CN104076846B - 一种植物栽培led补光智能控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物栽培LED补光智能控制***，其包括控制电脑、补光控制器、温湿度传感器、照度传感器以及LED植物灯，所述控制电脑的输出端与补光控制器的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均与补光控制器的第二输入端连接，所述补光控制器的输出端与LED植物灯的输入端连接。本发明无需人工干预，可自动化地进行补光，智能化程度高，而且通过使用本发明***可使红蓝LED两者的发光强度比例可调，这样则能适用不同的植物种植，减低补光灯具的成本投入，由此可得，本发明的***还具有操作灵活性高以及适用性高等优点。本发明作为一种植物栽培LED补光智能控制***可广泛应用于植物种植的领域中。

Description

一种植物栽培LED补光智能控制***

技术领域

本发明涉及补光控制设备，尤其涉及一种植物栽培LED补光智能控制***。

背景技术

根据绿色植物吸收光谱的特点，叶绿素吸收可见光，不同波长的光线对植物光合作用的影响不同，经过研究表明，波长在400~500 纳米之间的蓝光以及波长在610~720 纳米之间的红光对于光合作用的贡献最大。由于传统日光灯管或白炽灯发出的白色光谱中只有很少量的红光和蓝光对促进植物光合作用有贡献，光线的利用率较低，能耗浪费严重。

LED作为新一代半导体光源，由于具有色纯度高、颜色类型多、寿命长、光效高、环保安全、可控性好等优点，已经广泛应用于各类照明领域。而目前LED植物灯多采用红蓝LED灯珠固定比例，红蓝LED两者发光强度比例是固定不可调的，因此，要实现种植不同品种的植物则需要采用不同光照比例的灯具，这样补光灯具的成本较高。同时，采用人工调光方式，很难考虑环境的温湿度、光照度的影响，容易存在补光过度或补光不足的情况。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种植物栽培LED补光智能控制***。

本发明所采用的技术方案是：一种植物栽培LED补光智能控制***，其包括：

控制电脑，用于存储补光数据，并将补光数据下载到补光控制器；

补光控制器，用于从控制电脑中获取补光数据以及分别从温湿度传感器和照度传感器读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而对LED植物灯所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节；

温湿度传感器，用于采集温湿度参数；

照度传感器，用于采集光照度参数；

LED植物灯，用于根据补光控制器的控制调节，从而发出相应光线照射强度的红光和蓝光；

所述控制电脑的输出端与补光控制器的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均与补光控制器的第二输入端连接，所述补光控制器的输出端与LED植物灯的输入端连接。

进一步，所述补光控制器包括主控芯片、第一通讯接口、网络接口以及第二通讯接口，所述控制电脑的输出端通过网络接口与主控芯片的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均通过第一通讯接口与主控芯片的第二输入端连接，所述主控芯片的输出端通过第二通讯接口与LED植物灯的输入端连接，所述主控芯片还连接有触摸屏；

所述主控芯片用于通过网络接口从控制电脑中获取补光数据，以及自动定时通过第一通讯接口分别从温湿度传感器和照度传感器读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而通过第二通讯接口对LED植物灯所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节。

进一步，所述主控芯片还连接有SD存储卡，所述主控芯片还用于将通过网络接口从控制电脑中获取到的补光数据存储在SD存储卡中。

进一步，所述主控芯片还连接有用于保存当前时间和日期的实时时钟，所述主控芯片还用于根据当前时间和日期以及当前的光照度参数，从而判断是否开启或关闭补光状态。

进一步，所述的补光数据包含了种植植物的名称、阶段时间、每个栽培时间段的补光开始时间、每个栽培时间段的补光结束时间、启动补光时环境照度、全补光时环境照度、起始补光时灯光亮度百分比、全补光时灯光亮度百分比、补光方式、红光亮度最大值以及蓝光亮度最大值。

进一步，所述补光方式为PWM调光方式或调整驱动电流的调光方式。

进一步，所述的LED植物灯包括微处理器，所述微处理器的第一输出端依次连接有第一恒流驱动器以及红光LED，所述微处理器的第二输出端依次连接有第二恒流驱动器以及蓝光LED；所述主控芯片的输出端通过第二通讯接口与微处理器的输入端连接。

进一步，所述红光LED的波长范围为620nm至660nm之间，蓝光LED的波长为440nm至480nm之间。

进一步，所述控制电脑包括专家数据库软件，所述专家数据库软件用于编辑和存储补光数据，以及将补光数据下载到补光控制器。

进一步，所述主控芯片为ARM微处理器，所述第一通讯接口为RS485接口，所述第二通讯接口为DMX512接口，所述触摸屏为LCD显示触摸屏。

本发明的有益效果是：本发明的***可自动检测环境亮度、温湿度参数以及可自动运行，因此本发明的补光控制***无需人工干预，可自动化地进行补光，智能化程度高，而且通过使用本发明的控制***可使红蓝LED两者的发光强度比例可调，这样则能适用不同的植物种植，减低补光灯具的成本投入，由此可得，本发明的***还具有操作灵活性高以及适用性高等优点。

另外，本发明所采用的补光数据是植物栽培专家数据库中的数据，并且考虑了环境的温湿度和光照度来获得匹配补光曲线，因此，根据该数据来进行补光时间控制、亮度控制，能够更加精确、合理和灵活，不至于过度补光或补光不足。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种植物栽培LED补光智能控制***的结构框图；

图2是本发明一种植物栽培LED补光智能控制***中补光控制器的结构框图；

图3是本发明一种植物栽培LED补光智能控制***中LED植物灯的结构框图；

图4是补光曲线的示意图。

101、控制电脑；102、补光控制器；103、温湿度传感器；104、照度传感器；105、LED植物灯；

201、ARM微处理器；202、LCD显示触摸屏；203、SD存储卡；204、RS485接口；205、网络接口；206、DMX512接口；207、实时时钟；

301、微处理器；302、第一恒流驱动器；303、第二恒流驱动器；304、红光LED；305、蓝光LED。

具体实施方式

本发明一种植物栽培LED补光智能控制***，其包括：

控制电脑，用于存储补光数据，并将补光数据下载到补光控制器；

补光控制器，用于从控制电脑中获取补光数据以及分别从温湿度传感器和照度传感器读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而对LED植物灯所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节；

温湿度传感器，用于采集温湿度参数；

照度传感器，用于采集光照度参数；

LED植物灯，用于根据补光控制器的控制调节，从而发出相应光线照射强度的红光和蓝光；

所述控制电脑的输出端与补光控制器的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均与补光控制器的第二输入端连接，所述补光控制器的输出端与LED植物灯的输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述补光控制器包括主控芯片、第一通讯接口、网络接口以及第二通讯接口，所述控制电脑的输出端通过网络接口与主控芯片的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均通过第一通讯接口与主控芯片的第二输入端连接，所述主控芯片的输出端通过第二通讯接口与LED植物灯的输入端连接，所述主控芯片还连接有触摸屏；

所述主控芯片用于通过网络接口从控制电脑中获取补光数据，以及自动定时通过第一通讯接口分别从温湿度传感器和照度传感器读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而通过第二通讯接口对LED植物灯所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节。

进一步作为优选的实施方式，所述主控芯片还连接有SD存储卡，所述主控芯片还用于将通过网络接口从控制电脑中获取到的补光数据存储在SD存储卡中。

进一步作为优选的实施方式，所述主控芯片还连接有用于保存当前时间和日期的实时时钟，所述主控芯片还用于根据当前时间和日期以及当前的光照度参数，从而判断是否开启或关闭补光状态。

进一步作为优选的实施方式，所述的补光数据包含了种植植物的名称、阶段时间、每个栽培时间段的补光开始时间、每个栽培时间段的补光结束时间、启动补光时环境照度、全补光时环境照度、起始补光时灯光亮度百分比、全补光时灯光亮度百分比、补光方式、红光亮度最大值以及蓝光亮度最大值。

进一步作为优选的实施方式，所述的LED植物灯包括微处理器，所述微处理器的第一输出端依次连接有第一恒流驱动器以及红光LED，所述微处理器的第二输出端依次连接有第二恒流驱动器以及蓝光LED；所述主控芯片的输出端通过第二通讯接口与微处理器的输入端连接。

进一步作为优选的实施方式，所述控制电脑包括专家数据库软件，所述专家数据库软件用于编辑和存储补光数据，以及将补光数据下载到补光控制器。

进一步作为优选的实施方式，所述主控芯片为ARM微处理器，所述第一通讯接口为RS485接口，所述第二通讯接口为DMX512接口，所述触摸屏为LCD显示触摸屏。

本发明的第一具体实施例

如图1至图3所示，一种植物栽培LED补光智能控制***，其包括：

控制电脑101，其包括专家数据库软件，所述专家数据库软件用于编辑和保存各种不同种植植物的补光数据，并可通过网络接口205将补光数据下载到补光控制器102的SD存储卡203进行存储，所述的网络接口205为TCP/IP网络接口；

补光控制器102，用于从控制电脑101的专家数据库软件中获取补光数据，以及分别从温湿度传感器103和照度传感器104读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数这四个参数与补光数据中的参数之间的数据对比结果，进而从预存的多个补光曲线中查找获取最匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而对LED植物灯105所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节；

所述的时间参数包括阶段时间、开始时间以及结束时间；

所述的补光曲线包含补光光强度随环境光照度的变化曲线；

温湿度传感器103，用于采集温湿度参数；

照度传感器104，用于采集光照度参数；

LED植物灯105，用于根据补光控制器102的控制调节，从而发出相应光线照射强度的红光和蓝光；

所述控制电脑101的输出端与补光控制器102的第一输入端连接，所述温湿度传感器103的输出端以及照度传感器104的输出端均与补光控制器102的第二输入端连接，所述补光控制器102的输出端与LED植物灯105的输入端连接。

对于专家数据库软件中所保存的各个不同种植植物的补光数据，举例，其信息可如表1所示：1、“品种”为种植植物的名称；2、“阶段时间”为种植周期的不同时间段；3、“开始时间”为每个栽培时间段的补光开始时间；4、“结束时间”为每个栽培时间段的补光结束时间；5、“启动补光时环境照度（B1）”，其为当环境的光照度低于B1时，开始启动补光，这是补光的亮度值为最大值乘以百分比A1；6、“全补光时环境照度（B2）”，其为当环境的光照度低于B2时，补光的亮度值为最大值乘以百分比A2，红光亮度最大值Ir以及蓝光亮度最大值Ib，它们的亮度比值可通过Ir，Ib进行调整（Ir实质为红光LED的驱动电流，Ib实质为蓝光LED的驱动电流）。

表1

由上述可得，所述的补光数据，其包含了种植植物的名称、阶段时间、每个栽培时间段的补光开始时间、每个栽培时间段的补光结束时间、启动补光时环境照度、全补光时环境照度、起始补光时灯光亮度百分比、全补光时灯光亮度百分比、补光方式、红光亮度最大值以及蓝光亮度最大值等数据。而起始补光时灯光亮度百分比和全补光时灯光亮度百分比，均为红蓝光光强强度之间的比例。

另外，对于上述的补光方式，其可以选择PWM调光方式进行调光补光，也可以选择调整驱动电流的调光方式。而对于调整驱动电流这一调光方式，其能使得照射光更接近自然光的特性。

进一步作为优选的实施方式，所述补光控制器102包括ARM微处理器201、RS485接口204、网络接口205以及DMX512接口206，所述控制电脑101的输出端通过网络接口205与ARM微处理器201的第一输入端连接，所述温湿度传感器103的输出端以及照度传感器104的输出端均通过RS485接口204与ARM微处理器201的第二输入端连接，所述ARM微处理器201的输出端通过DMX512接口206与LED植物灯105的输入端连接，所述ARM微处理器201还连接有LCD显示触摸屏202、SD存储卡203以及实时时钟207；

所述LCD显示触摸屏202用于显示补光数据，并可对***参数进行修改和进行调光控制；

所述实时时钟207用于保存当前时间和日期；

所述ARM微处理器201用于通过网络接口205从控制电脑101中获取补光数据，并且将该补光数据存储在SD存储卡203中，以及自动定时通过RS485接口204分别从温湿度传感器103和照度传感器104读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取最匹配补光曲线，然后根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而通过DMX512接口206对LED植物灯105所发出的红光和蓝光的光线照射强度，即红蓝光的发光强度比例，以及照射时间进行控制调节；

如图4所示，ARM微处理器201定时读取环境的温湿度和光照度参数，当环境的光照度低于设定值B1时，启动部分补光，随着环境亮度的进一步降低，补光光强逐步增大，当环境照度低于设定值B2时，补光光强达到最大值；当环境亮度逐步上升时，补光光强也逐步减少，当环境照度高于设定值B1时，关闭补光；

另外，所述ARM微处理器201还用于根据当前时间和日期以及当前的光照度参数，从而判断是否开启或关闭补光状态。而环境温度的高低影响植物生长速度，通过延长补光时间，可以降低温度对植物生长的影响。

例如，根据表1所示的数据可得，当青菜在第一天至第十天这一种植阶段时，其需要补光的开始时间为下午5点，以及其需要补光的结束时间为晚上9:30，而根据ARM微处理器201所获取的当前时间和日期可知，此时该植物处于第一天至第十天这一种植阶段，并且为下午5点，即此时开始可以进行补光，然后根据当前环境的光照度，从而判断是否需要启动补光。另外，当ARM微处理器201获取的当前时间为补光的结束时间，则表示关闭补光。由此可得，当处于补光开始时间以及补光结束时间这一时间段时，才会开启补光状态，然后根据当前的环境光照度对LED植物灯进行补光控制调节，这样能够更加符合植物的种植特性，从而对植物的种植更具积极的作用。

所述的LED植物灯105包括微处理器301，所述微处理器301的第一输出端依次连接有第一恒流驱动器302以及红光LED 304，所述微处理器301的第二输出端依次连接有第二恒流驱动器303以及蓝光LED 305；所述ARM微处理器201的输出端通过DMX512接口206与微处理器301的输入端连接。所述红光LED 304的波长范围为620nm至660nm之间，蓝光LED 305的波长为440nm至480nm之间。

进一步作为优选的实施方式，本发明的控制电脑101在补光数据下载到补光控制器102后可以关闭，补光控制器102将根据配置的参数自动运行，实现补光***的智能化自动控制。

由上述可得，本发明的有益效果包括：1、通过引入植物栽培专家数据库，补光时间控制、亮度控制更加精确、合理和灵活，不至于过度补光或补光不足；2、采用高速ARM微处理器作为主控制元件，结合自动检测环境亮度、温湿度参数、时间参数、***自动运行，补光***无需人工干预，智能化程度高；3、灯具采用DMX512总线接口进行控制，可实现大面积分区控制；灯具可选择PWM调光或采用电流驱动调光，电流驱动调光为连续照射光线，更加近自然光的特性，通过对灯具照度的精确控制，防止能耗的浪费，节约了能源，促进了植物生长，提高了生产效益。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：其包括：

控制电脑，用于包括用于编辑和存储补光数据，以及将补光数据下载到补光控制器的专家数据库软件，并且在补光数据下载到补光控制器后关闭；

补光控制器，用于从控制电脑中获取补光数据以及分别从温湿度传感器和照度传感器读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而对LED植物灯所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节；其中，所述的补光曲线包含补光光强度随环境光照度的变化曲线；

温湿度传感器，用于采集温湿度参数；

照度传感器，用于采集光照度参数；

LED植物灯，用于根据补光控制器的控制调节，从而发出相应光线照射强度的红光和蓝光；

所述控制电脑的输出端与补光控制器的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均与补光控制器的第二输入端连接，所述补光控制器的输出端与LED植物灯的输入端连接；

所述的补光数据包含了种植植物的名称、阶段时间、每个栽培时间段的补光开始时间、每个栽培时间段的补光结束时间、启动补光时环境照度、全补光时环境照度、起始补光时灯光亮度百分比、全补光时灯光亮度百分比、补光方式、红光亮度最大值以及蓝光亮度最大值；所述补光方式为调整驱动电流的调光方式。

2.根据权利要求1所述一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：所述补光控制器包括主控芯片、第一通讯接口、网络接口以及第二通讯接口，所述控制电脑的输出端通过网络接口与主控芯片的第一输入端连接，所述温湿度传感器的输出端以及照度传感器的输出端均通过第一通讯接口与主控芯片的第二输入端连接，所述主控芯片的输出端通过第二通讯接口与LED植物灯的输入端连接，所述主控芯片还连接有触摸屏；

所述主控芯片用于通过网络接口从控制电脑中获取补光数据，以及自动定时通过第一通讯接口分别从温湿度传感器和照度传感器读取温湿度参数和光照度参数，并且根据当前植物的培育周期、温湿度参数、光照度参数以及时间参数与补光数据之间的数据对比结果进而从预存的多个补光曲线中查找获取匹配补光曲线，根据获取的补光数据、光照度参数以及匹配补光曲线，从而通过第二通讯接口对LED植物灯所发出的红光和蓝光的光线照射强度以及照射时间进行控制调节。

3.根据权利要求2所述一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：所述主控芯片还连接有SD存储卡，所述主控芯片还用于将通过网络接口从控制电脑中获取到的补光数据存储在SD存储卡中。

4.根据权利要求2所述一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：所述主控芯片还连接有用于保存当前时间和日期的实时时钟，所述主控芯片还用于根据当前时间和日期以及当前的光照度参数，从而判断是否开启或关闭补光状态。

5.根据权利要求2所述一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：所述的LED植物灯包括微处理器，所述微处理器的第一输出端依次连接有第一恒流驱动器以及红光LED，所述微处理器的第二输出端依次连接有第二恒流驱动器以及蓝光LED；所述主控芯片的输出端通过第二通讯接口与微处理器的输入端连接。

6.根据权利要求5所述一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：所述红光LED的波长范围为620nm至660nm之间，蓝光LED的波长为440nm至480nm之间。

7.根据权利要求2所述一种植物栽培LED补光智能控制***，其特征在于：所述主控芯片为ARM微处理器，所述第一通讯接口为RS485接口，所述第二通讯接口为DMX512接口，所述触摸屏为LCD显示触摸屏。