CN208025152U - 一种设施作物株间补光范围可调的led灯管式补光装置 - Google Patents

Abstract

一种设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，驱动盒的正反两面均固定支撑架，每一面的支撑架均由两个板材组成，在同一面上，一个板材上设置正接线插针，另一板材上设置负接线插针，正、负接线插针均与封装于驱动盒内的补光驱动板的电源接口连接；灯管由若干红光灯管和蓝光灯管组成，红光灯管和蓝光灯管分别对称设置于驱动盒的正面和反面，在同一面上，红光灯管和蓝光灯管间隔排布，各个红光灯管和蓝光灯管上均设置正接线插槽和负接线插槽，通过正、负接线插针与正、负接线插槽的连接，实现各个红光灯管、蓝光灯管在支撑架上的固定以及电性连接，且方便实时拆卸、维护、清洗等操作。同时本装置可随植株高度调控灯管通断，满足株间补光需求。

Description

一种设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置

技术领域

本发明属于设施作物栽培人工光源技术领域，特别涉及一种设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置。

背景技术

我国是农业大国，设施种植面积及产量居世界首位，随着农业科技的不断发展与繁荣，设施农业的可持续发展成为今后农业发展的主要趋势。而设施栽培主要实现不同作物集约化生产以及反季节栽培，具有环境因素可调、复种指数高、产量高、品质佳等优势，成为城乡居民冬春季栽培新鲜蔬菜的主要生产方式。目前设施种植主要以日光温室和设施大棚为主，在减少土地占用的同时，使农业生产各要素得到优化配置。但是，设施作物的生长发育常受温室结构、薄膜覆盖、雾霾天气等因素的影响，造成作物受光不足，光合能力受限，光合产出不足，进而导致产量及品质不佳。因此，如何为设施作物提供充足的光照是设施农业亟待解决的问题。

目前，LED补光技术主要应用于设施作物栽培方面，其在有效避免传统钠灯能耗高、光效低等缺陷的同时，利用其独有的体积小、重量轻、寿命长、环保无污染、光谱按需调控等特点，得到了广泛推广。

设施智能补光技术是保证植株在弱光寡照情况下能够得到充分光照的必要技术手段。但是，传统设施作物补光方式以功能叶位光合能力为基准采用冠层补光，未考虑顶叶较功能叶位叶龄较小，光合机构发育不完善，叶绿素含量较少的问题，导致顶叶进行长时间的强光照射，造成光抑制甚至光破坏。同时顶叶补光设备对自然光的遮挡以及株间叶位对补光灯及自然光的遮挡，导致作物株间叶位光合能力减弱，而作物果实多结余中下部，其对邻近叶位叶片光合产物的截获能力很强。因此，针对设施作物株间叶位光照需求进行充分光照是设施作物优产优质亟待解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，基于上述设施作物株间叶位光照需求，以现有补光技术为参考，以LED灯珠为主要光源，以铝基板为基础散热部件，以灯管为主要载体，以红蓝光3:2为配比基准，对现有补光技术进行进一步的完善与改进。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，包括驱动盒2和灯管1，驱动盒2的正反两面均固定有支撑架4，每一面上的支撑架4均由两个板材组成，在同一面上，一个板材上设置正接线插针7，另一个板材上设置负接线插针8，所述正接线插针7和负接线插针8均与封装于驱动盒2内的补光驱动板的电源接口连接；所述灯管1由若干红光灯管和若干蓝光灯管组成，红光灯管和蓝光灯管分别对称设置于驱动盒2的正面和反面，在同一面上，红光灯管和蓝光灯管间隔排布，各个红光灯管和蓝光灯管上均设置正接线插槽9和负接线插槽10，通过正接线插针7与正接线插槽9的连接，以及负接线插针8与负接线插槽10的连接，实现各个红光灯管、蓝光灯管在支撑架4上的固定以及电性连接。

所述驱动盒2为硬塑料盒，侧面设置有散热口5和挂环6，所述支撑架4为高强度硬塑料材质。

所述灯管1内搭载有铝基板11，铝基板11上焊接LED灯珠14，LED灯珠14为红色或者蓝色灯珠。

所述正接线插槽9和负接线插槽10均固定于铝基板11上，铝基板11内置于灯管1中央。

所述铝基板11固定于灯管1内置的铝基板固定槽13中，LED灯珠14焊接在铝基板11的正面，铝基板11的背面装备与正负接线插针12匹配的正负接线插槽15，其中，所述正负接线插针12由正接线插针7和负接线插针8组成，尺寸为1cm*1cm*2cm；正负接线插槽15由正接线插槽9和负接线插槽10组成，尺寸为1.1cm*1.1.cm*2.1cm，灯管1的质量为190g。

所述铝基板11上等间距排布红色灯珠的数目为19个，铝基板11上等间距排布蓝色灯珠的数目为12个。

所述红色灯珠的波长范围为620-700nm，所述蓝色灯珠的波长范围为420-500nm。

所述红光灯管和蓝光灯管分别以中心相距8cm对称设置于驱动盒2的正面和反面。

所述正接线插针7和负接线插针8均配置有金属导电帽16，分别通过金属导电帽16与正接线插槽9和负接线插槽10连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)提出了一种基于红蓝LED灯珠的株间补光灯管。以窄带铝基板为通电固件及散热部件，以灯管为主要载体，以红、蓝灯珠为主要发光源。共计制备红蓝光灯管12条，其中红色灯管6条，蓝色灯管6条，灯管长为100cm,直径为4cm，重量为190g。以此设置红蓝光配比为3:2，实现作物株间叶位光合作用需求。

(2)提出了一种基于插针式通电兼固定的便携式补光装置部件。采用抗热防老化的硬塑料材质制备母接口槽，其尺寸为1.1cm*1.1cm*2cm。采用导电性能良好的材质制备公接口插针上的金属导电帽，插针尺寸为1.1cm*1.1cm*2.1cm。保证通电良好性的同时满足固定牢靠行，以此实现株间补光灯管的便携式拆卸、维护及清理。

(3)提出了一种基于LED灯管的株间补光范围可调的补光装置。补光驱动盒两侧分别等中心距8cm间隔布置红蓝光灯管各6条，其中每侧各一组红蓝光灯管为一个阶段补光组合，待设施作物株高到达不同层次时，在原有的基础上可开启剩余补光组合。以此实现随设施作物株高不断变化，株间有效补光范围可实时调节的功能。

附图说明

图1为株间补光范围可调的LED灯管式补光装置整体设计图。

图2为株间补光装置正视图。

图3为株间补光装置左视图。

图4为株间补光装置俯视图。

图5为基于插针式的灯管支撑架正面图。

图6为基于插槽式的灯管设计图。

图7为便携式安装示意图。

图8为便携式红光灯管正视图。

图9为便携式红光灯管左视图。

图10为便携式红光灯管仰视图。

图11为便携式蓝光灯管正视图。

图12为便携式蓝光灯管左视图。

图13为便携式蓝光灯管仰视图。

图14为补光驱动板电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

1、基于LED灯管的株间补光范围可调的补光装置整体设计

传统设施补光方式多采用冠层补光，补光设备多为点光源，光线覆盖范围存在一定的局限性，同时由于叶片遮挡以及光线衰减等问题导致设施作物株间叶位受光不足，而植株果实合成的主要能量来源于其邻近叶位叶片的光合产物，故设施作物株间补光是很有必要的。

为满足设施作物株间叶位光照需求，如图1所示，本实用新型灯管式株间补光范围可调的补光设备，主要包括灯管1、支撑架4、驱动盒2、散热口5、挂环6、导线3、LED灯珠14、铝基板11等部件。其中灯管1包括红光灯管和蓝光灯管，采用透光性能良好的材质制作，搭载铝基板11，灯管1长为100cm,直径为4cm，重量为190g。驱动盒2采用硬塑料材质制作，侧面附带散热口5，以达散热、绝水、绝缘的效果，用于封装电源和补光驱动板等硬件，其尺寸大小为29cm*21cm*6cm。支撑架4采用高强度硬塑料材料制作，硬度较好，且质量较轻，用于固定灯管，其尺寸大小为44cm*4cm*0.3cm。本补光装置的设计，可实现随植株高度变化而调节驱动盒2两侧红光灯管和蓝光灯管的通电个数，满足植株株间叶位光照需求。

本实用新型的具体结构如图1、图2、图3和图4所示。支撑架4固定在驱动盒2的正反两面，每一面上的支撑架4均由两个板材组成，在同一面上，一个板材上设置正接线插针7，另一个板材上设置负接线插针8，正接线插针7和负接线插针8均与封装于驱动盒2内的补光驱动板的电源接口连接。灯管1由若干红光灯管和若干蓝光灯管组成，红光灯管和蓝光灯管分别对称设置于驱动盒2的正面和反面，在同一面上，红光灯管和蓝光灯管间隔排布，各个红光灯管和蓝光灯管上均设置正接线插槽9和负接线插槽10，通过正接线插针7与正接线插槽9的连接，以及负接线插针8与负接线插槽10的连接，实现各个红光灯管、蓝光灯管在支撑架4上的固定以及电性连接。

2、基于插针式通电兼固定的便携式安装部件设计

随着我国设施农业的迅速发展以及普遍推广，设施作物受温室结构、雾霾天气等影响，补光灯的使用原来越来越普遍。传统补光灯设计均采用导线焊接的方式实现多路联通，其存在的问题是当有某一路出现故障时，需要进行繁琐的拆卸及补救措施，且维修后安全保障系数不高。

为解决上述问题，如图5所示，本发明支撑架4上分别镶嵌有正接线插针7、负接线插针8。如图6所示，灯管1上的相应位置设计有正接线插槽9、负接线插槽10，正负接线插槽均固定于铝基板11上，铝基板11内置于灯管1中央。如图7所示，LED灯珠14焊接于铝基板11正面，然后铝基板11固定于灯管1内置的铝基板固定槽13中，方便铝基板11的“抽插拔”，铝基板11背面装备了正负接线插槽15，与支撑架4上的正负接线插针上的金属导电帽16实现无缝接触，而导线帽通过导线孔17引入导线18实现隐藏通电，保证通电良好性，固定可靠性。

3、基于红蓝LED灯珠的株间补光灯管设计

传统补光装置常采用高压钠灯，其耗电量大且发热较严重。而LED灯珠因其体积小、重量轻、节能环保、寿命长等特点受到广泛推广及应用，且其作为一种半导体固态冷光源，在光谱满足植物需求的同时散热较少，可近距离对植物叶片表面进行补光处理，有效提高了生物光效。

如图8、图9和图10所示，红光灯管在铝基板11上等间距排布，数目为19个，如图11、图12和图13所示，蓝光灯管在铝基板11上等间距排布，数目为12个，红色灯珠波长范围为620-700nm，蓝色灯珠波长范围为420-500nm。保证通电一组红蓝灯管的情况下使红蓝光比例约为3:2，满足作物生长所需最优光质比需求。

4、基于株间补光范围可调的补光灯控制机制设计

传统补光灯常采用冠层补光的方式，导致顶叶新生叶补光过多，株间功能叶由于叶片遮挡以及垂直方向光强衰减的原因造成补光不足，难以满足株间叶位光合需求。因此，如何既能满足株间叶位补光需求，且不造成电能浪费，成为设施农业精准补光亟待解决的问题。

本实用新型设计红蓝灯珠数量比为3:2的作物所需最优光质比，并采用PWM技术将实时环境因子计算所得目标光强值进行输出，实现对作物按需精准补光。同时，随植株高度增加，可由苗期的通电一组红蓝灯管组，调节为通电两组或者三组，满足随植株高度变化株间补光范围可调的控制机制。补光节点主要包括电源模块、CC2530处理器、光电耦合器、驱动电路、LED灯等5部分。其中CC2530处理器主要用来接收智能化控制终端下发命令、并控制LED灯组亮度变化。光电耦合器模块的作用是进行光电隔离，采用高速光电耦合器，基本可消除PWM信号通过光电耦合器后产生的延时。PT4115用于LED灯的驱动。电源模块用于给各个模块的供电。其电路原理图如图14所示。

综上，本实用新型基于设施作物株间叶位光合需求，提供了一种株间有效补光范围可调的LED灯管式补光装置，分别将红蓝光灯管间隔4cm均匀布置于补光驱动盒的两侧，每通电一组红蓝光灯管可使红蓝光比例约为3:2状态，满足植物生长最优光质比。灯管固定采用便捷式的卡扣以及灯管本身插针式的接线方式双重保险。本装置结构简单，可随植株高度实时调控灯管通断，满足设施作物生长全程株间补光需求，同时灯管采用插针便携式安装方法，可方便实时拆卸、维护、清洗等操作，适用于设施作物株间补光需求。

Claims (9)

1.一种设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，包括驱动盒(2)和灯管(1)，驱动盒(2)的正反两面均固定有支撑架(4)，每一面上的支撑架(4)均由两个板材组成，在同一面上，一个板材上设置正接线插针(7)，另一个板材上设置负接线插针(8)，所述正接线插针(7)和负接线插针(8)均与封装于驱动盒(2)内的补光驱动板的电源接口连接；所述灯管(1)由若干红光灯管和若干蓝光灯管组成，红光灯管和蓝光灯管分别对称设置于驱动盒(2)的正面和反面，在同一面上，红光灯管和蓝光灯管间隔排布，各个红光灯管和蓝光灯管上均设置正接线插槽(9)和负接线插槽(10)，通过正接线插针(7)与正接线插槽(9)的连接，以及负接线插针(8)与负接线插槽(10)的连接，实现各个红光灯管、蓝光灯管在支撑架(4)上的固定以及电性连接。

2.根据权利要求1所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述驱动盒(2)为硬塑料盒，侧面设置有散热口(5)和挂环(6)，所述支撑架(4)为高强度硬塑料材质。

3.根据权利要求1所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述灯管(1)内搭载有铝基板(11)，铝基板(11)上焊接LED灯珠(14)，LED灯珠(14)为红色或者蓝色灯珠。

4.根据权利要求3所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述正接线插槽(9)和负接线插槽(10)均固定于铝基板(11)上，铝基板(11)内置于灯管(1)中央。

5.根据权利要求3所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述铝基板(11)固定于灯管(1)内置的铝基板固定槽(13)中，LED灯珠(14)焊接在铝基板(11)的正面，铝基板(11)的背面装备与正负接线插针(12)匹配的正负接线插槽(15)，其中，所述正负接线插针(12) 由正接线插针(7)和负接线插针(8)组成，尺寸为1cm*1cm*2cm；正负接线插槽(15)由正接线插槽(9)和负接线插槽(10)组成，尺寸为1.1cm*1.1.cm*2.1cm。

6.根据权利要求3所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，铝基板(11)上等间距排布红色灯珠的数目为19个，铝基板(11)上等间距排布蓝色灯珠的数目为12个。

7.根据权利要求6所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述红色灯珠的波长范围为620-700nm，所述蓝色灯珠的波长范围为420-500nm。

8.根据权利要求1所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述红光灯管和蓝光灯管分别以中心相距8cm对称设置于驱动盒(2)的正面和反面。

9.根据权利要求1所述设施作物株间补光范围可调的LED灯管式补光装置，其特征在于，所述正接线插针(7)和负接线插针(8)均配置有金属导电帽(16)，分别通过金属导电帽(16)与正接线插槽(9)和负接线插槽(10)连接。