CN207531418U - 一种基于频闪的植物生长照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于频闪的植物生长照明装置，至少包括采集模块、分析模块、驱动模块和光源模块，其中，用于采集植物生长参数和/或光照参数的采集模块连接于分析模块，驱动模块分别通过数据接口连接至采集模块和至少一个设置发光周期的外部输入设备，并且驱动模块连接至光源模块用于驱动光源模块，分析模块经驱动模块连接于光源模块。本实用新型的照明装置可通过多种方式使发光模组发出与植物的生长状况相匹配的光照，从而最大限度促进植物生长。

Description

一种基于频闪的植物生长照明装置

技术领域

本实用新型涉及照明装置技术领域，尤其涉及一种基于频闪的植物生长照明装置。

背景技术

目前，温室大棚依靠阳光栽种植物，在白天有光的情况下，绿色植物接受光能进行光合作用，制造碳水化合物。栽种植物进行生长发育，形成果叶产品。但在夜间无光的情况下，所栽种的植物停止光合作用，并进行呼吸，消耗部分白天积累的碳水化合物，致使绝对生长量有所降低。因而，夜间定期照明补光是减少消耗并增加生长量的有效措施。对于植物生长发育而言，有些植物必须达到一定时期的光照才能成熟，所以有长日照和短日照之说。根据植物接受光照量的多少，决定了植物生长周期。因而，当夜间补光能够缩短长日照植物的生长周期，从而提前进入成熟期。

科研表明已经发现：浮萍的生长率会随着黑暗和光照交替周期时长的减少而下降，在光照周期为1分钟时达到最小生长率；但是光照周期为5秒的生长率与光照周期为12小时的生长率大致相当。类似地，科研表明：观察到黄瓜在1分钟光照1分钟黑暗的交替情况下吸收二氧化碳的速率是在12 小时光照12小时黑暗的交替情况下吸收二氧化碳的速率的一半。其他的科研也表明，根据希尔反应，小球藻处于光照的最佳强度下时，将导致其在黑暗周期下的生长率达到最低值。

在更早的研究中，报告了在光照周期只有5秒的条件下浮萍干燥后增加的重量，在此条件下植物生长比在光照周期为1分钟条件下生长要快。光照周期为0.004秒的生长率是光照周期为2秒的生长率的4倍，大约是光照周期为12小时的生长率的2倍；更高的生长率并不是要处于持续的光照下。在0.004秒的光照周期下得到的可能是最大的生长率，因为光照周期超过0.01秒后生长率增加的不明显了。

可见，照明装置的频闪频率对植物的生长具有重要影响。因此，提供一种发光周期可调的基于频闪的植物生长照明装置来满足植物生长所需的明暗反应周期成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术之不足，本实用新型提供了一种基于频闪的植物生长照明装置，其包括采集模块、分析模块、驱动模块和光源模块，其中，用于采集植物生长参数和/或光照参数的所述采集模块连接于所述分析模块；其中，所述驱动模块分别通过数据接口连接至所述采集模块和至少一个设置发光周期的外部输入设备，并且所述驱动模块连接至所述光源模块用于驱动所述光源模块，所述分析模块经所述驱动模块连接于所述光源模块。

经由外部输入设备以手动或自动方式设置发光周期，能够设置光源模块的工作频率(在高频情况下也可称之为频闪)。光源模块优选为LED或OLED，其工作频率可由驱动模块来实现，驱动模块不仅要考虑外部输入设备的输入信息，也要考虑采集模块的输入信息。对上述两个输入信息的分析是由分析模块来实现的。

根据一个方面，本实用新型公开一种基于频闪的植物生长照明装置，所述照明装置至少包括采集模块、分析模块、驱动模块和光源模块，其中，用于采集植物生长参数和/或光照参数的所述采集模块连接于所述分析模块，并且基于对所述采集模块采集的数据的分析结果以及外部输入设备设置的发光周期信息控制所述驱动模块向所述光源模块发出的驱动信息的所述分析模块经所述驱动模块连接于所述光源模块。

根据一个优选实施方式，所述照明装置还包括电源模块，所述电源模块与市电交流电网连接以为所述驱动模块提供交流电，或者所述电源模块与市电交流电网连接并通过AC-DC转换器将交流电转换为直流电后提供给所述驱动模块。

根据一个优选实施方式，所述采集模块至少包括第一采集单元和第二采集单元，其中，用于采集植物的生长参数的所述第一采集单元为冠层温度传感器、叶片温湿度传感器和二氧化碳传感器中的一种或多种，用于采集植物生长环境的光照参数的所述第二采集单元为光照传感器。

根据一个优选实施方式，所述分析模块至少包括依次数据连接的通信接口、信号处理单元和输出单元，并且所述分析模块经所述输出单元与所述驱动模块连接，其中，所述通信接口还与用于设置所述照明装置的频闪频率的外部输入设备以及采集模块连接。

根据一个优选实施方式，所述光源模组至少包括第一光源模组、第二光源模组和第n光源模组，并且彼此显示为不同颜色的所述第一光源模组、所述第二光源模组和所述第n光源模组均具有一个或多个发光体。

根据一个优选实施方式，所述照明装置还包括开关模块，所述开关模块设置于所述驱动模块和所述光源模块之间且至少具有分别与所述第一光源模组、所述第二光源模组和所述第n光源模组连接的第一开关管、第二开关管和第n开关管。

根据一个优选实施方式，所述驱动模块为一个具有短路保护的恒流源，并且所述驱动模块、所述开关模块和所述光源模块采用共阳极的连接方式。

根据一个优选实施方式，所述驱动模块的正输出端与所述第一光源模组、所述第二光源模组和所述第n光源模组的正极连接，所述驱动模块的负输出端与所述第一开关管、所述第二开关管和所述第n开关管的一端连接，并且所述第一开关管、所述第二开关管和所述第n开关管的另一端分别与所述第一光源模组、所述第二光源模组和所述第n光源模组的负极连接。

根据一个优选实施方式，所述照明装置还包括频闪元件模块，所述频闪元件模块设置于所述驱动模块和所述光源模块之间且与外部用于设置所述光源模块频闪周期的输入设备连接，并且所述频闪元件模块至少具有分别与所述第一光源模组、所述第二光源模组和所述第n光源模连接的第一频闪元件、第二频闪元件和第n频闪元件。

根据一个优选实施方式，所述第一光源模组、所述第二光源模组和所述第n光源模组的发光体为白炽灯、LED灯、OLED灯、节能灯、激光、氙灯、高压钠灯中的一种或多种，并且所述发光体的外部设置有透光罩，所述透光罩上至少设置有光转换材料层和用于控制所述光转换材料层位置的旋转机构，其中，所述光转换材料层包括具有不同色温光转换材料的多个转换单元，所述旋转机构与所述驱动模块连接并通过所述驱动模块的控制使所述发光体与具有不同色温光转换材料的多个转换单元导通。

本实用新型的照明装置可通过多种方式来实现频闪。首先，本实用新型的照明装置可凭借驱动模块控制开关模块的导通或断开来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。其次，本实用新型的照明装置还可在驱动模块和光源模块之间设置频闪元件来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。再次，本实用新型的照明装置可通过调节发光体上的光转换材料来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。

本实用新型的光源模块所用的发光体优选为LED灯，使得光源模块在交流电的直接驱动下形成频闪。由于交流电直接驱动LED芯片形成的频闪不可调且难以满足植物生长所需的明暗反应周期，结合本实用新型的驱动模块可使照明装置发出满足植物生长所需的频闪频率的光，或者结合LED芯片的光转换材料来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。

本实用新型的照明装置还可通过上述方式中的一种或多种的组合来实现一个发光周期内不同发光阶段所需的频闪频率的调节。优选地，本实用新型的照明装置应用于生物农业用照明装置时，一个发光周期至少包括第一发光阶段、第二发光阶段和第三发光阶段。更优选地，分析模块通过电路的导通或断开，以及物理调节装置来实现对第一发光阶段所需的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱的至少一个参数的调节，从而达到满足第一阶段发光所需要的发光参数。分析模块通过光转换材料来调节第二发光阶段所需的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱的至少一个参数，从而达到满足第二阶段发光所需要的发光参数。照明装置在一个发光周期内由第一发光阶段至第二发光阶段，其发光强度逐步减弱。同时，第三发光阶段其发光强度接近或等于零坎德拉。发光参数至少包括：发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱。

本实用新型提供的基于频闪的植物生长照明装置至少具有如下优势：该照明装置能够监测植物生长参数以及植物生长环境的光照参数，分析模块能够基于采集的参数分析植物的生长状况，并且分析模块基于设置的发光周期的各发光时段的参数并结合植物的生长状况通过驱动模块控制光源模块发出与植物生长周期相匹配的光照，另一方面，本实用新型的照明装置可通过多种方式发出与植物的生长状况相匹配的频闪光照。

附图说明

图1是本实用新型基于频闪的植物生长照明装置的一个优选实施方式的模块示意图；和

图2是本实用新型基于频闪的植物生长照明装置的另一个优选实施方式的模块示意图。

附图标记列表

10：电源模块 20：采集模块 30：分析模块

40：驱动模块 50：开关模块 60：光源模块

70：频闪元件模块 201：第一采集单元 202：第二采集单元

301：通信单元 302：信号处理单元 303：输出单元

501：第一开关管 502：第二开关管 50n：第n开关管

601：第一光源模组 602：第二光源模组 60n：第n光源模组

701：第一频闪元件 702：第二频闪元件 70n：第n频闪元件

具体实施方式

下面结合附图和实施例进行详细说明。

实施例1

图1示出了本实用新型基于频闪的植物生长照明装置的一个优选实施方式的模块示意图。如图1所示，本实用新型的照明装置至少包括电源模块 10、采集模块20、分析模块30、驱动模块40、开关模块50和光源模块 60。优选地，用于采集植物生长参数和/或光照参数的采集模块20连接于分析模块30，分析模块30经驱动模块40连接于光源模块60。分析模块 30基于对采集模块20采集的数据的分析结果以及外部输入设备设置的发光周期信息控制驱动模块40向光源模块60发出的驱动信息。本实用新型的照明装置具有结构简单，能够基于设置的发光周期的各发光时段的参数并结合植物的生长状况通过驱动模块控制光源模块发出与植物生长周期相匹配的发光强度、发光时长、发光曲线和/或发光波长。

本实施例的照明装置凭借驱动模块40控制开关模块50的导通或断开来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。具体地，本实施例的照明装置结构如下所述。

根据一个优选实施方式，电源模块10与市电交流电网连接以为驱动模块40提供交流电。或者电源模块10与市电交流电网连接并通过AC-DC转换器将交流电转换为直流电后提供给驱动模块40。优选地，本实用新型的照明装置可以是DC驱动模式，也可以是AC驱动模式。

更优选地，照明装置处于DC驱动模式时，通过调节光源模块60的驱动电流和/或脉冲电流实现对第一发光阶段发光强度、发光时长、发光曲线和发光波长的至少一个参数的调节。通过对照明装置的光转换材料的调节，实现对第二发光阶段发光强度、发光时长、发光曲线和发光波长的至少一个参数的调节。更优选地，照明装置处于AC驱动模式时，通过调节照明装置的驱动电流和/或脉冲电流实现对第一发光阶段和/或第二发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光波长的至少一个参数的调节。第三发光阶段其发光强度为接近零坎德拉。

本实用新型通过在一个发光周期内采用三段发光的方式，为植物生长提供所需的明暗反应周期，并通过驱动模块40输出的驱动电流、脉冲电流和余辉材料解决照明装置在一个发光周期内产生不同的发光强度、发光时长、发光曲线和发光波长的问题。

再次参见图1，采集模块20至少包括第一采集单元201和第二采集单元202。其中，第一采集单元201为冠层温度传感器、叶片温湿度传感器和二氧化碳传感器中的一种或多种并用于采集植物的生长参数。第二采集单元202为光照传感器并用于采集植物生长环境的光照参数。植物在不同生长阶段，所需明暗反应周期的时长不同，本实用新型通过第一采集单元201集植物的生长参数，并通过第二采集单元202采集植物生长环境的光照参数，有助于分析模块30基于植物的生长参数准确控制驱动模块40向光源模块 60输出的驱动电流或驱动电压。

根据一个优选实施方式，本实用新型的冠层温度传感器为非接触式的 TNR红外测温传感器TN901。该冠层温度传感器能够通过测量植物自身辐射发出的红外能量来准确地测量植物的冠层温度。叶片温湿度传感器为温湿度一体化数字传感器DHT11。该叶片温湿度传感器包括一个NTC测温元件和一个电阻式测湿元件，通过与处理器简单的电路连接就能够实现实时采集植物的湿度和温度。二氧化碳传感器为BM1000-CO₂。该二氧化碳传感器采用红外技术，检测稳定可靠。第二采集单元202为KITOZER100P光照度变送器、KITOZER-SE光照度变送器或BH1710FVC-TR环境光传感器。优选地，第二采集单元202为BH1710FVC-TR环境光传感器。该环境光传感器对环境光线具有较强的灵敏度，内含A/D转换器件，采用数字式输出。

继续参见图1，分析模块30至少包括通信接口301、信号处理单元302 和输出单元303，并且通信接口301、信号处理单元302和输出单元303 依次数据连接。优选地，通信接口301与用于设置照明装置的频闪频率的外部输入设备连接，以便接收外部输入设备设置的发光周期信息。优选地，分析模块30经输出单元303与驱动模块40连接。优选地，信号处理单元302 基于采集单元20采集的数据以及通信接口302接收到的发光周期信息控制输出单元303向驱动模块40输出的控制信息。本实用新型所说的连接可以是RS-485串行总线传输、ZigBee无线传输及SD卡存储传输，便于植物生长环境信息的数据上传与查询。本实用新型的连接还可以是WiFi、蓝牙、移动2G、移动3G或移动4G等无线传输。

继续参见图1，光源模组60至少包括第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模组60n，并且彼此显示为不同颜色的第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模组60n均具有一个或多个发光体。发光体为白炽灯、LED灯、OLED灯、激光、氙灯、高压钠灯中的一种或多种。发光体发出的光可以是单色光或复合颜色光中的一种或两种或多种。也可以是可见光或不可见光中的一种或两种或多种。也可以是紫外光或红外光中的一种或两种或多种，也可是宽谱光。

继续参见图1，开关模块50设置于驱动模块40和光源模块60之间，使得驱动模块40通过控制开光模块50的导通或断开来控制光源模块60的点亮与熄灭。开关模块50包括分别与第一光源模组601、第二光源模组602 和第n光源模组60n连接的第一开关管501、第二开关管502和第n开关管50n。优选地，第一开关管501、第二开关管502和第n开关管50n均为功率型开关器件，例如可以是N型MOS管，NPN型BJT管。优选地，第一开关管501、第二开关管502和第n开关管50n分别与第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模组60n串联，再与驱动模块40连接。从而使得第一开关管501、第二开关管502和第n开关管50n能够根据驱动模块20输出的驱动电流和/或脉冲电流控制第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模组60n的点亮与熄灭。

根据一个优选实施方式，驱动模块40为一个具有短路保护的恒流源，并且驱动模块40、开关模块50和光源模块60采用共阳极的连接方式。优选地，驱动模块40的正输出端与第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模组60n的正极连接。驱动模块40的负输出端与第一开关管501、第二开关管502和第n开关管50n的一端连接。第一开关管501、第二开关管502和第n开关管50n的另一端分别与第一光源模组501、第二光源模组502和第n光源模组50n的负极连接。

优选地，驱动模块40的负输出端与第一开关管501、第二开关管502 和第n开关管50n的源极或发射极连接。第一开关管501、第二开关管502 和第n开关管50n的漏极或集电极再分别与第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模组60n的负极连接。第一开关管501、第二开关管 502和第n开关管50n的源极或发射极作为控制端与驱动模块40的负输出端连接，当达到所需的驱动电流和/或脉冲电流时，开关管导通，对应的光源模组点亮，当低于和/或高于所需的驱动电流和/或脉冲电流时，开关管断开，对应的光源模组熄灭。

实施例2

本实施例是在实施例1基础上的进一步改进，仅对改进的部分进行说明。

本实用新型的照明装置还可在驱动模块40和光源模块60之间设置频闪元件模块70来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。

图2示出了本实用新型基于频闪的植物生长照明装置的另一个优选实施方式的模块示意图。如图2所示，照明装置还包括设置于驱动模块40和光源模块60之间的频闪元件模块70。优选地，频闪元件模块70与外部用于设置光源模块60频闪周期的输入设备连接。更优选地，频闪元件模块70 至少具有分别与第一光源模组601、第二光源模组602和第n光源模60n 连接的第一频闪元件701、第二频闪元件702和第n频闪元件70n。优选地，第一频闪元件701、第二频闪元件702和第n频闪元件70n为专用集成电路ASCI、嵌入式芯片或逻辑电路。本实施例的第一频闪元件701、第二频闪元件702和第n频闪元件70n的频闪周期可通过外部输入装置设定，从而使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。

实施例3

本实施例是在实施例1基础上的进一步改进，仅对改进的部分进行说明。

本实用新型的照明装置可通过调节发光体上的光转换材料来使得照明装置发出的光满足植物生长所需的频闪频率。

根据一个优选实施方式，第一光源模组601、第二光源模组602和第n 光源模组60n的发光体为白炽灯、LED灯、OLED灯、节能灯、激光、氙灯、高压钠灯中的一种或多种。优选地，发光体的外部设置有透光罩，透光罩上至少设置有光转换材料层和用于控制光转换材料层位置的旋转机构。更优选地，光转换材料层包括具有不同色温光转换材料的多个转换单元。旋转机构与驱动模块40连接并通过驱动模块40的控制使发光体与具有不同色温光转换材料的多个转换单元导通，从而使得照明装置发出具有不同参数的光照。

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实用新型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实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型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。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于频闪的植物生长照明装置，

其至少包括采集模块(20)、分析模块(30)、驱动模块(40)和光源模块(60)，其中，用于采集植物生长参数和/或光照参数的所述采集模块(20)连接于所述分析模块(30)，

其特征在于，

所述驱动模块(40)分别通过数据接口连接至所述采集模块(20)和至少一个设置发光周期的外部输入设备，并且所述驱动模块(40)连接至所述光源模块(60)用于驱动所述光源模块，所述分析模块(30)经所述驱动模块(40)连接于所述光源模块(60)。

2.如权利要求1所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述照明装置还包括电源模块(10)，所述电源模块(10)与市电交流电网连接以为所述驱动模块(40)提供交流电，或者

所述电源模块(1O)与市电交流电网连接并通过AC-DC转换器将交流电转换为直流电后提供给所述驱动模块(40)。

3.如权利要求2所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述采集模块(20)至少包括第一采集单元(201)和第二采集单元(202)，

其中，用于采集植物的生长参数的所述第一采集单元(201)为冠层温度传感器、叶片温湿度传感器和二氧化碳传感器中的一种或多种，用于采集植物生长环境的光照参数的所述第二采集单元(202)为光照传感器。

4.如权利要求3所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述分析模块(30)至少包括依次数据连接的通信接口(301)、信号处理单元(302)和输出单元(303)，并且所述分析模块(30)经所述输出单元(303)与所述驱动模块(40)连接，其中，

所述通信接口(301)还与用于设置所述照明装置的频闪频率的外部输入设备以及采集模块(20)连接。

5.如权利要求4所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述光源模块(60)至少包括第一光源模组(601)和第二光源模组(602)，并且彼此显示为不同颜色的所述第一光源模组(601)和所述第二光源模组(602)分别具有一个或多个发光体。

6.如权利要求5所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述照明装置还包括开关模块(50)，所述开关模块(50)设置于所述驱动模块(40)和所述光源模块(60)之间且至少具有分别与所述第一光源模组(601)和所述第二光源模组(602)连接的第一开关管(501)和第二开关管(502)。

7.如权利要求6所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述驱动模块(40)为一个具有短路保护的恒流源，并且所述驱动模块(40)、所述开关模块(50)和所述光源模块(60)采用共阳极的连接方式。

8.如权利要求7所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述驱动模块(40)的正输出端与所述第一光源模组(601)和所述第二光源模组(602)的正极连接，

所述驱动模块(40)的负输出端与所述第一开关管(501)和所述第二开关管(502)的一端连接，并且

所述第一开关管(501)和所述第二开关管(502)的另一端分别与所述第一光源模组(601)和所述第二光源模组(602)的负极连接。

9.如权利要求5所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述照明装置还包括频闪元件模块(70)，所述频闪元件模块(70)设置于所述驱动模块(40)和所述光源模块(60)之间且与外部用于设置所述光源模块(60)频闪周期的输入设备连接，并且

所述频闪元件模块(70)至少具有分别与所述第一光源模组(601)和所述第二光源模组(602)连接的第一频闪元件(701)和第二频闪元件(702)。

10.如权利要求5所述的基于频闪的植物生长照明装置，其特征在于，所述第一光源模组(601)和所述第二光源模组(602)的发光体为白炽灯、LED灯、OLED灯、节能灯、激光、氙灯、高压钠灯中的一种或多种，并且

所述发光体的外部设置有透光罩，所述透光罩上至少设置有光转换材料层和用于控制所述光转换材料层位置的旋转机构，其中，

所述光转换材料层包括具有至少一个色温光转换材料的多个转换单元，所述旋转机构与所述驱动模块(40)连接并通过所述驱动模块(40)的控制使所述发光体与具有不同色温光转换材料的多个转换单元导通。