CN104396609A - 基于日光追踪式的智能光照立体种植*** - Google Patents

基于日光追踪式的智能光照立体种植*** Download PDF

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李维德
贝永康
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Abstract

本发明提供了一种基于日光追踪式的智能光照立体种植***，包括：多层支架，其中每一层支架上设置有推动导轨，所述推动导轨上设置有一个或多个种植平台，所述推动导轨用于将所述种植平台推出所述多层支架或收回，并且每一层支架上的推动导轨推出所述多层支架的距离不同；多个伸缩承重杆，安装在每一种植平台上，用于调节所述种植平台的倾斜仰角；光照度计组，包含多个光照度计；与所述推动导轨、伸缩承重杆和光照度计组相连的控制器，用于控制所述光照度计组追踪最强阳光照射角度并驱动所述伸缩承重杆伸缩，以使所述种植平台的倾斜仰角与所述最强阳光照射角度一致。本发明能够满足精准农业和智能化自动种植的现代农业要求。

Description

基于日光追踪式的智能光照立体种植***
技术领域
本发明涉及种植设施，尤其涉及一种基于日光追踪式的智能光照立体种植***。
背景技术
所谓设施农业，是指具有一定的设施，能在局部范围内创造出适宜的气象环境因素，为动植物生长发育提供良好的环境条件而进行的农业生产。设施农业作为现代农业的重要组成部分，在我国广大农村已推广应用多年，它的发展给我国传统农业注入了新鲜血液，解决了大部分人的温饱问题。发达国家的设施农业，已形成成套技术、完备的设施设备、生产规范、产量稳定、在这些国家，设施建设规模大，生产效率高，始终坚持高新技术的示范、推广和应用，获得了客观的效益。以荷兰为例，全国有玻璃温室13000座，且均为大型现代化连栋温室，自动化程度高、生产效率高，温室内温、光、水、气、肥等实现了智能化控制。从品种选择、栽培管理到采收包装形成了一整套完整规范的技术体系，番茄、黄瓜等实现了一年多茬的无土长季节栽培，采收期长达9-10个月，黄瓜平均每株采收80条，番茄平均每株采收35穗果，平均产量60KG/m2，创造了当今世界最高产量和效益水平。
同时，温室节能技术也是温室研究工作的重点，随着《京都协议书》的执行，荷兰作为协议书的协议国，规定所有行业的能源效率到2010年降至1980年的35％，相当于减少65％的化石燃料的使用。而温室行业分担了全国20％左右的义务。目前，他们采取的主要措施包括：提高覆盖材料透光率，增加温室太阳能入射量，在此方面他们主要开发了温室屋顶清洗机械和Zigzag板材的开发，热能多用途利用和余热回收；温室浅层地能节能技术的应用；保温隔热技术的研究，主要体现在三个方面，一是内保温幕帘的广泛使用，二是天沟的保温，三是增加温室的气密性和***护结构的保温；新型节能新技术的研究和开发，比如改造温室结构，充分利用太阳能，培养耐低温作物等等。
另外，智能化和联网化是现代农业另外重要的研究领域和推广渠道。在以色列现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计算机对内部环境如光、温、水、气、肥等因子进行自动监测和调控，实现温室作物全天候、周年性的高效生产。该国的工业化农业，黄瓜、西红柿的产量达50KG/m2，玫瑰产量达32枝/m2，是露地栽培的10-20倍。美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生长体系，即人工补充光照、全部采用计算机控制、由机器人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，全年收获产品20茬以上，蔬菜年产量是露地栽培的数十倍，这些国家的设施农业的共同性是已实现了集约化、规模化和专业生产化，温室及配套设施的生产高度社会化。
最后，现代农业中最值得一提的是有机农业，它是完全不用化学合成的肥料、农药、生长调节剂、畜禽饲料添加剂等物质，也不使用基因工程生物及其产物的生产体系，其核心是建立和恢复农业生态***的生物多样性和良性循环，以维持农业的可持续发展。在有机农业生产体系中，作物秸秆、畜禽粪肥、豆科作物、绿肥和有机废弃物是土壤肥力的主要来源；作物轮作以及各种物理、生物和生态措施是控制杂草和病虫害的主要手段。
目前，很多现代化农业的生产手段是在生产车间内完全采用人工补光光源照明的方式来提高产量，这样的方式会导致较大的电能消耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于日光追踪式的智能光照立体种植***，能够有效利用日光光照以降低电能消耗，可以满足精准农业和智能化自动种植的现代农业要求。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于日光追踪式的智能光照立体种植***，包括：
多层支架，其中每一层支架上设置有推动导轨，所述推动导轨上设置有一个或多个种植平台，所述推动导轨用于将所述种植平台推出所述多层支架或收回，并且每一层支架上的推动导轨推出所述多层支架的距离不同；
多个伸缩承重杆，安装在每一种植平台上，用于调节所述种植平台的倾斜仰角；
光照度计组，包含多个光照度计；
与所述推动导轨、伸缩承重杆和光照度计组相连的控制器，用于控制所述光照度计组追踪最强阳光照射角度并驱动所述伸缩承重杆伸缩，以使所述种植平台的倾斜仰角与所述最强阳光照射角度一致。
根据本发明的一个实施例，所述光照度计组还包括：
光照度计组合盘，该光照度计组合盘具有曲面，所述多个光照度计设置在所述曲面的不同位置处；
支撑所述光照度计组合盘的多个伸缩杆，在所述控制器的驱动下调节所述光照度计组合盘的倾斜仰角，以使所述光照度计组合盘朝向具有最强照度检测结果的光照度计所处的位置倾斜。
根据本发明的一个实施例，所述种植***还包括：多个补光照明光源，设置在所述多层支架的每一层支架内，所述控制器根据所述光照度计组的照度检测结果控制所述补光照明光源的开启、关闭以及照明功率。
根据本发明的一个实施例，所述种植***还包括：反光器，所述补光照明光源安装在所述反光器上，所述反光器在所述控制器的控制下改变倾斜角度，以使所述补光照明光源的光线直射至所述种植平台。
根据本发明的一个实施例，在预设的光照时段，如果所述光照度计组检测到的最强照度检测结果低于预设的光照度需求值，则所述控制器控制所述补光照明光源开启；所述光照时段包含预设的末尾时段，在所述末尾时段，所述控制器控制所述补光照明光源的照明功率逐渐降低直至关闭。
根据本发明的一个实施例，所述补光照明光源开启时，如果所述光照度计组检测到的最强照度检测结果高于预设的饱和光照度值，则所述控制器调低所述补光照明光源的照明功率，以使所述光照度计组检测到的最强照度检测结果不超过所述饱和光照度值。
根据本发明的一个实施例，所述光照时段、末尾时段、光照度需求值以及饱和光照度值预先存储在所述控制器内。
根据本发明的一个实施例，所述控制器具有外部通信接口，所述外部通信接口接收外部指令以设定所述光照时段、末尾时段、光照度需求值以及饱和光照度值。
根据本发明的一个实施例，所述种植***还包括：
卷帘式半透明透光膜，设置在所述多层支架的顶部；
与所述控制器相连的旋转电机，在所述控制器的控制下驱动所述卷帘式半透明透光膜张开或者卷回。
根据本发明的一个实施例，每一推动导轨的外边沿设置有锁扣，该锁扣用于锁定张开的卷帘式半透明透光膜，以形成倾斜的遮光面。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例的立体种植***通过光照度计组来追踪最强阳光照射角度，并相应地控制支撑种植平台的伸缩承重杆伸缩，以使得种植平台的倾斜仰角与最强阳光照射角度一致，从而使得种植平台能够始终跟随最强阳光角度。采用这样的方案，能够有效利用日光，有利于减少电能的消耗。
进一步而言，本发明实施例的种植***还包括补光照明光源和反光器，能够在阳光不足时使用补光照明光源对种植平台进行补光。
此外，本发明实施例的种植***还包括卷帘式半透明透光膜，能够在阳光过强时对种植平台进行遮挡，以免影响产量。
附图说明
图1是根据本发明实施例的种植***的正视图；
图2是根据本发明实施例的种植***的侧视图；
图3是根据本发明实施例的种植***中的光照度计组的立体结构示意图；
图4是根据本发明实施例的种植***的一种操作流程示意图；
图5是根据本发明实施例的种植***在第一场景下的侧视图；
图6是根据本发明实施例的种植***在第二场景下的侧视图；
图7是根据本发明实施例的种植***在第三场景下的侧视图；
图8是根据本发明实施例的种植***的控制器与伸缩承重杆的连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
参考图1和图2，本实施例的基于日光追踪式的智能光照立体种植***包括：多层支架10、种植平台11、推动导轨12、推动电机13、伸缩承重杆14、补光照明光源15、反光器16、卷帘式半透明透光膜17、旋转电机18、控制器19以及光照度计组20。
其中，该多层支架10包括垂直堆叠的多层层架，可采用通常的货物货架或完全由90°折角角钢搭建而成，角钢厚度在0.8-5mm厚之间，但并不限于此。种植平台11例如可以是泥土农业种植箱，该农业种植箱的内部可以设置有用于种植或养殖或栽培的设施，该农业种植箱可以由货物周转塑料箱体改造而成，该农业种植箱的底部可以具有漏水孔(类似于花盆底部的漏水孔)，该农业种植箱也可以具有可固定螺丝的螺丝孔，但并不限于此。多层支架10中的每一层架可承受多个泥土农业种植箱(例如每层4-10个，重量4KG-20KG)，共3-10层等(总重量例如为10KG-150KG)。
多层支架10的层数和高度可以按照实际种植植物种类以及所处的玻璃类暖房的实际空间高度而确定，每层层架之间的高度可以为200mm至800mm之间，总高度可以为1米至5米。
多层支架10的每一层支架上可以设置有推动导轨12，种植平台11设置在推动导轨12上，推动导轨12用以将种植平台11推出或者收回。进一步而言，推动导轨12可以具有固定盘，该固定盘可以固定在多层支架10每一层的边沿上。推动导轨12可以由推动电机13驱动，该推动电机13由控制器19控制。在将种植平台11推出时，每一层支架的推出导轨12推出的距离不同，优选地，推出距离从上到下依次增大，最底层的种植平台11的推出距离最远，每上一层的推出距离有所缩短，最上层推出距离最短，从而形成阶梯式的排列方式。这样的排列方式使得上层的种植平台11不遮挡下层的种植平台11，使得俯视情况下可以看到每层的种植平台11，从而保证阳光可以垂直或倾斜照射到每一层种植平台11，而不会发生互相遮挡的问题。
推动电机13可以是步进电机，但并不限于此。在驱动推动导轨12移动时，推动电机13例如可产生平衡推力为10KG-100KG重量物体的摩擦力，最大水平推力可以为100N-1000N，每一推动电机13的推动行程可以根据每层的种植平台11所需推出距离的不同有所改变。
每一种植平台11上安装有一个或多个伸缩承重杆14，用于调节种植平台11的倾斜仰角，伸缩承重杆14的一端固定在推动导轨12上，另一端固定在种植平台11上。例如，每一种植平台11的底部四周可以安装有4-8个伸缩承重杆14。伸缩承重杆14包括但不限于电机支撑升降、气动支撑升降等设备，可以灵活地改变种植平台11的倾斜仰角，从而使得整个种植平台11的平面相对于底面具有一定的倾斜角度，为追踪太阳周天变化角度提供硬件基础。
每一伸缩承重杆14均能够单独承受种植平台11的重量，例如，每一种植平台11本身的重量为1KG～5KG，那么每一伸缩承重杆14均需要单独承受该重量。以直流推杆电机为例，其升降高度可以为5mm至30mm，以保证种植平台11能够到达足够的倾斜仰角。
在一实例中，推动导轨12和伸缩承重杆14可以通过可控硅或继电器与控制器19相连，但并不限于此。控制器19的输出端口可以输出相应的控制信号来指示推动导轨12和伸缩承重杆14的关闭动作或开启动作。例如，控制器19可以通过GPIO端口输出“0”或“1”来指示推动导轨12和伸缩承重杆14的关闭动作或开启动作，或者也可以输出PWM方波来实现控制。
控制器19可以是各种嵌入式微控制器(MCU)，包括但不限于AVR Mega8、Mega16或ARM Cortex-M3系列32位嵌入式控制芯片等。嵌入式MCU可稳定的设定GPIO口为输出“0”或“1”的TTL电平，或PWM方波电平；同时也可利用模数转换器(ADC)作为输入端，从而可实现外部电压信号的检测以及实现内部中断等；另外，嵌入式MCU可设定内部定时和计数功能，从而为每种动作(如开动电机)设定动作开始时间、动作周期长度、动作结束时间等。
光照度计组20包含多个光照度计，其在控制器19的控制下追踪最强阳光照射角度，控制器19可以根据光照度计组20的追踪结果，控制各个伸缩承重杆14伸缩，以便使得种植平台11的倾斜仰角与最强阳光照射角度始终保持一致。
参考图4，图4示出了一种优选的光照度计组20的结构，其包括多个光照度计201、光照度计组合盘202以及多个伸缩杆203。其中，多个光照度计201可以呈阵列排布，其数量可以是2×3、3×3或4×4个。光照度计组合盘202具有曲面，例如圆弧形曲面或者其他形状的曲面，多个光照度计201设置在曲面上的不同位置处。多个伸缩杆203用于支撑光照度计组合盘202，各个伸缩杆203与控制器19(参见图2)相连，在控制器19的驱动下调节光照度计组合盘202的倾斜仰角，以使得光照度计组合盘202向检测结果最强的光照度计201所处的位置倾斜。进一步而言，光照度计组合盘202首先处于初始设定的角度以接收太阳光照，由于太阳周天角度的变化，光照度计组20中某个或者多个光照度计201的检测结果相较于其他光照度计201更强，此时，控制器19控制伸缩杆203伸缩，使得光照度计组合盘202向检测结果最强的光照度计201的方向倾斜，以保证光照度计组20的倾角根据太阳照射角度的变化而变化，实现对最强阳光照射角度的追踪。
例如，通过嵌入式MCU的ADC遍寻功能，按顺序依次将每个光照度计201的光照度转换为0-5V的电平信号，并通过嵌入式MCU的ADC输入，将电平信号变换为数字信号，按比例记录每个光照度计201检测到的光照度值；通过查询全部光照度计201的检测结果，从而明确哪一部分或哪一个光照度计201检测到的光照度值较高；接下来，通过嵌入式MCU推动伸缩杆203伸缩，从而改变光照度计组合盘202向检测结果较高的位置倾斜，之后，各个光照度计201再次进行检测，并根据检测结果调整光照度计组合盘202的方向，上述过程不断反复，使得光照度计组20可以确定当前最强阳光照射角度，并将此时刻的倾斜角度的数据记录入嵌入式MCU中(实际上，记录的是光照度计组20的各个伸缩杆203的升降数值大小)，例如，可以记录在嵌入式MCU的EEPROM中，嵌入式MCU的EEPROM是可掉电不丢失数据，上电可擦写数据的闪存。
嵌入式MCU可设定按照一定的时间间隔(例如每10秒或至每10分钟)遍寻光照度计组20中各个光照度计201的数据，并调整伸缩杆203的高度，从而达到最佳的光照度值，并记录此变化角度数据，并以此实时指导种植平台的周天仰角变化，即种植平台的倾斜仰角与光照度计组20的平面倾斜仰角相同，保持一致。
仍然参考图2，多层支架10的每一层支架内都设置有反光器16和补光照明光源15，补光照明光源15可以安装在反光器16上。
补光照明光源15包括但不限于涂覆植物生长用荧光粉的荧光灯、无极灯或可发出利于植物生长光谱的LED或高压钠灯。
在光照度计组20无论选择何种角度接收日光光照，均无法达到植物所设定的光照度需求值的情况下，例如阴天、太阳夕阳等情况但并不限于此，此时种植平台11仍推移至多层支架10外以接收弱于要求值的日光照度值。但由于日光光照度不足，故可开启多层支架10内的补光照明光源15，同时通过适度自动化倾斜多层支架10内安装的反光器16，从而改变补光照明光源15的补光角度，使得补光照明光源15的光线刚好可直射到种植平台11的平面上。
在日光光照度不足需开启补光照明光源15后，如果通过光照度计组20发现组合光照(包括阳光和补光照明光源15发出的光线)超过植物生长的饱和光照度值时，可通过调光的方式降低补光照明光源15的功率，以保证组合光照度值刚好达到植物生长需求。补光照明光源15的调光方式包括PWM调光或线性电压模拟调光等，但不限于此。
在日光光照度不足，需开启补光照明光源15时，补光照明光源15对应的反光器16侧向旋转以调节光线方向。反光器16的旋转可以通过旋转电机扭动完成，其旋转角度可通过嵌入式MCU进行设定。
多层支架10的顶部可以设置有卷帘式半透明透光膜17，卷帘式半透明透光膜17由旋转电机18张开或收回。根据不同植物的需要(例如喜阴植物)，卷帘式半透明透光膜17选择性地由旋转电机18向下张开，透射部分阳光而反射部分阳光，从而对全部或部分种植平台11进行遮挡，在日照过于强烈的季节或天气下能够有效保护各种农作物。卷帘式半透明透光膜17的张开和收回可以通过控制器19自动控制，例如，当检测到的光照度值过强，超出设定的阈值时，将卷帘式半透明透光膜17张开；在其他情况下，将卷帘式半透明透光膜17收回。
在一优选的实施例中，可以预先设定光照时段，在该时段内，需要通过阳光或者补光照明光源15中的一个或者二者的组合提供光线。在该光照时段内预设的末尾时段，也就是临近光照时段结束的一段时间内，可以选择性地采用调光方式，逐渐调低补光照明光源15的照明功率，直至完全关闭，从而逐渐交底照射到作物上的光照度值，使作物逐渐处于无光照的休息状态。
以上所述的推动导轨12、推动电机13、伸缩承重杆14、补光照明光源15、反光器16、卷帘式半透明透光膜17等设备，均通过控制器19的控制完成。控制器19可选择自设定程序闭路运行(需提前设定好需种植作物所需的光照度需求值、饱和光照度值、光照时段等)；也可通过wifi通信达到开路通信的方式，与主服务器的中心软件交互通信数据，达到智能设定的方式。
进一步而言，控制器19的所需的控制参数，例如光照时段、光照度需求值等可以采用程序算法进行硬件控制，首先定义好每一种硬件设备所需的嵌入式MCU的GPIO电路，同时通过程序段单独对每个动作可以实施自由响应(无需其他任何限制条件)，并设定每种响应所能达到的最大限值(例如，推动电机13的最快推动速度、种植平台11所能倾斜的最大偏角等)。在此基础上，再进一步通过自动控制满足植物生长的综合光照强度、光照时间，或采用外接通信wifi设备通过中心软件的通信下达控制命令。
可选地，该种植***可选择嵌入式MCU的内嵌算法进行自动控制，例如，根据选定的植物种类，得到其所需的综合光照强度和光照时间，先追踪日光光照，再判断是否在日光环境下的补光或日光减弱处理(张开卷帘式半透明透光膜)，再确定日光时间、光照时间，推动导轨内收回时间、夜间补光时间，夜间渐变并熄灭(调光)时间等等。
可选地，该种植***可选择嵌入式MCU通过wifi通信链路与远程服务器中心软件的通信作为指示命令加以控制，完成上述各种参数的设定以及操作，诸如所需的综合光照强度和光照时间，先追踪日光光照，再判断是否日光环境下的补光或日光减弱处理(张开卷帘式半透明透光膜)，再确定日光时间、光照时间，推动导轨内收回时间、夜间补光时间，夜间渐变并熄灭(调光)时间等等。
示例性地，下面对参考一实例对本实施例的种植***进行介绍。首先，多层支架10可以是三层角钢层架，总高度为1.75m，每层高度0.5m，宽度0.5m，长度1.2m，角钢1.8mm厚度。每层放置种植箱体2个，该种植箱体长0.5m，宽0.38m，高0.13m，箱体内泥土土壤高度0.1m，单个箱体满含泥土重量约为8KG。
推动电机13的推动速度为3cm/s，最底层的推动移出距离为0.7m，中间层的推动移出距离为0.5m，最顶层的推动移出距离为0.3m。因日照并非垂直于天宇正上方，即并非日光光线是垂直俯视照射种植平面，而是有一定偏南方向的倾斜，所以，以上移出推动导轨的距离从俯视来看，每层之间并非完全无遮挡，而是有一定的遮挡，但每层之间并不影响光线实际照射。
每一种植箱体的单个伸缩承重杆14的提升最大高度为3cm，侧倾斜角度最大为45°，每个种植箱体均可在图2示意的平面内倾斜角度，也可在垂直于图2示意的平面内倾斜角度，也可由4根伸缩承重杆组合侧倾斜角度。
光照度计组20采用4根伸缩杆组合侧倾斜角度，伸缩杆的提升最大高度为3cm，侧倾斜角度最大为45°。光照度计组20可以包括2行3排共6个光照度计，其接受照度值在20Lux-200000Lux之间，灵敏度高响应速率快，可将光照度数值自动变换为0-5V数据提供给控制器19。
补光照明光源15可以采用120W矩形无极灯植物照明光谱进行补光照明，植物灯光谱为红蓝两种组合连续光谱，峰值分别在660nm(宽度580nm-720nm)，和440nm(宽度380nm-480nm)；每层层架上可以安装2盏补光照明光源15，每个正对于种植箱体的对角线中心。补光照明光源15可以采用PWM调光模式，调光功率可以为30％至100％。
反光器16可以采用镜面铝材，表面反光效率为95％左右；其侧向扭转角度以旋转电机带动，最大旋转角度可以为45°，即其中心轴可在图2示意的平面内旋转45°，以进行旋转发射光束补光。
卷帘式半透明透光膜17可以采用常规的聚酯薄膜材料，光照透射率在20％-80％之间；其缠绕固定于层架最顶端，采用卷帘设计，可以直接电动按照导轨下拉，正好锁入每个推出层架的推动导轨12最外边沿的锁扣之中，形成倾斜的遮光面。
控制器19为嵌入式MCU，采用AVR Mega16单片机及其***电路配套而成，其提供包括：检测光照度计组20的6个ADC输入GPIO口，每个对应一个光照度计；1组共4个GPIO输出口，接小型继电器，对光照度计组20的4个伸缩杆进行推动；3组GPIO输出口，每组8个，这8个GPIO输出口接小型继电器，对每层的2个种植箱体的伸缩承重杆进行推动，而这8个GPIO输出口对应哪一个层架，则是由另外3个GPIO输出口控制的开关选择电路进行选择完成的。补光照明光源15和反光器16的旋转电机以及卷帘式半透明透光薄膜17的旋转电机18也通过嵌入式MCU的GPIO输出口进行控制。
该嵌入式MCU可以通过Wifi等通信接口，接收中心软件发送的控制指令以及回传相应数据，从而可以通过中心软件对嵌入式MCU的内部参数以及操作进行控制。该中心软件可以包括手机APP软件、电脑程控软件、自动控制软件等，但不限于此。
或者，该嵌入是MCU也可以通过内部硬件设定，按照图4所示的流程进行自动化传感检测和控制。
在401处，嵌入式MCU初始化，包括：初始化日期、时间；初始化层架型号、电机数量、型号；设备上电开启。
在402处，嵌入式MCU计算是否到达日升时间。如果否的话，则继续判断。
如果已经到达日升时间，则前进至403和413。
在403处，判断光照度计组是否检测到日光达到标准的照度(LUX)要求。如果未达到，则转向404，判断光照度计组实时检测日光LUX值是否达到最小要求，如果否，则前进至405和409，直接开启补光照明，直接开启补光照明，补光反光器倾斜照射，补光调光状态由光照度计组测定。之后进一步前进至412。如果404的判断结果为是，则前进至406。
如果403的判断结构为是，则前进至406，每层箱体按照设定的移出距离移出层架。
在407处，光照度计组追踪最强阳光照射角度。
在408处，倾斜种植箱体，使其倾角追踪最大日照。
在410处，嵌入式MCU计算是否已经达到日落时间。如果未到，则继续判断。
如果401处的判断结果为是，则前进至415和411。
在411处，开启补光照明，反光器倾斜补光。
在412处，进入夜间补光模式，最终调光功率下降，使得补光照明光源关闭。
在413处，光照度计组实时检测日光照度(LUX)值是否超出植物需求。如果超出，则前进至414。
在414处，开启半透明透光膜，降低光照强度。
在415处，关闭半透明透光膜。
需要说明的是，上述具体方案仅仅是本实施例的种植***的一个优选方案，本发明的种植***并不限于此，而应当以权利要求书为准。
参考图5，图5示出了本实施例的种植***在第一场景下的状态，在第一场景下，阳光本身的强度足够而且不至于过高。在控制器19的控制下，推动电机13驱动推动导轨12将每一层的种植平台11推出多层支架10，并且每一层的推出距离从上到下逐渐增大，以防止遮挡。补光照明光源15关闭，反光器16处于初始位置。光照度计组对最强阳光照射角度进行追踪，并将结果反馈至控制器19，控制器19根据反馈结果对伸缩承重杆14进行伸缩调节，以使得种植平台11的倾斜仰角与最强阳光照射角度保持一致。
参考图6，图6示出了本实施例的种植***在第二场景下的状态，在第二场景下，阳光本身的强度不足，低于植物的光照度需求值。在控制器19的控制下，推动电机13驱动推动导轨12将每一层的种植平台11推出多层支架10，并且每一层的推出距离从上到下逐渐增大，以防止遮挡。补光照明光源15开启，反光器16倾斜，以使得补光照明光源15的光线直射种植平台11。光照度计组对最强阳光照射角度进行追踪，并将结果反馈至控制器19，控制器19根据反馈结果对伸缩承重杆14进行伸缩调节，以使得种植平台11的倾斜仰角与最强阳光照射角度始终保持一致。
参考图7，图7示出了本实施例的种植***在第三场景下的状态，在第三场景下，阳光本身的强度过高，高于设定的阈值。此时，种植***的状态与图5所示基本相同，主要区别在于，旋转电机18驱动卷帘式半透明透光膜17张开，将全部种植平台11遮挡在内，以削弱光线。每一推动导轨12的外边沿设置有锁扣21，张开的卷帘式半透明透光膜17被各个锁扣21锁定，从而形成倾斜的遮光面。
参考图8，图8示出了本实施例的种植***的控制器19与伸缩承重杆14之间的连接结构。控制器19的多个GPIO输出端1.0～1.7连接至开关选择电路22，开关选择电路22可以选择控制对应哪一层的伸缩承重杆14。开关选择电路22的控制端可以连接至控制器19的另一组GPIO输出端2.1～2.2。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于日光追踪式的智能光照立体种植***，其特征在于，包括：
多层支架，其中每一层支架上设置有推动导轨，所述推动导轨上设置有一个或多个种植平台，所述推动导轨用于将所述种植平台推出所述多层支架或收回，并且每一层支架上的推动导轨推出所述多层支架的距离不同；
多个伸缩承重杆，安装在每一种植平台上，用于调节所述种植平台的倾斜仰角；
光照度计组，包含多个光照度计；
与所述推动导轨、伸缩承重杆和光照度计组相连的控制器，用于控制所述光照度计组追踪最强阳光照射角度并驱动所述伸缩承重杆伸缩，以使所述种植平台的倾斜仰角与所述最强阳光照射角度一致。
2.根据权利要求1所述的智能光照立体种植***，其特征在于，所述光照度计组还包括：
光照度计组合盘，该光照度计组合盘具有曲面，所述多个光照度计设置在所述曲面的不同位置处；
支撑所述光照度计组合盘的多个伸缩杆，在所述控制器的驱动下调节所述光照度计组合盘的倾斜仰角，以使所述光照度计组合盘朝向具有最强照度检测结果的光照度计所处的位置倾斜。
3.根据权利要求1所述的智能光照立体种植***，其特征在于，还包括：
多个补光照明光源，设置在所述多层支架的每一层支架内，所述控制器根据所述光照度计组的照度检测结果控制所述补光照明光源的开启、关闭以及照明功率。
4.根据权利要求3所述的智能光照立体种植***，其特征在于，还包括：
反光器，所述补光照明光源安装在所述反光器上，所述反光器在所述控制器的控制下改变倾斜角度，以使所述补光照明光源的光线直射至所述种植平台。
5.根据权利要求3所述的智能光照立体种植***，其特征在于，在预设的光照时段，如果所述光照度计组检测到的最强照度检测结果低于预设的光照度需求值，则所述控制器控制所述补光照明光源开启；所述光照时段包含预设的末尾时段，在所述末尾时段，所述控制器控制所述补光照明光源的照明功率逐渐降低直至关闭。
6.根据权利要求5所述的智能光照立体种植***，其特征在于，所述补光照明光源开启时，如果所述光照度计组检测到的最强照度检测结果高于预设的饱和光照度值，则所述控制器调低所述补光照明光源的照明功率，以使所述光照度计组检测到的最强照度检测结果不超过所述饱和光照度值。
7.根据权利要求6所述的智能光照立体种植***，其特征在于，所述光照时段、末尾时段、光照度需求值以及饱和光照度值预先存储在所述控制器内。
8.根据权利要求6所述的智能光照立体种植***，其特征在于，所述控制器具有外部通信接口，所述外部通信接口接收外部指令以设定所述光照时段、末尾时段、光照度需求值以及饱和光照度值。
9.根据权利要求1所述的智能光照立体种植***，其特征在于，还包括：
卷帘式半透明透光膜，设置在所述多层支架的顶部；
与所述控制器相连的旋转电机，在所述控制器的控制下驱动所述卷帘式半透明透光膜张开或者卷回。
10.根据权利要求9所述的智能光照立体种植***，其特征在于，每一推动导轨的外边沿设置有锁扣，该锁扣用于锁定张开的卷帘式半透明透光膜，以形成倾斜的遮光面。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105163471A (zh) * 2015-10-29 2015-12-16 横店集团得邦照明股份有限公司 一种基于红蓝光亮度可调的led植物光源***
CN106386120A (zh) * 2016-09-05 2017-02-15 深圳市双赢伟业科技股份有限公司 农业互联垂直种植方法
CN106483981A (zh) * 2016-09-20 2017-03-08 江苏云耕科技有限公司 一种植物墙光照控制***
CN107223468A (zh) * 2017-06-21 2017-10-03 柳州凡科技有限公司 一种用于草莓种植的墙式栽培装置
CN107494029A (zh) * 2017-09-30 2017-12-22 宁波神乙草生物科技有限公司 一种铁皮石斛种植装置
CN107743800A (zh) * 2017-10-31 2018-03-02 贵州省务川县锦祥林生态农业有限公司 一种蔬菜种植架
CN107896749A (zh) * 2017-12-18 2018-04-13 上海泽泉科技股份有限公司 一种活动式培养床
CN108522241A (zh) * 2018-06-22 2018-09-14 福建农林大学 一种基于arduino可调节自动添加营养液可循环设施
CN108811968A (zh) * 2018-06-28 2018-11-16 贵州省德均农特产品开发有限公司 天麻箱式种植装置及其用于种植天麻的方法
CN109362400A (zh) * 2018-11-01 2019-02-22 苏州工业园区园林绿化工程有限公司 智能感应式城市立体植物墙
CN109479559A (zh) * 2018-11-07 2019-03-19 郭鹏 一种智能种植梯形台
WO2019148862A1 (zh) * 2018-01-30 2019-08-08 京东方科技集团股份有限公司 植物种植装置以及植物种植方法
CN110135321A (zh) * 2019-05-09 2019-08-16 北京众安智能科技有限公司 一种适用于室外人脸识别的装置及方法
TWI676415B (zh) * 2018-10-04 2019-11-11 亓健源 一種垂直立體種植蔬果自動補光的方法
CN111034491A (zh) * 2019-12-30 2020-04-21 佛山市顺德区新顺诚建筑工程有限公司 一种绿色建筑的屋顶绿化***
CN112164291A (zh) * 2020-08-27 2021-01-01 浙江水利水电学院 一种用于学科交融***的情感体验装置
CN113421408A (zh) * 2021-06-30 2021-09-21 浙江汇鼎华链科技有限公司 一种基于大数据的农业信息监控***及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001064844A1 (en) * 2000-03-01 2001-09-07 Clemson University Intermittent immersion vessel apparatus and process for plant propagation
CN201194490Y (zh) * 2008-05-09 2009-02-18 上海市宝山区祁连镇中心校 用于阴阳种植实验田的旋转活动架
CN202285666U (zh) * 2011-10-09 2012-07-04 南通天华和睿科技创业有限公司 伞形旋转式太阳能立体栽培装置
CN102640694A (zh) * 2012-04-12 2012-08-22 广州市卓骊农业科技有限公司 一种可活动式无土栽培种植***
CN204350720U (zh) * 2014-11-24 2015-05-27 上海宏源照明电器有限公司 基于日光追踪式的智能光照立体种植***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001064844A1 (en) * 2000-03-01 2001-09-07 Clemson University Intermittent immersion vessel apparatus and process for plant propagation
CN201194490Y (zh) * 2008-05-09 2009-02-18 上海市宝山区祁连镇中心校 用于阴阳种植实验田的旋转活动架
CN202285666U (zh) * 2011-10-09 2012-07-04 南通天华和睿科技创业有限公司 伞形旋转式太阳能立体栽培装置
CN102640694A (zh) * 2012-04-12 2012-08-22 广州市卓骊农业科技有限公司 一种可活动式无土栽培种植***
CN204350720U (zh) * 2014-11-24 2015-05-27 上海宏源照明电器有限公司 基于日光追踪式的智能光照立体种植***

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105163471A (zh) * 2015-10-29 2015-12-16 横店集团得邦照明股份有限公司 一种基于红蓝光亮度可调的led植物光源***
CN105163471B (zh) * 2015-10-29 2017-09-26 横店集团得邦照明股份有限公司 一种基于红蓝光亮度可调的led植物光源***
CN106386120A (zh) * 2016-09-05 2017-02-15 深圳市双赢伟业科技股份有限公司 农业互联垂直种植方法
CN106483981A (zh) * 2016-09-20 2017-03-08 江苏云耕科技有限公司 一种植物墙光照控制***
CN107223468A (zh) * 2017-06-21 2017-10-03 柳州凡科技有限公司 一种用于草莓种植的墙式栽培装置
CN107494029A (zh) * 2017-09-30 2017-12-22 宁波神乙草生物科技有限公司 一种铁皮石斛种植装置
CN107743800A (zh) * 2017-10-31 2018-03-02 贵州省务川县锦祥林生态农业有限公司 一种蔬菜种植架
CN107896749A (zh) * 2017-12-18 2018-04-13 上海泽泉科技股份有限公司 一种活动式培养床
WO2019148862A1 (zh) * 2018-01-30 2019-08-08 京东方科技集团股份有限公司 植物种植装置以及植物种植方法
US11337376B2 (en) 2018-01-30 2022-05-24 Boe Optical Science And Technology Co., Ltd. Plant cultivation device and plant cultivation method
CN108522241A (zh) * 2018-06-22 2018-09-14 福建农林大学 一种基于arduino可调节自动添加营养液可循环设施
CN108522241B (zh) * 2018-06-22 2024-04-16 福建农林大学 一种基于arduino可调节自动添加营养液可循环设施
CN108811968A (zh) * 2018-06-28 2018-11-16 贵州省德均农特产品开发有限公司 天麻箱式种植装置及其用于种植天麻的方法
TWI676415B (zh) * 2018-10-04 2019-11-11 亓健源 一種垂直立體種植蔬果自動補光的方法
CN109362400A (zh) * 2018-11-01 2019-02-22 苏州工业园区园林绿化工程有限公司 智能感应式城市立体植物墙
CN109479559B (zh) * 2018-11-07 2021-01-15 郭鹏 一种智能种植梯形台
CN109479559A (zh) * 2018-11-07 2019-03-19 郭鹏 一种智能种植梯形台
CN110135321A (zh) * 2019-05-09 2019-08-16 北京众安智能科技有限公司 一种适用于室外人脸识别的装置及方法
CN111034491A (zh) * 2019-12-30 2020-04-21 佛山市顺德区新顺诚建筑工程有限公司 一种绿色建筑的屋顶绿化***
CN112164291A (zh) * 2020-08-27 2021-01-01 浙江水利水电学院 一种用于学科交融***的情感体验装置
CN112164291B (zh) * 2020-08-27 2022-06-17 浙江水利水电学院 一种用于学科交融***的情感体验装置
CN113421408A (zh) * 2021-06-30 2021-09-21 浙江汇鼎华链科技有限公司 一种基于大数据的农业信息监控***及方法
CN113421408B (zh) * 2021-06-30 2021-12-17 浙江汇鼎华链科技有限公司 一种基于大数据的农业信息监控***及方法

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