电路142，其中第四晶体管Q4以其基极端经由电阻器R6连接到电压切换控制单元120的第三晶体管Q3的集电极端上，并且上述PWM电路142连接到第四晶体管Q4的集电极端上，并被配置用于响应于第四晶体管Q4的操作而对输入功率进行脉宽调制，并且施加LED芯片网络400的照明功率。

如图10的波形图中所示，在AC电源的电压相位的低压部分、即部分C的时间期间，电压切换控制单元120操作低压切换单元130，从而接通开关A和B，然后接通LED芯片网络400的两端。AC电源的电压相位的高压部分、即部分D的时间期间，电压切换控制单元120操作高压切换单元140，以便将切换脉冲施加于PWM电路142，从而接通LED芯片网络400。即本发明将AC电源的相位分割为高相位电压部分和低相位电压部分，并且将不需要的相位电压部分作用于无用的零部件，并且将需要的相位电压部分作用于LED芯片网络400，从而获得所需要的与脉冲周期参数的变化对应的脉冲电压。

本发明的脉冲周期参数形成的脉冲周期曲线多达256万种，本实施例选取其中2种进行示例说明。本实施例选取脉冲周期具有三个发光阶段的发光曲线，如图7和图8所示。优选的，本发明的脉冲周期内的发光阶段可以是两个发光阶段，也可以是四个发光阶段，甚至更多个发光阶段。各个发光阶段的发光时长可以相同，也可以不相同。各个发光阶段的发光曲线可以是彼此独立的，也可以是连续的。

图7和图8的横轴表示时间，单位为ms。纵轴表示强度或相对强度，单位不限，用国际通用符号a.u表示。图7和图8的脉冲周期为15ms。

如图7所示，第一发光阶段的发光强度不变，在5ms时进入第二发光阶段。第二发光阶段的发光强度按照预设的曲线变化，发光强度随时间先增强，然后降低，并且在10ms时进入第三发光阶段。第三发光阶段的发光强度较低，从第二发光阶段的最后一个发光强度开始逐渐趋近于零坎德拉。

如图8所示，第一发光阶段的发光强度随时间逐渐增强，在5ms时进入第二发光阶段。第二发光阶段的发光强度按照预设的曲线逐渐降低，在10ms时进入第三发光阶段。特别的，第二发光阶段的发光曲线按照阶梯式的曲线逐渐降低。第三发光阶段的发光强度较低，从第二发光阶段的最后一个发光强度开始逐渐趋近于零坎德拉。

本发明的脉冲周期发光参数按照脉冲周期发光曲线循环变化，使LED芯片由明亮变为黑暗，从而形成了在脉冲周期内具有明显明暗交替变化且频闪的频率较高的发光装置。由于脉冲周期普遍较短，因此LED发光装置的部分频闪快于人眼可以感知的程度。因此，本发明的LED发光装置的频闪，有的人类或动物可以感知，有的无法感知。但是，植物对于LED发光装置的频闪频率和发光曲线的变化具有明显的感知能力，因而能够接受不同的发光曲线和频率的变化来改变光合作用的效率，缩短生长期间。

特别的，本领域技术人员也可以基于本发明的方法，基于植物的生理特征来设置脉冲周期的发光参数、发光曲线和发光时长来形成特殊的脉冲周期参数，从而达到减慢植物的光合作用效率、使植物延长某一段生长时期的效果。即本发明的脉冲周期发光参数以及发光曲线，既能够用来加快植物的生长速度，也能够用来延缓植物的生长速度。特别的，本发明也适用于禽类、畜类、海鲜养殖等领域的养殖。用来改善动物或水产动物的生长速度。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种非恒流电驱动的植物照明用LED发光装置，其特征在于，所述LED发光装置至少包括光引擎模块和至少一组具有照明驱动电路的LED芯片网络，

所述光引擎模块将一个周期的脉冲电流分割为至少两个可控发光阶段，基于植物叶片对光线的吸收参数变化分别调整每个发光阶段的与时间相关的发光参数从而形成与时间相关的一组脉冲周期发光参数，所述LED芯片网络响应于所述光引擎模块控制的脉冲电流而产生在一个脉冲周期内具有明暗变化的可控光，其中，至少一个发光阶段的发光强度以趋近于零坎德拉的发光曲线变化。

2.如权利要求1所述的LED发光装置，其特征在于，所述光引擎模块将一个周期的脉冲电流分割为三个可控发光阶段，

所述光引擎模块基于观察时间内所述植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数和对应的预设比例阈值调整第一发光阶段的发光参数和发光时长，

所述光引擎模块基于观察时间内所述植物在第二发光阶段的第二输入光与发射的第二输出光的第二比例参数和/或所述第一比例参数与所述第二比例参数的预设差值来调整第二发光阶段的发光参数和发光时长，

第三发光阶段的发光强度接近或等于零坎德拉。

3.如权利要求2所述的LED发光装置，其特征在于，所述光引擎模块基于植物的色素参数和/或生长期参数确定所述第一发光阶段和所述第二发光阶段中的与时间相关的发光强度、发光时长、发光曲线参数、发光波长和发光光谱中的至少一个参数，

所述光引擎模块基于所述植物的位置参数以及脉冲周期发光参数的阈值选择并确定所述LED芯片网络中的对应位置的至少一个LED芯片对植物进行照射。

4.如权利要求1所述的LED发光装置，其特征在于，所述LED发光装置还包括分析模块和植物参数采集模块，

所述分析模块基于所述植物参数采集模块采集的植物参数向数据库发送匹配请求以匹配与时间相关的至少一组脉冲周期发光参数，

所述分析模块从所述植物参数提取环境特征参数和/或植物特征参数，并且根据所述环境特征参数和/或植物特征参数与所述脉冲周期发光参数的至少一个适应性参数选择一组脉冲周期发光参数并发送至所述光引擎模块。

5.如权利要求4所述的LED发光装置，其特征在于，所述分析模块基于持续性采集的环境特征参数和/或植物特征参数、植物在第一发光阶段的第一输入光与发射的第一输出光的第一比例参数和植物在所述第二发光阶段的第二输入光与发射的第二输出光的第二比例参数评估当前脉冲周期发光参数与植物的所述适应性参数，

在所述适应性参数低于预设适应性阈值的情况下，所述分析模块重新向所述数据库发送匹配请求以再次匹配与环境特征参数和/或植物特征参数匹配的至少一组脉冲周期发光参数。

6.如前述权利要求之一所述的LED发光装置，其特征在于，所述LED发光装置还包括数据标识更新模块，

所述数据标识更新模块基于所述分析模块选择的第一适应性参数大于适应性阈值的至少一组脉冲周期发光参数标记其与环境特征参数和/或植物特征参数关联的关联标识，

在至少两组环境特征参数和/或植物特征参数的相似度小于相似度阈值的情况下，所述数据标识更新模块选取其适应性参数大于所述第一适应性参数的至少一组脉冲周期发光参数来动态更新关联标识，从而分析模块对具有关联标识的至少一组脉冲周期发光参数进行优先匹配。

7.如前述权利要求之一所述的LED发光装置，其特征在于，所述光引擎模块至少包括电流调节驱动电路和控制模块，所述电流调节驱动电路以分割电压相位的方式调整电流以对应于脉冲周期内至少两个发光阶段的发光参数的脉冲电流的方式变化，所述控制模块基于所述分析模块的植物特征参数选取与所述植物的位置相对于的LED芯片。

8.如前述权利要求之一所述的LED发光装置，其特征在于，所述光引擎模块基于分析模块选取的至少两组脉冲周期发光参数指定至少一个LED芯片按照限定的时间对植物进行交替照射，以增强植物对脉冲周期内至少两个发光阶段的刺激反馈。

9.如权利要求8所述的LED发光装置，其特征在于，所述植物参数采集模块采集所述植物在至少一个照射区域内的种类、生长期参数、色素参数和输入光与输出光的比例参数中的一种或几种。

10.如前述权利要求之一所述的LED发光装置，其特征在于，所述LED芯片网络至少包括涂覆有发光涂层的蓝光、紫光和/或紫外光的LED芯片，所述发光涂层包括蓝色发光涂层、绿色发光涂层、黄色发光涂层和/或红色发光涂层，

所述蓝色发光涂层至少包括Ca₉Bi(PO₄)₇:Eu²⁺、Sr₄Al₁₄O₂₅:Eu²⁺、Dy³⁺、SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺、Sr₂P₂O₇:Eu²⁺、Ca₂P₂O₇:Eu²⁺中的一种或几种；

所述绿色发光涂层至少包括Ca₂MgSi₂O₇∶Eu²⁺、Ca₃SiO₅:Eu²⁺、(Ba_1-xSr_x)₂SiO₄:Eu²⁺、A₂DSi₂O₇:Eu²⁺、Lu₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Ga₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Lu_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺中的一种或几种；

所述黄色发光涂层至少包括BaSiO₃:Eu²⁺、Ca₄(PO₄)₂O:Ce³⁺、NaAlSiO₄:Eu²⁺、Y₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}、(Y_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、(Y_1-xGa_x)₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、Ba_13.35Al_30.7Si_5.3O₇₀:Eu²⁺、Zn₂P₂O₇:Sm³⁺,Li⁺、Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu²⁺中的一种或几种；

所述红色发光涂层至少包括CaAlSiN₃:Eu²⁺、Sr_xCa_(1-x)AlSiN₃:Eu²⁺、Ca₄(PO₄)₂O:Eu²⁺、Sr₃SiO₅:Eu²⁺、(Sr_1-xBa_x)₃SiO₅:Eu²⁺、CaSi₃N₅:Eu²⁺、Sr₉Mg_1.5(PO₄)₇:Eu³⁺、Zn₂P₂O₇:Tm³⁺,Mn²⁺、Ba₆Al₁₈Si₂O₃₇:Eu²⁺、Sr₂CeO₄:Eu³⁺、Sr_1.7Zn_0.3CeO₄:Eu³⁺、M₂Si₅N₈:Eu²⁺中的一种或几种，其中，M＝Ca，Sr或Ba。