RU2804620C1

RU2804620C1 - Light environment formation system for indoor plants

Info

Publication number: RU2804620C1
Application number: RU2022128543A
Authority: RU
Inventors: Иван Сергеевич Виноградов; Станислав Владимирович Дегтярёв; Алексей Александрович Косогор; Евгений Анатольевич Мясоедов; Николай Григорьевич Пархоменко
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2023-10-03

Abstract

FIELD: closed crop production.

SUBSTANCE: invention relates to lighting systems for greenhouses, phytotrons or grow boxes. The system includes multispectral phytoirradiators, a control unit for the intensity and spectral composition of radiation from multispectral phytoirradiators, made on the basis of a computer with a platform for data collection and control, and a spectrum sensor. Each multispectral phytoirradiator comprises groups of LEDs and drivers implemented on the basis of controlled current sources to control the intensity of LED radiation. The spectrum sensor output is connected to the first input of the data collection and control platform, the first output of which is connected to the computer input, the output of which is connected to the second input of the data collection and control platform. The first and second wireless data transmission modules are introduced into the system. The control unit for the intensity and spectral composition of radiation from multispectral phytoirradiators comprises additional spectrum sensors. The output of the additional spectrum sensor is connected to the input of the data acquisition and control platform. Each multispectral phytoirradiator comprises K=4 port controllers, a central controller, current meters and a memory block. The third output of the data collection and control platform is connected to the input of the first wireless data transmission module. In each multispectral phytoirradiator, the outputs of K port controllers are connected to the corresponding inputs of the central controller, the input of which is connected to the output of the memory block, the input of which is connected to the output of the central controller, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding LED emission intensity control drivers, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding current meters, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding groups of LEDs. The second output of the current meter is connected to the input of the central controller. The second output of the data collection and control platform is connected to the input of any of the port controllers of any of the multispectral phytoirradiators. The output of the second wireless data transmission module is connected to any free input of any of the port controllers of any of the multispectral phytoirradiators. The remaining inputs of the port controllers of any of the multispectral phytoirradiators are interconnected so that for any of the multispectral phytoirradiators the input of at least one of any port controller is connected to the input of any one port controller of any other multispectral phytoirradiator. The inputs and outputs of all port controllers and the first K inputs of the central controllers of all multispectral phytoirradiators are bidirectional.

EFFECT: improved reliability, accuracy of maintaining the optimal spectrum for a long period and an extension of the field of application.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к растениеводству закрытого типа, а именно к системам освещения теплиц, фитотронов или гроубоксов, и может быть использовано для выращивания растительной продукции: зелени, овощей, цветов и т.п.The invention relates to closed plant growing, namely to lighting systems for greenhouses, phytotrons or grow boxes, and can be used for growing plant products: herbs, vegetables, flowers, etc.

Известна система освещения растений [1 - Патент РФ №2734436, МПК: A01G 7/00 (2006.01), A01G 9/20 (2006.01) Системы и способы освещения растений], содержащая источник дальнего красного света, источник синего света и контроллер, выполненный с возможностью изменения выходного потока источника дальнего красного света и выходного потока источника синего света.A plant lighting system is known [1 - RF Patent No. 2734436, IPC: A01G 7/00 (2006.01), A01G 9/20 (2006.01) Plant lighting systems and methods], containing a source of far red light, a source of blue light and a controller made with the ability to change the output stream of the far red light source and the output stream of the blue light source.

Недостаток указанной системы состоит в использовании для создания суммарного освещения излучений узких диапазонов (дальнего красного и синего), что ограничивает возможность регулирования других составляющих излучения (например, ультрафиолетового света или зеленого света), при том, что наличие такой возможности требуется на определенных стадиях онтогенеза растений.The disadvantage of this system is that it uses narrow ranges of radiation (far red and blue) to create total illumination, which limits the possibility of regulating other components of radiation (for example, ultraviolet light or green light), despite the fact that the presence of such a possibility is required at certain stages of plant ontogenesis .

Известна также система светодиодного освещения теплиц [2 - Патент РФ №2680590, МПК: A01G 9/20 (2006.01) Система светодиодного освещения теплиц], состоящая из светодиодного фитооблучателя и блока управления интенсивностью и спектральным составом излучения, при этом 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.An LED lighting system for greenhouses is also known [2 - RF Patent No. 2680590, IPC: A01G 9/20 (2006.01) LED lighting system for greenhouses], consisting of an LED phyto-irradiator and a control unit for the intensity and spectral composition of radiation, while the phyto-irradiator is made of two groups of LEDs with an adjustable emission spectrum of each group of LEDs, and the control unit for the intensity and spectral composition of the emission is made of a computer, a data acquisition and control platform, an analog-to-digital converter, a digital-to-analog converter, a light sensor and a spectrum sensor.

Недостатки указанной системы светодиодного освещения теплиц состоят в ограниченных фукциональных возможностях по формированию оптимального излучения. Это определяется тем, что спектр излучения в указанной системе светодиодного освещения теплиц формируется на основе спектра поглощения пигментов хлорофилла с пиками поглощения в диапазоне 400-500 нм и 650-700 нм. Однако на процессы роста растений также влияют вспомогательные пигменты из семейства светособирающих фикобилипротеинов, такие как фукоксантин, бета-каротин, фикоэритрин, фикоцианин, аллофикоцианин. Спектры поглощения данных пигментов отличаются от спектра поглощения хлорофилла, что вызывает необходимость внесения в спектр излучения фитооблучателя соответствующих спектральных составляющих, что является невозможным в известной системе.The disadvantages of this LED lighting system for greenhouses are the limited functionality for generating optimal radiation. This is determined by the fact that the emission spectrum in the specified greenhouse LED lighting system is formed on the basis of the absorption spectrum of chlorophyll pigments with absorption peaks in the range of 400-500 nm and 650-700 nm. However, plant growth processes are also influenced by auxiliary pigments from the light-harvesting phycobiliprotein family, such as fucoxanthin, beta-carotene, phycoerythrin, phycocyanin, and allophycocyanin. The absorption spectra of these pigments differ from the absorption spectrum of chlorophyll, which necessitates the introduction of appropriate spectral components into the emission spectrum of the phytoirradiator, which is impossible in the known system.

Кроме того, фитооблучатель системы светодиодного освещения теплиц [2] 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. В фитооблучателе также не содержатся светодиоды зеленой части спектра. Все это также ограничивает функциональные возможности указанной системы по формированию оптимального излучения.In addition, the phyto-irradiator of the greenhouse LED lighting system [2] contains two groups of LEDs, one of which contains red, blue and ultraviolet LEDs, and the other - only red LEDs, which limits the possibility of separately regulating the ultraviolet and blue components of radiation, while that the presence of such a possibility is required at certain stages of plant ontogenesis. The phyto-irradiator also does not contain LEDs in the green part of the spectrum. All this also limits the functionality of this system for generating optimal radiation.

Из известных технических решений наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе, принятой за прототип, является система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений [3 - Патент РФ №2719773, МПК: A01G 9/20 (2006.01) Способ формирования оптимальной световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений и система светодиодного освещения, реализующая этот способ (варианты)], включающая М мультиспектральных фитооблучателей, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит L групп светодиодов и L реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed system, adopted as a prototype, is the system for forming a light environment for plants grown indoors [3 - RF Patent No. 2719773, IPC: A01G 9/20 (2006.01) Method for forming an optimal light environment for plants grown indoors and an LED lighting system that implements this method (options)], including M multispectral phyto-irradiators, a control unit for the intensity and spectral composition of the radiation of multispectral phyto-irradiators, made on the basis of a computer with a data collection and control platform and a spectrum sensor, each multispectral The phyto-irradiator contains L groups of LEDs and L drivers for controlling the intensity of LED radiation implemented on the basis of controlled current sources, the output of the spectrum sensor is connected to the first input of the data collection and control platform, the first output of which is connected to the input of the computer, the output of which is connected to the second input of the data collection platform and management.

Недостатки известной системы-прототипа [3] светодиодного освещения состоят в следующем.The disadvantages of the known prototype system [3] of LED lighting are as follows.

1. В указанной системе формирование световой среды для выращивания растений происходит путем сравнения текущего спектра, измеряемого датчиком спектра, с некоторым оптимальным спектром, хранящимся в компьютере. С целью наиболее полного соответствия текущего спектра оптимальному спектру, яркость свечения отдельных групп светодиодов регулируется с помощью реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов. При этом каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит N групп светодиодов, где N соответствует количеству монохромных составляющих оптимального спектра.1. In this system, the formation of a light environment for growing plants occurs by comparing the current spectrum measured by a spectrum sensor with some optimal spectrum stored in a computer. In order to most fully match the current spectrum to the optimal spectrum, the brightness of individual groups of LEDs is adjusted using LED intensity control drivers implemented on the basis of controlled current sources. Moreover, each multispectral phyto-irradiator contains N groups of LEDs, where N corresponds to the number of monochrome components of the optimal spectrum.

Очевидно, что такое построение обуславливает низкую надежность каждого из мультиспектральных фитооблучателей и всей системы в целом, в смысле парирования возможных отказов групп светодиодов, поскольку в каждом из мультиспектральных фитооблучателей за каждую монохромную составляющую в спектре отвечает одна группа соответствующих светодиодов, без какого-либо ее дублирования. Таким образом, выход из строя одной группы светодиодов (например, красного цвета) приводит к пропаданию соответствующей монохромной составляющей в спектре мультиспектрального фитооблучателя (например, красной). Несмотря на возможное наличие естественного солнечного света, это может являться недопустимым, если в данную фазу онтогенеза растению требуется намеренное усиление в спектре именно этой монохромной составляющей (например, красной).Obviously, this construction causes low reliability of each of the multispectral phyto-irradiators and the entire system as a whole, in the sense of fending off possible failures of groups of LEDs, since in each of the multispectral phyto-irradiators one group of corresponding LEDs is responsible for each monochrome component in the spectrum, without any duplication. . Thus, the failure of one group of LEDs (for example, red) leads to the disappearance of the corresponding monochrome component in the spectrum of the multispectral phyto-irradiator (for example, red). Despite the possible presence of natural sunlight, this may be unacceptable if, at a given phase of ontogenesis, the plant requires a deliberate increase in the spectrum of this particular monochrome component (for example, red).

Кроме того, управление всеми драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов только от единого компьютера также снижает надежность построения такой системы, поскольку любой сбой в работе этого компьютера приведет к выходу из оптимального режима (а возможно, и из строя) всех М мультиспектральных фитооблучателей, входящих в систему.In addition, controlling all drivers for controlling the intensity of LED radiation only from a single computer also reduces the reliability of building such a system, since any failure in the operation of this computer will lead to failure of the optimal mode (and possibly failure) of all M multispectral phyto-irradiators included in the system .

2. Указанная система-прототип обладает низкой точностью поддержания оптимального спектра в течение длительного времени. Это связано с тем, что при больших геометрических размерах теплиц, единственный датчик спектра может служить только для первоначальной настройки мультиспектральных фитооблучателей и не способен адекватно оценивать текущий спектр для растений, распределенных по теплице. Во время работы, в случае изменения яркости, например, одной из групп светодиодов в удаленном мультиспектральном фитооблучателе, такое изменение спектра не будет обнаружено датчиком спектра. В то же время, технические средства, позволяющие автоматически поддерживать спектр любого из мультиспектральных фитооблучателей в оптимальном режиме, в системе - прототипе отсутствуют.Во-первых, в системе-прототипе отсутствуют средства измерения тока, реально потребляемого группой светодиодов, который определяет их яркость свечения. Во-вторых, как уже было указано ранее, в прототипе каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит N групп светодиодов, где N точно соответствует количеству монохромных составляющих оптимального спектра и, соответственно, не происходит резервирования хотя бы некоторых монохромных составляющих (например, даже наиболее значимых - красных, дальних красных, синих и др.).2. The specified prototype system has low accuracy in maintaining the optimal spectrum for a long time. This is due to the fact that with large geometric dimensions of greenhouses, a single spectrum sensor can only serve for the initial setup of multispectral phyto-irradiators and is not capable of adequately assessing the current spectrum for plants distributed throughout the greenhouse. During operation, if the brightness of, for example, one of the groups of LEDs in a remote multispectral phyto-irradiator changes, such a change in the spectrum will not be detected by the spectrum sensor. At the same time, there are no technical means to automatically maintain the spectrum of any of the multispectral phyto-irradiators in the optimal mode in the prototype system. Firstly, the prototype system does not have means for measuring the current actually consumed by a group of LEDs, which determines their brightness. Secondly, as mentioned earlier, in the prototype, each multispectral phyto-irradiator contains N groups of LEDs, where N exactly corresponds to the number of monochrome components of the optimal spectrum and, accordingly, there is no reservation of at least some monochrome components (for example, even the most significant - red, distant red, blue, etc.).

3. Указанная система - прототип обладает ограниченной областью применения и не пригодна для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, требующие для своего развития различной световой среды. Это могут быть растения разных сортов, либо растения одного сорта, но на различных стадиях своего онтогенеза. Этот недостаток прототипа [3] связан со следующими факторами.3. The specified prototype system has a limited scope and is not suitable for greenhouses in which various plants that require different light environments for their development are simultaneously grown. These can be plants of different varieties, or plants of the same variety, but at different stages of their ontogenesis. This disadvantage of the prototype [3] is associated with the following factors.

Во-первых, в системе-прототипе измерение текущего спектра происходит при помощи единственного датчика спектра, тогда как для каждой группы растений (разных сортов либо одного сорта, но на разных стадиях онтогенеза) требуется свой датчик текущего спектра, по информации которого осуществляется управление световой средой. Если предположить, что единственный датчик спектра в прототипе [3] является мобильным и измерение спектра для каждой группы растений производится с некоторой периодичностью, то такое решение является практически нереализуемым в силу нереально больших трудозатрат для постоянного перемещения датчика спектра по теплице и проведения измерений спектра в течение всего сезона в условиях постоянно меняющегося солнечного освещения.Firstly, in the prototype system, the current spectrum is measured using a single spectrum sensor, while each group of plants (different varieties or the same variety, but at different stages of ontogenesis) requires its own current spectrum sensor, based on the information of which the light environment is controlled . If we assume that the only spectrum sensor in the prototype [3] is mobile and the spectrum is measured for each group of plants at some periodicity, then such a solution is practically unrealizable due to the unrealistically large labor costs for constantly moving the spectrum sensor around the greenhouse and taking spectrum measurements during throughout the season in conditions of constantly changing sunlight.

Во-вторых, в системе - прототипе для всех М мультиспектральных фитооблучателей задается один и тот же спектр излучения, поскольку в системе - прототипе отсутствуют технические средства, позволяющие задавать для каждого из М мультиспектральных фитооблучателей индивидуальный режим работы, то есть, спектр излучения. При этом такая возможность является весьма актуальной для больших тепличных хозяйств, в которых важна возможность задания различных спектров излучения для различных мультиспектральных фитооблучателей (или, по меньшей мере, для некоторых территориально разнесенных групп мультиспектральных фитооблучателей) в силу требования различными растениями разных оптимальных спектров.Secondly, in the prototype system, the same radiation spectrum is set for all M multispectral phyto-irradiators, since in the prototype system there are no technical means that allow setting an individual operating mode, that is, the radiation spectrum, for each of the M multispectral phyto-irradiators. Moreover, this possibility is very relevant for large greenhouse farms, in which the ability to set different emission spectra for different multispectral phytoirradiators (or at least for some geographically dispersed groups of multispectral phytoirradiators) is important due to the requirement of different plants for different optimal spectra.

Кроме того, возможность задавать для каждого из М мультиспектральных фитооблучателей индивидуальный режим работы является важной для тех теплиц, где в силу особенностей архитектурных и инженерных решений имеется различный уровень естественного солнечного спектра. Невозможность применения прототипа для таких теплиц также ограничивает его область применения.In addition, the ability to set an individual operating mode for each of the M multispectral phytoirradiators is important for those greenhouses where, due to the peculiarities of architectural and engineering solutions, there are different levels of the natural solar spectrum. The inability to use the prototype for such greenhouses also limits its scope.

Таким образом, недостатками системы-прототипа являются ее низкая надежность, связанная с централизованным управлением от единого компьютера, а также использованием такого количества групп светодиодов, которое в точности соответствует оптимальному набору монохромных составляющих в оптимальном спектре, то есть без резервирования и избыточности в группах светодиодов, при том что именно светодиоды являются наиболее нагруженными элементами всей системы.Thus, the disadvantages of the prototype system are its low reliability associated with centralized control from a single computer, as well as the use of such a number of LED groups that exactly corresponds to the optimal set of monochrome components in the optimal spectrum, that is, without redundancy and redundancy in LED groups, despite the fact that it is the LEDs that are the most loaded elements of the entire system.

Система-прототип обладает также низкой точностью поддержания оптимального спектра в течение длительного периода, поскольку не способна автоматически отслеживать изменения яркости свечения групп светодиодов по изменению фактически потребляемого ими тока.The prototype system also has low accuracy in maintaining the optimal spectrum over a long period, since it is not capable of automatically monitoring changes in the brightness of groups of LEDs based on changes in the current they actually consume.

Наконец, указанная система - прототип обладает ограниченной областью применения и не пригодна для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, либо теплиц с различным уровнем солнечного освещения в разных зонах такой теплицы, поскольку не обладает возможностью измерять текущий спектр одновременно в разных зонах теплицы и задавать индивидуальный режим работы для каждого из М мультиспектральных фитооблучателей.Finally, the specified prototype system has a limited scope and is not suitable for greenhouses in which various plants are simultaneously grown, or greenhouses with different levels of solar illumination in different zones of such a greenhouse, since it does not have the ability to measure the current spectrum simultaneously in different zones of the greenhouse and set individual operating mode for each of the M multispectral phyto-irradiators.

Технической проблемой, на решение которой направлена предлагаемая система, является повышение надежности системы, повышение точности поддержания оптимального спектра в течение длительного периода и расширение области применения.The technical problem that the proposed system is aimed at solving is increasing the reliability of the system, increasing the accuracy of maintaining the optimal spectrum over a long period, and expanding the scope of application.

Для решения технической проблемы предлагается система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений, включающая мультиспектральные фитооблучатели, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей, выполненный на основе компьютера с платформой сбора данных и управления и датчика спектра, каждый мультиспектральный фитооблучатель содержит группы светодиодов и реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выход датчика спектра соединен с первым входом платформы сбора данных и управления, первый выход которой подключен к входу компьютера, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления.To solve the technical problem, a system for forming a light environment for plants grown indoors is proposed, including multispectral phyto-irradiators, a control unit for the intensity and spectral composition of the radiation of multispectral phyto-irradiators, made on the basis of a computer with a data collection and control platform and a spectrum sensor, each multispectral phyto-irradiator contains groups of LEDs and LED intensity control drivers implemented on the basis of controlled current sources, the output of the spectrum sensor is connected to the first input of the data collection and control platform, the first output of which is connected to the input of the computer, the output of which is connected to the second input of the data collection and control platform.

Согласно изобретению, в систему введены первый и второй модули беспроводной передачи данных, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения мультиспектральных фитооблучателей содержит дополнительные датчики спектра, выход дополнительного датчика спектра соединен с входом платформы сбора данных и управления, каждый из мультиспектральных фитооблучателей содержит К=4 контроллеров порта, центральный контроллер, измерители тока и блок памяти, при этом третий выход платформы сбора данных и управления соединен со входом первого модуля беспроводной передачи данных, в каждом из мультиспектральных фитооблучателей выходы К контроллеров порта соединены с соответствующими входами центрального контроллера, вход которого соединен с выходом блока памяти, вход которого соединен с выходом центрального контроллера, первые выходы которого соединены со входами соответствующих драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов, выходы которых соединены со входами соответствующих измерителей тока, первые выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов, второй выход измерителя тока соединен с входом центрального контроллера, второй выход платформы сбора данных и управления соединен с входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей, выход второго модуля беспроводной передачи данных соединен с любым свободным входом любого из контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей, оставшиеся входы контроллеров порта любого из мультиспектральных фитооблучателей соединяются между собой так, чтобы у любого из мультиспектральных фитооблучателей вход хотя бы одного любого контроллера порта был соединен с входом одного любого контроллера порта любого другого мультиспектрального фитооблучателя, входы и выходы всех контроллеров порта и первые K входов центральных контроллеров всех мультиспектральных фитооблучателей выполняются двунаправленными.According to the invention, the first and second wireless data transmission modules are introduced into the system, the control unit for the intensity and spectral composition of the radiation of multispectral phyto-irradiators contains additional spectrum sensors, the output of the additional spectrum sensor is connected to the input of the data collection and control platform, each of the multispectral phyto-irradiators contains K = 4 controllers port, a central controller, current meters and a memory unit, while the third output of the data collection and control platform is connected to the input of the first wireless data transmission module, in each of the multispectral phyto-irradiators, the outputs K of the port controllers are connected to the corresponding inputs of the central controller, the input of which is connected to the output a memory block, the input of which is connected to the output of the central controller, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding LED intensity control drivers, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding current meters, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding groups of LEDs, the second output of the current meter is connected to the input central controller, the second output of the data collection and control platform is connected to the input of any of the port controllers of any of the multispectral phyto-irradiators, the output of the second wireless data transmission module is connected to any free input of any of the port controllers of any of the multispectral phyto-irradiators, the remaining inputs of the port controllers of any of the multispectral phyto-irradiators are connected to each other so that for any of the multispectral phyto-irradiators, the input of at least one port controller is connected to the input of any one port controller of any other multispectral phyto-irradiator, the inputs and outputs of all port controllers and the first K inputs of the central controllers of all multispectral phyto-irradiators are bidirectional.

Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемой системы из литературы не известны, поэтому она соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties of the proposed system are not known from the literature, so it meets the criteria of novelty and inventive step.

Техническим результатом изобретения является является повышение надежности системы за счет обеспечения возможности автономного управления любым мультиспектральным фитооблучателем от своего блока памяти при одновременном резервировании групп светодиодов; повышение точности поддержания оптимального спектра в течение длительного периода за счет автоматического измерения силы тока, фактически потребляемого каждой из групп светодиодов при одновременном резервировании этих групп светодиодов; расширение области применения для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, либо теплиц с различным уровнем солнечного освещения в разных зонах, за счет раздельного измерения спектра в различных зонах теплицы, а также возможности задания индивидуального режима работы для каждого мультиспектрального фитооблучателя.The technical result of the invention is to increase the reliability of the system by providing the ability to autonomously control any multispectral phyto-irradiator from its memory unit while simultaneously reserving groups of LEDs; increasing the accuracy of maintaining the optimal spectrum over a long period due to automatic measurement of the current actually consumed by each group of LEDs while simultaneously reserving these groups of LEDs; expanding the scope of application for greenhouses in which various plants are simultaneously grown, or greenhouses with different levels of solar illumination in different zones, due to separate measurement of the spectrum in different zones of the greenhouse, as well as the ability to set an individual operating mode for each multispectral phyto-irradiator.

Систему формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений иллюстрируют фиг. 1-3.The system for forming a light environment for plants grown indoors is illustrated in Fig. 1-3.

На фиг. 1 показана система формирования световой среды.In fig. Figure 1 shows a system for forming a light environment.

На фиг. 2 показан мультиспектральный фитооблучатель.In fig. Figure 2 shows a multispectral phyto-irradiator.

На фиг. 3 показан вариант соединения мультиспектральных фитооблучателей в теплице при одновременном выращивании нескольких сортов растений.In fig. Figure 3 shows an option for connecting multispectral phyto-irradiators in a greenhouse while simultaneously growing several plant varieties.

Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений (фиг. 1) включает мультиспектральные фитооблучатели 1, блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2, выполненный на основе компьютера 3 с платформой сбора данных и управления 4 и датчика спектра 5. На фиг. 1 количество мультиспектральных облучателей составляет М.The system for forming a light environment for plants grown indoors (Fig. 1) includes multispectral phyto-irradiators 1, a control unit for the intensity and spectral composition of radiation 2, made on the basis of a computer 3 with a data collection and control platform 4 and a spectrum sensor 5. In Fig. 1 the number of multispectral irradiators is M.

Каждый мультиспектральный фитооблучатель 1 (фиг. 2) содержит группы светодиодов 6 и реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов 7. На фиг. 2 количество групп светодиодов 6 и, соответственно, реализованных на базе управляемых источников тока драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов 7, составляет L.Each multispectral phyto-irradiator 1 (Fig. 2) contains groups of LEDs 6 and drivers for controlling the radiation intensity of LEDs 7, implemented on the basis of controlled current sources. In FIG. 2, the number of groups of LEDs 6 and, accordingly, drivers for controlling the radiation intensity of LEDs 7, implemented on the basis of controlled current sources, is L.

Выход датчика спектра 5 (фиг. 1) соединен с первым входом платформы сбора данных и управления 4, первый выход которой подключен к входу компьютера 3, выход которого соединен со вторым входом платформы сбора данных и управления 4.The output of the spectrum sensor 5 (Fig. 1) is connected to the first input of the data collection and control platform 4, the first output of which is connected to the input of the computer 3, the output of which is connected to the second input of the data collection and control platform 4.

Кроме того, система (фиг. 1) содержит первый и второй модули беспроводной передачи данных 8 и 9, каждый из мультиспектральных фитооблучателей 1 (фиг. 2) содержит K контроллеров порта 10, центральный контроллер 11, измерители тока 12 и блок памяти 13, при этом третий выход платформы сбора данных и управления 4 (фиг. 1) соединен со входом первого модуля беспроводной передачи данных 8, в каждом из мультиспектральных фитооблучателей 1 (фиг. 1) выходы K контроллеров порта 10 соединены с соответствующими входами центрального контроллера 11, вход которого соединен с выходом блока памяти 13, вход которого соединен с выходом центрального контроллера 11, первые выходы которого соединены со входами соответствующих драйверов управления интенсивностью излучения светодиодов 7, выходы которых соединены со входами соответствующих измерителей тока 12, первые выходы которых соединены со входами соответствующих групп светодиодов 6, второй выход измерителя тока 12 соединен с входом центрального контроллера 11. На фиг. 2 количество измерителей тока 12 составляет L.In addition, the system (Fig. 1) contains the first and second wireless data transmission modules 8 and 9, each of the multispectral phyto-irradiators 1 (Fig. 2) contains K port controllers 10, a central controller 11, current meters 12 and a memory unit 13, with In this case, the third output of the data collection and control platform 4 (Fig. 1) is connected to the input of the first wireless data transmission module 8, in each of the multispectral phyto-irradiators 1 (Fig. 1), the outputs K of port 10 controllers are connected to the corresponding inputs of the central controller 11, the input of which connected to the output of the memory unit 13, the input of which is connected to the output of the central controller 11, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding drivers for controlling the radiation intensity of the LEDs 7, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding current meters 12, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding groups of LEDs 6 , the second output of the current meter 12 is connected to the input of the central controller 11. In FIG. 2 the number of current meters 12 is L.

Блок управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 (фиг. 1) содержит дополнительные датчики спектра 14, выход дополнительного датчика спектра 14 соединен с входом платформы сбора данных и управления. На фиг. 1 количество дополнительных датчиков спектра 14 составляет R.The control unit for the intensity and spectral composition of radiation 2 (Fig. 1) contains additional spectrum sensors 14, the output of the additional spectrum sensor 14 is connected to the input of the data collection and control platform. In fig. 1 The number of additional 14 spectrum sensors is R.

Второй выход платформы сбора данных и управления 4 (фиг. 1) соединен с входом любого из контроллеров порта 10 (фиг. 2) любого из мультиспектральных фитооблучателей 1, выход второго модуля беспроводной передачи данных 9 (фиг. 1) соединен с любым свободным входом любого из контроллеров порта 10 (фиг. 2) любого из мультиспектральных фитооблучателей 1, оставшиеся входы контроллеров порта 10 любого из мультиспектральных фитооблучателей 1 соединяются между собой так, чтобы у любого из мультиспектральных фитооблучателей 1 вход хотя бы одного любого контроллера порта 10 был соединен с входом одного любого контроллера порта 10 любого другого мультиспектрального фитооблучателя 1, входы и выходы всех контроллеров порта 10 и первые K входов центральных контроллеров 11 всех мультиспектральных фитооблучателей 1 выполняются двунаправленными.The second output of the data collection and control platform 4 (Fig. 1) is connected to the input of any of the controllers of port 10 (Fig. 2) of any of the multispectral phyto-irradiators 1, the output of the second wireless data transmission module 9 (Fig. 1) is connected to any free input of any from the controllers of port 10 (Fig. 2) of any of the multispectral phyto-irradiators 1, the remaining inputs of the controllers of port 10 of any of the multispectral phyto-irradiators 1 are connected to each other so that for any of the multispectral phyto-irradiators 1 the input of at least one of any controller of port 10 is connected to the input of one any controller of port 10 of any other multispectral phyto-irradiator 1, the inputs and outputs of all controllers of port 10 and the first K inputs of the central controllers 11 of all multispectral phyto-irradiators 1 are bidirectional.

Система формирования световой среды для выращиваемых в закрытом грунте растений работает следующим образом. Предварительно в компьютер 3 записывают спектр, являющийся оптимальным для растений, выращиваемых в теплице, фитотроне или гроубоксе (далее, без потери общности, будет использоваться термин теплица). Оптимальный спектр, записываемый в компьютер 3, по своему существу определяет формируемую световую среду на любое время суток, любой месяц и время года для всех выращиваемых растений в соответствии со стадией их онтогенеза. Оптимальный спектр, записываемый в компьютер 3, может быть определен различными способами. Для целей воспроизведения в теплице световой среды, максимально близкой к световой среде открытого грунта (нормативного спектра), можно рекомендовать в качестве такого спектра производить многодневную запись спектра солнечного излучения в непосредственной близости от растений того же сорта, выращиваемых в открытом грунте, причем в тех регионах, где обеспечивается естественным путем их высокая урожайность.The system for forming a light environment for plants grown indoors works as follows. First, the spectrum that is optimal for plants grown in a greenhouse, phytotron or grow box is recorded in computer 3 (hereinafter, without loss of generality, the term greenhouse will be used). The optimal spectrum recorded in computer 3 essentially determines the generated light environment for any time of day, any month and time of year for all grown plants in accordance with the stage of their ontogenesis. The optimal spectrum recorded in the computer 3 can be determined in various ways. For the purpose of reproducing a light environment in a greenhouse that is as close as possible to the light environment of open ground (normative spectrum), it can be recommended as such a spectrum to record the spectrum of solar radiation for many days in the immediate vicinity of plants of the same variety grown in open ground, and in those regions , where their high productivity is naturally ensured.

Текущий спектр измеряется датчиком спектра 5 и дополнительными датчиками спектра 14, и через платформу сбора данных и управления 4 вводится в компьютер 3, в котором вычисляется отклонение текущего спектра от оптимального. В соответствии с вычисленным отклонением, в каждый из мультиспектральных фитооблучателей 1 передается информация, позволяющая путем управления драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов 7, максимально приблизить суммарный спектр световой среды (включающий в себя естественный свет и излучение мультиспектральных фитооблучателей 1) к оптимальному.The current spectrum is measured by the spectrum sensor 5 and additional spectrum sensors 14, and through the data collection and control platform 4 is entered into the computer 3, in which the deviation of the current spectrum from the optimal one is calculated. In accordance with the calculated deviation, information is transmitted to each of the multispectral phyto-irradiators 1, which allows, by controlling the drivers for controlling the intensity of the LEDs 7, to bring the total spectrum of the light environment (including natural light and the radiation of the multispectral phyto-irradiators 1) as close as possible to the optimal one.

Управляющая информация может передаваться в каждый из мультиспектральных фитооблучателей 1 либо по беспроводному протоколу между первым и вторым модулями беспроводной передачи данных 8 и 9, либо с второго выхода платформы сбора данных и управления 4 на вход контроллера порта 10 одного из мультиспектральных фитооблучателей 1. В качестве беспроводного протокола может использоваться любой используемый в настоящее время протокол, в частности, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa и др. Применение в каждом из мультиспектральных фитооблучателей 1 центрального контроллера 11 и K контроллеров порта 10, позволяет соединять между собой мультиспектральные фитооблучатели 1 в сеть произвольной топологии, при этом, например, при K=4 возможно соединение между собой мультиспектральных фитооблучателей 1 максимально короткими связями по типу: «южный» контроллер порта 10 одного мультиспектрального фитооблучателя 1 соединяется с «северным» контроллером порта 10 другого мультиспектрального фитооблучателя 1; «восточный» контроллер порта 10 одного мультиспектрального фитооблучателя 1 соединяется с «западным» контроллером порта 10 другого мультиспектрального фитооблучателя 1 (термины «южный», «северный», «восточный» и «западный» здесь носят достаточно условный характер и служат для указания ориентации мультиспектральных фитооблучателей 1 внутри теплицы). В любом случае, при любом значении числа K контроллеров портов 10 в каждом из мультиспектральных фитооблучателей 1, использование связей между контроллерами порта 10 разных мультиспектральных фитооблучателей 1 позволяет компьютеру 3 обращаться к любому из мультиспектральных фитооблучателей 1 и задавать его индивидуальный режим работы, то есть спектр его излучения.Control information can be transmitted to each of the multispectral phyto-irradiators 1 either via a wireless protocol between the first and second wireless data transmission modules 8 and 9, or from the second output of the data collection and control platform 4 to the input of the controller of port 10 of one of the multispectral phyto-irradiators 1. As a wireless protocol, any currently used protocol can be used, in particular, Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, etc. The use of a central controller 11 and K port controllers 10 in each of the multispectral phyto-irradiators 1 allows the multispectral phyto-irradiators 1 to be connected to each other in a network of arbitrary topology , in this case, for example, with K=4, it is possible to connect multispectral phyto-irradiators 1 with each other using the shortest possible connections of the type: the “southern” controller of port 10 of one multispectral phyto-irradiator 1 is connected to the “northern” controller of port 10 of another multispectral phyto-irradiator 1; The “eastern” controller of port 10 of one multispectral phyto-irradiator 1 is connected to the “western” controller of port 10 of another multispectral phyto-irradiator 1 (the terms “southern”, “northern”, “eastern” and “western” are rather arbitrary here and serve to indicate the orientation of the multispectral phytoirradiators 1 inside the greenhouse). In any case, for any value of the number K of port controllers 10 in each of the multispectral phyto-irradiators 1, the use of connections between the port controllers of 10 different multispectral phyto-irradiators 1 allows the computer 3 to access any of the multispectral phyto-irradiators 1 and set its individual operating mode, that is, its spectrum radiation.

Важно подчеркнуть, что в отличие от прототипа, в заявляемой системе измерение спектра происходит не единственным датчиком спектра 5, а еще и дополнительными датчиками спектра 14, что дает возможность организовать формирование оптимальной световой среды для нескольких зон в теплице, при этом такие зоны могут отличаться друг от друга различным уровнем солнечного освещения в силу архитектурных или инженерных особенностей конкретной теплицы.It is important to emphasize that, unlike the prototype, in the proposed system the spectrum is measured not by the only spectrum sensor 5, but also by additional spectrum sensors 14, which makes it possible to organize the formation of an optimal light environment for several zones in the greenhouse, while such zones may differ from each other from each other with varying levels of solar illumination due to the architectural or engineering features of a particular greenhouse.

Возможность раздельного измерения спектра одновременно с возможностью задания индивидуального режима работы для каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1 позволяет также, в отличие от прототипа, обеспечить формирование оптимальной световой среды для различных групп растений. В этом случае целесообразно датчик спектра 5 использовать как датчик общей освещенности типа день/ночь, а дополнительные датчики спектра 14 использовать для измерения текущего спектра световой среды для нескольких групп растений.The possibility of separate measurement of the spectrum simultaneously with the possibility of setting an individual operating mode for each of the multispectral phytoirradiators 1 also allows, unlike the prototype, to ensure the formation of an optimal light environment for different groups of plants. In this case, it is advisable to use spectrum sensor 5 as a general day/night light sensor, and use additional spectrum sensors 14 to measure the current spectrum of the light environment for several groups of plants.

Излучение каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1 воспроизводится с помощью групп светодиодов 6 в виде суммы их монохромных излучений с регулируемыми величинами амплитуды интенсивности излучения. Величины амплитуд монохромных составляющих подбираются путем регулирования тока драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов 7 так, чтобы суммарный спектр световой среды максимально близко соответствовал оптимальному спектру, записанному в компьютере 3.The radiation of each of the multispectral phyto-irradiators 1 is reproduced using groups of LEDs 6 in the form of the sum of their monochrome radiations with adjustable amplitude values of the radiation intensity. The magnitudes of the amplitudes of the monochrome components are selected by regulating the current by the drivers for controlling the intensity of the radiation of the LEDs 7 so that the total spectrum of the light medium corresponds as closely as possible to the optimal spectrum recorded in the computer 3.

Спектр излучения мультиспектральных фитооблучателей 1 формируется в виде суммы монохромных излучений групп светодиодов 6 с пиками парциальных излучений, соответствующих различным значениям длины волны. Каждое монохромное излучение формируется с помощью одинаковых групп светодиодов 6, при этом максимум амплитуды интенсивности излучения приходится на соответствующую этим светодиодам длину волны. Диапазоны длин волн, в каждом из которых должно присутствовать хотя бы одно монохромное излучение светодиодов, выбираются из общепринятого ряда: ультрафиолет; фиолетовый свет; синий свет; голубой свет; зеленый свет; желтый свет; оранжевый свет; красный свет; дальний красный свет.The emission spectrum of multispectral phyto-irradiators 1 is formed as the sum of monochrome emissions of groups of LEDs 6 with peaks of partial emissions corresponding to different wavelengths. Each monochrome radiation is formed using identical groups of LEDs 6, with the maximum amplitude of the radiation intensity occurring at the wavelength corresponding to these LEDs. Wavelength ranges, each of which must contain at least one monochrome LED radiation, are selected from the generally accepted range: ultraviolet; purple light; blue light; blue light; green light; yellow light; orange light; Red light; far red light.

Принятое в отечественной науке деление ультрафиолетового излучения на поддиапазоны и границы этих поддиапазонов соответствуют международному стандарту ISO/DIS 21348 [4 - ISO/DIS 21348. Space environment (natural and artificial). Process for determining solar irradiances, 2007]: ультрафиолет С (100-280 нм); ультрафиолет В (280-315 нм) и ультрафиолет А (315-400 нм).The division of ultraviolet radiation into subranges and the boundaries of these subranges, accepted in domestic science, corresponds to the international standard ISO/DIS 21348 [4 - ISO/DIS 21348. Space environment (natural and artificial). Process for determining solar irradiances, 2007]: ultraviolet C (100-280 nm); ultraviolet B (280-315 nm) and ultraviolet A (315-400 nm).

Что касается диапазонов видимой части спектра, то в отечественной литературе встречается несколько вариантов обозначения границ цветовых диапазонов. В частности, на стр. 18 табл. 1.2 работы [5 - Цветоведение и основы колориметрии: учебник и практикум для академического бакалавриата / В.П. Лютов, П.А. Четверкин, Г.Ю. Головастиков. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Издательство Юрайт, 2018. - 222 с] приведены четыре различных варианта (по А.В. Перышкину, С.С. Алексееву, К.Л. Мертцу и Н.Ф. Ефремову) определения границ цветовых диапазонов. Авторы заявляемого способа ориентировались на вариант определения границ цветовых диапазонов по С.С. Алексееву [5, стр. 18, табл. 1.2]. В принципе, границы диапазонов видимой части спектра могут быть определены с некоторыми допущениями. Для заявляемой системы более принципиальным является количество монохромных излучений, которые можно воспроизвести в формируемом спектре.As for the ranges of the visible part of the spectrum, in the domestic literature there are several options for designating the boundaries of color ranges. In particular, on page 18 of table. 1.2 works [5 - Color science and the basics of colorimetry: textbook and workshop for academic undergraduates / V.P. Lyutov, P.A. Chetverkin, G.Yu. Tadpoles. - 3rd ed., revised. and additional - M: Yurayt Publishing House, 2018. - 222 p.] four different options are given (according to A.V. Peryshkin, S.S. Alekseev, K.L. Mertz and N.F. Efremov) for determining the boundaries of color ranges. The authors of the proposed method were guided by the option of determining the boundaries of color ranges according to S.S. Alekseev [5, p. 18, table. 1.2]. In principle, the limits of the ranges of the visible part of the spectrum can be determined with certain assumptions. For the proposed system, the number of monochrome emissions that can be reproduced in the generated spectrum is more important.

Таким образом, в предлагаемой системе диапазоны длин волн, в каждом из которых должно присутствовать хотя бы одно монохромное излучение светодиодов, выбираются из следующего ряда: ультрафиолет В (280-315 нм); ультрафиолет А (315-400 нм); фиолетовый свет (400-430 нм); синий свет (430-480 нм); голубой свет (480-500 нм); зеленый свет (500-570 нм); желтый свет (570-590 нм); оранжевый свет (590-630 нм); красный (630-800 нм); дальний красный (800-1000 нм). Можно отметить, что по отношеню к системе-прототипу [3], в суммарное излучение мультиспектральных фитооблучателей 1 дополнительно добавлен фиолетовый свет, голубой свет, желтый свет. Увеличение количества диапазонов света с семи до десяти (на 42%) позволяет более точно формировать суммарный спектр излучения мультиспектральных фитооблучателей 1.Thus, in the proposed system, wavelength ranges, each of which must contain at least one monochrome LED radiation, are selected from the following series: ultraviolet B (280-315 nm); ultraviolet A (315-400 nm); violet light (400-430 nm); blue light (430-480 nm); blue light (480-500 nm); green light (500-570 nm); yellow light (570-590 nm); orange light (590-630 nm); red (630-800 nm); far red (800-1000 nm). It can be noted that, in relation to the prototype system [3], violet light, blue light, and yellow light are additionally added to the total radiation of multispectral phytoirradiators 1. Increasing the number of light ranges from seven to ten (by 42%) makes it possible to more accurately form the total emission spectrum of multispectral phyto-irradiators 1.

В настоящее время на рынке доступна широкая номенклатура монохромных светодиодов различных диапазонов света. При этом следует рекомендовать использовать максимальное количество разнотипных светодиодов (отличающихся значениями спектральных максимумов), даже если они попадают в один и тот же спектральный цветовой диапазон, что позволяет более точно формировать требуемый суммарный спектр. Авторы настоящей заявки для реализации заявляемой системы использовали в различных диапазонах следующие светодиоды фирмы LCFocus (Китай): в диапазоне ультрафиолет В светодиод 280-285 нм; в диапазоне ультрафиолет А светодиоды 365 нм, 370 нм, 375 нм, 380 нм, 385 нм, 390 нм, 395 нм; в диапазоне фиолетового света светодиоды 400 нм, 405 нм, 410 нм, 415 нм, 425 нм; в диапазоне синего света светодиоды 440-450 нм и 460-465 нм; в диапазоне голубого света светодиоды 490-495 нм; в диапазоне зеленого света светодиоды 520-525 нм; в диапазоне желтого света светодиоды 580-590 нм; в диапазоне оранжевого света 590-600 и 600-605 нм; в диапазоне красного света светодиоды 660-665 нм, 670-675 нм, 730 нм, 760 нм и 800 нм; в диапазоне дальнего красного светодиоды 850 нм, 880 нм, 940 нм, 980 нм, 1000 нм.Currently, a wide range of monochrome LEDs of various light ranges is available on the market. In this case, it should be recommended to use the maximum number of different types of LEDs (differing in the values of spectral maxima), even if they fall in the same spectral color range, which allows more accurately forming the required total spectrum. To implement the proposed system, the authors of this application used the following LEDs from LCFocus (China) in various ranges: in the ultraviolet B range LED 280-285 nm; in the ultraviolet A range LEDs 365 nm, 370 nm, 375 nm, 380 nm, 385 nm, 390 nm, 395 nm; in the violet light range LEDs 400 nm, 405 nm, 410 nm, 415 nm, 425 nm; in the blue light range LEDs 440-450 nm and 460-465 nm; in the blue light range LEDs 490-495 nm; in the green light range LEDs are 520-525 nm; in the yellow light range, LEDs are 580-590 nm; in the orange light range 590-600 and 600-605 nm; in the red light range LEDs 660-665 nm, 670-675 nm, 730 nm, 760 nm and 800 nm; in the far-red range LEDs 850 nm, 880 nm, 940 nm, 980 nm, 1000 nm.

Кроме монохромных групп светодиодов 6, в мультиспектральных фитооблучателях 1 используются группы светодиодов 6 на основе полноспектральных белых светодиодов. Таким образом, в оптическом излучении мультиспектрального фитооблучателя 1 дополнительно к монохромным составляющим присутствует излучение полноспектральных белых светодиодов, обладающих широким спектральным составом. Для практической реализации можно рекомендовать использование полноспектральных белых светодиодов фирмы LCFocus (Китай) с цветовой температурой 2800-3200К. Регулирование спектра белых светодиодов путем изменения интенсивности этого спектра блоком управления интенсивностью и спектральным составом излучения 2 мультиспектральных фитооблучателей 1, позволяет равномерно изменять спектр излучения мультиспектральных фитооблучателей 1 во всех второстепенных диапазонах.In addition to monochrome groups of LEDs 6, multispectral phyto-irradiators 1 use groups of LEDs 6 based on full-spectrum white LEDs. Thus, in the optical radiation of the multispectral phytoirradiator 1, in addition to the monochrome components, there is radiation from full-spectrum white LEDs with a wide spectral composition. For practical implementation, we can recommend the use of full-spectrum white LEDs from LCFocus (China) with a color temperature of 2800-3200K. Regulating the spectrum of white LEDs by changing the intensity of this spectrum by a control unit for the intensity and spectral composition of the radiation of 2 multispectral phyto-irradiators 1, allows you to uniformly change the emission spectrum of multispectral phyto-irradiators 1 in all minor ranges.

Следует особо подчеркнуть, что в отличие от системы-прототипа [3], в заявляемой системе для воспроизведения N монохромных излучений используется М групп светодиодов, где M>N. Таким образом, по меньшей мере в наиболее важных спектральных диапазонах (например, красном, дальнем красном, синем и др.) монохромное излучение воспроизводится не одной, а несколькими однотипными группами светодиодов 6, что повышает надежность заявляемой системы, поскольку позволяет избежать явления полного пропадания в формируемом спектре какого-то монохромного излучения в случае отказа соответствующей группы светодиодов 6 за счет резервирования некоторых (либо всех) групп светодиодов 6.It should be especially emphasized that, in contrast to the prototype system [3], in the proposed system, M groups of LEDs are used to reproduce N monochrome radiation, where M>N. Thus, at least in the most important spectral ranges (for example, red, far-red, blue, etc.), monochrome radiation is reproduced not by one, but by several groups of the same type of LEDs 6, which increases the reliability of the proposed system, since it avoids the phenomenon of complete loss in the generated spectrum of some monochrome radiation in the event of failure of the corresponding group of LEDs 6 due to the redundancy of some (or all) groups of LEDs 6.

Очевидно, что такое построение обуславливает более высокую надежность каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1 и всей системы в целом по сравнению с прототипом [3] за счет обеспечения парирования возможных отказов светодиодов, поскольку выход из строя одной группы светодиодов 6 (например, красного цвета), может быть компенсировано соответствующим увеличением тока аналогичных групп светодиодов 6 того же цвета (красного цвета). Для обнаружения факта отказа каждой из групп светодиодов 6, между драйверами управления интенсивностью излучения светодиодов 7 и соответствующими группами светодиодов 6 включены измерители тока 12, передающие результаты измерения силы протекающего тока (в случае отказа группы светодиодов 6 - близкие к нулевому значению) по цифровому интерфейсу в центральный контроллер 11. В случае отказа одной из групп светодиодов 6 (например, красного цвета), соответствующее увеличение силы тока в оставшихся группах светодиодов 6 того же цвета (красного цвета), может происходить по управляющим воздействиям центрального контроллера 11 без участия компьютера 3, что повышает надежность и живучесть системы в целом.Obviously, this design provides higher reliability of each of the multispectral phyto-irradiators 1 and the entire system as a whole compared to the prototype [3] by ensuring that possible LED failures are countered, since the failure of one group of LEDs 6 (for example, red) can be compensated by a corresponding increase in the current of similar groups of LEDs 6 of the same color (red). To detect the fact of failure of each of the groups of LEDs 6, current meters 12 are connected between the drivers for controlling the intensity of the LEDs 7 and the corresponding groups of LEDs 6, transmitting the results of measuring the strength of the flowing current (in the event of a failure of the group of LEDs 6 - close to zero value) via a digital interface to central controller 11. In the event of failure of one of the groups of LEDs 6 (for example, red), a corresponding increase in current in the remaining groups of LEDs 6 of the same color (red) can occur through the control actions of the central controller 11 without the participation of the computer 3, which increases the reliability and survivability of the system as a whole.

Повышение надежности системы по сравнению с прототипом обеспечивается также за счет применения блока памяти 13, в который записываются управляющие воздействия от компьютера 3, что позволяет мультиспектральным фитооблучателям 1 работать автономно и определенное время обходиться без связи с компьютером 3. Такая возможность является актуальной, поскольку позволяет не только парировать отказы (зависания) компьютера 3, но также обеспечивает возможности перезагрузки программ компьютера 3 без нарушения работы мультиспектральных фитооблучателей 1.An increase in the reliability of the system compared to the prototype is also ensured through the use of a memory block 13, into which control actions from the computer 3 are recorded, which allows the multispectral phytoirradiators 1 to operate autonomously and for a certain time do without communication with the computer 3. This possibility is relevant because it allows not only to fend off failures (freezes) of computer 3, but also provides the ability to reboot programs of computer 3 without disrupting the operation of multispectral phyto-irradiators 1.

На фиг. 3 показано возможное расположение и связи датчика спектра 5, дополнительных датчиков спектра 14 и мультиспектральных фитооблучателей 1 в теплице для случая одновременного выращивания трех различных сортов растений. При этом датчик спектра 5 используется как индикатор общей освещенности, а три дополнительных датчика спектра 14 измеряют спектр световой среды в трех зонах теплицы, соответствующих трем различным сортам растений, требующим для своего онтогенеза различных оптимальных спектров. Управление от платформы сбора данных и управления 4 работой всех мультиспектральных фитооблучателей 1 происходит через контроллеры порта 10 как по проводному интерфейсу, так и через второй модуль беспроводной передачи данных 9, что повышает надежность системы.In fig. Figure 3 shows the possible location and connections of spectrum sensor 5, additional spectrum sensors 14 and multispectral phyto-irradiators 1 in a greenhouse for the case of simultaneous cultivation of three different plant varieties. In this case, spectrum sensor 5 is used as an indicator of general illumination, and three additional spectrum sensors 14 measure the spectrum of the light environment in three zones of the greenhouse, corresponding to three different plant varieties that require different optimal spectra for their ontogenesis. The operation of all multispectral phyto-irradiators 1 is controlled from the data collection and control platform 4 through port controllers 10 both via a wired interface and through the second wireless data transmission module 9, which increases the reliability of the system.

Таким образом, заявляемая система, по сравнению с прототипом, обладает более высокой надежностью, что обеспечивается как введением в каждый из мультиспектральных облучателей 1 блока памяти 13, так и использованием в каждом из мультиспектральных облучателей 1 такого количества групп светодиодов, которое превышает количество монохромных составляющих в оптимальном спектре, что обеспечивает резервирование и избыточность в группах светодиодов 6, так как именно светодиоды являются наиболее нагруженными элементами всей системы.Thus, the inventive system, in comparison with the prototype, has higher reliability, which is ensured both by the introduction of a memory block 13 into each of the multispectral irradiators 1, and by the use in each of the multispectral irradiators 1 of such a number of LED groups that exceeds the number of monochrome components in optimal spectrum, which ensures redundancy and redundancy in groups of LEDs 6, since LEDs are the most loaded elements of the entire system.

Заявляемая система по сравнению с прототипом обладает также более высокой точностью поддержания оптимального спектра в течение длительного периода, поскольку способна автоматически отслеживать изменения яркости свечения групп светодиодов 6 по изменению фактически потребляемого ими тока за счет использования измерителей тока 12.The inventive system, compared to the prototype, also has a higher accuracy of maintaining the optimal spectrum over a long period, since it is capable of automatically monitoring changes in the brightness of groups of LEDs 6 by changes in the current they actually consume through the use of current meters 12.

Наконец, заявляемая система обладает более широкой областью применения, поскольку может быть пригодна для теплиц, в которых одновременно выращиваются различные растения, либо теплиц с различным уровнем солнечного освещения в разных зонах такой теплицы, что достигается возможностью измерять текущий спектр одновременно и независимо в разных зонах теплицы и задавать индивидуальный режим работы для каждого из мультиспектральных фитооблучателей 1.Finally, the inventive system has a wider scope of application, since it can be suitable for greenhouses in which different plants are grown at the same time, or greenhouses with different levels of solar illumination in different zones of such a greenhouse, which is achieved by the ability to measure the current spectrum simultaneously and independently in different zones of the greenhouse and set an individual operating mode for each of the multispectral phyto-irradiators 1.

Claims

A system for forming a light environment for plants grown indoors, including multispectral phyto-irradiators, a control unit for the intensity and spectral composition of the radiation of multispectral phyto-irradiators, made on the basis of a computer with a data collection and control platform and a spectrum sensor, each multispectral phyto-irradiator contains groups of LEDs and implemented on the basis of controlled current sources of drivers for controlling the intensity of LED radiation, the output of the spectrum sensor is connected to the first input of the data collection and control platform, the first output of which is connected to the input of the computer, the output of which is connected to the second input of the data collection and control platform, characterized in that the first and the second wireless data transmission modules, the control unit for the intensity and spectral composition of the radiation of multispectral phyto-irradiators contains additional spectrum sensors, the output of the additional spectrum sensor is connected to the input of the data collection and control platform, each of the multispectral phyto-irradiators contains K=4 port controllers, a central controller, current meters and memory block, while the third output of the data collection and control platform is connected to the input of the first wireless data transmission module, in each of the multispectral phyto-irradiators, the outputs of K port controllers are connected to the corresponding inputs of the central controller, the input of which is connected to the output of the memory block, the input of which is connected to the output a central controller, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding LED intensity control drivers, the outputs of which are connected to the inputs of the corresponding current meters, the first outputs of which are connected to the inputs of the corresponding groups of LEDs, the second output of the current meter is connected to the input of the central controller, the second output of the data collection platform and control is connected to the input of any of the port controllers of any of the multispectral phyto-irradiators, the output of the second wireless data transmission module is connected to any free input of any of the port controllers of any of the multispectral phyto-irradiators, the remaining inputs of the port controllers of any of the multispectral phyto-irradiators are connected to each other so that at any of the multispectral phyto-irradiators, the input of at least one of any port controller was connected to the input of any one port controller of any other multispectral phyto-irradiator, the inputs and outputs of all port controllers and the first K inputs of the central controllers of all multispectral phyto-irradiators are bidirectional.