CN106102219A - 一种自动建立led植物光配方的光照装置及方法 - Google Patents

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古旭奇
许平
李锋
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Abstract

本发明涉及电子技术和生物技术领域，尤其是涉及一种自动建立LED植物光配方的光照装置，其特征在于，包括LED光源、采集传感器组、检测传感器组、可控恒流电源、远程控制端和微机电路；其中，所述可控恒流电源与微机电路连接，所述微机电路接收远程控制端指令，控制可控恒流源；LED光源与可控恒流电源通讯连接；所述采集传感器组和检测传感器组分别与微机电路连接。本发明装置及方法可以自动建立LED植物光配方的光照，可广泛应用于植物光配方建立实验及植物生长照射。

Description

一种自动建立LED植物光配方的光照装置及方法
技术领域
本发明涉及电子技术和生物技术领域，尤其是涉及一种自动建立LED植物光配方的光照装置及方法。
背景技术
在农业生产中，人工光源的应用已有相当长的历史，随着LED技术的快速发展，大功率LED制备技术已日趋成熟，将LED作为光源应用于植物光照具有重大的经济价值。LED具有高光电转换效率、节能环保、使用直流电、体积小、耗能低、波长固定等优点，已成功用于多种植物的栽培试验。但是，不同植物对光质的需求是不一样的，单一的LED光源并不能满足植物的补光需求，这就需要大量的试验来找到相应植物对应的光谱配方。而传统的人工探寻植物光配方的方法存在以下问题：（1）植物种植实验的人力和物力投入非常大；（2）植物种植、环境参数记录及生物参数测量耗时长；（3）环境干扰因素多，实验难以重复，实验结果不可靠；（4）无法同时开展多种植物光配方探寻实验。
发明内容
本发明的目的就是克服上述人工探寻植物光配方的方法的技术问题，提供一种可以自动建立LED植物光配方的光照装置及方法，利用所述的光照装置，采用自动建立LED植物光配方的光照方法，自动建立植物光配方案。
一种自动建立LED植物光配方的光照装置，包括LED光源、采集传感器组、检测传感器组、可控恒流电源、远程控制端和微机电路；其中，所述可控恒流电源与微机电路连接，所述微机电路接收远程控制端指令，控制可控恒流源；LED光源与可控恒流电源通讯连接；所述采集传感器组和检测传感器组分别与微机电路连接。
进一步的，所述LED光源的峰值波长为紫光：380nm±20nm、蓝光：450nm±10nm、红光：660nm±10nm、紫外：370nm±10nm、红外光：720nm±10nm。
进一步的，采集传感器组包括温度传感器和/或亮度传感器和/或湿度传感器和/或二氧化碳浓度传感器和/或培养液电导率传感器和/或培养液含氧量传感器和/或酸碱度数据传感器。
进一步的，检测传感器组包括植物茎叶萎蔫程度传感器和/或失水率传感器和/或褪色传感器和/或光合速率传感器和/或呼吸速率传感器和/或维生素C含量传感器。
进一步的，所述的采集传感器组和检测传感器组与微机电路连接，通过微机电路将采集的环境数据和检测的植物生物指标发送到远程控制端，远程控制端记录下检测到的和采集到的数据。
本发明还提供一种自动建立LED植物光配方的光照方法，采用权利要求1-5任一项所述的自动建立LED植物光配方的光照装置，具体包括以下步骤：
（1）将多个上述的植物光照装置放置于同一植物生长环境下；
（2）同时种植同一种植物；
（3）设定基准光配方方案；
（4）以基准光配方方案为中心，前后扩展基准光配方方案范围，分配到每个植物光照装置中进行种植；
（5）检测并记录每个光照装置的温度、亮度、湿度、二氧化碳浓度、培养液电导率、培养液含氧量、酸碱度、植物茎叶萎蔫程度、失水率、褪色、光合速率、呼吸速率、维生素C含量值；
（6）根据记录到的数据，建立植物生物指标随LED光照条件变化的数据库，通过数据挖掘，自动建立LED植物光配方。
进一步的，所述的步骤（4）中的前后扩展基准光配方方案范围，为基准光配方中的每一种LED光源的光合作用光子通量密度前后按N×2μmol·m-2·s-1调整M次，交叉组成多种光配方方案；其中，N为1到10中的任何一个整数，M为1到20中的任何一个整数。
本发明与现有的技术相比具有以下的优点和效果：
1）本发明可以快速、精确的建立植物光配方；
2）本发明可以同时开展多种植物的光配方研究；
3）本发明建立的植物光配方可以降低环境参数影响，实验结果可靠；
4）LED光源、采集传感器组、检测传感器组、可控恒流电源、远程控制端和微机电路；可控恒流电源与微机电路连接，微机电路接收远程控制端指令，控制可控恒流源；LED光源与可控恒流电源连接。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
图1为本发明的结构示意图。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
图注说明：
1）LED光源；2）可控恒流电源；3）微机电路；4）采集传感器组；5）检测传感器组。
本发明一种全自动植物光照装置的较佳实施例，但本发明的实施方式不限于此。
该例中，通过本发明所述的一种自动建立LED植物光配方的光照装置及方法，建立生菜种植期的光配方。
实施例1
如图1所示，一种自动建立LED植物光配方的光照装置，包括LED光源、采集传感器组、检测传感器组、可控恒流电源、远程控制端和微机电路；其中，所述可控恒流电源与微机电路连接，所述微机电路接收远程控制端指令，控制可控恒流源；LED光源与可控恒流电源通讯连接；所述采集传感器组和检测传感器组分别与微机电路连接，通过微机电路将采集的环境数据和检测的植物生物指标发送到远程控制端，可以根据远程控制端指令精确调节装置内部的光环境，远程控制端记录下检测到的和采集到的数据。，通过采集传感器组、检测传感器组分别测量装置内部的环境参数和检测植物生长的生物指标变化情况。
LED光源的峰值波长为紫光：380nm±20nm、蓝光：450nm±10nm、红光：660nm±10nm、紫外：370nm±10nm、红外光：720nm±10nm。采集传感器组包括温度传感器、亮度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器、培养液电导率传感器、培养液含氧量传感器、酸碱度数据传感器。检测传感器组包括植物茎叶萎蔫程度传感器、失水率传感器、褪色传感器、光合速率传感器、呼吸速率传感器、维生素C含量传感器。
实施例2
一种自动建立LED植物光配方的光照方法，采用实施例1所述的自动建立LED植物光配方的光照装置，具体包括以下步骤：
（1）选取20个光照装置，放置于同一实验环境下；
（2）在20个光照装置中，种植同一批发芽的生菜苗；
（3）采用传统经验光配方方案或自然环境的光配方方案，基准光配方方案的选取有利于减少自动建立植物光配方实验次数，但不影响植物光配方建立的精度；设定基准光配方方案为红光光合作用光子通量密度为100μmol·m-2·s-1，蓝光光合作用光子通量密度为40μmol·m-2·s-1；
（4）以红光（100μmol·m-2·s-1）和蓝光（40μmol·m-2·s-1）为中心，将红光和蓝光波长组分的光合作用光子通量密度，前后按10μmol·m-2·s-1调整2次，组成20组实验光配方方案：红80-蓝20、红90-蓝20、红100-蓝20、红110-蓝20、红120-蓝20；红80-蓝30、红90-蓝30、红100-蓝30、红110-蓝30、红120-蓝30；红80-蓝40、红90-蓝40、红100-蓝40、红110-蓝40、红120-蓝40；红80-蓝50、红90-蓝50、红100-蓝50、红110-蓝50、红120-蓝50；红80-蓝60、红90-蓝60、红100-蓝60、红110-蓝60、红120-蓝60。实验人员在远程控制端输入20组实验光配方方案，微机电路接收远程控制端指令，控制接连到控恒流源的LED光源，自动将光照装置的LED光源调节至远程控制端输入的实验光配方环境。
（5）光配方建立实验开始。***通过采集传感器组、检测传感器组检测并记录每个光照装置的温度、亮度、湿度、二氧化碳浓度、培养液电导率、培养液含氧量、酸碱度、植物茎叶萎蔫程度、失水率、褪色（叶绿素含量）、光合速率、呼吸速率、维生素C含量值；
（6）根据记录到的数据，建立植物生物指标随LED光照条件变化的数据库，通过数据挖掘，自动建立LED植物光配方。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动建立LED植物光配方的光照装置，其特征在于，包括LED光源、采集传感器组、检测传感器组、可控恒流电源、远程控制端和微机电路；其中，所述可控恒流电源与微机电路连接，所述微机电路接收远程控制端指令，控制可控恒流源；LED光源与可控恒流电源通讯连接；所述采集传感器组和检测传感器组分别与微机电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动建立LED植物光配方的光照装置,其特征在于：所述LED光源的峰值波长为紫光：380nm±20nm、蓝光：450nm±10nm、红光：660nm±10nm、紫外：370nm±10nm、红外光：720nm±10nm。
3.根据权利要求1所述的一种自动建立LED植物光配方的光照装置，其特征在于：采集传感器组包括温度传感器和/或亮度传感器和/或湿度传感器和/或二氧化碳浓度传感器和/或培养液电导率传感器和/或培养液含氧量传感器和/或酸碱度数据传感器。
4.根据权利要求1所述的一种自动建立LED植物光配方的光照装置，其特征在于：检测传感器组包括植物茎叶萎蔫程度传感器和/或失水率传感器和/或褪色传感器和/或光合速率传感器和/或呼吸速率传感器和/或维生素C含量传感器。
5.根据权利要求1所述的一种自动建立LED植物光配方的光照装置,其特征在于：所述的采集传感器组和检测传感器组与微机电路连接，通过微机电路将采集的环境数据和检测的植物生物指标发送到远程控制端，远程控制端记录下检测到的和采集到的数据。
6.一种自动建立LED植物光配方的光照方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的自动建立LED植物光配方的光照装置，具体包括以下步骤：
（1）将多个上述的植物光照装置放置于同一植物生长环境下；
（2）同时种植同一种植物；
（3）设定基准光配方方案；
（4）以基准光配方方案为中心，前后扩展基准光配方方案范围，分配到每个植物光照装置中进行种植；
（5）检测并记录每个光照装置的温度、亮度、湿度、二氧化碳浓度、培养液电导率、培养液含氧量、酸碱度、植物茎叶萎蔫程度、失水率、褪色、光合速率、呼吸速率、维生素C含量值；
（6）根据记录到的数据，建立植物生物指标随LED光照条件变化的数据库，通过数据挖掘，自动建立LED植物光配方。
7.根据权利要求6所述的一种自动建立LED植物光配方的光照方法，其特征在于：所述的步骤（4）中的前后扩展基准光配方方案范围，为基准光配方中的每一种LED光源的光合作用光子通量密度前后按N×2μmol·m-2·s-1调整M次，交叉组成多种光配方方案；其中，N为1到10中的任何一个整数，M为1到20中的任何一个整数。
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