CN114165755B - 一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统和补光方法 - Google Patents

一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统和补光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，包括桁架、行走动力机构和模拟日照补光机构；所述行走动力机构安装在桁架顶端；所述模拟日照补光机构安装在行走动力机构上；所述行走动力机构用于带动模拟日照补光机构沿着桁架顶部移动，同时驱动模拟日照补光机构进行摆动和调整补光强度；本发明通过行走动力机构既带动模拟日照补光机构移动，同时又驱动模拟日照补光机构自适应调整补光方向和补光强度，从而模拟出根据太阳运行规律进行补光的效果，既能够提高工业大麻植株的生产速度，又能够提高工业大麻植株的品质，补光效果大大提升。

Description

一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统和补光方法
技术领域
本发明涉及一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统。
背景技术
目前的植物补光装置大多固定设置于植物的正上方，光照强度和光照方向固定，对于工业大麻的种植而言，光照强度和光照方向对工业大麻植株内的生长激素分布具有重要影响，虽然对工业大麻植株进行补光，能够促进工业大麻植株的生长，但是，在固定式补光种植条件下种植的工业大麻相比于在自然光照条件下种植的工业大麻在品质上较差。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，包括桁架、行走动力机构和模拟日照补光机构；所述行走动力机构安装在桁架顶端；所述模拟日照补光机构安装在行走动力机构上；
其中，所述行走动力机构用于带动模拟日照补光机构沿着桁架顶部移动，同时驱动模拟日照补光机构进行摆动和调整补光强度。
本发明进一步地，所述行走动力机构包括导轨、滑块、行走支架、齿条、行走齿轮、涡轮蜗杆结构和驱动电机；
所述导轨固定安装在桁架上；所述滑块滑动连接在导轨上；所述行走支架固定在滑块上；所述行走支架上固定有槽盘，所述槽盘上开设有间距调节通孔；所述齿条固定安装在导轨上；所述行走齿轮转动连接在滑块上并与齿条啮合，所述行走齿轮的轴颈套接有第一齿轮；所述涡轮蜗杆机构安装在行走支架上，所述涡轮蜗杆结构的蜗杆连接有第二齿轮；所述第二齿轮与第一齿轮啮合；所述驱动电机安装在行走支架上，所述驱动电机的输出端连接有第三齿轮；所述第三齿轮与第二齿轮啮合；
所述模拟日照补光机构固定连接在涡轮蜗杆结构的涡轮上，所述模拟日照补光机构包括有凸透镜，所述凸透镜具有一柄部，所述柄部上凸设有一销轴，所述销轴活动嵌设于间距调节通孔内。
本发明进一步地，所述模拟日照补光机构还包括有光源支架、反射灯罩、LED灯带，
所述光源支架固定安装在涡轮蜗杆结构的涡轮上，所述光源支架上开设有一避让孔；所述反射灯罩安装在光源支架上，所述LED灯带安装在反射灯罩的内顶，所述凸透镜活动设于反射灯罩内并位于LED灯带的下方，所述柄部向上活动伸入光源支架内，使所述销轴贯穿于避让孔。
本发明进一步地，还包括有两个相对设置的下补光组，两个所述下补光组位于模拟日照补光机构的下方，所述模拟日照补光机构还包括分光罩，所述分光罩固定连接在反射灯罩的底端，所述分光罩的两侧分别设置有集光罩；所述两个下补光组分别一一对应通过光纤链路与两个集光罩连接。
本发明进一步地，所述分光罩的两侧还分别设置有反射板，所述反射板位于集光罩的内侧。
本发明进一步地，所述集光罩的外侧与一第一光纤的一端连接，所述第一光纤的另一端连接在光纤连接头上，所述光纤连接头还与一第二光纤的一端连接，所述第二光纤的另一端与对应的下补光组连接。
本发明进一步地，所述LED灯带的数量为三个，三个所述LED灯带间隔并排设置。
本发明的有益效果为：本发明通过行走动力机构既带动模拟日照补光机构移动，同时又驱动模拟日照补光机构自适应调整补光方向和补光强度，从而模拟出根据太阳运行规律进行补光的效果，既能够提高工业大麻植株的生产速度，又能够提高工业大麻植株的品质，补光效果大大提升。
附图说明
图1是本发明的应用示意图；
图2是本发明的立体图；
图3是本发明的模拟日照补光机构的立体图；
图4是本发明的模拟日照补光机构的分解示意图；
图5是本发明的模拟日照补光机构的剖面示意图；
图6是本发明的凸透镜的立体图；
图7是本发明的行走动力机构的结构示意图；
图8是本发明的槽盘的结构示意图；
图9是本发明的行走动力机构驱动模拟日照补光机构摆动后的示意图；
附图标记说明：100、桁架；200、行走动力机构；201、导轨；202、滑块；203、行走支架；204、齿条；205、行走齿轮；206、涡轮蜗杆结构；207、驱动电机；208、槽盘；209、间距调节通孔；210、第一齿轮；211、第二齿轮；212、第三齿轮；300、模拟日照补光机构；301、光源支架；3011、避让孔；302、反射灯罩；303、LED灯带；304、凸透镜；3041、柄部；3042、销轴；305、分光罩；306、集光罩；307、反射板；400、下补光组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图9所示，本实施例所述的一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，包括桁架100、行走动力机构200和模拟日照补光机构300；所述行走动力机构200安装在桁架100顶端；所述模拟日照补光机构300安装在行走动力机构200上；
其中，所述行走动力机构200用于带动模拟日照补光机构300沿着桁架100顶部移动，同时驱动模拟日照补光机构300进行摆动和调整补光强度。
实际使用时，将桁架100安装在工业大麻种植田上，行走动力机构200安装在桁架100顶部的一端，模拟日照补光机构300安装在行走动力机构200上，使得模拟日照补光机构300位于工业大麻种植田的一侧；具体地，根据实际种植田的规模，在种植田上间隔布局多个日光模拟补光系统，以满足整个种植田的补光需求；利用行走动力机构200带动模拟日照补光机构300沿着桁架100顶部的一端朝向另一端移动，与此同时，行走动力机构200驱动模拟日照补光机构300摆动，使得模拟日照补光机构300的补光方向调整，以及驱动模拟日照补光机构300调整补光强度，使得模拟日照补光机构300从桁架100顶部的一端移动至另一端的过程中，其光强由弱逐渐增强，再由强逐渐减弱，从而实现补光过程中根据太阳运行规律对补光方向和补光强度的模拟，使得补光效果接近自然状态，使得补光强度有规律的变化，既提高工业大麻植株的生长速度，又能提高工业大麻植株的品质。
本实施例通过行走动力机构200既带动模拟日照补光机构300移动，同时又驱动模拟日照补光机构300自适应调整补光方向和补光强度，从而模拟出根据太阳运行规律进行补光的效果，既能够提高工业大麻植株的生产速度，又能够提高工业大麻植株的品质，补光效果大大提升。
本实施例中，所述行走动力机构200包括导轨201、滑块202、行走支架203、齿条204、行走齿轮205、涡轮蜗杆结构206和驱动电机207；
所述导轨201固定安装在桁架100上；所述滑块202滑动连接在导轨201上；所述行走支架203固定在滑块202上；所述行走支架203上固定有槽盘208，所述槽盘208上开设有间距调节通孔209；具体地，间距调节通孔209呈U形，且间距调节通孔209的两端均向内侧弯；所述齿条204固定安装在导轨201上；所述行走齿轮205转动连接在滑块202上并与齿条204啮合，所述行走齿轮205的轴颈套接有第一齿轮210；所述涡轮蜗杆机构安装在行走支架203上，所述涡轮蜗杆结构206的蜗杆连接有第二齿轮211；所述第二齿轮211与第一齿轮210啮合；所述驱动电机207安装在行走支架203上，所述驱动电机207的输出端连接有第三齿轮212；所述第三齿轮212与第二齿轮211啮合；
所述模拟日照补光机构300固定连接在涡轮蜗杆结构206的涡轮上，所述模拟日照补光机构300包括有凸透镜304，所述凸透镜304具有一柄部3041，所述柄部3041上凸设有一销轴3042，所述销轴3042活动嵌设于间距调节通孔209内。
实际使用过程中，驱动电机207带动第三齿轮212转动，第三齿轮212带动第二齿轮211转动，第二齿轮211同时带动第一齿轮210和蜗轮蜗杆结构的蜗杆转动，此时第一齿轮210带动行走齿轮205转动，通过行走齿轮205与齿条204的配合，齿条204的位置固定，从而使得行走齿轮205推动滑块202沿着导轨201移动，滑块202带动行走支架203移动，行走支架203通过涡轮蜗杆结构206带动模拟日照补光机构300移动，实现模拟日照补光机构300的位置变化，与此同时涡轮蜗杆结构206的蜗杆带动涡轮蜗杆结构206的涡轮转动，涡轮蜗杆结构206的涡轮带动模拟日照补光机构300进行摆动，从而调整模拟日照补光机构300的补光方向，同时由于模拟日照补光机构300的偏摆，在销轴3042与间距调节通孔209的配合下，驱动凸透镜304移动，使得凸透镜304与光源的间距改变，从而改变光照强度，从而模拟出日照对工业大麻植株进行照射的效果，实现补光的同时，提高工业大麻植株的品质。
本实施例中，具体地，所述模拟日照补光机构300还包括有光源支架301、反射灯罩302、LED灯带303，本实施例中，优选地，所述LED灯带303的数量为三个，三个所述LED灯带303间隔并排设置，如此保证具有充足的光照强度；
所述光源支架301固定安装在涡轮蜗杆结构206的涡轮上，所述光源支架301上开设有一避让孔3011；所述反射灯罩302安装在光源支架301上，所述LED灯带303安装在反射灯罩302的内顶，所述凸透镜304活动设于反射灯罩302内并位于LED灯带303的下方，所述柄部3041向上活动伸入光源支架301内，使所述销轴3042贯穿于避让孔3011。
实际使用时，涡轮蜗杆结构206的涡轮通过光源支架301带动反射灯罩302、凸透镜304、LED灯带303摆动，使得LED灯带303的照射方向调整，即调整补光方向，以适应模拟日照补光机构300沿着桁架100移动，光源支架301上设置避让孔3011，为凸透镜304在销轴3042与间距调节通孔209配合下进行下上移动，调整凸透镜304与LED灯带303的间距。
本实施例所述的一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，还包括有两个相对设置的下补光组400，两个所述下补光组400位于模拟日照补光机构300的下方，所述模拟日照补光机构300还包括分光罩305，所述分光罩305固定连接在反射灯罩302的底端，所述分光罩305的两侧分别设置有集光罩306；所述两个下补光组400分别一一对应通过光纤链路与两个集光罩306连接。
实际使用时，将下补光组400置于工业大麻植株的下方，LED灯带303发出的光线经过凸透镜304，位于分光罩305中部区域的光线从分光罩305射出，而位于分光罩305两侧区域的光线被集光罩306聚集，并通过光纤链路传输至两个下补光组400上，两个下补光组400向上发射出光线，对工业大麻植株叶片背侧进行补光，实现对工业大麻植株进行分散补光，进一步提高补光效率和补光效果，促进工业大麻植株生长。
本实施例中，所述分光罩305的两侧还分别设置有反射板307，所述反射板307位于集光罩306的内侧。
实际使用时，利用反射板307将位于分光罩305侧边区域的光线反射至集光罩306内，以便下补光组400具有足够的光照强度对工业大麻植株进行补光。
本实施例中，具体地，所述集光罩306的外侧与一第一光纤的一端连接，所述第一光纤的另一端连接在光纤连接头上，所述光纤连接头还与一第二光纤的一端连接，所述第二光纤的另一端与对应的下补光组400连接。如此设置，经过第一光纤和第二光纤的传输，将光线传输至下补光组400上，对工业大麻植株叶片背面进行补光。
本实施例的工作原理是：外界控制器根据时间和太阳运行规律控制驱动电机207工作，驱动电机207通过第三齿轮212带动第二齿轮211转动，第二齿轮211同时带动第一齿轮210和涡轮蜗杆结构206的蜗杆转动，第一齿轮210带动行走齿轮205转动，行走齿轮205与齿条204配合，从而带动模拟日照补光机构300沿着导轨201移动，同时涡轮蜗杆结构206的蜗杆驱动其涡轮带动光源支架301以太阳升起的方向发生摆动，以模拟太阳光对工业大麻田的倾斜照射效果，同时在销轴3042与间距调节通孔209的配合下，驱动凸透镜304远离LED灯带303移动，调整凸透镜304与LED灯带303之间的间距，由于LED灯带303为点光源，当凸透镜304与LED灯带303之间的间距增大后，凸透镜304入射光线角度减小，凸透镜304出射光斑的面积将减小，能量密度增加；由于两个反射板307间距固定，两者之间形成的投射窗口面积固定，当光斑面积变小后，光源主要能量从投射窗口投射于工业大麻植株冠层上方，光斑边缘部分的能量投射于反射板307上，经反射板307反射后进入集光罩306内，并通过第一光纤和第二光纤传输至下补光组400进行工业大麻植株叶片背面补光；
在模拟日照补光机构300移动过程中，初始状态时（即清晨状态）凸透镜304与LED灯带303之间的距离最小，此时凸透镜304形成的光斑最大，经投射窗口投射的光能量最小，此时补光强度最低，随着光源支架301偏摆角度增大，凸透镜304与LED灯带303之间的间距增大，凸透镜304形成的光斑逐渐减小，补光强度增加，当光源支架301偏摆至竖直向下时，补光强度最大（即正午状态）；随着光源支架301进一步摆动，凸透镜304与LED灯带303之间的间距逐渐减小，补光强度下降，直至降低至最低水平（即黄昏状态）；如此模拟出日照效果对工业大麻植株进行补光。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (5)

1.一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，其特征在于，包括桁架(100)、行走动力机构(200)和模拟日照补光机构(300)；
所述行走动力机构(200)安装在桁架(100)顶端；所述模拟日照补光机构(300)安装在行走动力机构(200)上；
其中，所述行走动力机构(200)用于带动模拟日照补光机构(300)沿着桁架(100)顶部移动，同时驱动模拟日照补光机构(300)进行摆动和调整补光强度；
所述行走动力机构(200)包括导轨(201)、滑块(202)、行走支架(203)、齿条(204)、行走齿轮(205)、涡轮蜗杆结构(206)和驱动电机(207)；
所述导轨(201)固定安装在桁架(100)上；所述滑块(202)滑动连接在导轨(201)上；所述行走支架(203)固定在滑块(202)上；所述行走支架(203)上固定有槽盘(208)，所述槽盘(208)上开设有间距调节通孔(209)；所述齿条(204)固定安装在导轨(201)上；所述行走齿轮(205)转动连接在滑块(202)上并与齿条(204)啮合，所述行走齿轮(205)的轴颈套接有第一齿轮(210)；所述涡轮蜗杆机构安装在行走支架(203)上，所述涡轮蜗杆结构(206)的蜗杆连接有第二齿轮(211)；所述第二齿轮(211)与第一齿轮(210)啮合；所述驱动电机(207)安装在行走支架(203)上，所述驱动电机(207)的输出端连接有第三齿轮(212)；所述第三齿轮(212)与第二齿轮(211)啮合；
所述模拟日照补光机构(300)固定连接在涡轮蜗杆结构(206)的涡轮上，所述模拟日照补光机构(300)包括有凸透镜(304)，所述凸透镜(304)具有一柄部(3041)，所述柄部(3041)上凸设有一销轴(3042)，所述销轴(3042)活动嵌设于间距调节通孔(209)内；
所述模拟日照补光机构(300)还包括有光源支架(301)、反射灯罩(302)、LED灯带(303)，
所述光源支架(301)固定安装在涡轮蜗杆结构(206)的涡轮上，所述光源支架(301)上开设有一避让孔(3011)；所述反射灯罩(302)安装在光源支架(301)上，所述LED灯带(303)安装在反射灯罩(302)的内顶，所述凸透镜(304)活动设于反射灯罩(302)内并位于LED灯带(303)的下方，所述柄部(3041)向上活动伸入光源支架(301)内，使所述销轴(3042)贯穿于避让孔(3011)；
还包括有两个相对设置的下补光组(400)，两个所述下补光组(400)位于模拟日照补光机构(300)的下方，所述模拟日照补光机构(300)还包括分光罩(305)，所述分光罩(305)固定连接在反射灯罩(302)的底端，所述分光罩(305)的两侧分别设置有集光罩(306)；所述两个下补光组(400)分别一一对应通过光纤链路与两个集光罩(306)连接。
2.根据权利要求1所述的一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，其特征在于，所述分光罩(305)的两侧还分别设置有反射板(307)，所述反射板(307)位于集光罩(306)的内侧。
3.根据权利要求2所述的一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，其特征在于，所述集光罩(306)的外侧与一第一光纤的一端连接，所述第一光纤的另一端连接在光纤连接头上，所述光纤连接头还与一第二光纤的一端连接，所述第二光纤的另一端与对应的下补光组(400)连接。
4.根据权利要求1所述的一种工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统，其特征在于，所述LED灯带(303)的数量为三个，三个所述LED灯带(303)间隔并排设置。
5.一种如权利要求1所述的工业大麻种植用紧凑型日光模拟补光系统的补光方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：外界控制器根据时间和太阳运行规律控制驱动电机(207)工作，驱动电机(207)通过第三齿轮(212)、第二齿轮(211)、第一齿轮(210)带动行走齿轮(205)转动，从而带动模拟日照补光机构(300)沿着导轨(201)移动；
同时，驱动电机(207)通过第三齿轮(212)、第二齿轮(211)带动涡轮蜗杆结构(206)的蜗杆驱动其涡轮带动光源支架(301)以太阳升起的方向发生摆动，以模拟太阳光对工业大麻田的倾斜照射效果；
以及在销轴(3042)与间距调节通孔(209)的配合下，驱动凸透镜(304)远离LED灯带(303)移动，调整凸透镜(304)与LED灯带(303)之间的间距；
S2：在初始状态时，凸透镜(304)与LED灯带(303)之间的距离最小，此时凸透镜(304)形成的光斑最大，经投射窗口投射的光能量最小，此时补光强度最低；
S3：随着光源支架(301)偏摆角度增大，凸透镜(304)与LED灯带(303)之间的间距增大，凸透镜(304)形成的光斑逐渐减小，补光强度增加，当光源支架(301)偏摆至竖直向下时，补光强度最大；
S4：随着光源支架(301)进一步摆动，凸透镜(304)与LED灯带(303)之间的间距逐渐减小，补光强度下降，直至降低至最低水平；如此模拟出日照效果对工业大麻植株进行补光。
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