RU2719773C1 - Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты) - Google Patents

Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2719773C1
RU2719773C1 RU2019127211A RU2019127211A RU2719773C1 RU 2719773 C1 RU2719773 C1 RU 2719773C1 RU 2019127211 A RU2019127211 A RU 2019127211A RU 2019127211 A RU2019127211 A RU 2019127211A RU 2719773 C1 RU2719773 C1 RU 2719773C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
leds
spectrum
plants
intensity
Prior art date
Application number
RU2019127211A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Сергеевич Капитонов
Андрей Сергеевич Зизин
Василий Игоревич Бабушкин
Сергей Юрьевич Григорович
Сергей Антонович Медведев
Дмитрий Викторович Вильгельм
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Агрофотоника РМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Агрофотоника РМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Агрофотоника РМ"
Priority to RU2019127211A priority Critical patent/RU2719773C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2719773C1 publication Critical patent/RU2719773C1/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/20—Forcing-frames; Lights, i.e. glass panels covering the forcing-frames

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

Определяют спектр поглощения оптического излучения растений на различных стадиях их онтогенеза, в различное время суток, разные месяцы и времена года. Определяют максимально близко соответствующий спектру поглощения растений спектр излучения светодиодных фитооблучателей и вводят эти данные в управляющее устройство. Оптимальный спектр излучения воспроизводится с помощью светодиодных фитооблучателей в виде суммы N монохромных излучений светодиодов, где N соответствует оптимальному количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения выращиваемых в закрытом грунте растений, при этом амплитуда монохромных составляющих регулируется с помощью управляющего устройства путем изменения протекающего через светодиоды тока таким образом, чтобы суммарный спектр излучения фитооблучателей максимально близко соответствовал оптимальному спектру излучения. На различных стадиях онтогенеза выращиваемых растений и в зависимости от условий внешнего освещения с учетом времени суток, месяца и времени года осуществляется автоматическое регулирование спектра излучения фитооблучателей. Способ реализуется с помощью системы светодиодного освещения, которая включает: по меньшей мере, один мультиспектральный фитооблучатель, содержащий несколько групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления, датчиком спектра, и драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов фитооблучателей. Каждый фитооблучатель состоит из N-го количества групп последовательно соединенных светодиодов, где N соответствует оптимальному количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения выращиваемых растений. Управление интенсивностью излучения фитооблучателей осуществляется путем подачи управляющего сигнала на драйверы от платформы сбора данных и управления. Изобретение обеспечивает повышение энергоэффективности системы освещения. 3 н.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к растениеводству закрытого грунта, а именно к системам освещения теплиц и может быть использовано в тепличных хозяйствах для выращивания различной растительной продукции: зелени, овощей, цветов и т.п.
Известна светодиодная система освещения растений (RU 107020 U1; МПК: A01G 9/00; 10.08.2011) на основе красных, синих, зеленых, ультрафиолетовых светодиодов и блока управления с отдельными выходами регулирования уровня излучения светодиодов каждого спектра отдельно в зависимости от этапа развития и вида растения, содержащая также светодиоды белого спектра. В другом варианте светодиодная система освещения растений, включающая светодиоды и блок управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений, содержит светодиоды белого спектра и дополнительные ультрафиолетовые светодиоды, в котором мощность излучения ультрафиолетовых светодиодов составляет 5…15% от белых, при чем белые и ультрафиолетовые светодиоды работают или одновременно или поочередно, с разными промежутками времени. В другом варианте светодиодная система освещения растений, включающая светодиоды и блок управления уровнем освещенности и выдержки в зависимости от этапа развития и вида растений, в качестве источника света содержит светодиоды белого спектра.
Известно устройство светодиодного облучателя для растений защищенного грунта (RU 2454066 С2; МПК: A01G 9/20; 27.06.2012), в котором светодиодный фитооблучатель содержит платы со световыми элементами, состоящими из групп светодиодов с различными спектрами излучения, вентилятор и систему управления с коммутатором групп светодиодов, датчиком освещенности и датчиком-спектрометром. Платы со световыми элементами имеют форму полуцилиндров и изготовлены из гибкого материала. Ряды светодиодов находятся с наружной стороны плат, монтажные провода располагаются с внутренней стороны. Платы размещены в прозрачном цилиндрическом плафоне, для их охлаждения применяется вентилятор, который находится в верхней части плафона и направляет воздушный поток вдоль плат. Фитооблучатель подвешивается с помощью троса, длина которого регулируется электроприводом. Система управления фитооблучателем реализована на основе промышленного компьютера.
Принцип действия фитооблучателя заключается в следующем. В промышленный компьютер поступает информация от датчика освещенности и датчика-спектрометра, а компьютер на основе полученных данных в соответствии с рабочей программой формирует управляющее воздействие, поступающее на коммутатор групп светодиодов.
Известна выбранная в качестве прототипа система светодиодного освещения теплиц (RU 2680590 С1; МПК: A01G 9/20; 22.02.2019), состоящая из светодиодного фитооблучателя и блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения, отличающаяся тем, что фитооблучатель выполнен из двух групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, а блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения выполнен из компьютера, платформы сбора данных и управления, аналого-цифрового преобразователя, цифро-аналогового преобразователя, датчика освещенности и датчика спектра, при этом выход датчика освещенности соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход датчика спектра соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу платформы сбора данных и управления, соединенной первым выходом с входом компьютера, выход которого подключен ко второму входу платформы сбора данных и управления, соединенной вторым выходом с цифро-аналоговым преобразователем, первый выход которого соединен с входом первого управляемого драйвера, подключенного выходом к входу первой группы светодиодов, второй выход цифро-аналогового преобразователя соединен с входом второго управляемого драйвера, соединенного выходом со второй группой светодиодов, причем светодиодный фитооблучатель выполнен из двух групп светодиодов, одна из которых выполнена из красных, синих и ультрафиолетовых светодиодов, другая - из красных светодиодов, при этом каждая группа светодиодов фитооблучателя подключена соответственно к отдельному регулируемому драйверу, которые реализованы на базе управляемого источника тока.
Спектр излучения фитооблучателя формируется из соображений обеспечения оптимального протекания процессов фотосинтеза, синтеза хлорофилла и фотоморфогенеза, что позволяет повысить урожайность и качество продукции, сократить срок ее получения. Блок управления может быть реализован как на базе промышленного компьютера, так и на базе персонального компьютера. Для оценки соотношения интенсивности излучения в красной и синей областях спектра может быть применен как спектрометр, так и система двух фотодатчиков со светофильтрами, при этом фитооблучатель располагается горизонтально относительно поверхности грунта. Разделение светодиодов на две группы и применение управляемых драйверов для питаниягрупп светодиодов обеспечивает плавное регулирование спектрального состава и интенсивности излучения фитооблучателя в пределах от 0 до 100%, что позволяет повысить энергоэффективность и надежность системы освещения, а также формировать оптимальную световую среду для растений с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза и создавать условия естественного освещения.
Данной системе светодиодного освещения теплиц, как и перечисленным выше, присущи следующие недостатки.
1. Спектр излучения фитооблучателя формируется на основе энергетического спектра поглощения пигментов хлорофилла с пиками поглощения в диапазоне 400-500 нм и 650-700 нм. Однако, на процессы роста также влияют вспомогательные пигменты из семейства светособирающих фикобилипротеинов, такие как фукоксантин, бета-каротин, фикоэритрин, фикоцианин, аллофикоцианин. Энергетические спектры поглощения данных пигментов отличаются от спектра поглощения хлорофилла, что говорит о необходимости введения в спектр излучения фитооблучателя соответствующих спектральных составляющих.
2. Система позволяет регулировать интенсивность излучения фитооблучателя в зависимости от стадии онтогенеза растений и условий внешнего освещения в узком спектральном диапазоне. При этом за основу берется обобщенный спектр с пиками в дипазоне 400-500 нм и 650-700 нм, что неверно, поскольку спектры поглощения оптического излучения разными видами растений существенно различаются. Кроме того, спектры поглощения растений могут изменяться в зависимости от времени суток, месяца и времени года, что говорит о необходимости периодической корректировки спектра излучения фитооблучателя даже в привязке в одному виду выращиваемый в теплице растений.
3. Фитооблучатель содержит две группы светодиодов, в одной из которых присутствуют красные, синие и ультрафиолетовые светодиоды, а в другой - только красные светодиоды, что ограничивает возможность раздельного регулирования ультрафиолетовой и синей составляющих излучения, при том, что наличие такой возможности требуется на определенных стадиях онтогенеза растений.
4. Управление уровнем выходного тока драйверов и, соответственно, интенсивностью излучения фитооблучателя осуществляется по аналоговому интерфесу путем воздействия управляющего сигнала от промышленного контроллера, преобразованного в цифро-аналоговом преобразователе. Подобный интерфейс управления обладает большой погрешностью при удаленном расположении фитооблучателя отсистемы управления вследствие низкой помехозащищенности и высоких потерь уровня сигнала в соединительных проводниках.
5. В системе светодиодного освещения для получения информации об уровне освещенности в теплице применяется датчик освещенности, при том, что данный параметр, применительно к системе освещения теплиц, является неинформативным, поскольку для количественной оценки светового воздействия на растения используется фотосинтетически активная радиация, которая определяется на основе информации, полученной от датчика спектра и параметров облучателя, а, следовательно, использование датчика освещенности избыточно и приводит лишь к конструктивному усложнению системы.
Технический результат заключается в обеспечении формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза, условий естественного освещения, времени суток и времени года, что, в свою очередь, способствует росту урожайности и качества продукции, сокращению сроков выращивания растений, а также повышению энергоэффективности системы освещения.
Технический результат достигается тем, что способ формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений, характеризуется тем, что предварительно определяют спектры поглощения оптического излучения растениями на различных стадиях их онтогенеза, в различное время суток, разные месяцы и времена года, определяют спектры излучения светодиодных фитооблучателей, соответствующие вышеуказанным спектрам поглощения растениями, и вводят эти данные в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, после чего излучение воспроизводится фитооблучателями в виде суммы N монохромных излучений светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения оптического излучения растениями, при этом амплитуда монохромных составляющих регулируется с помощью блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, путем изменения протекающего через светодиоды тока таким образом, чтобы суммарный спектр излучения фитооблучателей соответствовал спектру поглощения оптического излучения растениями, при этом осуществляют автоматическое регулирование интенсивности и спектрального состава излучения фитооблучателей в соответствии со стадией онтогенеза выращиваемых растений, в зависимости от условий внешнего освещения, с учетом времени суток, месяца и времени года.
Указанный способ реализуется с помощью системы формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений, которая включает, по меньшей мере один, мультиспектральный фитооблучатель, содержащий несколько групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, и драйверы управления интенсивностью излучения светодиодов фитооблучателей. Система характеризуется тем, что каждый фитооблучатель состоит из N-го количества групп последовательно соединенных светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения оптического излучения растениями, при этом выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен ко входу компьютера, соединенного выходом со вторым входом платформы сбора данных и управления, второй выход которой подключен ко входам реализованных на базе управляемых источников тока N-го количества драйверов управления интенсивностью излучения, соединенных выходами со входами фитооблучателей таким образом, что выход первого драйвера подключен к первым входам фитооблучателей, соединенных с первыми группами светодиодов, выход второго драйвера подключен ко вторым входам фитооблучателей, соединенных со вторыми группами светодиодов, выход третьего драйвера подключен к третьим входам фитооблучателей, соединенных с третьими группами светодиодов и выход N-го драйвера подключен к N-ым входам фитооблучателей, соединенных с N-ыми группами светодиодов.
В другом варианте реализации такая система светодиодного освещения, включает, по меньшей мере один, мультиспектральный фитооблучатель, содержащий несколько групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, и характеризуется тем, что каждый фитооблучатель состоит из N-го количества групп последовательно соединенных светодиодов и N-го количества реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения оптического излучения растениями, при этом выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен ко входу компьютера, соединенного выходом со вторым входом платформы сбора данных и управления, второй выходкоторой подключен ко входам N-го количества драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов в каждом фитооблучателе, выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов.
В обоих вариантах реализации системы освещения управление током драйверов и, соответственно, интенсивностью излучения фитооблучателей осуществляется по цифровому интерфейсу (например, последовательному) путем подачи управляющего сигнала на драйверы от платформы сбора данных и управления.
Краткое описание рисунков.
На фиг. 1 представлены спектры поглощения оптического излучения основными пигментами растений.
На фиг. 2 представлен спектр поглощения оптического излучения растениями.
На фиг. 3 демонстрируется наложение спектров монохроматического излучения светодиодов с амплитудами интенсивности излучения, соответствующими различным значениям длины волны, на спектр поглощения растения.
На фиг. 4 демонстрируется сопоставление спектра излучения светодиодного мультиспектрального фитооблучателя (штриховая линия) и спектра поглощения растения (сплошная линия).
На фиг. 5 представлена блок-схема первого варианта исполнения системы светодиодного освещения на основе мультиспектральных фитооблучателей, где:
1 - блок управления интенсивностью и спектральным составом облучения, состоящий из компьютера 2, платформы сбора данных и управления 3 и датчика спектра 4;
5.1-5.N - драйверы управления интенсивностью излучения каждой группы светодиодов мультиспектральных фитооблучателей 6.1-6.М (где N - количество драйверов управления и монохромных составляющих спектра излучения фитооблучателя, а М - количество фитооблучателей).
На фиг. 6 представлена блок-схема второго варианта исполнения системы светодиодного освещения на основе мультиспектральных фитооблучателей, где:
1 - блок управления интенсивностью и спектральным составом облучения, состоящий из компьютера 2, платформы сбора данных и управления 3 и датчика спектра 4;
6 - мультиспектральный фитооблучатель, включающий от 7.1 до 7.N групп светодиодов и соответствующие им драйверы 5.1-5.N управления интенсивностью излучения каждой группы светодиодов.
На фиг. 7 представлена последовательная схема включения светодиодов 8 в каждой от 7.1 до 7.N группе светодиодов мультиспектрального фитооблучателя.
Формирование оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений определяется спектром поглощения оптического излучения растениями, который зависит от спектров поглощения оптического излучения основными пигментами растений (фиг. 1). Заявленный способ заключается в том, что предварительно с помощью известных методов спектроскопии, например, с помощью метода абсорбционной спектроскопии на сканирующем двулучевом спектрофотометре с двойным монохроматором, определяют спектр поглощения оптического излучения листьями растения (фиг. 2). Это позволяет получить информацию об оптимальном спектре излучения светодиодных фитооблучателей, максимально близко соответствующего полученному в процессе исследования спектру поглощения растений. Далее полученный оптимальный спектр излучения фитооблучателя воспроизводится с помощью светодиодов в виде суммы их монохромных излучений с пиками, соответствующими различным значениям длины волны, и регулируемыми величинами амплитуды интенсивности излучения (фиг. 3). Величины амплитуд монохромных составляющих подбираются путем регулирования значения тока, протекающего через светодиоды, таким образом, чтобы суммарный спектр излучения светодиодов максимально близко соответствовал оптимальному спектру излучения фитооблучателя (фиг. 4). В процессе эксплуатации системы в зависимости от условий внешнего освещения с целью поддержания спектрального состава оптического излучения осуществляется автоматическое регулирование спектра излучения мультиспектральных фитооблучателей, соответствующего оптимальному спектру, полученному при исследовании спектра поглощения растений с помощью спектрометра.
Воспроизведение оптимального спектра излучения мультиспектрального фитооблучателя осуществляют путем суммирования монохромных излучений с соответствующей амплитудой интенсивности излучения, при этом применяют светодиоды с доступными в настоящее время значениями длинами волн излучения.
Амплитудные значения интенсивности излучения светодиодов, формирующих различные монохромные спектральные составляющие, определяются с помощью компьютера, путем суммирования всех монохромных составляющих и сопоставления суммарного спектра с оптимальным, полученным в процессе исследования растений с помощью известных методов (например, метода абсорбционной спектроскопии на сканирующем двулучевом спектрофотометре с двойным монохроматором).
Исследование спектра поглощения растения проводят с учетом стадии онтогенеза растения, времени суток, месяца и времени года, поскольку данные факторы способны оказать влияние на результат исследования. Результаты исследования сохраняют в базу данных. В процессе формирования оптимальной световой среды для растений выбирают оптимальный спектр излучения фитооблучателей из имеющейся базы с учетом стадии онтогенеза растения, времени суток, месяца и времени года.
Для реализации данного способа разработаны два варианта системы светодиодного освещения на основе мультиспектральных фитооблучателей.
Первый вариант реализации системы светодиодного освещения овощеводств закрытого грунта представлен на фиг. 5. Система освещения состоит из мультиспектральных фитооблучателей 6.1-6.М (где М - это количество фитооблучателей в системе освещения), блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения 1 и драйверов управления интенсивностью излучения каждой группы светодиодов 5.1-5.N (где N - это количество драйверов управления и монохромных составляющих). Каждый фитооблучатель 6.1-6.М состоит из определенного числа групп светодиодов, соответствующего количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения растениями закрытого грунта. Блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 1 выполнен на основе компьютера 2, платформы сбора данных и управления 3 и датчика спектра 4. При этом выход датчика спектра 4 соединен с первым входом платформы сбора данных и управления 3, первый выход которой подключен ко входу компьютера 2, соединенного выходом со вторым входом платформы сбора данных и управления 3, второй выход которой подключен ко входам драйверов управления интенсивностью излучения 5.1-5.N. Драйверы управления реализованы на базе управляемого источника тока и соединены выходами со входами фитооблучателей 6.1-6.М, таким образом, что выход первого драйвера 5.1 подключен к первым входам фитооблучателей 6.1-6.М, соединенных с первыми группами светодиодов, выход второго драйвера 5.2 подключен ко вторым входам фитооблучателей 6.1-6.М, соединенных со вторыми группами светодиодов, выход третьего драйвера 5.3 подключен к третьим входам фитооблучателей 6.1-6.М, соединенных с третьими группами светодиодов, и выход N-ого драйвера 5.N подключен к N-ым входам фитооблучатлей 6.1-6.М, соединенных с N-ми группами светодиодов.
Процесс взаимодействия платформы сбора данных и управления 3, компьютера 2 и датчика спектра 4 организован путем передачи цифрового сигнала по последовательному или параллельному интерфейсу. Взаимодействие платформы сбора данных и управления3 и драйверов управления интенсивностью излучения 5.1-5.N осуществляется по цифровой шине данных, реализованной на основе последовательного интерфейса, например DALI. Регулирование интенсивности излучения фитооблучателей 6.1-6.М реализовано путем передачи к ним по аналоговой шине токового сигнала от драйверов управления 5.1-5.N.
Процесс регулирования интенсивности и спектрального состава излучения фитооблучателей 6.1-6.М в зависимости от условий внешней освещенности заключается в следующем. Датчик спектра 4 передает информацию о спектральном составе оптического излучения в помещении (теплице) на платформу сбора данных и управления 3, откуда она поступает на компьютер 2. В компьютере 2 происходит сопоставление данного спектра, полученного с помощью датчика 4, и оптимального спектра, полученного при исследовании спектра поглощения растения, соответствующего стадии онтогенеза, времени суток, месяцу и времени года. В случае наличия расхождения в измеренном датчиком и оптимальном спектрах излучения компьютер 2 вырабатывает управляющее воздействие, которое через платформу сбора данных и управления 3 поступает по цифровой шине данных к драйверам управления 5.1-5.N. Управляющее воздействие направлено на корректировку величин амплитуды монохромных составляющих, формируемых определенными группами светодиодов, изменение которых позволяет добиться спектра излучения фитооблучателя максимально близкого к оптимальному.
При этом формирование оптимальной режима освещения выращиваемых растений способствует также сокращению непроизводительных затрат электроэнергии.
Второй вариант реализации системы светодиодного освещения овощеводств закрытого грунта представлен на фиг. 6, и состоит из, по меньшей мере одного, мультиспектральнодного фитооблучателя 6 и блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения 1. Фитооблучатель состоит из N-го количества групп светодиодов 7.1-7.N и драйверов управления интенсивностью излучения 5.1-5.N, соответствующего количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения выращиваемых растений, а блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 1 выполнен на основе компьютера 2, платформы сбора данных и управления 3 и датчика спектра 4, при этом выход датчика спектра 4 соединен с первым входом платформы сбора данных и управления 3, первый выход которой подключен ко входу компьютера 2, соединенного выходом со вторым входом платформы сбора данных и управления 3, второй выход которой подключен ко входам реализованых на базе управляемого источника тока драйверов управления интенсивностью излучения 5.1-5.N, соединенных выходами со входами соответствующихгрупп светодиодов 7.1-7.N.
Электрическая схема включения светодиодных групп 7.1-7.N в фитооблучателе для обоих вариантов реализации системы представлена на фиг. 7. Светодиоды 8 одной группы имеют одинаковое значение длины волны излучения и соединены последовательно. Вход каждой светодиодной группы соединен через аналоговую шину данных с выходом соответствующего драйвера управления (5.1-5.N). Выходы светодиодных групп соединены в общую точку.
Отличительной особенностью первого варианта реализации системы светодиодного освещения является то, что драйверы управления интенсивностью излучения выносятся за пределы фитооблучателя, что позволяет уменьшить общее количество драйверов в системе, однако приводит к повышению их номинальной мощности. Отличительной особенностью второго варианта реализации системы светодиодного освещения является то, что драйверы управления интенсивностью излучения входят в состав фитооблучателей, что позволяет снизить номинальную мощность отдельного драйвера, однако приводит к увеличению общего количества драйверов в системе. При этом в зависимости от конкретных условий эксплуатации системы освещения заявленное изобретение позволяет выбрать оптимальный вариант ее реализации, в том числе и по энергоэффективности.
Оптимальный спектр излучения фитооблучателя может воспроизводится с помощью светодиодов разными способами. Первый способ заключается в том, что оптимальный спектр излучения представляется в виде суммы монохромных излучений с пиками, соответствующими различным значениям длины волны. Каждое монохромное излучение формируется с помощью специальных светодиодов, максимум амплитуды интенсивности излучения которых приходится на соответствующую длину волны. Диапазоны длин волн, в каждом из которых должно присутствовать хотя бы одно монохромное излучение светодиодов, выбираются из стандартного ряда: ультрафиолет В (315-380 нм); ультрафиолет А (380-430 нм); синий свет (430-450 нм); зеленый свет (500-550 нм); оранжевый свет (550-610 нм); красный (610-720 нм); дальний красный (720-1000 нм). Количество монохромных составляющих, формируемых светодиодами, в каждом диапазоне длин волн определяется формой оптимального спектра фитооблучателя.
Второй способ формирования оптимального спектра излучения фитооблучателя заключается в том, что в нем выделяется несколько основных диапазонов, в которых присутствуют монохромные излучения: ультрафиолет В (315-380 нм); синий свет (430-450 нм), красный (610-720 нм) и дальний красный (720-1000 нм). Количество монохромных излучений с максимумами амплитуды интенсивности, соответствующимиразличным значениям длин волн, в пределах заданного основного диапазона определяется формой спектра фитооблучателя. В остальных участках оптимального спектра, соответствующих следующим второстепенным диапазонам: ультрафиолет А (380-430 нм); зеленый свет (500-550 нм); оранжевый свет (550-610 нм); оптическое излучение формируется с помощью полноспектральных белых светодиодов, обладающих широким спектральным составом. Регулирование интенсивности излучения белых светодиодов позволяет равномерно изменять спектр излучения фитооблучателя во всех второстепенных диапазонах.
Применение компьютера для управления процессом освещения позволяет сделать систему освещения более многофункциональной, универсальной, ориентированной на пользователя и оптимальной по энергоэффективности. Использование компьютера обеспечивает процесс взаимодействия с пользователем и позволяет пользователю задавать необходимый алгоритм управления системой освещения для формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений с учетом их видовых особенностей, фазы онтогенеза, условий естественного освещения, времени суток и времени года что, в свою очередь, способствует росту урожайности и качества продукции, сокращению сроков выращивания растений, а также повышению энергоэффективности системы освещения.
Немаловажно, что компьютер может быть существенно удален от объекта управления, при этом платформа сбора данных и управления обеспечивает организацию удаленной связи в соответствии с одной из применяемых в настоящее время технологий передачи данных (Ethernet, Wi-Fi и т.д.) и взаимодействие компьютера и реальных физических объектов: драйверов, фитооблучателей и датчика спектра.
Таким образом существенные признаки изобретения в полной мере обеспечивают достижение заявленного технического результата.

Claims (3)

1. Способ формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений, характеризующийся тем, что предварительно определяют спектры поглощения оптического излучения растениями на различных стадиях их онтогенеза, в различное время суток, разные месяцы и времена года, определяют спектры излучения светодиодных фитооблучателей, соответствующие вышеуказанным спектрам поглощения растениями, и вводят эти данные в блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, после чего излучение воспроизводится фитооблучателями в виде суммы N монохромных излучений светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения оптического излучения растениями, при этом амплитуда монохромных составляющих регулируется с помощью блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей путем изменения протекающего через светодиоды тока таким образом, чтобы суммарный спектр излучения фитооблучателей соответствовал спектру поглощения оптического излучения растениями, при этом осуществляют автоматическое регулирование интенсивности и спектрального состава излучения фитооблучателей в соответствии со стадией онтогенеза выращиваемых растений в зависимости от условий внешнего освещения с учетом времени суток, месяца и времени года.
2. Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений способом по п. 1, включающая по меньшей мере один мультиспектральный фитооблучатель, содержащий несколько групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, и драйверы управления интенсивностью излучения светодиодов фитооблучателей, характеризующаяся тем, что каждый фитооблучатель состоит из N-го количества групп последовательно соединенных светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения оптического излучения растениями, при этом выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, соединенного выходом со вторым входом платформы сбора данных и управления, второй выходкоторой подключен к входам реализованных на базе управляемых источников тока N-го количества драйверов управления интенсивностью излучения, соединенных выходами с входами фитооблучателей таким образом, что выход первого драйвера подключен к первым входам фитооблучателей, соединенных с первыми группами светодиодов, выход второго драйвера подключен к вторым входам фитооблучателей, соединенных со вторыми группами светодиодов, выход третьего драйвера подключен к третьим входам фитооблучателей, соединенных с третьими группами светодиодов и выход N-го драйвера подключен к N-м входам фитооблучателей, соединенных с N-ми группами светодиодов, при этом управление током драйверов и соответственно интенсивностью излучения фитооблучателей осуществляется по цифровому интерфейсу путем подачи управляющего сигнала на драйверы от платформы сбора данных и управления.
3. Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений способом по п. 1, включающая по меньшей мере один мультиспектральный фитооблучатель, содержащий несколько групп светодиодов с регулируемым спектром излучения каждой группы светодиодов, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, характеризующаяся тем, что каждый фитооблучатель состоит из N-го количества групп последовательно соединенных светодиодов и N-го количества реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих, на которые раскладывается суммарный спектр поглощения оптического излучения растениями, при этом выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, соединенного выходом со вторым входом платформы сбора данных и управления, второй выход которой подключен к входам N-го количества драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов в каждом фитооблучателе, выходы которых соединены с входами соответствующих групп светодиодов, при этом управление током драйверов и соответственно интенсивностью излучения фитооблучателей осуществляется по цифровому интерфейсу путем подачи управляющего сигнала на драйверы от платформы сбора данных и управления.
RU2019127211A 2019-08-29 2019-08-29 Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты) RU2719773C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127211A RU2719773C1 (ru) 2019-08-29 2019-08-29 Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019127211A RU2719773C1 (ru) 2019-08-29 2019-08-29 Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2719773C1 true RU2719773C1 (ru) 2020-04-23

Family

ID=70415431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019127211A RU2719773C1 (ru) 2019-08-29 2019-08-29 Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2719773C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764546C1 (ru) * 2021-04-06 2022-01-18 Общество с ограниченной ответственностью «Агрофотоника РМ» Способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, и реализующая данный способ система
RU2804620C1 (ru) * 2022-11-02 2023-10-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU107020U1 (ru) * 2010-06-18 2011-08-10 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Светодиодная система освещения растений (варианты)
RU2454066C2 (ru) * 2010-03-16 2012-06-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" Светодиодный фитооблучатель
RU2680590C1 (ru) * 2018-05-25 2019-02-22 Сергей Сергеевич Капитонов Система светодиодного освещения теплиц

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454066C2 (ru) * 2010-03-16 2012-06-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" Светодиодный фитооблучатель
RU107020U1 (ru) * 2010-06-18 2011-08-10 Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) Светодиодная система освещения растений (варианты)
RU2680590C1 (ru) * 2018-05-25 2019-02-22 Сергей Сергеевич Капитонов Система светодиодного освещения теплиц

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2764546C1 (ru) * 2021-04-06 2022-01-18 Общество с ограниченной ответственностью «Агрофотоника РМ» Способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, и реализующая данный способ система
RU2804620C1 (ru) * 2022-11-02 2023-10-03 Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2654259C2 (ru) Динамическая рецептура света для растениеводства
RU2696965C2 (ru) Садоводческое осветительное устройство
CN106413382B (zh) 适应于植物的光谱灵敏度的光源
EP2761995A1 (en) Plant cultivation lamp and plant cultivation method using the same
CN108551909B (zh) 一种植物照明装置的频闪方法
US10172294B2 (en) Method for cultivating plant
US11559005B2 (en) Temporal, irradiance-controlled photoacclimation
RU2719773C1 (ru) Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)
WO2013141824A1 (en) A plant illumination armature
EP2761987B1 (en) Method for cultivating plant
RU2744302C1 (ru) Светодиодный универсальный фитооблучатель
RU2680590C1 (ru) Система светодиодного освещения теплиц
KR102493283B1 (ko) 파장대별 광원의 세기 조절이 가능한 자동 조절 식물용 인공조명 시스템
KR20170096244A (ko) 식물성장 led조명등의 파장의 세기 및 광량 제어 시스템
Gilewski An Adaptive and Monoculture Oriented LEDs Lamp
EP3915337B1 (en) Dynamic user interface
EP2761988B1 (en) Method for cultivating plant
Tavares et al. LED system with independent red and blue channels employing radiant flux estimation and indirect flux control for greenhouse hop cultivation
RU217383U1 (ru) Светодиодный облучатель для растениеводства
RU2764546C1 (ru) Способ освещения растений сверху при их выращивании в условиях закрытого грунта, обеспечивающий поддержание в процессе роста постоянного значения поверхностной плотности фотосинтетического потока на уровне листа, и реализующая данный способ система
CN206851084U (zh) 一种植物led灯具照明控制系统
CN111448904A (zh) 一种光调控黄瓜育苗方法及光照设备
Balmadrid et al. IoT-based LED Lighting System with Variable Pulsing Frequency and Dark Periods for Sunflower Microgreens
WO2020139305A1 (ru) Регулируемая светодиодная система и способ досветки растений в теплицах
US20210112648A1 (en) Apparatus and method for accelerating conversion of phytochrome isoforms