CN111699864A - 一种可调节光源照射植物的装置及照射植物方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节光源照射植物的装置及照射植物方法，包括吊臂横杆、驱动装置、第一定滑轮、安装横杆、吊绳、光源和控制器。使得带动光源可以水平一致的进行升降，不会发生角度倾斜造成部分被照射的植物光照不均匀的问题，同时通过控制器控制驱动装置带动光源定时上下升降，并在上升过程中通过距离传感器检测到植物顶端位置为预设距离时停止，让灯光的辐射强度和光源离植物的距离始终保持最佳状态，使得整个被照射面的光辐射分布非常均匀，保证植物生长不受光辐射强度的影响。

Description

一种可调节光源照射植物的装置及照射植物方法

技术领域

本发明涉及植物栽培技术领域，特别涉及一种可调节光源照射植物的装置及照射植物方法。

背景技术

目前市场上的LED灯多数采用可调节功率的方法来控制光输出的密度问题，LED固定在一个高度，这样可能使植物生长前期光照不足，后期光照太足或者光照及不均匀经过多年的发展，室内种植作物已经非常普遍。室内的温度湿度环境控制已经有很大的改善。但是，对于植物生长所需要，光照是其中因素之一。

而现有技术中存在的问题是：1、当光照射到一个平面上，通常是灯照射的区域中心光辐射强度高，而边沿发射强度较弱，这就导致了光照中心的植物因为接收了更多的光照而更加茂盛。或者中间光辐射强度太高而导致植物生长不良。2、现在灯具一般固定在某个点，并不能根据植物生长的高度自动调节。因为灯光的辐射强度(PPFD)和灯具离植物冠层的距离有很大的关系。距离和光照强度的平方成反比。这导致了虽然使用了巨大功率的灯具，但是植物生长的前期因为离灯具太远导致光辐射不足而生长缓慢。

发明内容

针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种可调节光源照射植物的装置及照射植物方法，以解决现有技术中平面和垂直光对植物照射不均匀的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种可调节光源照射植物的装置，包括：吊臂横杆，所述吊臂横杆两端垂直设有吊臂；驱动装置，设置在所述吊臂横杆内部，所述驱动装置上设有延伸至两端所述吊臂的驱动连杆，所述驱动连杆一端转动设置在所述吊臂内部，所述驱动连杆一端位于所述吊臂内部设有收线盘；第一定滑轮，设置在所述吊臂上并位于所述收线盘两侧，所述第一定滑轮一侧均设有锁线器；安装横杆，横向间隔设置在所述吊臂横杆和所述吊臂的下方，所述安装横杆上设有第二定滑轮；吊绳，所述吊绳一端与所述锁线器固定相连，所述吊绳另一端依次绕设经过第二定滑轮和第一定滑轮与所述收线盘相连；光源，纵向依次间隔排列与所述安装横杆下端相连；距离传感器，随光源一起上下移动，用于检测所述光源起始位置与植物顶端位置之间的距离；控制器，与所述距离传感器和驱动装置通讯连接，用于控制驱动装置的定时启动；以及用于控制所述距离传感器在检测到所述光源起始位置与植物顶端位置为预设距离时，断开所述距离传感器，控制所述驱动装置停止运行。

进一步地，所述驱动装置包括减速器，以及与所述减速器驱动连接的驱动电机，所述减速器通过安装支架设置在所述吊臂横杆内部。

进一步地，所述减速器为双头减速器。

进一步地，所述吊臂上位于所述第一定滑轮一侧设有用于接触所述第二定滑轮的限位开关，所述限位开关与所述控制器通讯连接。

进一步地，所述光源包括散热安装盒、LED灯板、面盖和电源块，所述散热安装盒上端面与所述安装横杆下端面相连，所述LED灯板通过螺丝固定设置在所述安装盒内底面，所述面盖密封设置在所述安装盒下端开口处，所述电源块设置在所述散热安装盒上端，所述电源块与所述LED灯板电连接。

进一步地，所述LED灯板包括第一发光板、第二发光板和第三发光板，所述第一发光板、第二发光板和第三发光板沿所述散热安装盒的长度方向依次排列设置，所述第一发光板和第三发光板上分布的LED二极管的数量大于所述第二发光板上分布的LED二极管的数量。

进一步地，所述为距离传感器为对射式红外线开关，所述对射式红外线开关包括相对设置在起始端所述光源上的的红外发射器和末端所述光源上的红外线接收器，所述红外发射器发射的沿水平传输的红外线形成所述水平光路。

本发明另一方面提供一种照射植物方法，包括如下步骤：S1、控制器控制驱动装置运行，带动安装横杆下端的光源从上端起始点下降运行，同时通过距离传感器随光源一起移动，当距离传感器检测到光源起始位置与植物顶端位置之间的距离为预设距离时，距离传感器断开，执行步骤S2；S2、驱动装置停止运行，到达设定时间时，执行步骤S3；S3、控制器控制驱动装置运行启动，带动安装横杆下端的光源向上升起，当距离传感器检测到光源起始位置与植物顶端位置之间的距离为预设距离时，距离传感器断开，返回步骤S2。

进一步地，在所述步骤S3中，通过接触式限位开关的闭合来确定所述光源上行至所述上端起始点。

本发明的上述技术方案具有如下优点：

本发明的可调节光源照射植物的装置，通过驱动装置上设有延伸至两端所述吊臂的驱动连杆，驱动连杆一端的收线盘，以及第一定滑轮、第二定滑轮和吊绳的连接关系，使得带动光源可以水平一致的进行升降，不会发生角度倾斜造成部分被照射的植物光照不均匀的问题，同时通过控制器控制驱动装置带动光源定时上下升降，并在上升过程中通过距离传感器检测到植物顶端位置为预设距离时停止，让灯光的辐射强度和光源离植物的距离始终保持最佳状态，使得整个被照射面的光辐射分布非常均匀，保证植物生长不受光辐射强度的影响。

本发明的照射植物方法，通过该照射植物的方法可让光源随着植物的生长而上移，追随植物的整个生长周期，并在整个过程中通过计算出的光源起始位置与植物顶端位置之间的最佳预设距离，使得整个被照射面的光辐射分布非常均匀，保证植物生长不受光辐射强度的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为吊臂横杆与吊臂的内部结构示意图；

图3为本发明中光源照射的光密度分布图一；

图4为本发明中光源照射的光密度分布图二；

图5为本发明中光源的爆炸图。

图中，10-吊臂横杆；11-吊臂；12-限位开关；20-驱动装置；201-减速器；202-驱动电机；21-驱动连杆；22-收线盘；23-第一定滑轮；24-锁线器；30-安装横杆；31-第二定滑轮；32-吊绳；40-光源；41-散热安装盒；42-LED灯板；421-第一发光板；422-第二发光板；423-第三发光板；43-面盖；44-电源快。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1和图2所示，一种可调节光源40照射植物的装置，包括吊臂横杆10、驱动装置20、第一定滑轮23、安装横杆30、吊绳32、光源40和控制器(未视出)。其中，吊臂横杆10两端垂直设有吊臂11，形成工字形的连接支撑部。

驱动装置20设置在吊臂横杆10内部，驱动装置20上设有延伸至两端吊臂11的驱动连杆21，驱动连杆21一端可通过菱形带轴承座转动设置在吊臂11内部，驱动连杆21一端位于吊臂11内部设有收线盘22，具体来说是收线盘22在菱形带轴承座之间，用于被驱动连杆21带动进行转动。

第一定滑轮23设置在吊臂11上并位于收线盘22两侧，第一定滑轮23一侧均设有锁线器24；安装横杆30作为光源40的连接安装部，横向间隔设置在吊臂横杆10和吊臂11的下方，安装横杆30上设有第二定滑轮31，具体为四个；通过吊绳32一端与锁线器24固定相连，吊绳32另一端依次绕设经过第二定滑轮31和第一定滑轮23与收线盘22相连，使得驱动装置20带动驱动连杆21转动带动收线盘22转动，通过吊绳32分别经4个第二定滑轮31与第一定滑轮23，使得通过四条吊绳32可以同步调整上下升降，并且光源40为若干组，纵向依次间隔排列与安装横杆30下端相连，从而让光源40具备水平升降的功能。

距离传感器(未视出)随光源40一起上下移动，用于检测光源40起始位置与植物顶端位置之间的距离。其中，距离传感器(未视出)可通过本领域技术人员公知的任何方式布置，只要保证距离传感器(未视出)在光源40上下移动的过程中与光源40保持相对静止即可。

控制器(未视出)与距离传感器(未视出)和驱动装置20通讯连接，用于控制驱动装置20的定时启动；以及用于控制距离传感器(未视出)在检测到光源40起始位置与植物顶端位置为预设距离时，断开距离传感器(未视出)，控制驱动装置20停止运行。其中，光源40起始位置与植物顶端位置的预设距离为30.482cm-45.72cm，当光源40起始位置与植物顶端位置的预设距离为30.482cm时，光源40的光密度分布为图3所示；当光源40起始位置与植物顶端位置的预设距离为45.72cm时，光源40的光密度分布为图4所示，可有效的让灯光的辐射强度和光源40离植物的距离始终保持最佳状态，使得整个被照射面的光辐射分布非常均匀，保证植物生长不受光辐射强度的影响。

具体的，驱动装置20包括减速器201，以及与减速器201驱动连接的驱动电机202，减速器201通过安装支架设置在吊臂横杆10内部。其中，减速器201为双头减速器201，以实现带动安装横杆30上的光源40同步升降，防止安装横杆30出现角度倾斜，让光照出现分布不均匀的现象。

具体的，吊臂11上位于第一定滑轮23一侧设有用于接触第二定滑轮31的限位开关12，限位开关12与控制器(未视出)通讯连接。其中，为了节省成本，限位开关12可设置在其中一个第一定滑轮23一侧即可，限位开关12为接触式限位开关12，在安装横杆30带动光源40上行的过程中，当限位开关12触碰到第二定滑轮31顶端时，限位开关12闭合，并向控制器(未视出)发出信号，控制器(未视出)接收到信号后，控制驱动装置20停止运行。

如图1、图2和图5所示，光源40包括散热安装盒41、LED灯板42、面盖43和电源块44，散热安装盒41上端面与安装横杆30下端面相连，LED灯板42通过螺丝固定设置在安装盒内底面，面盖43密封设置在安装盒下端开口处，电源块44设置在散热安装盒41上端，电源块44与LED灯板42电连接。

其中，LED灯板42包括第一发光板421、第二发光板422和第三发光板423，第一发光板421、第二发光板422和第三发光板423沿散热安装盒41的长度方向依次排列设置，第一发光板421和第三发光板422上分布的LED二极管的数量大于第二发光板422上分布的LED二极管的数量。具体为本方案采用一组平均面板型或者长条形的灯，平均地分布在一个标准区域。(例如，采用6个115cm x20cm的灯分布在120cmx240cm的区域，每条灯之间相隔20cm，加上灯珠在灯具上的排布经过设计，使得整个被照射面的光辐射分布非常均匀，具体在保持一定的高度范围内)。

并且，本方案采用高效率的LED灯具(平均光效2.0umol/J以上)，在将灯光均匀分布的同时，配合驱动装置20、第一定滑轮23、第二定滑轮31和吊绳32组成的升降机构，通过距离传感器(未视出)与控制器(未视出)的通讯连接，可以根据植物的高低自动调节高度，可使光电使用效率最大化。

具体的，距离传感器(未视出)为对射式红外线开关，对射式红外线开关包括相对设置在起始端光源40上的的红外发射器(未视出)和末端光源40上的红外线接收器(未视出)，红外发射器(未视出)发射的沿水平传输的红外线形成水平光路。

在下行过程中，红外发射器(未视出)持续发射红外射线，如果红外线传输的路径上没有植物顶端的阻碍，即光路上没有植物顶端的阻碍，红外线接收器(未视出)能够持续接收到红外射线，红外线接收器(未视出)也持续给控制器(未视出)发出信号，控制器(未视出)持续接收到该信号，就会相应地一直控制驱动装置20运转带动安装横杆30上的光源40下行。当红外线传输的路径上出现植物顶端时，即光路上出现植物顶端时，红外线接收器(未视出)无法接收到红外射线，此时距离传感器(未视出)断开，红外接收器不再发送给控制器(未视出)信号，控制器(未视出)接收不到该信号后，控制驱动装置20停止运行，光源40停止下降。此时，光源40起始位置与植物顶端位置达到最佳预设距离。

下面，整体描述上述植物生长用照射装置的操作过程：

步骤一：将所需培养的植物放置好，控制器(未视出)控制驱动装置20运行，带动安装横杆30下端的光源40从上端起始点下降运行，同时通过距离传感器(未视出)随光源40一起移动，当距离传感器(未视出)检测到光源40起始位置与植物顶端位置之间的距离为预设距离时(预设距离为30.482-45.72cm)，距离传感器(未视出)断开，执行步骤二；

步骤二：驱动装置20停止运行，到达设定时间时(根据不同植物的生长周期计算)，执行步骤三；

步骤三：控制器(未视出)控制驱动装置20运行启动，带动安装横杆30下端的光源40向上升起，当距离传感器(未视出)检测到光源40起始位置与植物顶端位置之间的距离为预设距离时(预设距离为30.482-45.72cm)，距离传感器(未视出)断开，返回步骤二；其中，若接触式限位开关12的闭合确定光源40上行至上端起始点时，返回步骤一。具体来说就是当限位开关12触碰到第二定滑轮31上端时，培养植物生长的周期完成。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，包括：

吊臂横杆，所述吊臂横杆两端垂直设有吊臂；

驱动装置，设置在所述吊臂横杆内部，所述驱动装置上设有延伸至两端所述吊臂的驱动连杆，所述驱动连杆一端转动设置在所述吊臂内部，所述驱动连杆一端位于所述吊臂内部设有收线盘；

第一定滑轮，设置在所述吊臂上并位于所述收线盘两侧，所述第一定滑轮一侧均设有锁线器；

安装横杆，横向间隔设置在所述吊臂横杆和所述吊臂的下方，所述安装横杆上设有第二定滑轮；

吊绳，所述吊绳一端与所述锁线器固定相连，所述吊绳另一端依次绕设经过第二定滑轮和第一定滑轮与所述收线盘相连；

光源，纵向依次间隔排列与所述安装横杆下端相连；

距离传感器，随光源一起上下移动，用于检测所述光源起始位置与植物顶端位置之间的距离；

控制器，与所述距离传感器和驱动装置通讯连接，用于控制驱动装置的定时启动；

以及用于控制所述距离传感器在检测到所述光源起始位置与植物顶端位置为预设距离时，断开所述距离传感器，控制所述驱动装置停止运行。

2.根据权利要求1所述的一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，所述驱动装置包括减速器，以及与所述减速器驱动连接的驱动电机，所述减速器通过安装支架设置在所述吊臂横杆内部。

3.根据权利要求2所述的一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，所述减速器为双头减速器。

4.根据权利要求1所述的一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，所述吊臂上位于所述第一定滑轮一侧设有用于接触所述第二定滑轮的限位开关，所述限位开关与所述控制器通讯连接。

5.根据权利要求1所述的一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，所述光源包括散热安装盒、LED灯板、面盖和电源块，所述散热安装盒上端面与所述安装横杆下端面相连，所述LED灯板通过螺丝固定设置在所述安装盒内底面，所述面盖密封设置在所述安装盒下端开口处，所述电源块设置在所述散热安装盒上端，所述电源块与所述LED灯板电连接。

6.根据权利要求5所述的一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，所述LED灯板包括第一发光板、第二发光板和第三发光板，所述第一发光板、第二发光板和第三发光板沿所述散热安装盒的长度方向依次排列设置，所述第一发光板和第三发光板上分布的LED二极管的数量大于所述第二发光板上分布的LED二极管的数量。

7.根据权利要求1所述的一种可调节光源照射植物的装置，其特征在于，所述为距离传感器为对射式红外线开关，所述对射式红外线开关包括相对设置在起始端所述光源上的的红外发射器和末端所述光源上的红外线接收器，所述红外发射器发射的沿水平传输的红外线形成所述水平光路。

8.一种照射植物方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、控制器控制驱动装置运行，带动安装横杆下端的光源从上端起始点下降运行，同时通过距离传感器随光源一起移动，当距离传感器检测到光源起始位置与植物顶端位置之间的距离为预设距离时，距离传感器断开，执行步骤S2；

S2、驱动装置停止运行，到达设定时间时，执行步骤S3；

S3、控制器控制驱动装置启动运行，带动安装横杆下端的光源向上升起，当距离传感器检测到光源起始位置与植物顶端位置之间的距离为预设距离时，距离传感器断开，返回步骤S2。

9.根据权利要求8所述的植物生长用照射方法，其特征在于，

在所述步骤S3中，通过接触式限位开关的闭合来确定所述光源上行至所述上端起始点。

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