一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，包含電源模塊、控制模塊、人機(jī)交互模塊、用于檢測(cè)植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)模塊、用于補(bǔ)充植物正常生長(zhǎng)所需光的補(bǔ)光模塊；所述檢測(cè)模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機(jī)交互模塊，所述補(bǔ)光模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供所需電源。STM32單片機(jī)溫室環(huán)境因子監(jiān)控系統(tǒng)和便攜式調(diào)制熒光檢測(cè)儀分別測(cè)量記錄環(huán)境信息和熒光參數(shù)信息，從這些信息分析計(jì)算出LED組合光源的亮度和最佳紅藍(lán)光比例，最后上位機(jī)控制可編程恒流源驅(qū)動(dòng)LED組合光源，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)補(bǔ)光的目的。
【專利說(shuō)明】一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光合作用是是生物界所有物質(zhì)代謝和能量的物質(zhì)基礎(chǔ)，植物在光合作用的原初反 映，將吸收光能是以較大的熒光方式釋放的，因此葉綠素?zé)晒馀c光合作用有著十分密切的 關(guān)系。近30年來(lái)，LED人工光源在設(shè)施園藝、植物設(shè)施栽培、太空農(nóng)業(yè)中的研究已經(jīng)在全世 界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注。通過(guò)不同光質(zhì)對(duì)草莓、蘭花等植物的研究結(jié)果表明，紅光對(duì)植物形 態(tài)、調(diào)節(jié)株高具有重要的影響，對(duì)葉片的生長(zhǎng)過(guò)程會(huì)有促進(jìn)作用，植物的葉、莖與葉柄會(huì)伸 長(zhǎng)，但葉綠素含量較低，生長(zhǎng)指標(biāo)和干物質(zhì)積累也會(huì)降低。藍(lán)光對(duì)光合作用的調(diào)控作用主要 集中在氣孔的開啟、葉綠體的分化以及調(diào)節(jié)光合作用酶的活性等。
[0003] 植物都需要陽(yáng)光的照射才能生長(zhǎng)的更加茂盛。光對(duì)植物生長(zhǎng)的作用是促進(jìn)植物葉 綠素吸收二氧化碳和水等養(yǎng)份，合成碳水化合物。但現(xiàn)代科學(xué)可以讓植物在沒有太陽(yáng)的地 方更好地生長(zhǎng)，人們掌握了植物對(duì)太陽(yáng)需要的內(nèi)在原理，就是葉片的光合作用，在葉片光合 作用時(shí)需要外界光子的激發(fā)才可完成整個(gè)光合過(guò)程，太陽(yáng)光線就是光子激發(fā)的一過(guò)供能過(guò) 程。人為的創(chuàng)造光源也同樣可以讓植物完成光合過(guò)程，現(xiàn)代園藝或者植物工廠內(nèi)都結(jié)合了 補(bǔ)光技術(shù)或者完全的人工光技術(shù)。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)不同波長(zhǎng)的光線對(duì)于植物光合作用的影響是 不同的，植物光合作用需要的光線，波長(zhǎng)在400-700nm左右。400-500nm (藍(lán)色)的光線以及 610_720nm (紅色）對(duì)于光合作用貢獻(xiàn)最大。藍(lán)色（470nm)和紅色（630nm)的LED,剛好可 以提供植物所需的光線，因此，LED植物燈，比較理想的選擇就是使用這兩種顏色組合。在 視覺效果上，紅藍(lán)組合的植物燈呈現(xiàn)粉紅色。藍(lán)色光能促進(jìn)綠葉生長(zhǎng)；紅色光有助于開花結(jié) 果和延長(zhǎng)花期。
[0004] LED光源又稱半導(dǎo)體光源，這種光源波長(zhǎng)比較窄，能控制光的顏色。用它對(duì)植物進(jìn) 行單獨(dú)照射，就能能使植物達(dá)到很好的補(bǔ)光效果。采用LED冷光源作為補(bǔ)光燈光源的方案 也已被提出，可在一定程度解決上述補(bǔ)光光源的問題。但由于大部分研發(fā)方案和產(chǎn)品仍采 用定光強(qiáng)、定光質(zhì)的補(bǔ)光方式，未考慮不同植物不同階段需光量的差異，造成補(bǔ)光不足和補(bǔ) 光過(guò)度并存的現(xiàn)象，仍未能真正意義上解決低能耗精準(zhǔn)化補(bǔ)光的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且能夠 智能精確補(bǔ)光的植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案 一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，包含電源模塊、控制模塊、人機(jī)交互模塊、用于檢測(cè) 植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)模塊、用于補(bǔ)充植物正常生長(zhǎng)所需光的補(bǔ)光模塊； 所述檢測(cè)模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機(jī)交 互模塊，所述補(bǔ)光模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供 所需電源。
[0007] 優(yōu)選的，所述補(bǔ)光模塊為紅藍(lán)LED組合陣列，所述紅、藍(lán)LED個(gè)數(shù)比為1 :1，LED間 隔均勻排列，相鄰LED間距為10mm。
[0008] 優(yōu)選的，所述電源模塊為JBP-7510型可編程型恒流源。
[0009] 優(yōu)選的，所述控制模塊為STM32單片機(jī)。
[0010] 優(yōu)選的，所述人機(jī)交互模塊為PC機(jī)。
[0011] 優(yōu)選的，所述檢測(cè)模塊為MINIPAM調(diào)制熒光檢測(cè)儀。
[0012] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果： 1、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且功耗低； 2、 能夠根據(jù)植物生長(zhǎng)實(shí)際情況進(jìn)行智能精確地補(bǔ)光。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明： 如圖1所示，一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，包含電源模塊、控制模塊、人機(jī)交互模 塊、用于檢測(cè)植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)模塊、用于補(bǔ)充植物正常生長(zhǎng)所需光的補(bǔ)光模塊； 所述檢測(cè)模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機(jī)交互模 塊，所述補(bǔ)光模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供所需 電源。所述補(bǔ)光模塊為紅藍(lán)LED組合陣列，所述紅、藍(lán)LED個(gè)數(shù)比為1 :1，LED間隔均勻排 列，相鄰LED間距為10mm。所述控制模塊為STM32單片機(jī)。所述人機(jī)交互模塊為PC機(jī)。所 述檢測(cè)模塊為MINIPAM調(diào)制熒光檢測(cè)儀。
[0015] 所述電源模塊為JBP-7510型可編程型恒流源，額定工作狀態(tài)下，能輸出穩(wěn)定的期 望電流，為了精準(zhǔn)的控制LED組合光源驅(qū)動(dòng)電流，達(dá)到控制光源光照條件的目的，選擇一款 穩(wěn)定性很高的電流源是非常重要的?？删幊毯懔髟春愣ㄝ敵鲭娏鳎噪娏鞑皇茇?fù)載的影 響，驅(qū)動(dòng)電流值的大小直接控制著LED燈珠亮度，所以電流源能準(zhǔn)確的控制LED組合光源 的光強(qiáng)。可編程恒流源電壓輸出最大為75V，電壓精度為0.05%+37. 5mV，電流輸出最大為 10A，電流精度為0. 1%+lOmA.根據(jù)熒光參數(shù)上位機(jī)計(jì)算出合適的補(bǔ)光電流值，通過(guò)串行通 信發(fā)送指令給電源，最后可編程恒流源提供的穩(wěn)定的輸出電流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED組合光源。
[0016] JBP-7510型可編程控制恒流電源在室溫25攝氏度下，驅(qū)動(dòng)LED補(bǔ)光光源的情況 下，測(cè)試控制電流和實(shí)際電流，從數(shù)據(jù)結(jié)果分析得到，電流精度均優(yōu)于±0. 2%，JBP-7510型 制恒流電源電流完全可以滿足需求。
[0017] 動(dòng)態(tài)補(bǔ)光是基于上位機(jī)的信息收集與存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析，下發(fā)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)的，動(dòng)態(tài)循 環(huán)過(guò)程由環(huán)境因子監(jiān)控系統(tǒng)，便攜式調(diào)制熒光儀和恒流源協(xié)調(diào)完成。工作流程如下：利用 基于STM32單片機(jī)的環(huán)境因子監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物的生長(zhǎng)環(huán)境，利用基于STM32單片 機(jī)的環(huán)境因子監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物生長(zhǎng)環(huán)境，把傳感器得到的環(huán)境因子傳送給上位機(jī)， 當(dāng)溫室內(nèi)光照不足時(shí)，上位機(jī)啟動(dòng)MINIPAM并得到熒光參數(shù)返回值，計(jì)算需要補(bǔ)光的光強(qiáng) 和合適的紅、藍(lán)LED組合比例，分別下達(dá)LED組合光源工作電流值命令給與C0M1通信的 JBP-7510型可編程恒流源，下達(dá)紅、藍(lán)LED比例命令給STM32單片機(jī)。紅、藍(lán)LED組合光 源通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流調(diào)節(jié)自己的亮度，STM32F單片機(jī)控制每個(gè)LED的電流來(lái)達(dá)到控制比例。單 片機(jī)繼續(xù)監(jiān)測(cè)光照條件，循環(huán)對(duì)比動(dòng)態(tài)補(bǔ)光，直到熒光參數(shù)維持在預(yù)定值。MINI-PAM定時(shí)將 采集到的植物熒光參數(shù)通過(guò)上位機(jī)的COM2 口傳送并存儲(chǔ)在上位機(jī)上，上位機(jī)判定熒光參 數(shù)是否高于或低于預(yù)定值，進(jìn)而決策控制單片機(jī)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)和可編程控制電流源，實(shí)時(shí)調(diào) 整溫室環(huán)境，保證最佳LED組合光源紅、藍(lán)光組合比例和亮度，使溫室環(huán)境因子控制模型成 為最佳的植物生長(zhǎng)模型。
【權(quán)利要求】
1. 一種植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，其特征在于：包含電源模塊、控制模塊、人機(jī)交互 模塊、用于檢測(cè)植物生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)模塊、用于補(bǔ)充植物正常生長(zhǎng)所需光的補(bǔ)光模塊； 所述檢測(cè)模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機(jī)交互模 塊，所述補(bǔ)光模塊分別連接控制模塊和人機(jī)交互模塊，所述電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供所需 電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，其特征在于：所述補(bǔ)光模塊為紅 藍(lán)LED組合陣列，所述紅、藍(lán)LED個(gè)數(shù)比為1 :1，LED間隔均勻排列，相鄰LED間距為10mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，其特征在于：所述電源模塊為 JBP-7510JBP-7510型可編程型恒流源。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，其特征在于：所述控制模塊為 STM32單片機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，其特征在于：所述人機(jī)交互模塊 為PC機(jī)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述植物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)光控制系統(tǒng)，其特征在于：所述檢測(cè)模塊為 MINIPAM調(diào)制熒光檢測(cè)儀。
【文檔編號(hào)】F21S10/02GK104054539SQ201410284941
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】章隆泉, 過(guò)俊宏, 顧肖紅 申請(qǐng)人:無(wú)錫市崇安區(qū)科技創(chuàng)業(yè)服務(wù)中心