CN108551909A - 一种植物照明装置的频闪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种植物照明装置的频闪方法，包括：设置驱动电路的照明组件网络与用于接收恒定电压的一组输入端子连接以接收周期性的脉冲电压，驱动电路调节输入的脉冲电压并且将一个脉冲周期切分为至少两个阶段，至少一个阶段为电压值从设定值变化至零伏电压的变压阶段，一个阶段为无电压阶段，照明组件响应于变压阶段的电压和/或电流变化调整发光时长、发光强度、发光光谱和/或发光曲线的变化规律以发出可控光，照明组件响应于无电压阶段的无电压状态而产生发光强度/亮度接近或等于零坎德拉的可控光，基于植物位置参数、生长阶段特征和/或生长元素特征来选择对应的照明控制方案，使得照明组件的周期性光变化与植物的生长需求匹配。

Description

一种植物照明装置的频闪方法

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种照明装置的频闪方法。

背景技术

每种植被的生长都需要光，但每种植被在各个生长期间所需的光的波长以及光的照射时间和照射密度是不同的。植物生长灯在设施栽培环境中的大量研究与应用表明，它可以解决其它人工光源存在的光谱成分中光质不纯、光强不一致、光源照射能效低等难题。采用植物生长灯补光技术，能够显著促进菠菜、萝卜和生菜的发育，提高形态指标，其生长速率、光合速率都提高20％以上。能够使甜菜中的甜菜素生物积累量最大，并在毛根中产生最高的糖分和淀粉积累。频闪灯能使胡椒、紫苏的茎叶的形态发生显著变化，植株的光合速率明显提高。使用在花卉上，能增加花芽数和开花数，可提高花的品质、延长花期。可引起万寿菊和鼠尾草两种植物的气孔数目增加，而气孔的增加意味着光合作用的提高。植物组培灯补光技术将是都市设施农业和 IT农业(科技农业)的发展方向。目前在日本与中国台湾的花卉、蔬菜种植中已开始流行。

很多有关光合作用效率和和植物生长的研究都已被报道。科研表明已经发现浮萍的生长率会随着黑暗和光照交替周期时长的减少而下降，在光照周期为1分钟时达到最小生长率；但是光照周期为5秒的生长率与光照周期为 12小时的生长率大致相当。类似地，科研表明观察到黄瓜在1分钟光照1 分钟黑暗的交替情况下吸收二氧化碳的速率是在12小时光照12小时黑暗的交替情况下吸收二氧化碳的速率的一半。其他的科研也表明，根据希尔反应，小球藻处于光照的最佳强度下时，将导致其在黑暗周期下的生长率达到最低值。因此，如何通过光照的频闪频率和周期来缩短植物的生长周期是目前市场上需要解决的技术问题。

中国专利(CN104519733 A)公开了一种在受控环境中刺激植物生长的方法，该方法包括以下步骤：提供一对输入端子，该对输入端子被适配成用于接收一个周期性的激励电压，这样使得该对端子接收一个大小相等和极性相反的电流，所述电流响应于该激励电压而流动以提供一个交流输入；提供一个具有驱动电路的照明组件，该驱动电路接收该交流输入并调节该电流；提供一个照明元件网络，这些照明元件响应于经调节的电流而以一预定的波长产生光；将该照明组件定位在一株植物邻近，这样使得所产生的光被该植物接收；并且借助一个控制组件来调制这些照明元件的经调节的电流以便可控地提供多个预定的亮和暗周期，从而刺激该植物的持续生长。但是，该专利的亮周期内的发光参数是恒定的，植物获得的明暗周期是不变的。植物在光照期间容易产生光照疲惫现象。而且，该专利没有对亮周期和暗周期内的光强度、光谱、发光时长和植物的成长关系进行进一步的研究，也没有形成亮周期和暗周期内的发光曲线变化。因此，该专利不能够精确的将明暗周期与植物的光合作用进行准确匹配。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种植物照明装置的频闪方法，其特征在于，所述方法至少包括：设置驱动电路的照明组件网络与用于接收恒定电压的一组输入端子连接以接收周期性的脉冲电压，所述驱动电路调节输入的所述脉冲电压并且将一个脉冲周期切分为至少两个阶段，至少一个阶段为电压值从设定值变化至零伏电压的变压阶段，一个阶段为无电压阶段，所述照明组件响应于变压阶段的电压和/或电流变化调整发光时长、发光强度、发光光谱和/或发光曲线的变化规律以发出可控光，所述照明组件响应于无电压阶段的无电压状态而产生发光强度/亮度接近或等于零坎德拉的可控光，基于生长空间内的植物的空间位置、生长阶段特征和/或生长元素特征来选择所述照明组件网络中与植物的光需求位置对应的照明组件和照明控制方案，使得所述照明组件的周期性光变化与植物的生长需求匹配。本发明通过电压调节来实现发光周期的有规律的调节，改变照明组件的发光时长、发光强度、发光光谱和发光曲线中的一种或几种参数，从而实现针对植物的特征进行定制的频闪，缩短植物的生长周期，创造植物的最大效益。

根据一个优选实施方式，所述方法还包括：获取与植物相关的市场动态信息和生长特征信息，根据所述市场动态信息和生长特征信息控制所述驱动电路调节所述照明组件的发光周期内各个发光阶段的发光时长、发光曲线、发光光谱中的至少一个参数来形成动态的照明控制方案。通过引入市场动态信息来建立照明控制方案，使得植物的生长状况与市场需求建立关联，促进植物的种植效益，避免植物在市场效益不好时成熟。

根据一个优选实施方式，所述方法还包括：基于所述市场动态信息和/ 或生长特征信息动态调节植物的生长元素配置方案，其中，基于分析服务器或第三方服务机构获取与时间和/或植物相关的包括交易趋势的所述市场动态信息，基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线获取所述生长特征信息，基于所述市场动态信息和/或生长特征信息调整所述照明控制方案、所述生长元素配置方案中的营养元素、空气元素和/或植物空间位置。光合色素可以作为氮素胁迫、光合作用能力和发育阶段(特别是衰老阶段)的指示器。因此针对光合色素的检测来调节照明控制方案中的发光时长、发光强度、发光光谱和发光曲线中的一种或几种参数，能够基于市场信息来调节植物的成熟情况和生长元素配置方案，实现光信息与植物之间的需求定制。

根据一个优选实施方式，所述方法还包括：基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益获取所述生长特征信息。

根据一个优选实施方式，所述驱动电路将一个脉冲周期切分为三个阶段，第一阶段为恒定电压阶段或变压阶段，第二阶段为从所述恒压阶段的电压值连续变化到零伏电压的变压阶段，第三阶段为无电压阶段，其中，第一阶段和第二阶段的电压变化、发光时长和光谱变化可控；所述照明组件响应于第一阶段的电压和/或电流的变化按照由发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数发出第一可控光，所述照明组件响应于第二阶段的电压和/或电流变化按照由发光强度、发光时长和发光光谱中的至少一组参数发出发光强度/亮度呈下降趋势的第二可控光，所述照明组件响应于第三阶段的无电压状态而产生发光强度趋近或等于零坎德拉的第三可控光。将发光周期划分为三个发光阶段，增加了周期内光变化的维度，使得发光组件能够产生更多的发光方式，符合多种植物的光需求。优选的，恒压阶段和变压阶段的光变化综合使用，使得频闪光更能满足植物的需求，获得更好的生长效果。

根据一个优选实施方式，至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来设置，和/或至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线来设置。优选的，将发光周期内的每一个发光阶段的发光特征与植物的生长特征相关联，进一步实现频闪光与植物的需求定制，充分满足植物的需要，并且促进植物的成熟，缩短了生长周期。

根据一个优选实施方式，所述方法还包括：将基于所述照明控制方案和所述生长元素配置方案预测的虚拟植物生长特征信息与对应阶段的真实生长特征信息的差异进行分析，并且基于所述分析的结果信息、所述市场动态信息和所述生长特征信息动态更新所述生长元素配置方案。生长元素配置方案仅能满足植物的近期需求，因此需要及时调整。而盲目的调整不符合市场形式，最终导致亏损。因此，基于市场动态信息对生长配置方案进行预测和调整，能够及时使植物的生长效率和成熟周期的利益最大化。

根据一个优选实施方式，基于所述市场动态信息和与相应类型的植物相关的生长速度排序方式提供至少两个生长元素配置方案，并通过预测方式确定在应用所述至少两个生长配置方案的情况下当前植物的虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异。

根据一个优选实施方式，基于虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异按照与所述生长元素配置方案相关的方式设置选择的优先顺序。对生长元素配置方案进行选择顺序的排列和选择，能够得到更有利于植物生长的生长元素配置方案。生长元素方案与照明控制方案结合在一起对植物共同作用，促进植物的生长和成熟。

根据一个优选实施方式，在植物的位置信息、市场动态信息和/或生长元素配置方案不变的情况下，基于植物的光合色素分布参数和/或光响应曲线调整所述照明组件的坐标、所述第二变压阶段的光谱种类以及至少一个光谱变化顺序来调整植物的生长速度。本发明通过植物的光合色素分布参数和 /或光合色素分布结构图来调整照明组件及其发光周期和发光方式，有利于基于需要手动进一步改变植物的生长周期和生长速度。

附图说明

图1是本发明的其中一种的三个发光阶段的发光曲线示意图；

图2是本发明的优选的发光强度的5种发光曲线示意图；

图3是本发明的优选的发光强度的7种发光曲线示意图；

图4是本发明的第二发光阶段在0～5ms、A～C阶段的光谱变化曲线示意图；

图5是本发明的第二发光阶段在10～12ms、A～C阶段的光谱变化曲线示意图；

图6是本发明的第二发光阶段在12～15ms、A～C阶段的光谱变化曲线示意图；

图7是本发明的第二发光阶段在0～5ms、D～F阶段的光谱变化曲线示意图；

图8是本发明的第二发光阶段在10～12ms、D～F阶段的光谱变化曲线示意图；

图9是本发明的第二发光阶段在12～15ms、D～F阶段的光谱变化曲线示意图；和

图10是本发明植物的其中一种光补偿点对应的等照度三维曲面的示意图；和

图11是本发明植物的其中一种光饱和点对应的等照度三维曲面的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

本实施例对本发明的照明装置的频闪方法进行说明。

一种植物照明装置的频闪方法，其特征在于，方法至少包括：设置驱动电路的照明组件网络与用于接收恒定电压的一组输入端子连接以接收周期性的脉冲电压，驱动电路调节输入的脉冲电压并且将一个脉冲周期切分为至少两个阶段。至少一个阶段为电压值从设定值变化至零伏电压的变压阶段，一个阶段为无电压阶段。照明组件响应于变压阶段的电压和/或电流变化调整发光时长、发光强度、发光光谱和/或发光曲线的变化规律以发出可控光。照明组件响应于无电压阶段的无电压状态而产生发光强度/亮度接近或等于零坎德拉的可控光。

优选的，驱动电路将一个脉冲周期切分为三个阶段，第一阶段为恒定电压阶段或变压阶段，第二阶段为从恒压阶段的电压值连续变化到零伏电压的变压阶段，第三阶段为无电压阶段，其中，第一阶段和第二阶段的电压变化、发光时长和光谱变化可控。照明组件响应于第一阶段的电压和/或电流的变化按照由发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数发出第一可控光。即第一阶段的光可以是发光强度恒定的光，也可以发光强度变化的光。

照明组件响应于第二阶段的电压和/或电流变化按照由发光强度、发光时长和发光光谱中的至少一组参数发出发光强度/亮度呈下降趋势的第二可控光。即第二阶段的光的发光强度逐步减弱。照明组件响应于第三阶段的无电压状态而产生发光强度趋近或等于零坎德拉的第三可控光。发光周期内三个阶段连续就形成了具有明暗变化的、频闪现象的频闪照明装置。例如，在一个20ms的发光周期内，实现三个阶段的发光。其中第一阶段、第二阶段和第三阶段所对应的发光参数各不相同。第二阶段其亮度或光强呈下降趋势。第三阶段不发光，或其发光强度接近或等于零坎德拉，仅第一发光阶段与第二发光阶段发光。第一发光阶段与第二发光阶段其发光颜色可以不同，即是光的波长可以不同。

本发明的照明装置包括DC驱动模式和AC驱动模式的照明装置。照明装置中的发光体可以是白炽灯、LED灯、OLED灯、节能灯、激光、氙灯、高压钠灯等，甚至可以是蜡烛或打火机等。优选的，基于现代化的植物种植技术以及应用，选取若干LED灯构建为照明网络来为植物进行周期式照射。优选的，照明装置通过驱动电流、脉冲电流和/或光转换材料调节来实现发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱的至少一组参数。本发明中，发光相对亮度为发光强度的泛指，其单位可以是lux、lm、cd等。发光体发出的光可以是单色光或复合颜色光中的一种或两种或多种。也可以为可见光或不可见光中的一种或两种或多种。也可以为紫外光或红外光中的一种或两种或多种，也可是宽谱光。发光周期内第一阶段、第二阶段和第三阶段的发光参数可以通过电路设计来控制、使用固定的物理装置来调控和使用光转换材料来控制。本发明的发光周期不局限于列举的ms，还包括其它时间单位，例如年、月、日、时、分、秒、微秒和纳秒。发光周期的单位基于照明的对象的需求和生长特征来选择。

本发明的频闪方法形成的照明光源，可以通过对周期内三个阶段的发光参数进行任意组合来形成不同的照明装置。例如，通过该方法制作的光源A 和光源B组成的新的发光装置C，其中A光源不发光时长为1ms，B光源不发光时长为7ms，可以通过调节光源A和光源B的发光时长来控制该发光装置C的不发光时长。装置C其不发光时长可以是0％A+100％B＝7ms，也可以是50％A+50％B＝4ms。

优选的，本发明的每个发光周期内的各个阶段的发光时长不限于附图所示的时长，可以根据需要进行任意时间长度的设置。

本发明对图1至图9的光信号的特征曲线变化进行详细说明。本发明的优选的第一发光阶段的特征曲线的变化趋势如图2至图4所示。图中的横轴表示时间，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。本实施例的发光周期优选为20ms，第一发光阶段为0～5ms，第二发光阶段为5～15ms，第三发光阶段为15～20ms。

如图1和图2所示的1-6号发光曲线，第一发光阶段的发光强度恒定。如图3所示的7号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有急速上升和急速下降的反复变化，但是整体曲线的变化范围不变。如图4所示的8号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有缓慢上升和缓慢下降的反复变化，但是整体曲线变化范围不变。如图3所示的9号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有阶梯上升和阶梯下降的变化。如图3所示的10号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有平滑上升和平滑下降的变化。如图3所示的11号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有按照直线下降的变化趋势。如图3所示的12号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有先阶梯下降后阶梯上升的变化。如图3所示的13号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有先平滑下降后平滑上升的变化。

如图1和图2所示的1-6号发光曲线，展示了其中几种第二发光阶段的特征曲线的变化。如图1所示的1号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凹形曲线的下降趋势。如图2所示的2号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凸形曲线的下降趋势。如图2所示的3号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凹形波浪曲线的下降趋势。如图2所示的4号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凸形波浪曲线的下降趋势。如图2所示的5号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈阶梯形曲线的下降趋势。如图2所示的6号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈直线形曲线的下降趋势。

图4至图9是本发明的光谱变化展示图。横轴表示波长，单位为nm。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。

其中，图4和图5展示了发光周期内0～5ms的第一发光阶段的A～F 六个阶段的光谱。光谱的变化顺序为A→B→C→D→E→F。优选的，光谱的变化顺序可以按需改变。如图5所示，光信号在A阶段的发光光谱介于波长 350～700nm，波峰分别位于450nm、550nm和650nm。光信号在B 阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰分别位于450nm和550nm。光信号在C阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰分别位于450nm 和650nm。如图5所示，光信号在D阶段的发光光谱介于波长150～ 800nm，波峰分别位于250nm和650nm。光信号在E阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰分别位于450nm、650nm和850nm。光信号在F阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰分别位于650nm和 850nm。

其中，图6和图7展示了发光周期内10～12ms的第二发光阶段的A～ F六个阶段的光谱。光谱的变化顺序为A→B→C→D→E→F。优选的，光谱的变化顺序可以按需改变。如图6所示，光信号在A阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰分别位于550nm和650nm。光信号在B阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰位于550nm。光信号在C阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰位于650nm。如图7所示，光信号在D 阶段的发光光谱介于波长150～800nm，波峰位于650nm。特别的，特征曲线在650nm附近的发光强度急速上升和下降。光信号在E阶段的发光光谱介于波长150～850nm，波峰位于650nm。特别的，特征曲线在650nm 附近的发光强度急速上升和缓慢下降。光信号在F阶段的发光光谱介于波长 150～900nm，波峰位于650nm。特别的，特征曲线在650nm附近的发光强度缓慢上升和缓慢下降。

其中，图8和图9展示了发光周期内12～15ms的第三发光阶段的A～ F六个阶段的光谱。光谱的变化顺序为A→B→C→D→E→F。优选的，光谱的变化顺序可以按需改变。如图8所示，光信号在A阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰位于550nm，并且在550nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在临近峰值急速上升，在到达峰值后缓慢下降。光信号在B阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰位于550nm，并且在550nm 附近的发光强度随着波长缓慢上升，在到达峰值后缓慢下降。光信号在C阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰位于650nm，并且在650nm 附近的发光强度随着波长缓慢上升，在到达峰值后急速下降。

如图9所示，光信号在D阶段的发光光谱介于波长150～850nm，波峰位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在到达峰值后缓慢下降。光信号在E阶段的发光光谱介于波长150～850nm，波峰分别位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在临近峰值急速上升并在到达峰值后缓慢下降。光信号在F阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在临近峰值急速上升并在到达峰值后缓慢下降。优选的，D→F阶段中，E阶段峰值的发光强度相对较低。

本发明还包括其它变化形式的特征曲线，种类众多，无法一一展示。

根据试验结果，与12小时连续光照相比，0.04毫秒频闪下某些植物重量增长能够多出一倍多。浮萍的生长率会随着黑暗和光照交替周期时长的减少而下降，在光照周期为1分钟时达到最小生长率；但是光照周期为5秒的生长率可以与在光照周期为12小时的生长率相比较。类似地，黄瓜在1分钟交替闪光情况下吸收二氧化碳的速率是在12小时光照12小时黑暗交替情况下吸收二氧化碳的速率的一半。根据希尔反应，小球藻在接受最高强度的闪光后处于黑暗阶段导致其生长达到最大值。

浮萍等植物在400W的汞灯下生长，并暴露在温度约为77℉，1000 英尺烛光下。这些植物在使用的铜含量微调至25ppb的培养液中生长。生长率在72小时后进行测量，在光照和黑暗周期性交替中，持续性光照被利用的时长变化范围为从12小时到0.004秒。每个闪光期间的生长率在不同时间内至少测两次，每次至少重复测量四次。四片成熟的从母体中被转接同一代的叶片被放置到装有培养液的125cc锥形瓶中。暴露72小时后，计算叶片数量并记录干重。根据希尔反应，植物按时间单位而不是光照单位增长。生长是根据干重测量而不是根据吸收的二氧化碳测量。每次的处理都是延长足够长的时期以允许几次无性繁殖。本发明记录在闪光周期短至只有5秒的条件下增加的干重，在此期间植物生长比在闪光周期为1分钟条件下生长要快。在2-min暴露下使用0.004秒闪光的生长率要快4倍，并且大约是光照周期为12小时的生长率的2倍；且与持续光照相比具有更多的生长。在 0.004秒的闪光频率似乎得到最大的生长率，而超过0.01秒后生长率增加的不明显了。即使在同一光照持续时间下重复实验三四次，循环效应对浮萍的生长率在曲线上可能产生轻微振幅，即便当生长在所提供的闪光周期内重复3或4次但生长率是相同的。这个振幅不会影响取决于闪光周期的总生长率。

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，在实施例1的基础上，本发明的照明装置的频闪方法还包括：获取与植物相关的市场动态信息和生长特征信息，和根据市场动态信息和生长特征信息控制驱动电路调节照明组件的发光周期内各个发光阶段的发光时长、发光曲线、发光光谱中的至少一个参数来形成动态的照明控制方案。

例如，市场动态信息包括与植物相关的交易量信息、产地信息、产量信息、种植信息、价格信息等原始信息，也包括经过处理和分析后的市场信息，从而掌握植物的市场交易价格趋势以及市场需求。生长特征信息包括与植物的生长状态相关的特征信息。例如，植物的植株大小、生长阶段、植物的叶片尺寸、叶片的颜色、花蕾状态、叶片输入的光和发射的光及其之间的比例、叶片的光合色素的分布结构图及光合色素的检测值、光响应曲线等等。优选的，生长特征信息不仅包括对植物进行监测并采集的与生长特征相关的数据信息，也包括对采集的原始信息分析后获得的分析信息。

基于市场动态信息和第二植物生长特征信息来控制驱动电路调节照明装置的发光周期内三个阶段的发光时长、发光强度、发光曲线和发光光谱，形成能够促进植物按照需求来生长的照明控制方案。

优选的，本发明基于市场动态信息和/或生长特征信息动态调节植物的生长元素配置方案。在植物生长的过程中，生长元素是不可缺少的，生长元素的种类能够影响植物的生长速度和健康状况。因此，基于不同的需求来调节植物的生长元素配置方案，从而控制植物生长速度匹配市场需求。生长元素配置方案中的生长元素至少包括营养元素、空气元素、气体流速和空间位置。

优选的，应用相应的生长元素配置之后，还可以通过调节照明控制方案来调节相应类型的植物在相应的环境条件和养料供应方案下的实际生长速度，当实际生长速度与预计的生长速度的匹配度低于第一阈值时，据此迭代更新相应的生长配置文件。通过该方式可以使植物工厂对相应类型的植物的生长速度的调控精准度不断地提高，提高植物工厂的生产可靠性。更优选的，迭代更新相应的生长配置文件后，植物工厂可以将该相应的生长配置文件按照与该植物工厂的地理参数和/或设备型号相关的方式上传到云端服务器，以供其他适配的植物工厂选择使用，以促进植物工厂的生长元素配置文件的革新。

优选的，基于分析服务器或第三方服务机构获取与时间和/或植物相关的包括交易趋势的市场动态信息。市场动态信息可以通过集合市场多方面的信息分析得到，也可以直接从第三方分析机构或云服务器获得。市场动态信息包括交易价格趋势变化，有利于根据市场交易价格和交易量来调节植物的生长情况，使植物在价格和交易量最优的情况下成熟和收获，获得植物种植效益的最大化。

优选的，基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息获取生长特征信息。

本发明以红薯叶片的光合色素采集方法为例进行说明。光合色素采集方法包括如下步骤：

S1：获取红薯叶片的图像；

S2：将图像分割为预设规格的若干单元，将若干单元构成单元矩阵；

S3：采集单元的图像数据；

S4：根据预设的光合色素方程和图像数据计算得到单元的光合色素含量；

S5：根据光合色素含量和单元矩阵获得红薯叶片的光合色素分布图；

其中，图像数据为RGB彩色模型数据；

红薯叶片的光合色素含量包括叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量；

光合色素方程包括：叶绿素a含量＝3.862-0.806ln(R-B)，

叶绿色b含量＝1.161-0.238ln(R-B)，

总叶绿素含量＝5.023-1.044ln(R-B)，

类胡萝卜素含量＝0.000486(0.886B-0.229R-0.587G)+0.546；

其中：R为RGB彩色模型数据中红色的归一化后的数值，G为RGB彩色模型数据中绿色的归一化后的数值，B为RGB彩色模型数据中蓝色的归一化后的数值。

本发明通过摄像装置采集植物叶片的光合色素图像数据，并且通过用于光合色素图像数据处理的专用集成芯片、服务器、微处理或云服务器等光合色素处理设备分析植物叶片的光合色素分布图。

优选的，光合色素处理设备包括：解构单元、采集单元，计算单元和综合单元。

解构单元用于将图像分割为预设规格的若干单元，将若干单元构成单元矩阵。

采集单元用于采集单元的图像数据。该图像数据为RGB彩色模型数据。 RGB即使代表红绿蓝三个通道的颜色，该模型为每个单元分配一个0～255 之间的无量纲强度值，本实施例是将每个单元的RGB数据除以256进行归一化处理，得到[0，1]之间的无量纲常数，并将其作为该图像数据。

计算单元用于根据预设的光合色素方程和图像数据计算得到单元的光合色素含量。

综合单元用于根据光合色素含量和单元矩阵获得光合色素分布图。利用计算单元计算得到的每一单元的光合色素含量和解构单元得到的单元矩阵得到红薯叶片的光合色素分布图。

本发明的光合色素检测方法无需将叶片进行切割然后利用化学法分别测定其光合色素含量，只是对叶片的图像进行分析，测定速度极快，平均用时不超过20秒。优选的，本发明的植物设置在无日光的环境下，而本发明的光合色素检测方法需要在黑暗中采集。因此，本发明的摄像装置在照明组件处于发光周期内的无电压阶段时采集植物叶片的光合色素。摄像装置可以通过随机选择发光周期以及无电压阶段来采集植物叶片的光合色素的分布结构及其变化。由于发光周期为毫秒，则摄像装置能够采集植物的各个叶片的成千上万的光合色素图像来精确植物的生长阶段的状况以及需要光元素，因为能够基于光合色素的检测信息来获取第二植物特征信息。

虽然本发明通过加强光的频闪效应来加强植物的生长速率，但是不恰当的发光强度反而会伤害植物，使植物生长缓慢，因此，本发明基于光度学选择照明网络中的至少一个距离适宜的照明组件，或者调节照明组件的空间位置。

例如，虽然本发明的照明组件的发光强度是变化的，但是照明组件发光周期内的最大发光强度应当小于伤害植物的发光强度。因此，需要通过光量子学、植物光度学以及光度学散打系统的转换，计算出植物光补偿点和光饱和点PPF对应的照度，得到照明组件与植物的安全照明距离和最小照明距离。

本发明通过光度学计算照明组件与植物的安全照明距离和最小照明距离的方法包括：

(1)采用光合测定系统测定植物的光响应曲线，确定该植物的光补偿点和饱和点的光合子通量PPF。使用光谱照度计测量照明组件中LED红、蓝或绿光源的光谱功率分布E_e(λ)，根据植物光合敏感曲线P(λ)计算得到光量子学-植物光度学的转换系数：

根据公式由植物光补偿点和光饱和点对应的PPF计算出相应的植物辐照度E_P，其中，n_A为阿伏伽德罗常数，h为普朗克常数，C为光速。

(2)根据照射植物的照明组件的光谱功率分布E_e＇(λ)，计算光度辐射的光合效率：

利用由得出的植物光合辐照度E_P计算出对应的光照度E_V。其中，K_m为光谱光效率函数的最大值，V(λ)为光谱光效率函数，也是人眼视见函数。

(3)由所得光补偿点和光饱和点的照度值，利用照明组件的配光曲线，得出光补偿点和光饱和点对应的等照度三维曲面，如图10和图11所示，直观表示出照明组件内光源对植物光合作用产生影响的参考位置。

优选的，植物光补偿点对应的等照度三维曲面，给出了照明组件在用于植物照明时的安全照明距离，小于该距离处的照度超过了光补偿点的对应照度，则植物会产生净光合。植物光饱和点对应的等照度三维曲面，给出了照明组件在用于植物照明时的最小照明距离，小于该距离处的照度超过了光饱和点的对应照度，影响植物的健康成长。

优选的，基于市场动态信息和/或生长特征信息调整照明控制方案、生长元素配置方案中的营养元素、空气元素和/或植物空间位置。

例如，根据从第三方预测机构获取的市场动态信息，8月12日、9月 20日和9月26日在植物工厂内分三批次种植了芹菜。第一批次的芹菜预计 10月12日收获，预计产量为1吨，第二批次的芹菜预计11月20日收获，预计产量为1.2吨，第三批次的芹菜预计11月26日收获，预计产量为2 吨。10月6日从第三方预测机构获取的市场动态信息与前期获得的市场动态信息相比有变化。具体表现为，11月20日到11月27日期间由于其他供方产出的芹菜量增多，市场供应充足，导致该期间内芹菜的需求量不大。 11月27日至12月1日需求量上升。因此，获取现阶段的植物第二特征生长信息并调整与第二批次和第三批次对应的各种植区域的照明组件的光照控制方案和生长元素配置方案中的营养元素、空气元素和/或植物空间位置以调整第二批次和第三批次的芹菜的生产速率，使第二批次和第三批次种植的芹菜的收获时间调整至11月27日至12月1日期间。特别的，在照明组件的位置移动不利于照明的情况下，植物的空间位置的调整有利于弥补照明组件的照明缺陷，从而通过调节植物的空间位置来获得更好的空气元素、营养元素和光照。

优选的，本发明基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益获取生长特征信息。

随着植物的生长特征的变化，植物对光的吸收与发射的比例或发生变化。因此，分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益能够确定植物的生长特征。

优选的，至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来设置。即植物的照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益发生变化，则照明组件的发光周期内至少一个变压阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数相应发生变化，从而通过使植物叶片的输入光与输出光的比例发生变化来使植物对光的吸收达到最优化。

优选的，至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线来设置。基于植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线来来调节发光周期内至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数，使得部分光照能够与植物叶片的光合色素分布情况相匹配，优化植物对光的吸收和利用。或者，通过对光响应曲线的分析避免光对植物叶片的伤害。

优选的，将基于照明控制方案和生长元素配置方案预测的虚拟植物生长特征信息与对应的真实生长特征信息的差异进行分析，并且基于分析的信息、市场动态信息和生长特征信息动态更新生长元素配置方案。

根据照明控制方案和生长元素配置方案对植物的生长状况进行预测，得到虚拟的植物生长特征信息。并且，将虚拟的植物生长特征信息与对应阶段的真实生长特征信息的差异进行分析，确定造成植物生长差异的因素。若造成差异的因素在于虚拟公式的计算，有利于进一步修正虚拟公式。若造成差异的因素在于植物的生长元素配置方案和照明控制方案，则有利于及时调整生长元素配置方案和照明控制方案，使植物按照预期的生长速度来生长。优选的，将分析的信息、市场动态信息和生长特征信息结合在一起来重新调整生长元素配置方案，使得生长元素配置方案更能够促进植物按照预期来生长，从而使植物的效益最优化。

优选的，基于市场动态信息和与相应类型的植物相关的生长速度排序方式提供至少两个生长元素配置方案，并通过预测方式确定在应用至少两个生长配置方案的情况下当前植物的虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异。通过虚拟方式确定在应用至少两个生长配置方案的情况下当前植物的预期生长状况与设定给植物工厂的生长目标之间的差异可以使应用相应的生长配置方案后植物生长速度更准确地符合生长预期，提高植物工厂的可靠性。

优选的，基于虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异按照与生长元素配置方案相关的方式设置选择的优先顺序。由于植物工厂的能力和储备有限，又存在多个种植区域需要调节，极端情况下，植物工厂中与生长元素配置方案有关的条件可能存在能力和储备不足的情况，因此，通过该方式进行排序和分级，有助于结合植物工厂的实际能力和储备选择适宜的生长配置方案，以优化植物工厂的生产能力和生产需求的关系。

优选的，在植物的位置信息、市场动态信息和/或生长元素配置方案不变的情况下，基于植物的光合色素分布参数和/或光合色素分布结构图调整照明组件的坐标、第二变压阶段的光谱种类以及至少一个光谱变化顺序来调整植物的生长速度。

例如，第二变压阶段的光谱种类以及光谱的变化规律用于与植物的光合色素分布参数和/或光合色素分布结构图相匹配，以使植物的光合作用的效率得到调节，从而影响植物的生长速度。那么，在植物的光合色素分布参数和/或光合色素分布结构图发生变化时，发光组件的第二变压阶段的光谱种类以及光谱的变化规律也进行调整，从而优化或减慢植物的光合作用效率，达到提高或降低植物生长速度的效果，以利于植物的成熟期与市场的需求期交叉，使植物种植获得较大收益。

实施例3

本实施例是对实施例1、实施例2及其结合的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本实施例提供一种用于频闪的照明装置，包括控制模块、驱动电路和照明组件网络。驱动电路的照明组件网络与用于接收恒定电压的一组输入端子连接以接收周期性的脉冲电压。驱动电路调节输入的脉冲电压并且将一个脉冲周期切分为至少两个阶段。至少一个阶段为电压值从设定值变化至零伏电压的变压阶段，一个阶段为无电压阶段。照明组件响应于变压阶段的电压和 /或电流变化调整发光时长、发光强度、发光光谱和/或发光曲线的变化规律以发出可控光。照明组件响应于无电压阶段的无电压状态而产生发光强度/ 亮度接近或等于零坎德拉的可控光。

控制模块基于生长空间内的植物的空间位置、生长阶段特征和/或生长元素特征来选择照明组件网络中与植物的光需求位置对应的照明组件和照明控制方案，使得照明组件的周期性光变化与植物的生长需求匹配。

优选的，本发明的驱动电路将一个脉冲周期切分为三个阶段，第一阶段为恒定电压阶段或变压阶段。第二阶段为从恒压阶段的电压值连续变化到零伏电压的变压阶段，第三阶段为无电压阶段。其中，第一阶段和第二阶段的电压变化、发光时长和光谱变化可控。照明组件响应于第一阶段的电压和/ 或电流的变化按照由发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数发出第一可控光。照明组件响应于第二阶段的电压和/或电流变化按照由发光强度、发光时长和发光光谱中的至少一组参数发出发光强度/亮度呈下降趋势的第二可控光。

照明组件响应于第三阶段的无电压状态而产生发光强度趋近或等于零坎德拉的第三可控光。

优选的，用于频闪的照明装置还包括分析模块。分析模块获取与植物相关的市场动态信息和生长特征信息，根据市场动态信息和生长特征信息控制驱动电路调节照明组件的发光周期内各个发光阶段的发光时长、发光曲线、发光光谱中的至少一个参数来形成动态的照明控制方案。

优选的，分析模块基于市场动态信息和/或生长特征信息动态调节植物的生长元素配置方案。其中，分析模块包括市场动态信息采集模块、生长特征信息采集模块和生长元素配置模块。

优选的，市场动态信息采集模块可以是数据存储模块、数据传输模块或数据分析模块。生长特征信息采集模块包括叶片图像采集设备、光合色素处理设备、光合测定系统、光谱照度计、叶片的输入光与输出光测定设备等。生长元素配置模块包括生长元素测量设备，生长元素测量设备至少包括涉及营养元素的监测设备、存储设备以及输送设备，涉及气体元素的测量设备、存储设备以及输送设备。优选的，测量设备可以是各种功能的传感器。

市场动态信息采集模块基于分析服务器或第三方服务机构获取与时间和/或植物相关的包括交易趋势的市场动态信息，生长特征信息采集模块基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线获取生长特征信息，生长元素配置模块基于市场动态信息和/或生长特征信息调整照明控制方案、生长元素配置方案中的营养元素、空气元素和/或植物空间位置。

优选的，生长特征信息采集模块基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益获取生长特征信息。

优选的，控制模块基于分析模块分析并发送的照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来设置至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数，和/或基于分析模块分析并发送的的至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线来设置至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数。

优选的，本发明的分析模块还包括预测模块。预测模块基于照明控制方案和生长元素配置方案预测的虚拟植物生长特征信息。分析模块将虚拟植物生长特征信息与对应的真实生长特征信息的差异进行分析，并且基于分析的信息、市场动态信息和生长特征信息动态更新生长元素配置方案。

优选的，生长元素配置模块基于市场动态信息和与相应类型的植物相关的生长速度排序方式提供至少两个生长元素配置方案。并且，分析模块通过预测模块确定在应用至少两个生长配置方案的情况下当前植物的虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异。

优选的，分析模块基于虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异按照与生长元素配置方案相关的方式设置选择的优先顺序。

优选的，在植物的位置信息、市场动态信息和/或生长元素配置方案不变的情况下，分析模块基于植物的光合色素分布参数和/或光合色素分布结构图调整照明组件的坐标、第二变压阶段的光谱种类以及至少一个光谱变化顺序，控制模块基于分析模块发送的指令信息来照明组件的坐标、第二变压阶段的光谱种类以及至少一个光谱变化顺序，从而调整植物的生长速度。

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)

1.一种植物照明装置的频闪方法，其特征在于，所述方法至少包括：

设置驱动电路的照明组件网络与用于接收恒定电压的一组输入端子连接以接收周期性的脉冲电压，所述驱动电路调节输入的所述脉冲电压并且将一个脉冲周期切分为至少两个阶段，至少一个阶段为电压值从设定值变化至零伏电压的变压阶段，一个阶段为无电压阶段，

所述照明组件响应于变压阶段的电压和/或电流变化调整发光时长、发光强度、发光光谱和/或发光曲线的变化规律以发出可控光，

所述照明组件响应于无电压阶段的无电压状态而产生发光强度/亮度接近或等于零坎德拉的可控光，

基于生长空间内的植物的空间位置、生长特征和/或生长元素特征来选择所述照明组件网络中与植物的光需求位置对应的照明组件和照明控制方案，使得所述照明组件的周期性光变化与植物的生长需求匹配。

2.如权利要求1所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取与植物相关的市场动态信息和生长特征信息，

根据所述市场动态信息和生长特征信息控制所述驱动电路调节所述照明组件的发光周期内各个发光阶段的发光时长、发光曲线、发光光谱中的至少一个参数来形成动态的照明控制方案。

3.如权利要求2所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述市场动态信息和/或生长特征信息动态调节植物的生长元素配置方案，其中，

基于分析服务器或第三方服务机构获取与时间和/或植物相关的包括交易趋势的所述市场动态信息，

基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线获取所述生长特征信息，

基于所述市场动态信息和/或生长特征信息调整所述照明控制方案、所述生长元素配置方案中的营养元素、空气元素和/或植物空间位置。

4.如权利要求3所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益获取所述生长特征信息。

5.如权利要求1至4之一所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，所述驱动电路将一个脉冲周期切分为三个阶段，第一阶段为恒定电压阶段或变压阶段，第二阶段为从所述恒压阶段的电压值连续变化到零伏电压的变压阶段，第三阶段为无电压阶段，其中，第一阶段和第二阶段的电压变化、发光时长和光谱变化可控；

所述照明组件响应于第一阶段的电压和/或电流的变化按照由发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数发出第一可控光，

所述照明组件响应于第二阶段的电压和/或电流变化按照由发光强度、发光时长和发光光谱中的至少一组参数发出发光强度/亮度呈下降趋势的第二可控光，

所述照明组件响应于第三阶段的无电压状态而产生发光强度趋近或等于零坎德拉的第三可控光。

6.如权利要求5所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，基于分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来设置至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一组参数，和/或

基于至少一个植物叶片的光合色素采集信息和/或光响应曲线来设置至少一个阶段的发光强度、发光时长、发光光谱和发光曲线中的至少一个参数。

7.如权利要求1至6之一所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，所述方法还包括：

将基于所述照明控制方案和所述生长元素配置方案预测的虚拟植物生长特征信息与对应阶段的真实生长特征信息的差异进行分析，并且

基于所述分析的结果信息、所述市场动态信息和所述生长特征信息动态更新所述生长元素配置方案。

8.如权利要求7所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，基于所述市场动态信息和与相应类型的植物相关的生长速度排序方式提供至少两个生长元素配置方案，并通过预测方式确定在应用所述至少两个生长配置方案的情况下当前植物的虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异。

9.如权利要求7或8所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，基于虚拟植物生长特征信息与设定的植物的生长目标之间的差异按照与所述生长元素配置方案相关的方式设置选择的优先顺序。

10.如权利要求1至9之一所述的照明装置的频闪方法，其特征在于，在植物的位置信息、市场动态信息和/或生长元素配置方案不变的情况下，基于植物的光合色素分布参数和/或光响应曲线调整所述照明组件的坐标、所述第二变压阶段的光谱种类以及至少一个光谱变化顺序来调整植物的生长速度。