CN113632656A - 一种生态园林植物生长动态补光控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于园林植物生长调节控制技术领域，公开了一种生态园林植物生长动态补光控制系统，生态园林植物生长动态补光控制系统包括生态园林植物监测模块、人工LED光源模块、光感模块、中央控制模块、动态补光控制模块、行人监控模块、供电模块、数据存储模块、更新显示模块。本发明采用日常生活中常用的电压即可驱动，保证系统的适用性，在大多数场景可以直接连接并使用；人监控模块可以对行人的靠近而做出信息采集，并将数据反馈给中央控制模块。生态园林植物具有一定的观赏性要求，补光亮度会影响植物本来的颜色，从而对游客的观赏造成影响，本发明可以检测行人的位置，从而根据中央控制模块的指示而调整亮度，最小化对行人观赏的影响。

Description

一种生态园林植物生长动态补光控制系统

技术领域

本发明属于园林植物生长调节控制技术领域，尤其涉及一种生态园林植物生长动态补光控制系统。

背景技术

目前，光合作用通常是指绿色植物(包括光合细菌)利用自身的光合色素吸收光能，经过酶的催化作用，将二氧化碳和水合成有机物并释放氧的过程，光合作用不仅对人类的生产生活有着巨大的益处，同时也对植物的生长有着至关重要的作用，植物在同化无机碳化物的同时，把太阳能转变为化学能，储存在所形成的有机化合物中。光合作用是生物界中规模最大的有机物合成过程，每年约有2×10¹⁸kcal的太阳光能转化为化学能(糖类物质)，除了供植物本身和全部异养生物之用外，还可为人类提供营养和能量来源。

现有的园林植物生长补光控制系统，通常采用LED人工光源，但是生态园林中所种植的植物种类繁多，所需的光照条件与时间也有所不同，单一的LED人工光源无法满足全部植物的日常光照需求。不同波长与不同颜色的光，对于植物长势的促进作用也并不相同，单一颜色和波长的光是无法满足不同种类的植物的光照需求的。同时生态园林植物具有一定的观赏性要求，补光亮度会影响植物本来的颜色，从而对游客的观赏造成影响。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)单一的LED人工光源无法满足全部植物的日常光照需求。

(2)单一颜色和波长的光是无法满足不同种类的植物的光照需求的。

(3)补光亮度会影响植物本来的颜色，从而对游客的观赏造成影响。

解决上述技术问题的难度和意义：人工LED灯可以根据植物的特性和需求，在中央控制模块的指导下改变灯光的亮度、颜色以及波长，在不影响观赏和适应植物生长的情况下，将促植物生长的效率最大化。同时生态园林植物具有一定的观赏要求，补光亮度会影响植物本来的颜色，从而对游客的观赏造成影响，本发明可以检测行人的位置，从而根据中央控制模块的指示而调整亮度，最小化对行人观赏的影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生态园林植物生长动态补光控制系统。

本发明是这样实现的，一种生态园林植物生长动态补光控制系统，所述生态园林植物生长动态补光控制系统包括：

生态园林植物监测模块，与中央控制模块连接，用于通过各类传感器对生态园林植物环境进行实时监测，获取生态园林植物生长环境数据；

人工LED光源模块，与中央控制模块连接，用于通过人工LED光源发出多种不同波段、不同颜色的光，满足植物光合作用所需光照；

光感模块，与中央控制模块连接，用于通过光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，并将数据发送至中央控制模块；

中央控制模块，与生态园林植物监测模块、人工LED光源模块、光感模块、动态补光控制模块、行人监控模块、供电模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器和/或单片机协调控制所述生态园林植物生长动态补光控制系统各个模块的正常运行；

动态补光控制模块，与中央控制模块连接，用于通过动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段，包括：

离线设定目标剂量EI，设定光照偏差ε，获得光源亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)；在使用人工LED光源时，实时监测驱动电流I，通过函数关系式f(I)获得光源实时亮度L，根据以下公式计算出实际光照剂量EI＇，当|EI-EI′|≤ε时，停止光照即可；

EI′＝∫∫L(s,t)dsdt；

其中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长；

行人监控模块，与中央控制模块连接，用于通过高清监测装置对行人的靠近而做出信息采集，并将数据反馈给中央控制模块；

供电模块，与中央控制模块连接，用于通过常规220V交流电为所述生态园林植物生长动态补光控制系统供电，并利用外接太阳能电池板进行供电替补；

数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况；

更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况的实时数据进行更新显示。

进一步，生态园林植物监测模块中，所述各类传感器，包括温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器以及调制式荧光检测仪。

进一步，人工LED光源模块中，所述人工LED光源为大功率红、蓝光LED组合光源，所述LED组合光源为均匀分布的红、蓝LED个数比为1：1和4：1的两种阵列；所述LED组合光源的两种阵列相邻LED间距均为10mm。

进一步，光感模块中，所述通过光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，包括：

(1)获取当前待摄影像、目标曝光时间及目标感光度；

(2)根据目标色彩集合对所述当前待摄影像进行检测，获得与每种目标色彩对应的像素统计值；

(3)根据每种目标色彩的像素统计值、目标曝光时间及目标感光度获得每种目标色彩的像素均一值；

(4)根据任意两种目标色彩的像素均一值的比值获得对应的目标计算公式，并根据所述目标计算公式检测当前的环境光照度。

进一步，动态补光控制模块中，所述通过动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段，包括：

(1)获取生态园林植物生长环境数据，并预设生态园林植物生长的正常荧光参数阈值区间；

(2)采用调制式荧光检测仪根据实时获取的生态园林植物生长环境数据分析计算出植物生长的实际荧光参数；

(3)将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光。

进一步，所述将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光，包括：

1)若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭人工LED光源；

2)若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例；

3)通过可编程恒流源控制人工LED光源进行动态补光。

进一步，所述调制式荧光检测仪的型号为MINI-PAM，所述可编程恒流源的型号为JBP-7510。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用所述的生态园林植物生长动态补光控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用所述的生态园林植物生长动态补光控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现所述的生态园林植物生长动态补光控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的生态园林植物生长动态补光控制系统，供电模块采用常规220V交流电，采用日常生活中常用的电压即可驱动，从而保证了该装置的适用性，在大多数场景可以直接连接并使用；人监控模块可以对行人的靠近而做出信息采集，并将数据反馈给中央处理模块。生态园林植物具有一定的观赏性要求，补光亮度会影响植物本来的颜色，从而对游客的观赏造成影响，本发明可以检测行人的位置，从而根据中央控制模块的指示而调整亮度，最小化对行人观赏的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的生态园林植物生长动态补光控制系统结构框图；

图中：1、生态园林植物监测模块；2、人工LED光源模块；3、光感模块；4、中央控制模块；5、动态补光控制模块；6、行人监控模块；7、供电模块；8、数据存储模块；9、更新显示模块。

图2是本发明实施例提供的生态园林植物生长动态补光控制方法流程图。

图3是本发明实施例提供的通过光感模块利用光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据的方法流程图。

图4是本发明实施例提供的通过动态补光控制模块利用动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段的方法流程图。

图5是本发明实施例提供的将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种生态园林植物生长动态补光控制系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的生态园林植物生长动态补光控制系统包括：生态园林植物监测模块1、人工LED光源模块2、光感模块3、中央控制模块4、动态补光控制模块5、行人监控模块6、供电模块7、数据存储模块8、更新显示模块9。

生态园林植物监测模块1，与中央控制模块4连接，用于通过各类传感器对生态园林植物环境进行实时监测，获取生态园林植物生长环境数据；

人工LED光源模块2，与中央控制模块4连接，用于通过人工LED光源发出多种不同波段、不同颜色的光，满足植物光合作用所需光照；

光感模块3，与中央控制模块4连接，用于通过光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，并将数据发送至中央控制模块；

中央控制模块4，与生态园林植物监测模块1、人工LED光源模块2、光感模块3、动态补光控制模块5、行人监控模块6、供电模块7、数据存储模块8、更新显示模块9连接，用于通过中央处理器和/或单片机协调控制所述生态园林植物生长动态补光控制系统各个模块的正常运行；

动态补光控制模块5，与中央控制模块4连接，用于通过动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段；

行人监控模块6，与中央控制模块4连接，用于通过高清监测装置对行人的靠近而做出信息采集，并将数据反馈给中央控制模块；

供电模块7，与中央控制模块4连接，用于通过常规220V交流电为所述生态园林植物生长动态补光控制系统供电，并利用外接太阳能电池板进行供电替补；

数据存储模块8，与中央控制模块4连接，用于通过存储器存储获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况；

更新显示模块9，与中央控制模块4连接，用于通过显示器对获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况的实时数据进行更新显示。

如图2所示，本发明实施例提供的生态园林植物生长动态补光控制方法包括以下步骤：

S101，通过生态园林植物监测模块利用各类传感器对生态园林植物环境进行实时监测，获取生态园林植物生长环境数据；

S102，通过人工LED光源模块利用人工LED光源发出多种不同波段、不同颜色的光，满足植物光合作用所需光照；

S103，通过光感模块利用光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，并将数据发送至中央控制模块；

S104，通过中央控制模块利用中央处理器和/或单片机协调控制所述生态园林植物生长动态补光控制系统各个模块的正常运行；

S105，通过动态补光控制模块利用动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段；

S106，通过行人监控模块利用高清监测装置对行人的靠近而做出信息采集，并将数据反馈给中央控制模块；

S107，通过供电模块利用常规220V交流电为所述生态园林植物生长动态补光控制系统供电，并利用外接太阳能电池板进行供电替补；

S108，通过数据存储模块利用存储器存储获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况；

S109，通过更新显示模块利用显示器对获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况的实时数据进行更新显示。

本发明实施例提供的步骤S101中，所述各类传感器，包括温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器以及调制式荧光检测仪。

本发明实施例提供的步骤S102中，所述人工LED光源为大功率红、蓝光LED组合光源，所述LED组合光源为均匀分布的红、蓝LED个数比为1：1和4：1的两种阵列；所述LED组合光源的两种阵列相邻LED间距均为10mm。

如图3所示，本发明实施例提供的步骤S103中，所述通过光感模块利用光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，包括：

S201，获取当前待摄影像、目标曝光时间及目标感光度；

S202，根据目标色彩集合对所述当前待摄影像进行检测，获得与每种目标色彩对应的像素统计值；

S203，根据每种目标色彩的像素统计值、目标曝光时间及目标感光度获得每种目标色彩的像素均一值；

S204，根据任意两种目标色彩的像素均一值的比值获得对应的目标计算公式，并根据所述目标计算公式检测当前的环境光照度。

如图4所示，本发明实施例提供的步骤S105中，所述通过动态补光控制模块利用动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段，包括：

S301，获取生态园林植物生长环境数据，并预设生态园林植物生长的正常荧光参数阈值区间；

S302，采用调制式荧光检测仪根据实时获取的生态园林植物生长环境数据分析计算出植物生长的实际荧光参数；

S303，将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光。

本发明实施例提供的步骤S105中，所述通过动态补光控制模块利用动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段，包括：

离线设定目标剂量EI，设定光照偏差ε，获得光源亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)；在使用人工LED光源时，实时监测驱动电流I，通过函数关系式f(I)获得光源实时亮度L，根据以下公式计算出实际光照剂量EI＇，当|EI-EI′|≤ε时，停止光照即可；

EI′＝∫∫L(s,t)dsdt；

其中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长。

如图5所示，本发明实施例提供的步骤S303中，所述将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光，包括：

S401，若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭人工LED光源；

S402，若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例；

S403，通过可编程恒流源控制人工LED光源进行动态补光。

本发明实施例提供的调制式荧光检测仪的型号为MINI-PAM，所述可编程恒流源的型号为JBP-7510。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线[例如：同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)]或无线(例如：红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如：DVD)、或者半导体介质(例如：固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、更换、改变和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，所述生态园林植物生长动态补光控制系统包括：

生态园林植物监测模块，与中央控制模块连接，用于通过各类传感器对生态园林植物周围环境进行实时监测，获取生态园林植物生长环境数据；

人工LED光源模块，与中央控制模块连接，用于通过人工LED光源发出多种不同波段、不同颜色的光，满足植物光合作用所需光照；

光感模块，与中央控制模块连接，用于通过光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，并将数据发送至中央控制模块；

中央控制模块，与生态园林植物监测模块、人工LED光源模块、光感模块、动态补光控制模块、行人监控模块、供电模块、数据存储模块、更新显示模块连接，用于通过中央处理器和/或单片机协调控制所述生态园林植物生长动态补光控制系统各个模块的正常运行；

动态补光控制模块，与中央控制模块连接，用于通过动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段，包括：

离线设定目标剂量EI，设定光照偏差ε，获得光源亮度L与驱动电流I之间的函数关系式f(I)；在使用人工LED光源时，实时监测驱动电流I，通过函数关系式f(I)获得光源实时亮度L，根据以下公式计算出实际光照剂量EI＇，当|EI-EI′|≤ε时，停止光照即可；

EI′＝∫∫L(s,t)dsdt；

其中，L(s,t)代表在t时间点发光区域点s的亮度，ds为发光区域点s的光照面积，dt为t时间点发光区域照射的时长；

行人监控模块，与中央控制模块连接，用于通过高清监测装置对行人的靠近而做出信息采集，并将数据反馈给中央控制模块；

供电模块，与中央控制模块连接，用于通过常规220V交流电为所述生态园林植物生长动态补光控制系统供电，并利用外接太阳能电池板进行供电替补；

数据存储模块，与中央控制模块连接，用于通过存储器存储获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况；

更新显示模块，与中央控制模块连接，用于通过显示器对获取的生态园林植物生长环境数据、日照阳光的强度数据、动态补光控制数据、行人监控数据以及供电情况的实时数据进行更新显示。

2.如权利要求1所述的生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，生态园林植物监测模块中，所述各类传感器，包括温湿度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器以及调制式荧光检测仪。

3.如权利要求1所述的生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，人工LED光源模块中，所述人工LED光源为大功率红、蓝光LED组合光源，所述LED组合光源为均匀分布的红、蓝LED个数比为1：1和4：1的两种阵列；所述LED组合光源的两种阵列相邻LED间距均为10mm。

4.如权利要求1所述的生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，光感模块中，所述通过光感传感器对日照阳光进行检测，获取日照阳光的强度数据，包括：

(1)获取当前待摄影像、目标曝光时间及目标感光度；

(2)根据目标色彩集合对所述当前待摄影像进行检测，获得与每种目标色彩对应的像素统计值；

(3)根据每种目标色彩的像素统计值、目标曝光时间及目标感光度获得每种目标色彩的像素均一值；

(4)根据任意两种目标色彩的像素均一值的比值获得对应的目标计算公式，并根据所述目标计算公式检测当前环境的光照度。

5.如权利要求1所述的生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，动态补光控制模块中，所述通过动态补光控制程序根据日照阳光的强度数据控制人工LED光源改变所发射光的颜色以及波段，包括：

(1)获取生态园林植物生长环境数据，并预设生态园林植物生长的正常荧光参数阈值区间；

(2)采用调制式荧光检测仪根据实时获取的生态园林植物生长环境数据分析计算出植物生长的实际荧光参数；

(3)将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光。

6.如权利要求5所述的生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，所述将调制式荧光检测仪分析计算出的实际荧光参数和预设荧光参数阈值区间进行对比，确定是否进行人工LED光源的动态补光，包括：

1)若实际荧光参数在预设荧光参数阈值区间内，则关闭人工LED光源；

2)若实际荧光参数不在预设荧光参数阈值区间内，则根据实际荧光参数计算出植物生长所需光源的亮度和光颜色比例；

3)通过可编程恒流源控制人工LED光源进行动态补光。

7.如权利要求5所述的生态园林植物生长动态补光控制系统，其特征在于，所述调制式荧光检测仪的型号为MINI-PAM，所述可编程恒流源的型号为JBP-7510。

8.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以应用如权利要求1～7任意一项所述的生态园林植物生长动态补光控制系统。

9.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机应用如权利要求1～7任意一项所述的生态园林植物生长动态补光控制系统。

10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求1～7任意一项所述的生态园林植物生长动态补光控制系统。

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