CN114071827B - 一种基于多供电制式的动植物照明设备、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多供电制式的动植物照明系统，包含供光单元、调节单元和控制单元，供光单元和调节单元受控制单元的控制，形成能够满足植物生长发育过程中所需光能量的给光方案。其中，供光单元，与调节单元连接，并通过调节单元改变照射角度、照射亮度、照射光类型及分布为其照射的植物提供当前植物生长态势所需求的光能。调节单元，通过控制单元的调节完成旋转和/或移动的动作，使连接于调节单元上的供光单元对照射植物形成不同位置的光线。

Description

一种基于多供电制式的动植物照明设备、系统及方法

技术领域

本发明涉及植物机械技术领域，尤其涉及一种基于多供电制式的动植物照明设备、系统及方法。

背景技术

植物工厂(Plant Factory)的概念最早是由日本提出来的。根据日本植物工厂学会的解释，植物工厂是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的系统，即是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。早期的植物工厂建设规模小，主要局限在实验室内，且种植作物品种单一，采用人工气候室进行控制，运行成本较高。20世纪70年代初至80年代中期，植物工厂开始发展起来，许多国家如美国、日本、英国、挪威、希腊、利比亚等企业都纷纷投入巨资，与科研机构联手研发关键技术。这时候的植物工厂应用范围比较广，自动化控制系统逐渐完善，示范效果开始。

早期的植物工厂采用的固定的单色光源配置室内植物光照环境，但很快，光照成本成为了一种影响植物成本的重要影响因素，直至今日，光照成本依然是植物工厂运行过程中的重要监控指标，人们需要在光照供给和光照成本之间做出平衡，以维持植物工厂的盈利。1961年，LED等被发明出来，其具有能耗低、发光效率高、发热低、波长专一、光色纯正等光电优势。随着LED技术的不断进步，节能型植物专用LED光源日益普及。

公开号为CN105830759A的中国专利文献公开了属于设施园艺环境工程技术领域的一种温室微生态的调控方法。白天的8:00～12:00，在植物的冠层区域内进行二氧化碳补充至植物的二氧化碳的饱和点，且白天的8:00～17:00时，控制气流速度在0.1～0.5m/s；白天利用补光灯在植物冠层区域内进行补光至植物的光饱和点；夏季白天的10:00～18:00和冬季白天的8:00～10:00、15:00～17:00，控制冠层区域的温度在20～27℃；夜晚控制气温在10～18℃；夏季白天的13:00～19:00和冬季白天的8:00～14:00，控制根际温度在17～22℃。该调控方式通过对植物生长的笼统认知而进行各个条件的调控，但针对不同品种植物，其所需的光照、温度变化节点均不同。

基于植物光合作用的需求节点，专利号为CN104462747B的中国专利文献公开了一种评估人工照明对园林植物光合作用影响的光度学方法。本发明通过光量子学、植物光度学以及光度学三大系统的转换，计算出植物的光补偿点和光饱和点的光合光子通量PPF对应的照度值，确定植物照明的照度参考范围，利用照度的光度学方法来评价人工照明对植物的影响；根据灯具的配光曲线计算出植物光补偿点和光饱和点等照度三维曲面，得到植物的安全照明距离和最小照明距离。植物光补偿点和光饱和点PPF所对应的照度值被用于进行植物光照的最优测距，但并未进行光照时间和强度等的控制。植物的光补偿点和光饱和点能够用于帮助判断光照节点。

而在应用光补偿点和光饱和点作为节点的公开号为CN208300401U的中国专利公开了一种环境自检LED植物补光灯，包括光照检测单元、中央处理器、步进电机单元和LED补光单元。多个所述光照检测单元周设于需要培育的植物周围，用于检测植物周围各个方向的光照强度信息，并发送给所述中央处理器，所述中央处理器通过与预先设置的植物生长光饱和点进行比较，根据光照强度的差异发送控制指令给所述植物LED补光单元，所述中央处理器通过处理多个所述光照检测单元发送来的植物周边光照信息，分析光照分布情况，根据光照分布情况发送控制指令给所述步进电机单元。该装置的变化节点为预定的光补偿点和光饱和点。

本发明基于对于光补偿点和光饱和点的判断进行光照改变的设定，从而在植物的正面和背面达到光补偿点和光饱和点时能够切换光源，使光照在植物表面达到最高的应用效率。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于多供电制式的动植物照明系统，包含供光单元、调节单元和控制单元，供光单元和调节单元受控制单元的控制，形成能够满足植物生长发育过程中所需光能量的给光方案。其中，供光单元，与调节单元连接，并通过调节单元改变照射角度、照射亮度、照射光类型及分布为其照射的植物提供当前植物生长态势所需求的光能。调节单元，通过控制单元的调节完成旋转和/或移动的动作，使连接于调节单元上的供光单元对照射植物形成不同位置的光线。

本技术方案的优点：植物的生长过程为动态过程，然而人工光源如供光单元的给光在现有技术中大多为固定或小幅度摆动给光。在太阳的公转配合地球的自转情况下，植物在自然界受到的光源能够实时变化，这种变化不仅体现在光照强度，更表现在光照角度、光照角度下的某一个方向的强度，也因此才会出现向日葵这类向阳植物。本发明中的供光单元能够模拟自然界的给光情况，在替换七彩光而选择单一光源的情况下通过改变光的时间空间分布、光强度和光角度的方式模拟阳光进行功能，以提高植物生长效率。

同时本供光单元采用近距离单一谱系光源照射，避免多谱系光源照射时植物单一吸收单谱系光造成的光浪费，以此节省了供光单元的电力并减少了供光单元的灯寿命损耗。

根据一种优选实施方式，控制单元能够通过调节单元控制供光单元的光能供给，从而使供光单元在能量层面满足植物在低能反应或/和高能反应时需求的光能量。

本技术方案的优点：植物在不同时期和不同生长状态所需求的光的条件不同。例如，铁皮石斛处理期前15天单色蓝光有利于体内生物碱含量的增加，30天后红蓝光2：3则更有利于体内生物碱含量的增加。植物的合理生长范围大多依赖植物体内的两大反应，即能量合成的高能反应和代谢调控的低能反应。高能反应和低能反应的给光交替能够使植物更好的完成吸收-消化的过程。通过符合个性化针对植物生理周期的供光模式，从而使不同种类的植物能够得到适合于自身品种的供光方案，从而为植物工厂内培育的各类植物的生长提供正向促进的光环境，并减低植物工厂内的光源损耗和电力损耗。

根据一种优选实施方式，供光单元以形成高饱和光照的方式对植物进行光能供给，其中，在植物基于低能反应进入光补偿状态时，供光单元能够进入高饱和光照的状态为植物提供光能。

根据一种优选实施方式，供光单元以形成低补偿光照的方式对植物进行光能供给，其中，在植物基于高能反应达到光饱和状态时，供光单元能够进入低补偿光照的状态为植物提供光能。

根据一种优选实施方式，处于低补偿光照状态的供光单元发出的光高于处于高饱和光照状态的供光单元发出的光，其中，光照状态的区分以光照度、光合有效辐射照度和光合有效光量子通量密度的值大于设定阈值为判断条件。

本技术方案的优点：高能反应的结束点能够为植物的净光合速率达到最大，即达到光饱和点。达到光饱和点的植物体内的能量累计达到高峰，需要呼吸作用进行能量转化从而生长。因此，光饱和点作为高能反应结束的节点和低能反应活跃的节点。在低光强的环境中，植物通过能量转化和信号通路的活跃传递，使叶片内的组织生长达到高峰，这种高峰则伴随能量殆尽而速度降低，即为光补偿点。以光补偿点为界限，切换光强度由低自高，从而促使植物由活跃的低能反应至高能反应过渡。低能反应和高能反应，即植物吸收能量和转化能量所需的光线在光照度、光合有效辐射照度和光合有效光量子通量密度三个方面均具有一定区别。优选地，低能反应说所需的光的光照度、光合有效辐射照度和光合有效光量子通量密度低于高能反应所需的光的光照度、光合有效辐射照度和光合有效光量子通量密度。

根据一种优选实施方式，系统还设置有用于检测植物的光饱和状态和光补偿状态的检测单元，其中，检测单元能够通过气体分析技术以测量植物的CO₂/H₂O含量判定植物净光合速率，从而通过净光合速率对植物的光饱和状态和光补偿状态的阈值进行界定。

根据一种优选实施方式，检测单元能够作用于植物的叶片组织。

根据一种优选实施方式，与时间相关的所述净光合速率是以植物的光周期节点为驱动事件来记录的。

本技术方案的优点：高能反应和低能反应的节点需要人工测量，本发明采用气体检测，即CO₂含量的变化监测植物的光饱和点和光补偿点。CO₂含量是光合作用和呼吸作用的重要变化指标，光合作用吸收CO₂，呼吸作用吐出CO₂。由于对光能转化的光合作用和呼吸作用主要作用于含有叶绿素的叶片上，因此，净光合速率的检测主要在叶片上进行。

一种基于多供电制式的动植物照明设备，包含供光单元和调节单元，其中，供光单元能够基于调节单元的角度和位置变化形成不同的光照射角度、光照射亮度、光照射光类型以及光分布，其中，在所述控制单元基于所述检测单元的信号而判定照射植物达到光饱和点或光补偿点时，所述供光单元能够变化所述光照射角度、光照射亮度、光照射光类型以及光分布。

一种基于多供电制式的动植物照明方法，基于上述动植物照明系统，通过改变光的照射角度、照射亮度、照射光类型以及分布设置满足植物生长发育过程中所需光能量的给光方案。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的光合作用曲线示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的简化模块连接关系示意图。

附图标记列表

100：供光单元；200：调节单元；300：控制单元；400：光信号收集单元；101：顶部光源；401：底部反光板；402光传感器；检测单元500。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明设计一种基于多供电制式的动植物照明系统，该系统包含多供电制式的动植物照明设备。该多供电制式的动植物照明设备包含供光单元100、调节单元200和控制单元300。供光单元100用于提供光照。调节单元200用于通过自身的位置变化为改变供光单元100的角度和位置。控制单元300能够通过有线或无线的方式控制调节单元200的位置和角度变化。

该多供电制式的动植物照明设备还包含通过检测植株或植株叶片的代谢过程中的气体变化而感应到植株当前的代谢节点，从而判断植株处于高能反应或低能反应，为光照条件提供判断依据的检测单元500。

供光单元100包含顶部光源101和底部反光板401。顶部光源101通过灯泡等人工光源提供用于植物吸收的可变化强度、谱系、颜色的光线。底部反光板401为表面设置有反光涂层的面板。通过在植物底部环向设置底部反光板401，使自顶部光源101发射的光线自底部反光板401的反光涂层以大致朝向顶部光源101的方式反射回去，途中部分光线被植物叶片的背面吸收，从而增加植物对光线的利用率。

实施例1

植物的生长状态为提供给植物的光照的变化提供依据，因此，对于植物生长的监测非常必要。植物对光的需求主要体现在光辐射强度、光谱、光周期和光分布四个方向，其被称为植物生长的“光环境要素”。光环境通过影响植物形态、细胞内代谢及基因表达等来调节植物生长。光对植物生长的影响从所需能量层面来看主要分为两种，一种是高能反应(光合作用)，光为该反应提供能量，另一种为低能反应，为光形态的建立。

植物的高能反应需要符合其生长状态的高光照条件，以进行光能量的转化，用于为植物生长提供能量。高能反应的切换节点能够为植物处于光补偿状态时，进行强光照供给，从而使植物能够得到用于高能反应的光照。

植物的低能反应需要为其提供植物在不同生长状态所需的低光照条件，为植物进入保持当前生长期或进入下一生长期提供信号。由于高能反应的光照强度需求，在达到植物的光饱和点时，植物需要休息期以进行呼吸反应转化能量，此时提供低光照条件即能够避免植物的低效高能反应，又能够使植物得到满足低能反应的关照条件。

基于植物的高能反应和低能反应所需光照条件的不同，在植物达到光饱和点和光补偿点时，能够进行不同光照条件的切换。

植物的光饱和点和光补偿点的检测能够通过检测单元500进行判定。检测单元500包含夹持室和气体检测组件。检测单元500能够对植物的光作用进程进行监测，其直接监测条件为对植物排出气体或液体如CO₂/H₂O的含量。通过以下公式进行：

S＝uC_i-u₀C₀

S：净光合速率；u为入室气体流量；C_i为入室CO₂浓度(mol)；u₀为出室气体流量；C₀为出室CO₂浓度(mol)。

通过夹持植物叶片的部分区域，使叶片的正面和背面的部分区域被密封于夹持室。夹持室配合气体检测组件能够监测密封于夹持室内部的叶片的气体流量、CO₂产出和CO₂吸收沿时间轴的变化。优选地，气体检测组件能够为红外线光检测模组。不同气体对红外线辐射能量的吸收不同。红外线经过CO₂和H₂O气体分子时与气体分子振动频率相等能够形成共振的红外光，便被气体分子吸收，使透过的红外线能量减少。计算红外线的变化差异实现对气体的含量测量。气体检测组件还能够检测气体流量，流量主要为流速和时间的乘积。

通过系统对不同时间段的植物的净光合速率光饱和点和光补偿点的能够通过沿时间轴形成的变化曲线，如图1所示。曲线的横坐标为投射到叶片表面的光量子通量密度(PFD)，曲线的纵坐标为叶片净光合速率(P)。此时曲线与横坐标的交点显示的时间点能够得到光补偿点(r)。达到光饱和点的净光合速率(Pa)在锚定时间点达到顶峰并不再变大。

系统将沿时间轴变化的净光合速率形成曲率的变化曲线，从而使系统能够判断监测植物的叶片光合状态。以植物的光补偿点和光饱和点为节点。光补偿点为植物自低能反应向高能反应变化的判断节点。光饱和点为植物自高能反应向低能反应变化的判断节点。优选地，在检测单元500监测植物达到光补偿点时，控制单元300以此为判断凭证，通过调节单元200控制供光单元100增强对植物的给光强度，并基于光能量补充的目的切换光的颜色。在检测单元500监测植物达到光饱和点时，控制单元300以此为判断凭证，通过调节单元200控制供光单元100降低对植物的给光强度，并基于光信号调控的目的切换光的颜色。

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。

与时间相关的净光合速率是以植物的光周期节点为驱动事件来记录的。例如，每一个时间周期采集一次植物的净光合速率，以此采集到了净光合速率在一个时间段内的变化情况。

植物的光合作用是动态变化的。由于不同经济采收目的，为植物提供的给光方案不同，从而使同样的植物的光饱和点和光补偿点在不同环境均具有不同的时间节点。由于植物的理论光饱和点、理论光补偿点与实际情况无法完全拟合，因此给光的时间节点也不同。

本发明中涉及的照明系统能够用于对植物的净光合速率的监测，其中，对植物的净光合速率的监测时间周期以随着时间靠近植物的光饱和点或光补偿点而缩短检测时间周期的方式来设定的。当给光方案变化时，植物基于净光合速率为判断依据的光饱和点和光补偿点发生的时间产生变化。监测时间周期与净光合速率的比为预设净光合速率与时间的关联曲线的曲线斜率。曲线斜率越大，表示净光合速率发生一个预设净光合速率对应的产生光饱和点和光补偿点的时间周期越长，代表植物的生长周期越长。

优选地，由于植物的一个高能反应和一个低能反应构成的生长周期大多与24小时制的完整日匹配，因此，植物的净光合速率的监测时间周期以随着时间靠近正午和/或午夜而缩短检测时间周期的方式来设定的。

实施例3

本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。

供光单元100被配置为能够向种植区域内的植物提供高能量的光照。调节单元200用于连接供光单元100，以使得供光单元100至少能够随着调节单元200移动。控制单元300至少能够用于控制调节单元200的移动，如图2所示。

在控制单元300能够获取所述动植物相应的光照需求情况下，控制单元300基于处理器403的数据分析结果被配置为能够基于植物的光照需求以窄带的方式向植物提供光照，以满足植物生长所需的光照需求且减少补光装置的电能消耗。

根据一种优选实施方式，供光单元100包括至少一个顶部光源101。优选地，顶部光源101能够为LED灯。在控制单元300能够获取供光单元100所对应的不同植物、同一植物的不同生长阶段对光配方需求的情况下，控制单元300能够运用LED芯光技术，对红橙黄绿青蓝紫等不同颜色的光进行不同比例和强度的组合，既能满足植物光合作用的能量需求，又适合其生长发育的精确控制，同时在生产中节约能源和成本，从而定制出最合适的光配方。

进一步，供光单元100至少包括：顶部光源101和配光组件。顶部光源101能够发出高能量的单色光，配光组件能够使得顶部光源101发出的单色光汇聚至较小出射范围的窄带内而集中射向植物。优选地，单色光灯单元101可以为制造成竖直向下发光的LED灯。单色光灯单元101的LED灯也可以制造成三百六十度发光贴近植物的株间补光灯。

根据一种优选实施方式，供光单元100的窄带依靠在光源上设置光源集中或限制光源散射的集光组件。集光组件设置于顶部光源101发光一端，将顶部光源101发出的光聚焦至一定范围内。优选地，集光组件能够为聚焦透镜、菲涅尔透镜、出光结构等。优选地，集光组件能够将顶部光源101所产生的单色光汇聚在较小的出光结构内并以窄带的形式将所汇聚的具有较高能量的光照定向出射至动植物所在的区域。

集光组件将光线聚集为一定形状，其能够为窄带状或缝隙状。优选地，集光组件能够呈圆弧型或圆环型。

供光单元100的光源排布使基于集光组件的圆环型设置，并基于多个圆环的紧密排布使植物所在区域分为远、中、近三个区域。例如，同一个光源配非对称透镜之后可以分管植物所在区域的近、中、远三个区域；不同的光源配非对称透镜之后也可以分管植物所在区域的近、中、远三个区域。

根据一种优选实施方式，调节单元200控制所述供光单元100发生位置变化的方式使接受供光单元100发出的所述光信号的植物感知所述光信号的变化，并以此光信号的变化作为构建植物在能量层需求上的低能反应和/或高能反应的光照条件。供光单元100随着调节单元200移动使供光单元100多植物进行扫描式的照射。供光单元100以静态或沿调节单元200的轴向方向转动的方式连接于调节单元200上，从而在供光单元100产生射向植物的光线时，伴随光线的入射方向的持续改变而减小供光单元100射出的光线与植物形成的照射死角。

由于对于人工光线的照射角度要求，控制供光单元100的调节单元200能够包含导轨和升降组件。导轨用于规范供光单元100的移动路径。升降组件能够使得导轨单元在竖直方向上进行升降。导轨和升降组件使供光单元100在植物顶部及其具有高度的四周均能够经过，从而均匀植物生长的光环境。导轨能够接受控制单元300的信号，并和调节单元200共同作用控制供光单元100的移动。供光单元100在移动扫描时能够使得导轨远端和近端的光照强度均匀或近似均匀。

根据一种优选实施方式，调节单元200包含允许连接其的供光单元100转动的轴组件，轴组件能够获取控制单元300发送至轴组件的控制信号，并控制顶部光源101以静态或沿导轨的轴向方向转动的方式保持或调整顶部光源101的发射光的方向。控制单元300、调节单元200、供光单元100和轴组件的配合能够根据植物实际生长的需求调整顶部光源101所发出的出射光的出光方向。轴组件能够使得顶部光源101所发出的出射光以不同的入射角度射向植物，从而减小出射光照射植物的死角。例如，当导轨使得顶部光源101沿着平面例如水平面内纵向往复移动或者旋转时，顶部光源101能够在轴组件的带动下沿着导轨轴向方向顺时针或逆时针旋转，从而使得顶部光源101所射向同一区域内或同一株植物的光线可以以不同的入射角度对同一区域内或同一株植物进行照射。

同样地，当导轨使得顶部光源101沿着平面例如水平面内纵向往复移动或者旋转时，顶部光源101所指向的方向可以与水平面呈一定夹角，与此同时，顶部光源101能够在轴组件的带动下以轴组件为圆心进行左右平扫，从而使得顶部光源101所射向同一区域内或同一株植物的光线可以以不同的入射角度对同一区域内或同一株植物进行照射。

根据一种优选实施方式，调节单元200能够在供光单元100的不同角度设置有至少两个。多个调节单元200能够在同一平面或不同平面设置。通过多个调节单元200增加供光单元100的照射角度，以进一步地减少光照的照射死角。优选地，至少两个供光单元100可以以固定方式即出射光方向保持不变连接于导轨，而导轨以植物区域的固定点位旋转，而两个与供光单元100连接的导轨旋转方向相反。

控制单元300能够控制供光单元100的移动、旋转和光源切换，其中光源的切换包含光强改变、光谱颜色变化及频次变化。基于不同植物实际生长所需，控制单元300配置与该植物生长相匹配的不同单色光的扫描时间间隔以及单色光扫描的先后顺序。例如，对于金线莲，经济需求导向希望金线莲能够具有更高的次生代谢物，针对此需求，金线莲生长过程中，控制单元300控制单色光在光照强度为10μmol/m²/s、30μmol/m²/s和60μmol/m²/s的蓝光照射下生长，每种光强的蓝光照射1h交替进行，从而使金线莲的总黄酮生成和积累达到最大。

根据一种优选实施方式，补光装置还包含光信号收集单元400，光信号收集单元400包含设置于植物根部的底部反光板和用于接收并感应光信号的光传感器402。控制单元300能够用于接收光传感组件的信号并进行数据分析和指令发出。底部反光板朝向供光单元100的一侧设置有受外源光信号激发而产生发光能量的反光涂层，其中，反光涂层接收的外源光信号能够为自植物各组织间缝隙以直射或反射的方式到达设置有反光涂层的一侧的，且未被植物本体承接的光信号，激发反光涂层产生的发光能量能够通过直射或反射部分或全部的传输至植物。反光涂层用于产生受激发的光线。在植物根部设置的反光涂层用于回收并再次利用自未被植物吸收而照射至植物底部的光线。优选地，反光涂层能够为荧光粉。反光涂层涂覆于底部反光板朝向供光单元100的面。光信号收集单元400通过对供光单元100产生的光源进行多层级的利用，达到减少照射死角并利用未进行能量补给的光线进行信号收集从而监测环境和植株的目的。

自反光涂层发射出的光信号能够用于植物状态的监测，或用于植物叶片背部光信号的补充。自底部反光板发出的光线一部分因植物组织的遮挡而照射至植物叶片背面或其他组织部位，而被吸收；另一部分自植物组织缝隙中穿出并最终返回至设置供光单元100的一侧，从而被设置在供光单元100附近的光传感组件感应。

根据一种优选实施方式，光传感器402以接收自供光单元100发射，过程中基于植物和植物根部的底部反光板的遮挡而形成的反射的光信号，使未被植物以光能量形式吸收的光信号被用于以入射角度和出射角度作为分析依据的植物生长监测。对于依赖光信号进行植物和环境监测的信息采集，采集内容包含但不限于：感应光线的入射角度和出射角度、感应光线的光谱颜色、感应光线的光照强度。

根据一种优选实施方式，处于移动状态的供光单元100照射植物产生的光信号与植物形成不同发射照射角度，即为植物光信号与实时位置变化的光信号形成的夹角及夹角在沿供光单元100的坐标轴的变化，从而通过光传感组件的信号接收和与光传感组件有线或无线连接的控制单元300以照射角度的变化趋势判断植物的生长长势。供光单元100在移动过程中能够产生不同入射角度的光线，并基于入射角度的不同而产生更多的出射角度，增加光传感器402的数据收集量，以为控制单元300判断植物生长的运算处理带来更多的信息依据。移动的供光单元100在进行窄带高光强的平扫给光过程中，还能够增加自缝隙射出而被感知的光线。优选地，供光单元100的同侧涂覆有反光涂层，使得供光单元100一侧的反光涂层能够利用从底部反光板射向供光单元100的光线再次激发而产生射向所述植物的光线。优选地，生长长势信息包括但不限于：植物叶片的生长情况、植物的株高。

根据一种优选实施方式，处于生长过程的植物与供光单元100产生的光信号形成不同发射照射角度，即为光信号与植物的不同组织部位形成的夹角及夹角在沿植物生长时间轴的变化，从而通过光传感组件的信号接收和与光传感组件有线或无线连接的控制单元300以照射角度的变化趋势判断植物的生长长势。植物生长会产生以下现象：植物变高、叶片变大、叶片的光吸收率伴随叶片颜色叶绿素的增加加深而增加、叶片数量变多。植物变高的过程中，自植物顶端射出的光线在植物底部的底部反光板401形成的入射角度发生变化，即随着植物的高度增加，入射角度逐渐增大。角度增大的变化趋势能够用于判断植物生长过程中的高度及变化是否正常。例如，部分经济作物或植物的产值预期是果实或体内次生代谢物，而植物的高度过快增加可能带来的问题是植物过快成熟或将营养供给给主茎秆而减少了对侧枝结果或体内次生代谢物合成途径的营养供给，导致植物预期产值降低，因此判断植物高度趋势变化以为养殖者带来生长预期的判断或植物营养元素缺失的判断。而叶片变大及叶片变多会遮蔽更多的地方，使照射至底部的光线变少，并发生入射角度的变化。叶片表面的叶绿素增多而吸收的光线变多，其反射至顶部的供光单元100一侧的光线变少。在植物缺水时，叶片会发生卷曲；在植物发生病理性衰死时，叶片可能由于病斑的产生而变小、叶绿素较少甚至脱落，使自供光单元100发射的光能够更多的穿过，从而使底部反光板401能够受激发产生更多的反射光，从而使光传感器402感知反射光的光强增加。不同生长时期的植物对于不同颜色的光的吸收具有偏好，在植物进入开花阶段后，部分植物的叶片从红光的主吸收向蓝光的主吸收变化，从而使反射光中的光颜色配比发生变化，用于判断植物的生长期进程。

根据一种优选实施方式，控制单元300基于光信号能量值或反光涂层被激发的能量分析得出的植物的生长长势情况提供植物对光照的需求度方案，从而允许与控制单元300有线或无线连接的控制单元300通过调节单元200对供光单元100的光照参数进行调整。如上述所示，针对反射光的分析，进行如由组织病变而引起叶片变少，控制单元300在分析得到结果后能够控制喷洒药物，尤其是针对检测到的发生组织病变的植物所在的区域。

进一步地，对反光涂层在底部反光板上的位置进行优化。

根据一种优选实施方式，底部反光板朝向供光单元100的一面设置有不同区域，至少包含第一区域。第一区域内的荧光粉的浓度能够以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外逐渐降低或升高，以使得控制单元300至少能够基于光传感器402所俘获的光子数量或反光涂层被激发的能量的变化分析得出植物叶片的长势情况，进而能够分析得出影响植物生长的因素以优化给光预案数据库430。

根据一种优选实施方式，第一区域内的反光涂层的浓度是以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外递减可以分为第一环带、第二环带、第三环带，并可以依次类推。优选地，第一环带、第二环带、第三环带可以均以该植物为圆心。优选地，上述各环带的宽度一致。优选地，上述各环带也可以均以该植物为圆心。在供光单元100射向植物的光线的入射角度发生变化时，集成于或设置于底部反光板一侧的光传感器402能够通过上述不同环带所接收的从植物叶片之间遗漏的光子，控制单元300接收数据从而判断或者确定植物叶片的具体长势比如，顶部的叶片稀少，或者植物靠近根部的叶片稀少，又或者是某一侧或者全部的叶片少于该类植物的正常水平。

基于实施例1和/实施例2中涉及的光照变化的凭证读取方式，在植物达到光饱和点或光补偿点时，供光单元100切换变换光的辐射强度、谱系、周期及分布，并使光信号收集单元400反射的光发生变化，从而使植物的叶片背面或正面均能够达到不同状态下的不同给光，从而使植物能够最大化利用照射至叶片的光。

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。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (9)

1.一种基于多供电制式的动植物照明系统，其特征在于，包含供光单元（100）、调节单元（200）和控制单元（300），所述供光单元（100）和调节单元（200）受控制单元（300）的控制，形成能够满足植物生长发育过程中所需光能量的给光方案，其中，

所述供光单元（100），与所述调节单元（200）连接，并通过调节单元（200）改变照射角度、照射亮度、照射光类型及分布为其照射的植物提供当前植物生长态势所需求的光能；

所述调节单元（200），通过控制单元（300）的调节完成旋转和/或移动的动作，使连接于所述调节单元（200）上的所述供光单元（100）对照射植物形成不同位置的光线，所述控制单元（300）能够通过所述调节单元（200）控制所述供光单元（100）的光能供给，从而使所述供光单元（100）在能量层面满足植物在低能反应或/和高能反应时需求的光能量；

其中，通过用于检测所述植物的光饱和状态和光补偿状态的检测单元（500）检测植株或植株叶片的代谢过程中的气体变化而感应到植株当前的代谢节点，从而判断植株处于高能反应或低能反应。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供光单元（100）以形成高饱和光照的方式对所述植物进行光能供给，其中，在所述植物基于低能反应进入光补偿状态时，所述供光单元（100）能够进入高饱和光照的状态为所述植物提供光能。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供光单元（100）以形成低补偿光照的方式对所述植物进行光能供给，其中，在所述植物基于高能反应达到光饱和状态时，所述供光单元（100）能够进入低补偿光照的状态为所述植物提供光能。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，处于所述低补偿光照状态的所述供光单元（100）发出的光高于处于高饱和光照状态的所述供光单元（100）发出的光，其中，所述光照状态的区分以光照度、光合有效辐射照度和光合有效光量子通量密度的值大于设定阈值为判断条件。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测单元（500）能够通过气体分析技术以测量所述植物的CO₂/H₂O含量判定植物净光合速率，从而通过净光合速率对所述植物的光饱和状态和光补偿状态的阈值进行界定。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述检测单元（500）能够作用于所述植物的叶片组织。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，与时间相关的所述净光合速率是以植物的光周期节点为驱动事件来记录的。

8.一种基于多供电制式的动植物照明设备，其特征在于，包含供光单元（100）、调节单元（200）和检测单元（500），所述供光单元（100）能够基于调节单元（200）的角度和位置变化形成不同的光照射角度、光照射亮度、光照射光类型以及光分布，其中，在所述设备基于检测单元（500）对植物叶片的净光合速率的检测信号而判定所述植物达到光饱和点或光补偿点时，所述供光单元（100）能够变化所述光照射角度、光照射亮度、光照射光类型以及光分布，还包括控制单元（300），所述控制单元（300）能够通过所述调节单元（200）控制所述供光单元（100）的光能供给，从而使所述供光单元（100）在能量层面满足植物在低能反应或/和高能反应时需求的光能量，其中，通过用于检测所述植物的光饱和状态和光补偿状态的检测单元（500）检测植株或植株叶片的代谢过程中的气体变化而感应到植株当前的代谢节点，从而判断植株处于高能反应或低能反应。

9.一种基于多供电制式的动植物照明方法，其特征在于，基于权利要求1~7任一所述动植物照明系统，在所述控制单元（300）接收所述检测单元（500）的信号而判定照射植物达到光饱和点或光补偿点时，通过改变光的照射角度、照射亮度、照射光类型以及分布设置满足植物生长发育过程中所需光能量的给光方案。