CN207179313U - 一种基于红外测量的无土栽培照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于红外测量的无土栽培照明系统，应用在植物栽培区域框架上，包括LED灯及接收LED光的LED光源板、用于测量植物高度的红外传感器、控制子系统及安装在框架顶部的水平移动装置和垂直移动装置，红外传感器内置通信芯片；控制子系统分别与水平移动装置、垂直移动装置、红外传感器通信连接，控制LED光源板在水平移动装置上移动或控制LED光源板在垂直方向移动，框架底部设置电动移动导轨，电动移动导轨上安装电动伸缩杆，红外传感器固定在电动伸缩杆顶部。本实用新型降低了栽培过程的成本及耗能，实现了根据不同植物的不同特性进行光质和光强调节。

Description

一种基于红外测量的无土栽培照明系统

技术领域

本实用新型涉及植物栽培技术领域，具体涉及一种基于红外测量的无土栽培照明系统。

背景技术

随着人们对提高植物产量和素缎种植周期的需求日益强烈，人造光源开始应用于植物栽培领域。当前人们多采用能荧光灯管或高压钠灯等传统光源来作为“人造阳关”。但是由于这些传统照明光源光谱与植物光合吸收的光谱匹配不理想，产生的光能量中仅有极少的有效能量(对改善植物生长有效的特定波长的光能量)已经产生了极大的能源浪费，不节能；同时这种传统的荧光灯或高压钠灯耗电量大，产生多热辐射，不能对植物近距离照射，对植物生成光激励效率不高，多大增加了人工光照成本；并且不可以针对不同植物的不同特性进行光质和光强调节。

近年来，人们逐渐开始采用新型官员LED构建植物灯，且发现其较之传统光源，不仅具有光热少、能耗低等特点，且能够用以有效的调控植物的生长周期。然而现有的LED植物照明系统大多采用大功率LED单管构建，其在工作时，需要大电流(300-700mA)驱动，并且若保护了不同波长的LED，还需以不同的芯片封装形式单独封装，以及对不同波长的LED 单独驱动，这样才能进行不同补偿的光的混合和比例的调节。因此现有的照片系统一般存在如下缺陷：光效较底、费电、能耗高、成本高、各个设备重量和体积大、无法根据植物的种类和生产高度来调节光照强度和光照距离。同时现有的根据植物生长具有光周期的特点，都是采用手动或者自动的方式来控制光照时间，这种方式使用灯管多，增加了成本及降低了灯管的使用效率等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的降低植物栽培过程中光源耗电量大、热辐射强，栽培过程不节能且不能针对不同植物的不同特性进行光质和光强调节的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于红外测量的无土栽培照明系统，包括架设在植物栽培区的框架、LED灯、接收LED灯照射光的 LED光源板、用于测量植物高度的红外传感器、控制子系统及安装在框架顶部的水平移动装置和垂直移动装置；

控制子系统分别与LED灯、水平移动装置、垂直移动装置、红外传感器连接，控制LED光源板在水平移动装置上移动或控制LED光源板在垂直方向移动，其中，

水平移动装置安装在框架顶部两侧，包括第一电机、由第一电机驱动的第一滑动组件，第一滑动组件包括滑轨、滑轴，滑轨与滑轴滑动连接；

垂直移动装置包括第二电机、由第二电机驱动的电动卷帘式卷轴、吊绳，电动卷帘式卷轴与滑轴连接，吊绳穿过固定在LED光源板上的滑轮后缠绕在电动卷帘式卷轴上；第一电机与第二电机均安装有驱动芯片，且驱动芯片上集成有通信芯片；

框架底部设置电动移动导轨，电动移动导轨上安装电动伸缩杆，红外传感器固定在电动伸缩杆顶部，且红外传感器串口连接通信芯片。

进一步，LED灯包括安装LED照明灯的LED驱动电路、集成通信芯片的处理器，处理器与LED驱动电路通过PWM接口连接。

进一步，通信芯片包括wi f i芯片、射频芯片、LoRa芯片、z i gbee芯片、或蓝牙芯片。

进一步，控制子系统包括上位机、无线网关或路由器和云平台，上位机通过网线网关或路由器接入互联网后向云平台发送数据。

进一步，控制子系统为PC机、手机、pad或笔记本。

进一步，上位机还连接摄像头，摄像头安装在框架顶部。

更进一步，还包括与上位机连接的水位传感器、出水管、电磁阀，水位传感器安装在植物栽培区培养液内，电磁阀安装在出水管管口，上位机通过继电器连接电磁阀

在上述技术方案中，本实用新型有益效果如下：

1、单位面积光源板能够提供三倍面积植物生长所需光源照明，在保证下方植物正常进行光、暗期胜利活动的同时，使LED光源板初期投入减少1/3；

2、通过红外传感器准确测量植株高度，并自动调节光源板与植物间距离，最大限度的利用光源能量，提高植物产量；

3、通过无线数据采集和控制系统，使光源调节自动化，不需要人工操作，且光源调节的准确度提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所述的基于红外测量的无土栽培照明系统一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型所述的基于红外测量的无土栽培照明系统中垂直移动装置的侧视结构示意图；

图3为本实用新型所述的基于红外测量的无土栽培照明系统的侧视结构示意图；

图4为本实用新型所述的基于红外测量的无土栽培照明系统另一个实施例的结构示意图；

图5为本实用新型所述的基于红外测量的无土栽培照明系统中控制子系统又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

实施例1

如图1-3所示，本实用新型提供了一种基于红外测量的无土栽培照明系统，包括架设在植物栽培区的框架、包括LED灯1、接收LED灯照射光的LED光源板2、用于测量植物高度的红外传感器3、控制子系统10及安装在框架顶部的水平移动装置4和垂直移动装置5，其中，

水平移动装置4安装在框架顶部两侧，包括第一电机41、由第一电机驱动的第一滑动组件，第一滑动组件包括滑轨42、滑轴43，滑轨与滑轴滑动连接；垂直移动装置5包括第二电机51、由第二电机驱动的电动卷帘式卷轴52、吊绳，电动卷帘式卷轴52与滑轴43连接，吊绳穿过固定在LED 光源板上的滑轮后缠绕在电动卷帘式卷轴52上，第一电机41与第二电机51均安装有驱动芯片，且驱动芯片上集成有通信芯片；

框架底部设置电动移动导轨6，电动移动导轨上安装电动伸缩杆7，红外传感器3固定在电动伸缩杆7顶部，且红外传感器串口连接通信芯片。

进一步，具体实施时LED灯包括安装LED照明灯的LED驱动电路、集成通信芯片的处理器，处理器与LED驱动电路通过PWM接口连接。具体实施时，通信芯片包括wi f i芯片、射频芯片、LoRa芯片、z i gbee芯片、或蓝牙芯片。

本实施例中，通过在安装框架确定植物栽培区域(即无土栽培区域)，该区域为长为100-200cm，宽位90cm，高为50cm的区域，在框架底部为定植区，平均分为了三行(具体可根据框架栽培区域大小进行调整)，同时本实施例中在植物上方50cm处安装了LED光源板，且LED光源板的宽度为 30cm，LED光源板的面积是植物栽培区域的1/3，LED光源板通过水平移动装置及垂直移动装置在植物栽培区内移动。在植物栽培区域侧方安装红外传感器，根据红外传感器测量的植株高度，具体地，如图2所示，垂直移动装置5包括第二电机51、卷帘式卷轴52、吊绳53，卷帘式卷轴水平移动装置的滑轴连接，通过吊绳连接LED光源板的左右两端，控制子系统接收到红外传感器测量的植株高度后计算植株与LED光源板与植株的最佳距离后按照最佳距离驱动第二电机，从而带孔卷帘式卷轴转动，调节吊绳长度，从而控制LED光源板做上下垂直移动，保持LED光源板和植物之间的适宜光照距离；由于卷帘式卷轴与水平移动装置的滑轴连接，因此控制子系统驱动第一电机，从而控制滑轴在滑轨上滑动，调节LED光源板2在框架上的水平位置，使得LED光源板做周期性的水平移动(本实施例中设为每8h水平移动至下一个1/3位置)，轮流照射下方的植物，利用植物生长的光/暗期交替特性，按每日光照8H计算，因为LED光源板可通过控制子系统在水平移动装置在栽培区域内水平移动，同时红外传感器可以在轨道内移动，精确采集植株高度数据，并传输到控制子系统，由控制子系统计算LED光源板与植物的最佳的距离，从而控制LED光源板的垂直移动，使得LED光源板通过其可移动性实现了单位面积LED光源板能够提供原来三倍面积植物生长所需光源照明，降低LED光源板的初期投入成本。而安装在栽培区两侧的红外传感器通过电动伸缩杆沿轨道方向移动，实时通过无线方式将采集的植物的高度传输至控制子系统，控制子系统通过计算获得 LED光源板与植物之间的最适当距离，从而控制LED光源板的垂直移动。

具体实施时，红外传感器可选的采用Honeywe l l公司的红外传感器，如SE2470、SD2440、SE1450、SD1440、SE5470、SD5443、HOA080、SEP-4216 、HOA6480等等，需要说明的是，本实用新型中红外传感器包括但不限于上述型号。

如图4所示，控制子系统包括上位机11、无线网关或路由器12和云平台13，上位机通过网线网关或路由器接入互联网后向云平台发送数据。更进一步，上位机为PC机、手机、pad或笔记本。本实施例中将上位机设为PC机。

通过PC机实现控制LED光源板在框架上的移动以及垂直方向的移动，同时控制红外传感器位置的偏移。PC机向云平台发送数据后，用户可选的利用移动设备，如手机访问云平台服务器，获取植物栽培区的信息或者通过云平台向PC机发送控制指令，控制水平移动装置、垂直移动装置或电动移动导轨的移动。

为了实现对植物栽培区植物的监控，实施获取植物生长状况信息，如图5所示，上位机还连接摄像头15，摄像头安装在框架顶部。还包括与上位机连接的水位传感器、出水管16、电磁阀17，水位传感器安装在植物栽培区培养液内，电磁阀安装在出水管管口，上位机通过继电器连接电磁阀。

本实用新型通过上位机将摄像头采集的植物视频图像发送至云平台进行备份，并实现对植物的远程监控，并实时获取植物栽培液高度，通过上位机判断栽培液是否充足，不足则控制电磁阀开启出水管向栽培区导入栽培液。具体实施时，PC机可利用GP I O线与继电器连接实现控制电磁阀控制出水管出口实现对植物栽培区植物的灌溉。具体实施时，水位传感器可选的采用浮球式水位传感器或压力式水位传感器。

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种基于红外测量的无土栽培照明系统，其特征在于，包括架设在植物栽培区的框架、LED灯、接收LED灯照射光的LED光源板、用于测量植物高度的红外传感器、控制子系统及安装在框架顶部的水平移动装置和垂直移动装置；

控制子系统分别与LED灯、水平移动装置、垂直移动装置、红外传感器连接，控制LED光源板在水平移动装置上移动或控制LED光源板在垂直方向移动，其中，

水平移动装置安装在框架顶部两侧，包括第一电机、由第一电机驱动的第一滑动组件，第一滑动组件包括滑轨、滑轴，滑轨与滑轴滑动连接；

垂直移动装置包括第二电机、由第二电机驱动的电动卷帘式卷轴、吊绳，电动卷帘式卷轴与滑轴连接，吊绳穿过固定在LED光源板上的滑轮后缠绕在电动卷帘式卷轴上；第一电机与第二电机均安装有驱动芯片，且驱动芯片上集成有通信芯片；

框架底部设置电动移动导轨，电动移动导轨上安装电动伸缩杆，红外传感器固定在电动伸缩杆顶部，且红外传感器串口连接通信芯片，LED灯包括安装LED照明灯的LED驱动电路、集成通信芯片的处理器，处理器与LED驱动电路通过PWM接口连接，通信芯片包括wifi芯片、射频芯片、LoRa芯片、zigbee芯片、或蓝牙芯片。

2.根据权利要求1所述的基于红外测量的无土栽培照明系统，其特征在于，控制子系统包括上位机、无线网关或路由器和云平台，上位机通过网线网关或路由器接入互联网后向云平台发送数据。

3.根据权利要求2所述的基于红外测量的无土栽培照明系统，其特征在于，上位机为PC机、手机、pad或笔记本。

4.根据权利要求2所述的基于红外测量的无土栽培照明系统，其特征在于，上位机还连接摄像头，摄像头安装在框架顶部。

5.根据权利要求4所述的基于红外测量的无土栽培照明系统，其特征在于，还包括与上位机连接的水位传感器、出水管、电磁阀，水位传感器安装在植物栽培区培养液内，电磁阀安装在出水管管口，上位机通过继电器连接电磁阀。