一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置及方法，装置包括信号处理单元、LED光源模块、环境因素监测单元、环境因素调控单元，LED光源模块包括LED红光模块、LED蓝光模块、LED绿光模块、LED红外模块以及LED紫外模块；本发明专利技术结合PWM技术，对红蓝绿等光比进行调控，避免部分光谱浪费，达到较高的补光效率；在植物光合作用所需红蓝光线的基础上添加绿光线、紫外光线以及红外光线；绿光有助于促进植物的长势，植物叶片着色方面尤其显著；红外光线调节植物周围环境的温度；紫外光线具有杀菌消毒的作用；在提供所需光线的前提下，辅以二氧化碳、水、温度，三个重要元素，全方位、多维度保障植物所需的生长条件。

Intelligent control device and method for lighting plant growth by using LED

The present invention relates to a device and method of intelligent lighting plant growth control by LED. The device comprises a signal processing unit, a LED light source module, environmental factors, environmental factors monitoring unit, control unit, LED light source module comprises a LED module, LED module, red blue green LED module, LED module and LED module of infrared ultraviolet; this the invention combined with PWM technology, for the red and blue green light than control, avoid the waste to fill part of the spectrum, high efficiency; based on the required red and blue light in photosynthesis add green line, ultraviolet light and infrared light; green helps to promote plant growth, leaf color is particularly significant; infrared light regulating plant ambient temperature; ultraviolet light has a sterilization effect; in the premise of providing light, supplemented by carbon dioxide Water, temperature, and three important elements, and the growth condition of plants need to be protected in all dimensions and dimensions.

【技术实现步骤摘要】
一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置及方法
本专利技术涉及LED灯具在农业上的应用领域，尤其涉及到一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置及方法。
技术介绍
人类的生命活动离不开绿色植物，植物的生命活动离不开光照。植物通过光合作用将太阳能以有机能量的形式固定在植物体内，所以光环境对设施栽培的重要性处在首位。而在如今，环境污染，特别是雾霾的日益显现，使得植物生长面临光照时间和光质下降的严峻形势。温室种植为蔬菜提供了优异的生长环境，对其产量提升提供了一种新途径。而将LED灯应用于植物照明补偿，则为蔬菜提供了精细而健康的光环境，摆脱复杂的室外环境因素，针对且系统的满足植物的生长需求，用最少的能量消耗达到最大植物生长要求，对蔬菜质量的提升提供了一种新可能。光合作用的公式：二氧化碳+水——有机物(储存能量)+氧气。可见光合作用的原料是二氧化碳和水，条件是光，场所是叶绿体，产物是有机物淀粉和氧气，影响光合作用的因素是光照强度、温度、湿度、二氧化碳的浓度等，因此不能单一注重某一方面的生长因素。植物中叶绿素a、b吸收光谱峰值分别为660nm、450nm。LED为单色光，能满足植物生长所需的单色光光谱，与叶绿素吸收光谱峰值能达到完全吻合，可大幅度提升光源的植物生理效用，促进植物高效生长，提高植物对光能的利用效率，降低能耗。PWM(脉冲宽度)调光技术被认为最适合LED的调光技术。在进行脉冲宽度PWM调光时，通过控制脉冲宽度占空比，来调制LED驱动芯片的开关控制信号。LED的快速开关特性使PWM调光成为可能。这种调光方法具有应用简单、精度高、效率高、且调光效果好等优点。随着科学技术的发展和网络通信技术的广泛应用，现代温室迈入了信息化、智能化的时代，为植物光照明应用于植物产量和质量的提升提供了一种可能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种节能高效、用LED单色光实现对植物生长光环境进行精准补光、辅以对环境中二氧化碳、温度、湿度的检测调控，实现多维度的植物生长环境调控的智能控制装置。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：包括信号处理单元、LED光源模块、环境因素监测单元以及环境因素调控单元；环境因素监测单元，监测植物生长环境中各种因素；信号处理单元，根据环境因素监测单元实时反馈的数据信息，调用数据库比对，改变LED光源模块和环境因素调控单元指数特征，达到对植物生长环境的实时调控；LED光源模块，包括有LED红光模块和LED蓝光模块；环境因素调控单元，根据信号处理单元发出的指令信息调控环境中各种因素，从而达到植物生长所需的最佳环境；其中，LED光源模块还包括有LED绿光模块、LED红外模块以及LED紫外模块；LED绿光模块，调控绿光LED灯珠亮度，促进植物的长势，植物叶片着色方面尤其显著，有助于植物生长；LED红外模块，作用于植物开花结果阶段，调节植物周围环境的温度；LED紫外模块，作用于植物开花结果阶段，具有杀菌消毒的作用。进一步地，所述环境因素监测单元包括CO2监测单元，光质监测单元，温度监测单元以及湿度监测单元。进一步地，所述环境因素调控单元包括CO2调控单元、温度调控单元以及湿度调控单元。进一步地，所述LED红光模块、LED蓝光模块、LED绿光模块的峰值波长分别为650nm-670nm、440nm-460nm、510nm-530nm，相对光谱分布比例为32:4:9；LED红外、紫外模块的峰值波长分别为330nm-400nm，750nm-950nm。本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，还提供一种用LED进行植物生长照明的智能控制方法，包括以下步骤：1)环境因素监测单元监测植物生长环境中各种因素；2)信号处理单元根据环境因素监测单元实时反馈的数据信息，调用数据库比对；3)信号处理单元根据比对数据后通过PWM调控技术控制LED光源模块，调整LED光源的供电电流的频率、大小和占空比，从而调控光质；4)信号处理单元根据比对数据后对环境因素调控单元发出调控指令，调节环境中的CO2浓度、温度和湿度，从而达到植物生长所需的最佳环境。进一步地，所述步骤4)中，环境因素调控单元将CO2浓度控制在植物生长所需的饱和点，温度控制在20℃-25℃，相对湿度控制在50％-80％。进一步地，所述步骤3)中，对于红、蓝、绿光光模块，PWM调控实现无相位差、占空比不大于50％、频率范围2kHz-5kHz的功率供电；在三者相对光谱分布为32:4:9的前提下，植物接收到的平均光量子通量密度应控制在不小于20μmolm-2s-1；当实际光量子通量密度低于设定值，提高PWM调光占空比可以提高LED的亮度；当实际光量子通量密度高于设定值，降低PWM调光占空比可以降低LED的亮度，从而实现红、蓝、绿相对光谱分布和植物接受到的光量子通量密度的稳定，促进植株光合作用的稳定需求；对于红外和紫外光模块，在开花、结果等特定照射动作需求阶段，实现无相位差、占空比介于20％-50％、频率为2kHz-5kHz的功率供电。与现有技术相比，本方案具有以下优点及有益效果：1)相比于传统的荧光灯和高压钠灯等连续复合光谱的补光光源，本方案根据植物生长自身需要的实际情况，结合PWM调控技术，对红蓝绿等光比进行调控，避免部分光谱浪费，达到较高的补光效率，更节能。2)在植物光合作用所需红蓝光线的基础上添加绿光线、紫外光线以及红外光线；绿光有助于促进植物的长势，植物叶片着色方面尤其显著；红外光线调节植物周围环境的温度；紫外光线具有杀菌消毒的作用。3)在提供所需光线的前提下，辅以二氧化碳、水、温度，三个重要元素，全方位、多维度保障植物所需的生长条件。4)监测到调控全程智能化操作，大大减少人力的消耗。附图说明图1为本专利技术的功能模块示意图；图2为本专利技术中占空比与光照强度的关系图；图3为四组试验中各自不同光照条件设置示意图；图4为本专利技术中PWM调节流程示意图；图5为四种试验生菜的长势情况示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明：参见附图1所示，本实施例所述的用LED进行植物生长照明的智能控制装置,包括信号处理单元1、LED光源模块2、环境因素监测单元3以及环境因素调控单元4。LED光源模块2包括LED红光模块2-1、LED蓝光模块2-2、LED绿光模块2-3、LED红外模块2-4以及LED紫外模块2-5；其中，LED红光模块2-1、LED蓝光模块2-2、LED绿光模块2-3的峰值波长分别为650nm-670nm、440nm-460nm、510nm-530nm，光质比例应为32:4:9；LED红外、紫外模块2-4、2-5的峰值波长分别为330nm-400nm，750nm-950nm；而LED红外模块2-4、LED紫外模块2-5主要作用在植物生长的必要阶段，如植物开花结果阶段，用于果实着色和提升维生素C含量方面；另外利用LED红外模块2-4红外的热作用，调节植物生长环境的温度；利用LED紫外模块2-5消毒作用达到杀菌目的。环境监测单元3包括CO2监测单元3-1、光质监测单元3-2、温度监测单元3-3、湿度监测单元3-4，分别实现对植物生长环境的CO2浓度、光质情况、温度、湿度进行传感和监测，从而将实时数据传输给信号处理单元1。信号处理单元1接收到环境监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置，其特征在于：包括信号处理单元(1)、LED光源模块(2)、环境因素监测单元(3)以及环境因素调控单元(4)；环境因素监测单元(3)，监测植物生长环境中各种因素；信号处理单元(1)，根据环境因素监测单元(3)实时反馈的数据信息，调用数据库比对，改变LED光源模块(2)和环境因素调控单元(4)指数特征，达到对植物生长环境的实时调控；LED光源模块(2)，包括LED红光模块(2‑1)和LED蓝光模块(2‑2)；环境因素调控单元(4)，根据信号处理单元(1)发出的指令信息调控环境中各种因素，从而达到植物生长所需的最佳环境；其中，LED光源模块(2)还包括有LED绿光模块(2‑3)、LED红外模块(2‑4)以及LED紫外模块(2‑5)；LED绿光模块(2‑3)，调控绿光LED灯珠亮度，促进植物的长势，植物叶片着色方面尤其显著，有助于植物生长；LED红外模块(2‑4)，作用于植物开花结果阶段，调节植物周围环境的温度；LED紫外模块(2‑5)，作用于植物开花结果阶段，具有杀菌消毒的作用。

【技术特征摘要】
1.一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置，其特征在于：包括信号处理单元(1)、LED光源模块(2)、环境因素监测单元(3)以及环境因素调控单元(4)；环境因素监测单元(3)，监测植物生长环境中各种因素；信号处理单元(1)，根据环境因素监测单元(3)实时反馈的数据信息，调用数据库比对，改变LED光源模块(2)和环境因素调控单元(4)指数特征，达到对植物生长环境的实时调控；LED光源模块(2)，包括LED红光模块(2-1)和LED蓝光模块(2-2)；环境因素调控单元(4)，根据信号处理单元(1)发出的指令信息调控环境中各种因素，从而达到植物生长所需的最佳环境；其中，LED光源模块(2)还包括有LED绿光模块(2-3)、LED红外模块(2-4)以及LED紫外模块(2-5)；LED绿光模块(2-3)，调控绿光LED灯珠亮度，促进植物的长势，植物叶片着色方面尤其显著，有助于植物生长；LED红外模块(2-4)，作用于植物开花结果阶段，调节植物周围环境的温度；LED紫外模块(2-5)，作用于植物开花结果阶段，具有杀菌消毒的作用。2.根据权利要求1所述的一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置,其特征在于：所述环境因素监测单元(3)包括CO2监测单元(3-1)，光质监测单元(3-2)，温度监测单元(3-3)以及湿度监测单元(3-4)。3.根据权利要求1所述的一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置,其特征在于：所述环境因素调控单元(4)包括CO2调控单元(4-1)、温度调控单元(4-2)以及湿度调控单元(4-3)。4.根据权利要求1所述的一种用LED进行植物生长照明的智能控制装置,其特征在于：所述LED红光模块(2-1)、LED蓝光模块(2-2)、LED绿光模块(2-3)的峰值波长分别为650nm-670nm、440n...

【专利技术属性】
技术研发人员：何苗，黄波，熊德平，周海亮，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44