一种植物工厂的多光谱灯板装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电应用技术领域，公开了一种植物工厂的多光谱灯板装置，包括灯板、控制器和电源模块，电源模块与控制器电性连接，控制器包括单片机、光电传感器、驱动电路和控制器供电，单片机通过串行通信的方式与计算机的通信接口信号相接，单片机通过串行通信的方式与光电传感器的信号输出接口信号相接，单片机的信号输出接口与驱动电路的信号输入接口信号相接，驱动电路的输出端通过占空比调节方式与灯板电性相接，且每一路驱动电路对应一块灯板上的同种灯珠，LED灯珠包括红色光LED灯珠、蓝色光LED灯珠、红外光LED灯珠和紫外光LED灯珠。本发明专利技术旨在解决传统的灯板难以针对实际情况进行监测和动态调节且光谱缺失红外光及紫外光的问题。

A multispectral lamp board device in plant factory

【技术实现步骤摘要】
一种植物工厂的多光谱灯板装置
本专利技术涉及一种灯板装置，具体是一种植物工厂的多光谱灯板装置，属于光电应用

技术介绍
现有植物厂人工LED光源，通常采用两种光谱（红光和蓝光）的LED光源为植物提供光照，不同光谱的光照比例采用调节照明器具数量和功率的方式进行设定，其光照强度在使用中不作调整或者通过手动更换灯条的方式进行调整。此类光源在使用中存在一些限制，主要包括：1、植物生长不同阶段所需的光照比例只能固定搭配，输入功率难以动态调节，不能达到最大的能耗效益比。2、由于LED的老化和光衰，固定的输入功率在不同使用周期，实际的光照强度会随着照明器具的老化而不断变化，但无法自动调节和稳定，这种变化会影响植物工厂的生产效率和植物品质。3、不同光谱的光线对不同植物和不同阶段的影响区别明显，但由于现有灯板只有两种光谱固定比例，难以满足各植物生长阶段和不同植物品种所需光照的条件，实现更高效的生长控制。4、传统光谱只设置了红、蓝两种光谱，这两种光谱对植物生长影响最大，但其他光谱如红外，紫外等光谱虽然对植物生长影响较小，但在不同阶段仍然对植物的品质影响明显，传统灯板难以满足此类需求，因此传统的LED人工灯板在应用上存在着一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种植物工厂的多光谱灯板装置，以解决上述背景中提出的传统的灯板难以针对实际情况进行监测和动态调节且光谱缺失红外光及紫外光的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下方案：一种植物工厂的多光谱灯板装置，包括灯板、控制器和电源模块，所述电源模块与控制器电性连接，所述控制器包括单片机、光电传感器、驱动电路和控制器供电，所述单片机的第一通信接口通过串行通信的方式与计算机的通信接口信号相接，所述单片机的第二通信接口通过串行通信的方式与光电传感器的信号输出接口信号相接，所述单片机的信号输出接口与驱动电路的信号输入接口信号相接，所述驱动电路的输出端通过占空比调节方式与灯板电性相接，且每一路驱动电路对应一块灯板上的同种灯珠，所述灯板上安装有多个LED灯珠，所述LED灯珠包括红色光LED灯珠、蓝色光LED灯珠、红外光LED灯珠和紫外光LED灯珠，且四种灯珠相互间隔并等间距的均匀布置在灯板上，所述四种LED灯珠形成红光、蓝光、红外光和紫外光的最大输入功率比为1：1：0.72：0.16，所述同种LED灯珠通过串联的方式电性相接，且每一组同种LED灯珠的串联电路与对应的一路驱动电路电性相接。本专利技术中作为优选的，所述每一个控制器对应一块灯板模块，所述控制器中的每一路驱动电路分别对应灯板模块上安装的每一组同种灯珠，且所有驱动电路的输出的占空比为独立控制，范围均为0-100%。本专利技术中作为优选的，所述控制器供电的输入端与电源模块的输出端电性相接，所述控制器供电的输出端分别与单片机和驱动电路的电源输入端电性相接。本专利技术中作为优选的，所述单片机通过第一通信接口接受计算机设备发送来的不同光谱的光照强度值的设置命令，通过计算转换为对应的PWM控制输出信号，每路输出信号经光耦电路隔离后，分别输出到一路驱动器，从而实现控制输出电流。本专利技术中作为优选的，所述光电传感器通过读取不同光谱的光照强度值，获得的光照强度值通过第二通信接口传送给单片机，所述单片机根据光谱的波长和光照强度值转换为对应的光谱能量，并与设定值进行对比，所述控制器再根据与设定值之间的对比偏差，修正输出的PWM控制信号值。本专利技术中作为优选的，所述一块灯板为一块灯板模块，且灯板模块为50cm*50cm的铝基电路板，所述一块灯板模块上共安装有144只LED灯珠包括红色光LED灯珠50只、蓝色光LED灯珠50只、红外光LED灯珠36只和紫外光LED灯珠8只，且每只LED灯珠的中心间距为4cm。本专利技术中作为更优选的，所述红色光LED灯珠的中心波长光谱范围为650-665nm，所述蓝色光LED灯珠的中心波长光谱范围为435-455nm，所述红外光LED灯珠的中心波长光谱范围为730-740nm，所述紫外光LED灯珠的中心波长光谱范围为365-370nm。本专利技术中作为更优选的，所述灯板的LED的总输入功率可达到144W，最小输入功率可设为0W，可实现0-576W/m2的可调输入功率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：（1）、可以采用预定义光照曲线方式对植物光照进行设定，从而实现自动化的植物光照调节，达到人工植物栽培的能源消耗优化。（2）、培养过程中可以通过外接计算机的式对植物光照进行实时控制，并能够实时获取不同光谱的照度值，从而实现控制策略的信息反馈，为进一步完成控制策略优化和改进提供依据。（3）、由于多种不同光谱可以实现不同比例，不同强度的调节，因此，可以提供更灵活的光照组合条件，为不同种类的植物栽培和植物栽培的不同阶段提供光照支持，不需要通过人工更换灯板的方式来满足不同种植的光照需要。（4）、由于采用传感器进行光照强度反馈，可以实现更加准确的光谱能量控制，避免非反馈方式下的不确定性。附图说明图1为本专利技术的系统结构图。图2为本专利技术的灯板LED布局示意图。图3为本专利技术的控制板系统结构图。图4为本专利技术的LED灯珠串联工作原理图。图5为本专利技术的LED灯珠驱动电路原理图。图6位本专利技术的控制电路工作原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参阅附图1～3，一种植物工厂的多光谱灯板装置，包括灯板、控制器和电源模块，所述电源模块与控制器电性连接，所述控制器包括单片机、光电传感器、驱动电路和控制器供电，所述单片机的第一通信接口通过串行通信的方式与计算机的通信接口信号相接，所述单片机的第二通信接口通过串行通信的方式与光电传感器的信号输出接口信号相接，所述单片机的信号输出接口与驱动电路的信号输入接口信号相接，所述驱动电路的输出端通过占空比调节方式与灯板电性相接，且每一路驱动电路对应一块灯板上的同种灯珠，所述灯板上安装有多个LED灯珠，所述LED灯珠包括红色光LED灯珠、蓝色光LED灯珠、红外光LED灯珠和紫外光LED灯珠，且四种灯珠相互间隔并等间距的均匀布置在灯板上，所述四种LED灯珠形成红光、蓝光、红外光和紫外光的最大输入功率比为1：1：0.72：0.16，所述同种LED灯珠通过串联的方式电性相接，且每一组同种LED灯珠的串联电路与对应的一路驱动电路电性相接。参阅附图1，一种植物工厂的多光谱灯板装置，由三部分组成：一是若干组不同光谱的LED灯珠组成的灯板（图中标识1）。二是由单片机，光电传感器和驱动电路组成的控制器（图中标识2）。；三是为灯板及系统工作提供电源的电源模块(图中标识3)。参阅附图2，灯板尺寸为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物工厂的多光谱灯板装置，其特征在于：包括灯板、控制器和电源模块，所述电源模块与控制器电性连接，所述控制器包括单片机、光电传感器、驱动电路和控制器供电，所述单片机的第一通信接口通过串行通信的方式与计算机的通信接口信号相接，所述单片机的第二通信接口通过串行通信的方式与光电传感器的信号输出接口信号相接，所述单片机的信号输出接口与驱动电路的信号输入接口信号相接，所述驱动电路的输出端通过占空比调节方式与灯板电性相接，且每一路驱动电路对应一块灯板上的同种灯珠，所述灯板上安装有多个LED灯珠，所述LED灯珠包括红色光LED灯珠、蓝色光LED灯珠、红外光LED灯珠和紫外光LED灯珠，且四种灯珠相互间隔并等间距的均匀布置在灯板上，所述四种LED灯珠形成红光、蓝光、红外光和紫外光的最大输入功率比为1：1：0.72：0.16，所述同种LED灯珠通过串联的方式电性相接，且每一组同种LED灯珠的串联电路与对应的一路驱动电路电性相接。/n

【技术特征摘要】
1.一种植物工厂的多光谱灯板装置，其特征在于：包括灯板、控制器和电源模块，所述电源模块与控制器电性连接，所述控制器包括单片机、光电传感器、驱动电路和控制器供电，所述单片机的第一通信接口通过串行通信的方式与计算机的通信接口信号相接，所述单片机的第二通信接口通过串行通信的方式与光电传感器的信号输出接口信号相接，所述单片机的信号输出接口与驱动电路的信号输入接口信号相接，所述驱动电路的输出端通过占空比调节方式与灯板电性相接，且每一路驱动电路对应一块灯板上的同种灯珠，所述灯板上安装有多个LED灯珠，所述LED灯珠包括红色光LED灯珠、蓝色光LED灯珠、红外光LED灯珠和紫外光LED灯珠，且四种灯珠相互间隔并等间距的均匀布置在灯板上，所述四种LED灯珠形成红光、蓝光、红外光和紫外光的最大输入功率比为1：1：0.72：0.16，所述同种LED灯珠通过串联的方式电性相接，且每一组同种LED灯珠的串联电路与对应的一路驱动电路电性相接。


2.根据权利要求1所述的一种植物工厂的多光谱灯板装置，其特征在于：所述每一个控制器对应一块灯板模块，所述控制器中的每一路驱动电路分别对应灯板模块上安装的每一组同种灯珠，且所有驱动电路的输出的占空比为独立控制，范围均为0-100%。


3.根据权利要求1所述的一种植物工厂的多光谱灯板装置，其特征在于：所述控制器供电的输入端与电源模块的输出端电性相接，所述控制器供电的输出端分别与单片机和驱动电路的电源输入端电性相接。


4.根据权利要求1所述的一种植物工厂的多光谱灯板装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晓波，朱敏，张宁，董乐，王琦，廖洪源，
申请(专利权)人：珠海横琴食品安全研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44