CN113317057A - 一种用于促进植物生长的照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于促进植物生长的照明装置，包括支架、设置在支架上用于对植物进行照明的光源以及控制模块，控制模块包括光照强度传感器、距离传感器和微处理器。植物的生长高度由距离传感器检测，距离传感器检测植物顶端和距离传感器之间的距离。然后，微处理器根据距离传感器检测到的距离调整光源与地面之间的距离，使光源与植物顶端之间的距离保持恒定；并根据光源与地面之间的距离控制角度调节机构调整反光板的倾斜角度和控制光源中发光的LED灯的数量，随植物的生长状况自动改变光源的照明场大小和光源的发光功率，有效提高了在植物生长过程中的光能利用率，使植物既能得到充分的光照还能减少光能和电能的浪费。

Description

一种用于促进植物生长的照明装置
技术领域
本发明涉及植物照明技术领域，具体涉及一种用于促进植物生长的照明装置。
背景技术
为了提高食用植物的产量，具有特定调谐光谱的led(Light Emitting Diode)被广泛应用于植物栽培，使植物每天能够更长时间生长，从而缩短了植物的生长周期。
传统光源一般具有固定的光分布角，并且光源的位置是固定的。因此光源的照明场也被固定。但是，有些植物在生长期的高度变化很大，高度差可能超过一米。因此，光源需要具有更大的光分布角，以提供更宽的照明场，以确保当植物的顶端随着植物的生长到达更高的位置时，光可以均匀地分布在植物之间，并且植物接收到足够的光照。
但是，若光源具有宽的照明场，当植物处于初始生长阶段并且高度较低时，光源发射的大部分光被分布到植物以外的地方，例如与栽培架相邻的地面。因此，光能的利用效率从一开始就很低，随着植物的生长逐渐提高。
传统光源不仅由于光能利用率低浪费能源，而且需要更多的时间或更强大的光源为植物提供等量的光能，这进一步导致更高的电力成本。因此，传统的植物栽培照明装置有待改进。
为了克服这些缺点，本发明提供了一种用于促进植物生长的照明装置，以减轻或消除上述问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于促进植物生长的照明装置，以解决背景技术中所提出的技术问题。
一种用于促进植物生长的照明装置，包括：
支架，所述支架包括固定部件和安装在所述固定部件上的高度调整机构；
安装在所述高度调整机构上用于对植物进行照明的光源，所述光源包括灯座、多个间隔设置在所述灯座内的灯头和通过角度调节机构可调节地安装在所述灯座内用于反射光线的反光板；以及，
控制模块，所述控制模块包括光照强度传感器、距离传感器和微处理器；所述光照强度传感器、距离传感器、灯头、角度调节机构和高度调整机构均与所述微处理器信号连接；
所述距离传感器用于检测植物顶端与距离传感器之间的距离；
所述光照强度传感器用于检测照射在植物上的光照强度；
所述微处理器用于根据植物顶端与距离传感器之间的距离和照射在植物上的光照强度，向所述高度调整机构发送调整所述支架高度的第一调节指令、向所述角度调节机构发送调整所述反光板反射角度的第二调节指令和向所述灯头发送调整发光强度的第三调节指令。
进一步，所述固定部件包括呈方形、水平设置的底架和连接在所述底架四个角上的立柱；
所述高度调整机构包括四个分别沿所述立柱延伸设置的高度调整单元，所述高度调整单元包括同步带和用于驱动所述同步带运动的伺服电机，所述同步带上设置有用于安装所述灯座的连接件；
所述伺服电机与所述微处理器信号连接，响应于所述微处理器发出的第一调节指令，驱动所述同步带运动以带动所述光源靠近或远离地面。
进一步，所述连接件上开设有连接槽，所述连接槽的内壁上设置有橡胶垫片，所述灯座上设置有连接板，所述连接板卡设在所述连接槽内。
进一步，所述立柱与所述底架可拆卸连接；
所述底架的四个角上竖直设置有连接管，所述立柱底端插设在所述连接管内。
进一步，所述立柱为方形管，所述立柱底部设置有用于安装所述伺服电机的安装板；
所述同步带通过螺栓安装在所述立柱上。
进一步，所述灯座上设置有多个底端敞口设置的安装腔，所述灯头设置在所述安装腔内顶部中间、沿所述安装腔长度方向延伸设置；
所述反光板安装在所述安装腔内，位于所述灯头两侧设置，所述反光板的两端通过转轴与所述灯座转动连接；
所述角度调节机构包括电缸，所述电缸的伸缩杆与所述反光板转动连接，所述电缸的底部转动安装在所述安装腔的内壁上；所述电缸与所述微处理器信号连接，响应于所述微处理器发出的第二调节指令，驱动所述反光板绕所述转轴转动以调整所述反光板的反光角度。
进一步，所述灯头包括灯板、设置在所述灯板上的LED阵列以及开关控制电路；
所述开关控制电路与所述微处理器信号连接，响应于所述微处理器发出的第三调节指令，控制所述LED阵列中对应的LED灯发光；
所述灯板呈长方形板状，通过连杆固定安装在所述安装腔内。
进一步，所述反光板的反光面上贴有用于均匀漫反射光线的光学膜。
进一步，所述距离传感器设置在所述灯板上。
进一步，所述灯板上设置有向下延伸的延伸杆，所述光照强度传感器设置在所述延伸杆的底端。
本发明的有益效果体现在：
植物的生长高度由距离传感器检测，距离传感器检测植物顶端和距离传感器之间的距离。然后，微处理器根据距离传感器检测到的距离调整光源与地面之间的距离，使光源与植物顶端之间的距离保持恒定；并根据光源与地面之间的距离控制角度调节机构调整反光板的倾斜角度和控制光源中发光的LED灯的数量,通过光照强度传感器检测照射在植物上的光照强度，使本装置能够随植物的生长状况自动改变光源的照明场大小和光源的发光功率，有效提高了在植物生长过程中的光能利用率，使植物既能得到充分的光照还能减少光能和电能的浪费。因此，本发明的照明装置可以更加有效地利用光能，从而节约能源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的光源的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的光源的结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的灯座的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的光源的内部结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的灯头的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的支架的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置的高度调整机构的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1-图8所示，本发明实施例提供的一种用于促进植物生长的照明装置，包括支架1、设置在支架1上用于对植物进行照明的光源12以及控制模块。
进一步，支架1包括固定部件和安装在固定部件上的高度调整机构。光源12安装在高度调整机构上，光源12包括灯座2、多个间隔设置在灯座2内的灯头3和通过角度调节机构可调节地安装在灯座2内用于反射光线的反光板4。
控制模块包括光照强度传感器5、距离传感器6和微处理器7；光照强度传感器5、距离传感器6、灯头3、角度调节机构和高度调整机构均与微处理器7信号连接。其中，距离传感器6用于检测植物顶端与距离传感器6之间的距离。光照强度传感器5用于检测照射在植物上的光照强度。微处理器7用于根据植物顶端与距离传感器6之间的距离和照射在植物上的光照强度，向高度调整机构发送调整支架1高度的第一调节指令、向角度调节机构发送调整反光板4反射角度的第二调节指令和向灯头3发送调整发光强度的第三调节指令。
具体的，本实施例中，固定部件包括呈方形、水平设置的底架8和可拆卸地连接在底架8四个角上的立柱9，底架8支撑在地面上。底架8的四个角上竖直设置有连接管16，立柱9为方形管，立柱9底端插设在连接管16内，方便快速组装。
高度调整机构包括四个分别沿立柱9延伸设置的高度调整单元。高度调整单元包括同步带10和用于驱动同步带10运动的伺服电机11，同步带10上设置有用于安装灯座2的连接件13。连接件13上开设有连接槽14，连接槽14的内壁上设置有橡胶垫片，灯座2上设置有连接板15，连接板15卡设在连接槽14内。橡胶垫片增大与连接板15之间的摩擦阻力，使连接件13与连接板15连接更加稳定。立柱9底部设置有用于安装伺服电机11的安装板18，同步带10通过螺栓安装在立柱9上。
伺服电机11与微处理器7信号连接，响应于微处理器7发出的第一调节指令，驱动同步带10运动以带动光源12靠近或远离地面。植物的生长高度由距离传感器6检测，距离传感器6检测植物顶端和距离传感器之间的距离。在植物生长初期，植物的高度很低，此时微处理器7控制伺服电机11转动，驱动同步带10向下运动，使光源12靠近植物顶端，减少光能浪费。随着植物的生长，植株增高，微处理器7根据距离传感器6发送的数据控制伺服电机11运行，从而使光源12的离地高度随着植物的生长逐渐增高，不影响植物的正常生长。
具体的，灯座2上设置有多个底端敞口设置的安装腔19，灯头3设置在安装腔19内顶部中间、沿安装腔19长度方向延伸设置。
反光板4安装在安装腔19内，位于灯头3两侧设置，反光板4的两端通过转轴与灯座2转动连接。角度调节机构包括电缸20，电缸20的伸缩杆与反光板4转动连接，电缸20的底部转动安装在安装腔19的内壁上。
电缸20与微处理器7信号连接，响应于微处理器7发出的第二调节指令，通过电缸20的伸缩杆伸出或收缩驱动反光板4绕转轴转动以调整反光板4的反光角度。
在植物生长初期，植物的高度很低，植株较小，相邻两行植株之间的空地较大。此时，微处理器7向电缸20发送第二调节指令，电缸20响应于微处理器7发出的第二调节指令使伸缩杆缩回，使反光板4与水平面的夹角变大，此时反光板4反射的光形成的照明场变小，将光会聚到植物顶端，避免光线照射在空地上，提高光能的利用率。
随着植株的长大，植株的体积会越来越大，此时微处理器7根据电源12的离地高度，控制、调整反光板4与水平面的夹角逐渐变小，此时反光板4反射的光形成的照明场变大，保证对整个植株都能进行光照。
具体的，灯头3包括灯板21、设置在灯板21上的LED阵列22以及开关控制电路，LED阵列22可以发出蓝光、红光等各种能够促进植物生长的光。开关控制电路与微处理器7信号连接，响应于微处理器7发出的第三调节指令，控制LED阵列22中对应的LED灯发光。灯板21呈长方形板状，通过连杆23固定安装在安装腔19内。
植物生长时，光合作用存在光饱和现象，即在一定强度的光照强度下光合速率达到最大程度后，当光照强度继续增加时，光合速率会保持不变，不同种类的植物的光饱和点不同。
因此，在确定相应种类植物的光饱和点之后，只要保证LED阵列22发出的光照射在植物上的光照强度不小于该种类植物的光饱和点的光照强度即可。照射在植物上的光照强度通过光照强度传感器5采集。
在植物生长初期，由于反光板4与水平面的夹角较大，反光板4反射的光形成的照明场变小，此时若将LED阵列22中的所有LED灯通电发光，光照强度会很高，一般会大于植物的光饱和点的光照强度。此时，微处理7向开关控制电路发送第三调节指令，控制LED阵列22中部分对应的LED灯发光，使反光板4反射的光形成的照明场的光照强度减小，略大于植物的光饱和点的光照强度即可，从而减少LED阵列22的发光功率，减少电能浪费。
在植物逐渐生长时，植株增高，植株体积增大，反光板4反射的光形成的照明场变大，单位面积内的关照强度降低。为保证植物有足够的关照强度进行光合作用，此时微处理器7根据电源12的离地高度，控制、调整LED阵列22中发光的LED灯的数量，在保证满足植物光照强度的前提下尽可能减少LED灯的发光数量，节约电能。
反光板4的反光面上贴有用于均匀漫反射光线的光学膜。光学膜对光线进行漫反射，使光线在照明场内分布更加均匀。
具体的，本实施例中，距离传感器6设置在灯板21上。灯板21上设置有向下延伸的延伸杆24，光照强度传感器5设置在延伸杆24的底端，使光照强度传感器5靠近到植物顶端，光照强度传感器5可以设置多个，分布在不同的位置采集光照数据。
综上所述，植物的生长高度由距离传感器检测，距离传感器检测植物顶端和距离传感器之间的距离。然后，微处理器根据距离传感器检测到的距离调整光源与地面之间的距离，使光源与植物顶端之间的距离保持恒定；并根据光源与地面之间的距离控制角度调节机构调整反光板的倾斜角度和控制光源中发光的LED灯的数量,通过光照强度传感器检测照射在植物上的光照强度，使本装置能够随植物的生长状况自动改变光源的照明场大小和光源的发光功率，有效提高了在植物生长过程中的光能利用率，使植物既能得到充分的光照还能减少光能和电能的浪费。因此，本发明的照明装置可以更加有效地利用光能，从而节约能源。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种用于促进植物生长的照明装置，其特征在于，包括：
支架(1)，所述支架(1)包括固定部件和安装在所述固定部件上的高度调整机构；
安装在所述高度调整机构上用于对植物进行照明的光源(12)，所述光源(12)包括灯座(2)、多个间隔设置在所述灯座(2)内的灯头(3)和通过角度调节机构可调节地安装在所述灯座(2)内用于反射光线的反光板(4)；以及，
控制模块，所述控制模块包括光照强度传感器(5)、距离传感器(6)和微处理器(7)；所述光照强度传感器(5)、距离传感器(6)、灯头(3)、角度调节机构和高度调整机构均与所述微处理器(7)信号连接；
所述距离传感器(6)用于检测植物顶端与距离传感器(6)之间的距离；
所述光照强度传感器(5)用于检测照射在植物上的光照强度；
所述微处理器(7)用于根据植物顶端与距离传感器(6)之间的距离和照射在植物上的光照强度，向所述高度调整机构发送调整所述支架(1)高度的第一调节指令、向所述角度调节机构发送调整所述反光板(4)反射角度的第二调节指令和向所述灯头(3)发送调整发光强度的第三调节指令。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于：所述固定部件包括呈方形、水平设置的底架(8)和连接在所述底架(8)四个角上的立柱(9)；
所述高度调整机构包括四个分别沿所述立柱(9)延伸设置的高度调整单元，所述高度调整单元包括同步带(10)和用于驱动所述同步带(10)运动的伺服电机(11)，所述同步带(10)上设置有用于安装所述灯座(2)的连接件(13)；
所述伺服电机(11)与所述微处理器(7)信号连接，响应于所述微处理器(7)发出的第一调节指令，驱动所述同步带(10)运动以带动所述光源(12)靠近或远离地面。
3.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：所述连接件(13)上开设有连接槽(14)，所述连接槽(14)的内壁上设置有橡胶垫片，所述灯座(2)上设置有连接板(15)，所述连接板(15)卡设在所述连接槽(14)内。
4.根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于：所述立柱(9)与所述底架(8)可拆卸连接；
所述底架(8)的四个角上竖直设置有连接管(16)，所述立柱(9)底端插设在所述连接管(16)内。
5.根据权利4所述的照明装置，其特征在于：所述立柱(9)为方形管，所述立柱(9)底部设置有用于安装所述伺服电机(11)的安装板(18)；
所述同步带(10)通过螺栓安装在所述立柱(9)上。
6.根据权利1所述的照明装置，其特征在于：所述灯座(2)上设置有多个底端敞口设置的安装腔(19)，所述灯头(3)设置在所述安装腔(19)内顶部中间、沿所述安装腔(19)长度方向延伸设置；
所述反光板(4)安装在所述安装腔(19)内，位于所述灯头(3)两侧设置，所述反光板(4)的两端通过转轴与所述灯座(2)转动连接；
所述角度调节机构包括电缸(20)，所述电缸(20)的伸缩杆与所述反光板(4)转动连接，所述电缸(20)的底部转动安装在所述安装腔(19)的内壁上；所述电缸(20)与所述微处理器(7)信号连接，响应于所述微处理器(7)发出的第二调节指令，驱动所述反光板(4)绕所述转轴转动以调整所述反光板(4)的反光角度。
7.根据权利6所述的照明装置，其特征在于：所述灯头(3)包括灯板(21)、设置在所述灯板(21)上的LED阵列(22)以及开关控制电路；
所述开关控制电路与所述微处理器(7)信号连接，响应于所述微处理器(7)发出的第三调节指令，控制所述LED阵列(22)中对应的LED灯发光；
所述灯板(21)呈长方形板状，通过连杆(23)固定安装在所述安装腔(19)内。
8.根据权利1所述的照明装置，其特征在于：所述反光板(4)的反光面上贴有用于均匀漫反射光线的光学膜。
9.根据权利4所述的照明装置，其特征在于：所述距离传感器(6)设置在所述灯板(21)上。
10.根据权利4所述的照明装置，其特征在于：所述灯板(21)上设置有向下延伸的延伸杆(24)，所述光照强度传感器(5)设置在所述延伸杆(24)的底端。
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