CN113170670B - 一种可调光质的植物补光灯板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可调光质的植物补光灯板，包括发光装置和调光控制器，调光控制器上设有数个通讯通道，发光装置包括基板以及设于基板上的多个子发光装置，子发光装置包括设于基板上的多个子基板，以及均匀设置在子基板上的多个灯珠，子基板上设有与灯珠相连的多根通讯线路，单个子基板上呈现相同波长的光的灯珠通过子基板上的同一根通讯线路与调光控制器通讯连接，不同子基板上呈现相同波长的光的灯珠通过通讯通道与调光控制器上的同一通讯通道通讯连接，调光控制器控制灯珠呈现的光包括波长范围为640～645nm的红光、波长范围为430～435nm的蓝光、波长范围为570～580nm的黄光、波长范围为500～515nm的绿光和白光，通过上述方案满足了不同植物在不同生长阶段对光谱和光质的需求。
Description
技术领域
本发明属于农业技术领域，特别涉及一种可调光质的植物补光灯板。
背景技术
LED植物补光技术日趋成熟，但由于调光技术的局限，在实际应用中还不能满足所有植物生长全过程的需求。比如植物在苗期、生长期及花果期(成熟期)所需的光质光强是有区别和差异的，为了节约成本，现行市场供应的补光产品大都是一个光质和强度的光一照到底，致使某些有严格光照要求的植物不能良好的表现其原本生理特征，造成最终的理化指标达不到要求。
针对上述问题，公开号为CN104120584A的中国发明专利提供了一种可调整光质配比的植物补光灯，通过在补光灯外壳内开设多个内漏光槽，在内漏光槽内部设置多个平行排列的多棱柱灯架，在灯架上设置不同波段的铝基板灯条，根据植物生长需求通过自动或人工调节灯架，使灯架上灯条转动，将需要的灯条朝向外壳的外部，实现了根据需要对光质进行调节，解决了植物补光灯光质不可调节的问题。但上述技术方案中，灯条之间浪费的间隙较大，且各个灯架长度相同，光质的调整范围相对较小，且平行排布的多跟灯条发出不同颜色的光，其发出的光的均匀度较差。
公开号为CN205877884U的中国实用新型专利提供了一种可调光质的植物补光灯具，包括基板、散热体、灯珠、控制器、PWM调节器、电源线和调节机构；所述灯珠包括红灯珠和蓝灯珠，红灯珠和蓝灯珠规律排列在所述基板的正面，通过宽板灯路设计实现了LED植物补光灯的固定光谱的多光质配比，但上述技术方案中的光质仅能在固定光谱下进行调整，不能完全适应植物生长的各个阶段对光的需要，并且上述排布方法发出的光依然存在不均匀的情况。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种可调光质的植物补光灯板，通过调光控制器控制灯珠呈现不同波长的光，满足补光灯板对不同植物在不同生长阶段对光谱和光质的需求。
为了实现上述技术方案，本发明公开了一种可调光质的植物补光灯板，包括发光装置和调光控制器，调光控制器具有数个通讯通道，所述发光装置包括基板，所述基板上设置多个子发光装置，所述子发光装置包括设于所述基板上的多个子基板，子基板上安装多个灯珠；
所述调光控制器的通讯通道分别通过子基板与灯珠通讯连接，所述控制器通过不同的通讯通道控制分别控制与其相连的灯珠呈现具有相同或者不同波长的光。
所述通讯连接包括电连接和信号传输，所述灯珠为LED灯珠。
上述方案中，调光控制器控制子发光装置上的灯珠呈现不同波长的光，满足了不同植物在光合作用中对不同色光的需求，提高了补光灯板的适用性。
进一步的，所述不同子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠通过子基板以并联的方式与调光控制器的同一通讯通道通讯连接。
不同子基板通过并联的方式与调光控制器上的同一通讯通道相连，提高了对每个子基板上灯珠的控制的一致性，提高了补光均匀度。
进一步的，所述子基板上设有多根通讯线路，所述子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠与同一根所述通讯线路相连；
所述不同子基板上与呈现具有相同波长的光的灯珠相连的通讯线路以并联的方式与调光控制器的同一通讯通道通讯连接。
优选的，所述的子基板上的通讯线路数量与子基板上灯珠呈现波长种类相对应。
上述方案以并联的方式将不同子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠与同一通讯通通道通讯连接，提高了对每个子基板上灯珠的控制的一致性，进一步提高了补光均匀度。
进一步的，基板上设有供通讯线路穿过的通孔，子基板上的通讯线路穿过通孔与通讯通道通讯连接。
进一步的，基板上通孔的数量与子基板的数量相同且一一对应，子基板上的通讯线路穿过与子基板相对的通孔与通讯通道通讯连接。
上述方案避免了对子发光装置进行更换时因灯板内部通讯线路太多延长更换时间，或者因误操作导致通讯线路连接错误。
进一步的，所述基板上设有多根分别与设于所述基板上的不同子基板相连的通讯线路，所述不同子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠以并联的方式通过子基板与同一根所述通讯线路相连；
所述基板上分别与呈现具有不同波长的光的灯珠相连的通讯线路分别与调光控制器的不同通讯通道通讯连接。
上述方案中，多个不同子基板上呈现不同波长的光的灯珠通过基板上多个通讯线路分别与调光控制器上的不同通讯通道相连，以并联的方式提高了补光灯板的光照均匀性和一致性，也提高了对单个子基板进行更换时的便利性。
进一步的，所述不同子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠在所述子基板上的位置相同，进一步提高了补光灯板光照的均匀性。
进一步的，所述单个子基板上的灯珠从所述子基板的中心向外扩散排列形成多层灯环，所述调光控制器控制每个子基板上位于同一层灯环上的灯珠呈现具有相同波长的光。
上述方案将每个子发光装置上呈现不同波长的光的灯珠按照呈现的光的不同均匀排列，更进一步提高了补光灯板的光照均匀性。
进一步的，所述子发光装置在所述基板上均匀设置，相邻三个所述子发光装置分别位于等边三角形的三个顶点。
上述技术方案实现了子发光装置在基板上的较紧密排列，提升了光照强度的上限，在设置相同子发光装置的条件下降低了补光灯板的体积，弥补了发光装置强度不足的问题。
进一步的，所述补光灯板上还设有与航空插头插接的插座，多个所述补光灯板之间通过带有航空插头的导线连接。
补光灯板之间通过带有航空插头的导线连接，避免了在大规模布置补光灯板时产生的布线复杂的问题，降低了安全隐患，通过带有航空插头的导线将多个补光灯板连接，实现了对多个补光灯板的同步控制。
进一步的，调光控制器控制灯珠呈现具有不同波长的光，包括波长范围为410nm～690nm的可见光以及部分不可见光。
进一步的，所述可见光的波长范围集中在640～645nm、500～515nm、430～435nm以及570～580nm；
所述部分不可见光包括紫外光和红外光。
上述多个不同波长范围的光为技术人员在大量实验中总结出的对于大多数植物生长具有显著促进作用的特定色光的波长范围，叶绿素a和b对光的吸收峰主要出现在蓝光区和红光区，且吸收峰的位置分别位于410～454nm和630～690nm，而波长范围为430～435nm的蓝光和640～645nm的红光被叶绿素吸收的比例最高，分别高达80％和90％；而绿色和黄色的光能够促进种子植物的光合作用，绿光还可被部分水生藻类植物中藻红素吸收用于光合作用，而绿光波长范围在500～515nm的绿光的吸收效率最高，满足了植物各个生长阶段中对于光的需求。
波长较长的紫外光能够促进植物生长，增加作物产量，促进蛋白质、糖、酸类的合成；而波长较短的紫外光能够抑制植物生长，避免植物徒长，避免植物病害；红外光可以在气温较低时为植物提供一定热量，保证植物正常生长发育。
进一步的，调光控制器上设置有可以调节发光装置亮度以及调节各个通讯通道中发出信号的多个调节旋钮。
进一步的，补光灯板上还包括，
图像收集器，所述图像收集器固定于补光灯板的侧部，用于收集植物的形貌特征；
所述图像收集器与所述调光控制器相连。
进一步的，补光灯板还包括，
储存器，所述储存器位于补光灯板内部，储存有植物不同生长阶段的形貌信息，以及对应生长阶段所需光谱的信息；
所述储存器通过通讯线路与所述调光控制器连接。
图像收集器收集植物的图像信息，并将收集的图像信息发送给调光控制器，调光控制器将收到的来自图像收集器的图像信息与储存器中存放的不同植物在不同生长阶段的形貌信息进行对比判断植物的种类和当前生长阶段，并根据判断结果从储存器中调取对应植物种类和当前生长阶段的光谱信息，通过通讯通道控制补光灯板上的灯珠呈现与光谱组成对应的光，实现了对植物生长不同阶段所需光质的调节。
本发明技术方案的优点在于：调光控制器控制设于子基板上的若干灯珠呈现不同波长的光，满足了不同植物在不同生长阶段对具有不同波长的光的需求，提高了补光灯板的适用性；调光控制器控制灯珠呈现的光的波长集中在640～645nm、500～515nm、430～435nm以及570～580nm；上述不同波长的光为技术人员在大量实验的基础上选择的能够满足不同植物在不同生长阶段需求的通用波长范围，在提高补光灯板适用性的同时提高植物光合作用时对光的吸收效率，进而促进植物生长发育，缩短植物生长周期；均匀分布的灯珠大幅度提高了光照的均匀性和一致性，满足了植物生长研究和实验对光照精度的需求；使用航空插头对多个补光灯板进行连接，避免了大规模布置补光灯板时产生布线复杂的问题，降低了安全隐患；图像传感器采集植物的图像信息，调光控制器将采集的图像信息与储存器中预设的图像信息进行对比判断植物的种类和生长状态，提高了补光灯板的智能性，便于使用和调节。
附图说明
图1为一种可调光质的植物补光灯板的结构示意图。
图2为一种可调光质的植物补光灯板的子发光装置分布图。
图3为补光灯板上A处子发光装置的放大图。
图中：1、储存器；2、调光控制器；21、调节旋钮；22、远程通信接口；3、子发光装置；31、子基板；32、灯珠；33、通讯线路；4、插座；5、基板；6、散热风扇；7、散热片；8、图像收集器。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式，本领域技术人员可以了解到的是，下列实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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，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。
本发明提供一种可调光质的植物补光灯板，其结构如图1所示，包括发光装置、和调光控制器2，调光控制器2连接发光装置，发光装置由基板6和安装在基板6上的多个子发光装置3组成，另外，在补光灯板中还安装有散热片8和散热风扇9。
实施例一
作为本发明的一个实施例，本实施例提供一种可调光质的植物补光灯板，包括发光装置和调光控制器2，调光控制器2具有,五个通讯通道，所述补光灯板包括基板5以及固定在基板5上且均匀排布的十四个子发光装置3，子发光装置3包括固定在基板5上的子基板31，以及安装在子基板31上的多个灯珠32，子基板31上设有与灯珠32相连的五个通讯线路33，五个通讯线路33分别与五个通讯通道连接，灯珠32通过通讯线路33与调光控制器2上的通讯通道通讯连接，调光控制器2通过不同通讯通道控制灯珠32呈现不同波长的光。
在本实施例中，所述灯珠32为LED灯珠，基板5仅用于固定子发光装置3，十四个子发光装置3的排布方式如图2所示，相邻的三个子发光装置3围成一个等边三角形，三个子发光装置3分别位于等边三角形的三个顶点上。
上述方案实现了子发光装置3在基板5上的较紧密排列，提升了光照强度的上限，在设置相同子发光装置3的条件下降低了补光灯板的体积，弥补了发光装置强度不足的问题。
进一步的，子基板31上呈现具有相同波长的光的灯珠32通过同一通讯线路33与调光控制器2上的通讯通道通讯连接。
进一步的，多个所述子基板31上呈现具有相同波长的光的灯珠32分别通过通讯线路33与调光控制器2上的同一通讯通道通讯连接。
上述连接方式通过将单个子基板31上呈现相同波长的光的灯珠32，以及多个不同子基板31上呈现相同波长的光的灯珠32与调光控制器2上的同一通讯通道相连，提高了补光灯板的光照均匀性和一致性。
进一步的，不同子基板31上呈现具有相同波长的光的灯珠32在所述子基板31上的位置相同。
不同子基板31上呈现相同波长的光的灯珠32在子基板31上的位置相同，进一步提高了补光灯板的光照均匀性。
进一步的，如图3所示，单个子基板31上的灯珠32从所述子基板31的中心向外扩散排列形成多层灯环，所述调光控制器2控制每个子基板31上位于同一层灯环上的灯珠32呈现具有相同波长的光。
上述方案将每个子发光装置3上呈现不同波长的光的灯珠32按照呈现的光的不同均匀排列，更进一步提高了补光灯板的光照均匀性。
进一步的，调光控制器2控制灯珠32呈现的不同波长的光的波长范围为410nm～690nm的可见光，还包括部分不可见光。
进一步的，所述调光控制器2控制灯珠32呈现的可见光包括波长范围为640～645nm的红光、波长范围为430～435nm的蓝光、波长范围为570～580nm的黄光、波长范围为500～515nm的绿光以及白光。
上述五种具有特定波长范围的光中，波长范围为640～645nm的红光、波长范围为430～435nm的蓝光、波长范围为570～580nm的黄光以及波长范围为500～515nm的绿光可以适应大多数植物光合作用时对光的需求；波长范围为640～645nm的红光和波长范围为430～435nm的蓝光被叶绿素a和b吸收的比例最高，分别高达80％和90％，植物光合作用在此波长下更强，从而促进植物的发芽、开花、结果，也进一步提高了植物茎叶发育，提高抗病能力；波长范围为570～580nm的黄光以及波长范围为500～515nm的绿光被藻红素和类胡萝卜素吸收的比例较高，可以扩大补光灯板适用植物的范围。
植物生长和光合作用需要全光谱中各个波长的色光，而白光可以满足上述植物生长对光合作用的基本需求，虽然所有波长的色光对光合作用均有影响，但只有上述固定波长的色光能够被光合作用色素较好的吸收。
进一步的，所述不可见光包括红外光和紫外光，
波长较长的紫外光能够促进植物生长，增加作物产量，促进蛋白质、糖、酸类的合成；而波长较短的紫外光能够抑制植物生长，避免植物徒长和植物病害；红外光可以在气温较低时为植物提供一定热量，保证植物正常生长发育。
进一步的，所述补光灯板上还设有与航空插头插接的插座4，多个所述补光灯板之间通过带有航空插头的导线连接。
补光灯板之间通过带有航空插头的导线连接，避免了在大规模布置补光灯板时产生的布线复杂的问题，降低了安全隐患，通过带有航空插头的导线将多个补光灯板连接，实现了对多个补光灯板的同步控制。
进一步的，补光灯板上还包括，
图像收集器8，所述图像收集器8固定于补光灯板的侧部，用于收集植物的形貌特征；
所述图像收集器8与所述调光控制器2相连。
进一步的，补光灯板还包括，
储存器1，所述储存器1位于补光灯板内部，储存有植物不同生长阶段的形貌信息，以及对应生长阶段所需光谱的信息；
所述储存器1通过通讯线路33与所述调光控制器2连接。
植物生长监测模块中的监测传感器和图像收集器8分别收集植物不同阶段的生长状态数据和图像，然后植物生长监测模块将生长状态数据和图像发给调光控制器2，调光控制器2将其与储存器1中存放的数据进行对比确定植物生长所处的阶段，然后根据植物生长阶段所需的光谱发出信号，对补光灯板呈现的光进行调整，实现了对植物生长不同阶段所需光质的调节。
进一步的，在调光控制器2上还设置有可以调节发光装置亮度及各个通讯通道中发出信号的调节旋钮21，可以通过调节旋钮21实现对光质的手动调节。
上述方案实现了根据需求对植物光照的光质进行手动调节，丰富了调节方式，可以人工对调光控制器2调节的误差进行消除，提高了光强和光质调节的精确度。
进一步的，在调光控制器2上还设置有远程通信接口22。
远程通信接口22可以实现控制终端对补光灯板的远程控制，实现了对补光灯板的远程管理，同时通过控制终端远程对补光灯板进行调节，准确度更高。
上述可调光质的植物补光灯板的控制方法如下：
根据补光植物以及生长阶段的不同，调光控制器2确定对应的补光光谱；然后调光控制器2从通讯通道中发出对应不同波长的色光的信号，发光装置接收信号后，子发光装置33根据连接的通讯通道不同呈现不同波长和颜色的光。
上述植物补光灯板的控制方法如下：
图像收集器8收集植物的图像信息，并将收集的图像信息发送给调光控制器2，调光控制器2将收到的来自图像收集器8的图像信息与储存器1中存放的不同植物在不同生长阶段的形貌信息进行对比判断植物的种类和当前生长阶段，并根据判断结果从储存器1中调取对应植物种类和当前生长阶段的光谱信息，通过通讯通道控制补光灯板上的灯珠32呈现与光谱组成对应的光，实现了对植物生长不同阶段所需光质的调节。
实施例二
作为本发明的另一实施例，本实施例提供一种可调光质的植物补光灯板，具有与实施例一所述可调光质的植物补光灯板相同的结构，区别在于，调光控制器控制灯珠呈现的不同波长的光的波长范围为410nm～690nm的可见光，包括波长范围为640～645nm的红光、波长范围为430～435nm的蓝光和白光。
实施例三
作为本发明的另一实施例，本实施例提供一种可调光质的植物补光灯板，具有与实施例一所述可调光质的植物补光灯板相同的结构，区别在于，在本实施例中，子基板固定在基板上，基板上设有供通讯线路穿过的通孔，子基板上的通讯线路穿过通孔与通讯通道通讯连接。
在上述方案的基础上进一步的，基板上设有与子基板数目相同的通孔，通孔与子基板一一对应，设于子基板上的通讯线路通过与子基板对应的通孔与控制器上的通讯通道通讯连接。
上述方案避免了对子发光装置进行更换时因灯板内部通讯线路太多延长更换时间，或者因误操作导致通讯线路连接错误。
对比例一
对比例一使用与实施例一相同的补光灯板和调节方式，区别在于对比例一种红光、蓝光、黄光和绿光的波长范围分别为：670～690nm、440～450nm、540～550nm、520～535nm。
对比例二
对比例二使用普通钠灯对植物进行补光。
对比例三
本对比例使用固定发出波长范围为640～645nm的红光、波长范围为430～435nm的蓝光、波长范围为570～580nm的黄光、波长范围为500～515nm的绿光以及白光的不同灯具同时对植物进行补光。
实验例一
使用实施例一、实施例二、对比例一、对比例二和对比例三对马蹄莲进行光照测试，实施例一、实施例二、对比例一和对比例三中使用固定的配光比例，白光：红光：蓝光：绿光：黄光为25：5：2：1：1；实施例一、实施例二、对比例一、对比例二和对比例三的光照强度相同，PPFD为150～180μmol/s/m2；为保证相同PPFD，实施例一、实施例二、对比例一、对比例三的补光灯板到植物的垂直距离小于钠灯到植物的垂直距离，实验结果如下表：
| 发芽/d | 增重/g(2个月) | 开花时间/d | |
| 实施例一 | 13 | 62 | 56 |
| 实施例二 | 13 | 59 | 59 |
| 对比例一 | 14 | 56 | 64 |
| 对比例二 | 18 | 53 | 74 |
| 对比例三 | 15 | 56 | 60 |
从表中可以看出，在相同光照强度的条件下，使用实施例一和实施例进行光照的马蹄莲，其发芽，和开花日期相似，且和对比例一相比具有明显提前，使用实施例一和实施例二中特定波长范围的光进行照射，植物光合作用效率更高，生长期增重更快。
对比例二使用固定光谱的光对植物进行照射，其发芽用时更长，植物光合作用相对较慢，生长阶段的增重也较低，同时开花日期与实施例一、实施例二和对比例一相比也有明显的推迟，说明本发明所述的光质调节方法，通过对植物所处的生长阶段进行检测，并配给相对生长阶段的光，更加利于植物生长，缩短生长周期。
从上述实验例还可以看出，实施例一与对比例三相比，使用的光的种类和波长都一致，配比也一致，但与对比例三相比，实施例一中马蹄莲的发芽和开花时间显著提前，并且使用实施例一所述补光灯板照射的马蹄莲的2个月的增重也比使用对比例三所述灯具照射的马蹄莲更高，说明了使用本发明所述补光灯板能够显著提高光照的均匀性，通过均匀性的提高进一步提高了对植物生长的促进作用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (4)
1.一种可调光质的植物补光灯板，包括发光装置和调光控制器，调光控制器具有数个通讯通道，其特征在于，所述发光装置包括基板，所述基板上设置多个子发光装置，所述子发光装置包括设于所述基板上的多个子基板，子基板上安装多个灯珠；
所述调光控制器的通讯通道分别通过子基板与灯珠通讯连接，所述控制器通过不同的通讯通道控制分别控制与其相连的灯珠呈现具有相同或者不同波长的光；
所述子基板上设有多根通讯线路，所述子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠与同一根所述通讯线路相连；
不同子基板上与呈现具有相同波长的光的灯珠相连的通讯线路以并联的方式与调光控制器的同一通讯通道通讯连接；
所述基板上设有多根分别与设于所述基板上的不同子基板相连的通讯线路，不同子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠以并联的方式通过子基板与同一根所述通讯线路相连；
所述基板上分别与呈现具有不同波长的光的灯珠相连的通讯线路分别与调光控制器的不同通讯通道通讯连接；
所述子基板在所述基板上等间距均匀设置，任意相邻的三个所述子基板分别位于等边三角形的三个顶点；
所述子基板上的灯珠从所述子基板的中心向外扩散排列形成多层灯环，所述调光控制器控制每个子基板上位于同一层灯环上的灯珠呈现具有相同波长的光；
不同子基板上呈现具有相同波长的光的灯珠在所述子基板上的位置相同。
2.根据权利要求1所述的可调光质的植物补光灯板，其特征在于，所述补光灯板上还设有与航空插头插接的插座，多个所述补光灯板之间通过带有航空插头的导线连接。
3.根据权利要求1所述的可调光质的植物补光灯板，其特征在于，所述调光控制器控制灯珠呈现具有不同波长的光，包括波长范围为410nm～690nm的可见光和不可见光。
4.根据权利要求3所述的可调光质的植物补光灯板，其特征在于，所述调光控制器控制灯珠呈现的可见光包括波长范围为640～645nm的红光、波长范围为430～435nm的蓝光、波长范围为570～580nm的黄光、波长范围为500～515nm的绿光以及白光；
所述不可见光包括紫外光和红外光。
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