CN205026508U - 微型植物工厂的智能化照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型植物工厂的智能化照明装置，该微型植物工厂是一多层植物栽培架，其主要是在多层植物栽培架的育成栽培槽床架上方装设一智能化照明装置，该照明装置是一LED灯盘，为包含平均散布于该灯盘的红光、蓝光及白光等三种不同波长的LED灯粒，所述红、蓝、白的各串LED都具有自动平均分流的电路，使各串LED灯粒亮度均匀，且每种LED灯粒都能各自调光，和任意组合，该灯盘可升降调整高度，而能贴近植物提供照明，并依照选定植物的生长速率，设定每日所需上升的额定距离，以保持高效的近距离照射，亦可按照选定栽种的植物习性及生长阶段的需求，通过该LED灯盘自动提供所需的光质、光量及光周期。

Description

微型植物工厂的智能化照明装置

技术领域

本实用新型是关于一种微型植物工厂的智能化照明装置，尤指一种可依植物生长速率而自动保持高效近距离照射的智能化照明装置，该照明装置是一平均散布红光、蓝光及白光三种不同波长LED灯粒的LED灯盘，为通过一均流和调光电路，使LED灯盘具有轻薄、低温、低耗能、光照均匀等特点，且容易升降而贴近照射植物。

背景技术

公知立体栽培的植物工场，其关于照明的提供，大多是使用较少的发光源，因此发光并不平均，热量太集中，不能太过接近植物，所以灯盘和植物之间都保持一相当长的距离，且无法随着植物的成长而自动调整灯盘的高度，同时也没有三种波长可平均散布在灯盘上，也没有各自调光的功能，因此公知植物工场于照明的适用性不佳，容易形成照明能源浪费。

此外，在植物环境气流的控制方面，公知植物工场通常只能提供固定的风向和风量，根本无法依据植物在各种成长时段，有效进行风向和风速的调整改变，因此也无法营造出更有效益的气流，故仍有待改善。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的，在于提供一种微型植物工厂的智能化照明装置，该智能化照明装置是一可发光均匀且低热能的LED灯盘，为活动设于育成栽培槽的床架上方，并可依照植物的生长速率而设定每日所需上升的额定距离，利用微距控制灯盘的升降高度，常保持高效贴近照射植物，以提供植物生长时最佳所需的光质、光量、及光周期，该LED灯盘具有轻薄、低温、低耗能、光照均匀及非常节能等优点。

为达到上述目的，本实用新型提供一种微型植物工厂的智能化照明装置，该微型植物工厂是一多层植物栽培架组合，而智能化照明装置设于培槽的床架上方，智能化照明装置，是由一能活动调整升降的LED灯盘所构成，该LED灯盘包含平均散布于该灯盘的红光、蓝光及白光等三种不同波长的LED灯粒，各串LED灯粒通过一均流电路，使各串LED灯粒亮度均匀，且通过一调光电路，使每种LED灯粒各自调光并任意组合，LED灯盘并用微距控制升降高度而贴近植物。

该LED灯盘制定每日所需上升的额定距离，而保持高效的近距离照射。

该LED灯盘是由复数片的LED灯板所铺接组成，各LED灯板是于一PCB板上同时放置红光、蓝光及白光三种不同颜色的LED灯粒。

该LED灯板是使用19串8并共计152颗红色LED灯粒、13串6并共计78颗蓝色LED灯粒，以及13串8并共计104颗白色LED灯粒所组成，总共将334颗微LED灯粒平均散布在一大块PCB上。

于多层植物栽培架的育成栽培槽与LED灯盘之间再装设一循环扇。

该循环扇使用直流电源，主要包含一循环扇本体、一水平风向控制马达及一锁固板，该锁固板锁固于LED灯盘的选定处，并连结锁合循环扇本体与水平风向控制马达，利用直流电源以定电流方式来控制风扇电流，用以调整其风速大小。

该循环扇的水平风向控制马达采用步进式减速马达。

其的利用步进马达的定位和脉冲频率以供调节水平风向并控制马达转向的方位。

该LED灯盘是一薄型铝框，而在铝框本体的四个边角位置，分别吊置结合一悬吊线，并调节控制四个边角的悬吊线高度，且在LED灯盘上方装设一能匹配悬吊的支架，该支架于四个边角位置分别设有一滑轮，各悬吊线对应穿过各滑轮而分别通过一转向轮，再将各悬吊线引导结合于一转接板，使四股悬吊线集中由两条粗、细弹簧施予悬吊衔接。

本实用新型的微型植物工厂的智能化照明装置，该智能化照明装置是一平均散布红光、蓝光及白光三种不同波长LED灯粒的LED灯盘，并通过一均流和调光电路，使各串LED灯粒亮度均匀，且每种LED灯粒都能各自调光，亦可供任意组合，用以满足植物的照光习性及其各种生长阶段所需的波长与照度。

本实用新型的微型植物工厂的智能化照明装置，其进一步可于育成栽培槽与照明装置之间装设一循环扇，并利用程序化控制循环扇的风向和风量，使植物叶部可获得充足的二氧化碳供应，同时亦提供均温均湿的环境及增进LED灯盘散热等功效。

本实用新型的提供的一种包含智能化照明装置及循环扇的微型植物工厂，该微型植物工厂是一包括种子催芽到植物收成完整动线流程的多层植物栽培架，设有一可调温、均湿通气、可调明暗光线的人工海绵催芽室，及一全方位照明，及一气流控制的育苗及育成区，以及整个栽培架的养液、水分供给和循环控制等，用以达到微型植物工厂的精密流程控制，且非常适合居家环境采用，通过智能化照明装置与循环扇的应用，以最节能方式提供植物所需照明和气流，全自动化控制的营造一个很经济又很适合植物在各成长阶段所需的环境，能供一般使用者自行在家或小区内就能以很节约且高效率的方式而轻易获得植物栽种成果。

附图说明

以下配合附图详细说明本实用新型的特征及优点：

图１为本实用新型应用于微型植物工厂的组合立体图。

图２为本实用新型中LED灯盘与循环扇的组合立体图。

图３为本实用新型中三波长LED灯板的上视图。

图４为本实用新型中循环扇的立体图。

图５为本实用新型中LED灯盘的升降配置机构的组成示意图。

图６为本实用新型的功能方块示意图。

图７至图９分别为本实用新型的三波长LED灯板电路图。

附图标记说明

10、20、30床架

40智能化照明装置

101催芽室

102育苗栽培槽

2育成栽培槽

301控制器

302清水槽

303养液槽

4LED灯盘

41、42、43LED灯粒

4a、4b、4c、4dLED灯板

41红色LED灯粒

42蓝色LED灯粒

43白色LED灯粒

44悬吊线

5循环扇

51循环扇本体

52水平风向控制马达

53锁固板

6支架

61滑轮

62转向轮

63转接板

64、65粗、细弹簧

方块1三种波长LED灯板均流电路

方块2LED灯盘升降控制电路

方块3循环扇控制电路

方块4LED灯盘调光及电源供应

方块5微处理器控制及测量电路

方块6控制器操作面板电路

方块7电源供应电路

方块8催芽室温度、亮度控制电路。

具体实施方式

如图１所示，其揭示本实用新型包含智能化照明装置及循环扇的微型植物工厂整体示意图，该微型植物工厂是一多层植物栽培架组合，植物从种子到收成的过程所需的设施，皆浓缩设于该微型植物工厂内，该多层植物栽培架(即微型植物工厂)主要包括：催芽室101及育苗栽培槽102的床架10、育成栽培槽2的床架20及设有控制器301、清水槽302与养液槽303的床架30，并在育成栽培槽2的床架上方均装设一智能化照明装置40，而其中：

智能化照明装置40，如图２、图３所示，其是由一可活动调整升降的LED灯盘4所构成，为包含平均散布于该灯盘的红光、蓝光及白光等三种不同波长的LED灯粒41、42、43，所述红、蓝、白的各串LED灯粒41、42、43都可通过一均流电路，使各串LED灯粒41、42、43亮度均匀，且可通过一调光电路，使每种LED灯粒41、42、43都能各自调光，和任意组合，所述LED灯盘4可升降调整高度，利用微距控制LED灯盘4的升降高度而能贴近植物提供照明，乃依照选定植物的生长速率，设定每日所需上升的额定距离，以供保持高效的近距离照射，亦可按照选定栽种的植物习性及生长阶段的需求，借该LED灯盘4通过上述的均流和调光电路，而可自动调整提供植物所需的光质、光量、及光周期，以满足植物的光照习性及其各种生长阶段所需的波长与照度。

如图２所示，上述构成智能化照明装置40的LED灯盘4，其是由复数片的LED灯板4a、4b、4c、4d所铺接组成，图３则是所述LED灯板4a(4b、4c、4d)的结构示意图，其于一PCB板上同时放置红光、蓝光及白光三种不同颜色的微小功率的LED灯粒41、42、43，如图实施例显示，该LED灯板4a(4b、4c、4d)使用19串8并共计152颗红色LED灯粒41、13串6并共计78颗蓝色LED灯粒42，以及13串8并共计104颗白色LED灯粒43等所组成，总共将334颗微小功率的LED灯粒41、42、43平均散布在一大块PCB上而构成一LED灯板4a(4b、4c、4d)，每种颜色(波长)的LED灯粒41、42、43都能独立调光，故可任意组合达到人们所设定的光质和光亮度，且由于灯粒呈多数分布均匀，再经由特殊的均流电路，因此不但光照平均且热量分散，故可供近距离照射植物，以达到大量节能与最佳照射的效果。

依本实用新型设计组成，其进一步可于多层植物栽培架的育成栽培槽2与上述LED灯盘4之间再装设一循环扇5(如图４所示)，并利用程序化控制该循环扇5的风向和风量，使植物叶部可获得充足的二氧化碳供应，同时亦提供均温均湿的环境及增进LED灯盘散热等功效。如图２、图４实施例所揭，循环扇5可使用DC12V的直流电源，主要包含一循环扇本体51、一水平风向控制马达52及一锁固板53，该锁固板53系可锁固于LED灯盘4的中央位置或适当选定处，并连结锁合循环扇本体51与水平风向控制马达52，为利用DC12V电源以定电流方式来控制风扇电流，用以调整其风速大小，而水平风向控制马达52适合采用步进式减速马达，故可轻易控制循环扇本体51呈水平方向180度的大角度风向调整及任意点定位。因此，本实施例即可通过床架30所设的控制器301来调整循环扇本体51的定电流大小，进而控制循环扇的供出风速大小，然后，再利用步进马达的定位和脉冲频率，就可以调节水平风向控制马达52转向的方位及改变方向，并再搭配风速(风量)的调节，即能控制栽培区的气流方向及流量，达到作物叶部氧气吹出，二氧化碳循环供应，产生阵风效应及空气循环替换，及均速、均湿、风速适当的生长环境与LED灯盘4散热等多重目的。

上述的LED灯盘4，可实施为一薄型铝框的形态，除可固定装设一循环扇5，亦可供复数片LED灯板4a、4b、4c、4d铺设结合，使所述智能化照明装置40并包含一锁设固定的循环扇5，借此提供散热及反射边光的目的，也因此组成一个相当轻盈、明亮又很坚固的LED灯盘4，而可便控制LED灯盘4的升降调整；又所述的LED灯盘4，如图２所示，其可在LED灯盘4铝框本体的四个边角位置，分别吊置结合一悬吊线44(可使用钢丝)，并控制四个边角的悬吊线44高度调节，以完成LED灯盘4升降控制的目的。

如图５所示，其进一步揭示一种LED灯盘4的升降配置机构，主要是在LED灯盘4上方装设一可供匹配悬吊的支架6，该支架6于四个边角位置分别设有一滑轮61，使LED灯盘4的各悬吊线44可对应穿过各滑轮61而分别通过一转向轮62，再将各悬吊线44引导结合于一转接板63，使四股悬吊线44可集中由两条粗、细弹簧64、65施予悬吊衔接并分摊LED灯盘4的重量(约5kg)，故水平风向控制马达52(步进式减速马达)，只需小部分的出力，就能控制5kg的LED灯盘4进行升降调整工作。简言之，上述LED灯盘4的升降配置机构，其通过二条粗、细弹簧64、65的配重，故水平风向控制马达52(步进式减速马达)可选用较小功率马达，便可很节能且精准微距的控制灯盘上升及下降，且可任意控制停驻在其间的任一个上下位置。

图６为本实用新型的功能方块示意图，其中：

方块1是三种波长LED灯板均流电路；

方块2是LED灯盘升降控制电路；

方块3是循环扇控制电路；

方块4是LED灯盘调光及电源供应；

方块5是微处理器控制及测量电路；

方块6是控制器操作面板电路；

方块7是电源供应电路；

方块8是催芽室温度、亮度控制电路；

如上述本实用新型的功能方块所示，图中方块5(微处理器控制及测量电路)为本实用新型的控制和测量中心，首先所欲操作本微型植物工厂，是经过方块6(控制器操作面板电路)告知方块5来执行所欲达成的目的，以控制照明为例，为使照明更有效率，当欲行使光合作用点亮灯板时，方块5将控制方块2灯盘升降控制电路，让LED灯盘包括装置在灯盘上的方块3循环扇缓慢下降，并自动计算下降的额定距离，当达到设定值时，LED灯盘便停止，此时，LED灯盘距离植物最上缘约为10-15cm，而方块3循环扇大约和叶子最上端同高，当方块2下降到所要照射的作物的高度后，便会启动方块4灯盘调光及电源供应，然后再点亮方块1的三种波长LED灯板均流电路，自动平均每并的电流，达到发光均匀的目的，再按植物的需求，调整三种波长LED灯粒的输出功率，发出适合植物当下最适合的光质和光量。在此同时，方块5亦控制方块3循环扇控制电路，让循环扇风扇以缓慢的速度控制方向，及调整适当的风速，以产生适合的气流及阵风，一方面，将叶子附近充满氧气的空气吹走，补充室内其他空气上来，补充光合作用下所需的大量二氧化碳需求，促进换气循环，另一方面，也可达到灯板散热目的。方块5微处理器还可经由方块8控制催芽室的制冷器或发热器和其专用的灯板，让催芽室达到所期望的温度条件和亮度需求。最后方块7电源供应电路，则提供适当的电压及电流而供应上述各功能方块的所需。

图３则是所述LED灯板4a(4b、4c、4d)的结构示意图，其于一PCB板上同时放置红光、蓝光及白光三种不同颜色的微小功率的LED灯粒41、42、43，如图实施例显示，该LED灯板4a(4b、4c、4d)使用19串8并共计152颗红色LED灯粒41、13串6并共计78颗蓝色LED灯粒42，以及13串8并共计104颗白色LED灯粒43等所组成，总共将334颗微小功率的LED灯粒41、42、43平均散布在一大块PCB上而构成一LED灯板4a(4b、4c、4d)，每种颜色(波长)的LED灯粒41、42、43都能独立调光，故可任意组合达到所设定的光质和光亮度，且由于灯粒呈多数分布均匀，再经由特殊的均流电路，因此不但光照平均且热量分散，故可供近距离照射植物，以达到大量节能与最佳照射的效果。

图７至图９所示，分别是本实用新型的三波长LED灯板电路图，图中的均流运算IC，U1的电源来自D1、D2、D3，只要任一色的LED灯粒有被点亮，就可取得所需的电源，然后经过R30、R31、R32、R33、R34等5只相并联的电阻后，在ZD1及C1上得到U1所需运作的稳定电压，而使用5只电阻并联的目的是要把热源分散开来，使可近照植物。以图７所揭的蓝色LED灯粒为例，共分6并，每并有13串LED灯粒，都对应一只晶体管，如图中Q1~Q6，以定电流的方式来驱动每并的LED灯粒驱动电流。以第一并Q1为例，R2为集极电压，回馈检知电阻，R3为基极驱动输入电阻，R4为射极定电流限流电阻，其中各并的回馈检知电阻分别为R2、R6、R11、R16、R21、R26共接在一起到均流运算ICU1A的正端，经由U1A的相加平均之后，由U1A的输出即PIN-1，经R37到各并的驱动输入电阻，即R3、R8、R13、R18、R23、R28等，驱动Q1到Q6的基极，达到每并的电流自动平均的目的。换言之，本电路能自动把各并的LED灯粒驱动电流，按当下的状态，自动回馈，及平均驱动，产生每并电流平均分配一致，进而使每并LED灯粒发光均匀的目的，另外，图中D4及D5，则组成最大驱动电流上限保护。

依此类推，如图８所揭的红色LED灯粒为例，U1B为红色LED灯粒的均流运算控制IC，其输出经R63，分别推动Q7~Q14共8并的定电流红色LED灯粒驱动电路，以及图９所揭的U1C为白色LED灯粒的均流运算控制IC，其输出经R107，分别推动Q15~Q22共8并的定电流白色LED灯粒驱动电路，其目的都是要按当下每并电流平均一致，进而使每并LED灯粒发光均匀目的。

综上所述，可见本实用新型所为“微型植物工厂的智能化照明装置”改良，或进一步再包含一循环扇结合，是以能依照植物成长而智能化调整提供最佳的照明及气流供应，于微型植物工厂整体应用及组成确为新颖首创，且以最节能方式提供植物所需照明和气流，能有效改善植物地上部的照明和环境气流控制，可通过全自动化控制营造一个很经济又很适合植物在各成长阶段所需的环境，操作使用亦方便实用，极适合使用者自行在家或小区内栽种而轻易获得植物成果，功效实用显著。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种微型植物工厂的智能化照明装置，该微型植物工厂是一多层植物栽培架组合，而智能化照明装置设于培槽的床架上方，其特征在于：

智能化照明装置，是由一能活动调整升降的LED灯盘所构成，该LED灯盘包含平均散布于该灯盘的红光、蓝光及白光等三种不同波长的LED灯粒，各串LED灯粒通过一均流电路，使各串LED灯粒亮度均匀，且通过一调光电路，使每种LED灯粒各自调光并任意组合，LED灯盘并用微距控制升降高度而贴近植物。

2.如权利要求１所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，该LED灯盘制定每日所需上升的额定距离，而保持高效的近距离照射。

3.如权利要求１所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，该LED灯盘是由复数片的LED灯板所铺接组成，各LED灯板是于一PCB板上同时放置红光、蓝光及白光三种不同颜色的LED灯粒。

4.如权利要求３所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，该LED灯板是使用19串8并共计152颗红色LED灯粒、13串6并共计78颗蓝色LED灯粒，以及13串8并共计104颗白色LED灯粒所组成，总共将334颗微LED灯粒平均散布在一大块PCB上。

5.如权利要求１所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，于多层植物栽培架的育成栽培槽与LED灯盘之间再装设一循环扇。

6.如权利要求５所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，该循环扇使用直流电源，主要包含一循环扇本体、一水平风向控制马达及一锁固板，该锁固板锁固于LED灯盘的选定处，并连结锁合循环扇本体与水平风向控制马达，利用直流电源以定电流方式来控制风扇电流，用以调整其风速大小。

7.如权利要求6所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，该循环扇的水平风向控制马达采用步进式减速马达。

8.如权利要求6所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，其的利用步进马达的定位和脉冲频率以供调节水平风向并控制马达转向的方位。

9.如权利要求１所述的微型植物工厂的智能化照明装置，其特征在于，该LED灯盘是一薄型铝框，而在铝框本体的四个边角位置，分别吊置结合一悬吊线，并调节控制四个边角的悬吊线高度，且在LED灯盘上方装设一能匹配悬吊的支架，该支架于四个边角位置分别设有一滑轮，各悬吊线对应穿过各滑轮而分别通过一转向轮，再将各悬吊线引导结合于一转接板，使四股悬吊线集中由两条粗、细弹簧施予悬吊衔接。