CN206132218U - 一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，包括控制器，控制器上分别连接有照度计、LED阵列模块、线阵CCD、监控主机、电机，照度计、电机均与衍射光栅连接，衍射光栅的光路上依次设置有第一凸透镜和第二凸透镜。本实用新型用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，结构简单，操作方便，成本低；使用Arduino单片机，驱动电机采集所需特定波段的光谱数据并进行数据处理，通过对比数据信息，进行特定波段的补光和补光时间的调控，提高了植物工厂中植物光能的利用率，然后将处理后的数据和图片通过无线传输至监控主机，方便人员可以随时随地对植物工厂中的植物进行光质精确监控以及对植物生长状态和植物估产起到很大帮助。
Description
技术领域
本实用新型属于农业设备技术领域，具体涉及一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统。
背景技术
随着计算机软硬件技术、图像处理技术的飞速发展，多光谱成像技术在对地面近距离的植物信息采集有了很大发展，可利用光谱成像技术简便、快速、客观地监测作物的长势并对作物进行估产。
从二十世纪以来，国内开始研究利用植物光谱和光谱成像技术来应用在我国农业上。专利《一种高光谱的植物叶片病虫害诊断系统》(申请号：201310373679.4，申请日：2013.8.23，公开号：104422660，公开日：2015.3.18)利用植物光谱和光谱成像技术，可以有针对性的对植物生长状况进行准确监控，减少人工成本，扩大经济效益，但是步骤繁琐，需要时间较长。
LED应用于植物工厂的人工光源具有很多优势：LED可提供不同波长的单色光，可根据不同的作物提供相应的光谱组合，进行光质的补充控制。专利《一种适用于植物工厂的LED灯控制系统》(申请号：201320618596.2，申请日：2013.8.9，公开号：203446086，公开日：2014.2.19)中人工光源在植物工厂中的电能消耗所占比例很大，目前植物工厂的植物质优价高，暂时无法取代传统温室大棚蔬菜在市场上的主流地位开发和应用高效安全环保的新型光源势在必行，应开发出能耗更低、效率更高、光源波长与植物生长的需求更加匹配的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，解决了现有植物工厂植物光能利用率低、成本高的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，包括控制器，控制器上分别连接有照度计、LED阵列模块、线阵CCD、监控主机、电机，照度计、电机均与衍射光栅连接，衍射光栅的光路上依次设置有第一凸透镜和第二凸透镜。
本实用新型的特点还在于：
控制器通过LED驱动电路与LED阵列模块连接。
控制器上还连接有温度传感器，温度传感器靠近LED阵列模块安装。
控制器上还连接有显示屏。
控制器上还连接有风扇，风扇靠近LED阵列模块安装。
第一凸透镜采用单凸透镜或者双凸透镜。
第二凸透镜采用单凸透镜或者双凸透镜。
第一凸透镜的直径小于第二凸透镜的直径。
本实用新型的有益效果是：本实用新型一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，使用Arduino单片机，驱动电机采集所需特定波段的光谱数据并进行数据处理，通过对比数据信息，进行特定波段的补光和补光时间的调控，提高了植物工厂中植物光能的利用率，然后将处理后的数据和图片通过无线传输至监控主机，方便人员可以随时随地对植物工厂中的植物进行光质精确监控以及对植物生长状态和植物估产起到很大帮助；本实用新型一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，结构简单，操作方便，成本低。
附图说明
图1是本实用新型实时光谱成像及光质智能控制系统的结构示意图。
图中，1.控制器，2.照度计，3.LED阵列模块，4.线阵CCD，5.监控主机，6.电机，7.衍射光栅，8.第一凸透镜，9.第二凸透镜，10.LED驱动电路，11.温度传感器，12.显示屏，13.风扇。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，如图1所示，包括控制器1，控制器1上分别连接有照度计2、LED阵列模块3、线阵CCD4、监控主机5、电机6、温度传感器11、显示屏12、风扇13，控制器1通过LED驱动电路10与LED阵列模块3连接，温度传感器11靠近LED阵列模块3安装，风扇13也靠近LED阵列模块3安装，照度计2、电机6均与衍射光栅7连接，衍射光栅7的光路上依次设置有第一凸透镜8和第二凸透镜9，第一凸透镜8和第二凸透镜9均可采用单凸透镜或者双凸透镜，第一凸透镜8的直径小于第二凸透镜9的直径。
本实用新型中控制器1采用Arduino单片机，驱动电机6控制衍射光栅7的衍射角。Arduino单片机，使其成本低廉，处理速度快，低功耗。
LED阵列模块3中采用300-1000nm全波段的超高亮LED灯。
线阵CCD4采用MPS-CCD(Microprocessor System-Charge Coupled Device，微处理器-电荷耦合器件，即图像采集一体线阵CCD)。
监控主机5可以采用PC机也可以采用移动终端如手机。
温度传感器11采用的型号为DS18B20。
第一凸透镜8和第二凸透镜9采用直径分别为20mm、12mm，厚度分别为8.4mm、5.6mm的近半球形透镜，使用的衍射光栅7规格为13.7×12.7×1mm。
根据植物工厂具体种植作物，通过监控主机5选择光谱数据库中对应植物最优光照配比数据，根据最优配比数据，由监控主机5发起驱动控制器1的命令。控制器1接受命令，按照最优光照配比数据，驱动电机6控制衍射光栅7旋转。
第二凸透镜9和第一凸透镜8采集温室光源，光路再通过旋转的衍射光栅7进行分光，并将分光后特定波段光分别由照度计2进行光照强度的采集。将采集后的光强数据传输至控制器1，然后再传送至监控主机5，并与监控主机5储存的光谱数据库对比，若有差值反馈，则利用光学照度设计软件Trace Pro设计出满足最佳光照配比的LED仿真阵列，将仿真信息传送给控制器1，控制器1控制LED驱动电路10驱动LED阵列模块3进行补光操作。
此时靠近LED阵列模块3安装的温度传感器11采集LED阵列模块3的温度数据，并将温度数据经控制器1传输至监控主机5，对比温度预设值，若超出预设值则由监控主机5发出命令，控制器1驱动靠近LED阵列模块3安装的风扇13，对LED阵列模块3进行散热处理。
用线阵CCD4采集植物工厂中植物图像信息，并将图像数据信息传输至控制器1，控制器1再将图像数据信息传送至监控主机5，利用Matlab将图片中多波段的光谱图像分离成单一波长的图像信息，并成像于监控主机5，供工作人员观测，同时也可以在显示屏12上显示(显示屏12安装在植物工厂内，工作人员随时可以看到数据信息，而无需专程跑到监控室查看)。
本实用新型一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，可以远程在线对植物进行光谱成像，以及针对特定植物对不同光照和光周期需求，在线对照分析和配对植物的最佳吸收光谱和光照强度，智能控制植物工厂的光质，促使植物工厂中的植物能够高效地生长。
本实用新型一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，可以随时随地获取植物工厂中蔬菜生长状况和调节的信息，在对比植物吸收光谱数据库中的数据后，进行精确高效地补光操作，在种植生产中，可以提高了植物产出质量，扩大产量，驱动经济效益，同时解放劳动力，推动智能化“植物工厂”建设。
Claims (8)
1.一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，包括控制器(1)，控制器(1)上分别连接有照度计(2)、LED阵列模块(3)、线阵CCD(4)、监控主机(5)、电机(6)，照度计(2)、电机(6)均与衍射光栅(7)连接，衍射光栅(7)的光路上依次设置有第一凸透镜(8)和第二凸透镜(9)。
2.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述控制器(1)通过LED驱动电路(10)与所述LED阵列模块(3)连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述控制器(1)上还连接有温度传感器(11)，温度传感器(11)靠近所述LED阵列模块(3)安装。
4.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述控制器(1)上还连接有显示屏(12)。
5.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述控制器(1)上还连接有风扇(13)，风扇(13)靠近所述LED阵列模块(3)安装。
6.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述第一凸透镜(8)采用单凸透镜或者双凸透镜。
7.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述第二凸透镜(9)采用单凸透镜或者双凸透镜。
8.根据权利要求1所述的一种用于植物工厂的实时光谱成像及光质智能控制系统，其特征在于，所述第一凸透镜(8)的直径小于所述第二凸透镜(9)的直径。
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