CN106472135A - 基于低压恒压供电的植物补光智能控制***及补光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***及补光方法,至少包括:位于植物上方的多盏LED灯;LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。通过采用上述技术方案,当植物光照不足时,通过LED灯对植物进行光照补充,满足植物正常生长的光照需求;通过升降机构控制LED灯与植物之间的距离,进而提高光照利用率,减少光源的损耗,与传统的高压钠灯相比较,散热量少,同时保证植物生长环境的温度均匀性,故障率低、延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及农业科技技术领域,特别是涉及一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***及补光方法。
背景技术
众所周知,光照与作物的生长有密切的关系。最大限度的捕捉光能,充分发挥植物光合作用的潜力,将直接关系到农业生产的效益。近年来由于市场需求的推动,普遍采用温室大棚生产反季节花卉、瓜果、蔬菜等,由于冬春两季日照时间短,作物生长缓慢,产量低,因此急需进行补光;中国北方大部分地处亚洲东部,属温带季风型气候。在冬春季节受西伯利亚冷空气南下的影响,有时由于冷暖气流的交汇融合而形成雨雪。出现少则1—3天的低温寡照,多则7至8天连阴寡照天气。据近50年来北京地区资料统计,这种长期连阴寡照的天气出现几率为20%左右,近10年来为40%,近3年出现2次,为60%以上。这就是说北京冬春连阴寡照灾害呈日趋严重之势,已成为冬春季保护地生产的重大灾害性天气。直接威胁以日光温室为代表的保护地生产,其表现为:
(1)光照强度低于其补偿点时有机物质的消耗多于积累,植株干质量下降,甚至死亡。即使在弱光的条件下植株的生长也表现衰弱、出现徒长现象。
(2)影响开花结果。茄果类、瓜类蔬菜对光照时间与强度都有一定的要求,如西瓜光照时间少于11小时则幼果全部脱落。对光照强度要求中等的蔬菜如豌豆、菜豆、芹菜、萝卜、葱等。对光照强度要求较弱的蔬菜如莴苣、菠菜、茼蒿、姜等这类蔬菜要求光强较低。在北京地区日光温室内生产茄果类蔬菜,即使在晴天情况下,由于有塑料棚幕的削减作用其光照强度也不能达到光饱和点,但可达到光补偿点以上(这也是日光温室生产的茄果类蔬菜味道偏淡的原因)。若在多云和阴天情况下,光照则更显不足,光照强度不够,光照时间又短,达不到补偿点。因而出现光合效率急剧下降,干物质积累迅速减少,病害快速增加的情况,损失已成定局。
(3)对连阴寡照灾害程度的划分,根据研究和生产实践的总结,一般我们将灾害划分为3级。1。轻级:连续3天无日照;或连阴4天中有3天无日照,此时黄瓜、番茄、大椒等疫病、霜霉病开始出现。2。中级:连续4—7天无日照;或日照时数<3h连续7天以上;或1月内出现2次轻级寡照,此时黄瓜、番茄、大椒等病害普遍发生,但通过药剂防治等措施尚可控制。3。重级连续阴天≥8天;或日照时数<3h连续10天以上;或1月内出现2次中级寡照,此时已10%一20%病害难以控制,大部出现减产,并继续发展。
因此,近年来,植物补光技术得到了快速的发展,目前,传统的补光主要采用的是高压钠灯;这种高压钠灯在一定程度上满足了植物补光的需求,但是实践发现,其存在如下的缺陷:一、由于高压钠灯功率大,散热比较多,因此需要设置在距离植物比较远的地方,这样一方面增加了光能的浪费,另外一方面也使得大棚内的温度不均匀,靠近高压钠灯的位置温度高,反之温度低;二、由于高压钠灯发出的光为全光谱,但是在实际种植过程中,每种植物对光谱的需求是不尽相同的,因此这样进一步浪费了大量的光能,降低了光能的利用率;三、高压钠灯的发热大,因此寿命短,同时故障率高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***及补光方法,该基于低压恒压供电的植物补光智能控制***用于对植物的补光及补光方法,保证植物的正常光照需要,使得植物能够正常生长。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,至少包括:
位于植物上方的多盏LED灯;所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;
用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;
用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。
进一步:还包括用于检测光照强度的光强传感器;所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接。
更进一步:在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。
更进一步:所述带通滤光片包括:光波长度范围是640~780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm~505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm~570nm的绿光带通滤光片;所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器;所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处,所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处;所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。
更进一步:还包括用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器;所述距离传感器安装在LED灯上。
更进一步:所述升降机构包括:用于悬挂LED灯的固定杆(2);在所述固定杆(2)上固定有转向滑轮(5),在所述转向滑轮(5)上设置有绳索,所述绳索的一端与LED灯固定连接;所述绳索的另一端与绕绳轮连接;所述绕绳轮安装于电机的输出轴上。
更进一步:在所述POE低压恒压供电设备与LED灯之间还设置有时控开关。
一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***的补光方法,其特征在于:至少包括如下步骤:
步骤101、通过距离传感器采集LED灯与植物上表面之间的距离,当检测距离位于正常范围时,则执行步骤102,否则通过升降机构调整LED灯的高度;
步骤102、通过第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器对植物生长环境中的光照强度进行采集,并将采集的光强信息发送给控制器,控制器将接收到的光强信息与参考信息进行比较,当检测光强处于正常范围内时,则保持LED灯的工作状态,当检测光强高于阈值范围,则关闭或者是降低相应颜色的LED灯光照强度;当检测光强低于阈值范围,则打开或者是增加相应颜色的LED灯光照强度。
本发明具有的优点和积极效果是:
通过采用上述技术方案,当植物光照不足时,能够通过LED灯对植物进行光照补充,满足植物正常生长的光照需求;通过升降机构控制LED灯与植物之间的距离,进而提高光照利用率,减少光源的损耗,与传统的高压钠灯相比较,散热量少,保证植物生长环境的温度均匀性;通过采用光照传感器和带通滤光片,能够针对不同的植物进行特定光谱的光照补充,进一步提高光照的利用率,通过采用时控开关,满足光照的时间间隔性需求,保证植物健康茁壮成长;与传统的高压钠灯相比较,本发明还具有安全系数高,使用寿命长,接线端子处防潮的优点。
与传统的LED灯供电方式相比较,由于传统的LED灯供电采用的是恒流源,电源封装与灯体内,为了防止因潮湿导致接口锈蚀损坏的技术问题;传统的技术是将电源和灯体封装于一体,但是这样会因为通风不好导致不便于散热,从而导致电源及LED灯珠因受热而损坏,寿命降低;而本发明采用的是恒压供电,此时电源和灯体分离设置,这样即可防止因潮湿导致接口锈蚀损坏的技术问题;同时也不存在封装的问题;
由于本发明中采用的是POE低压恒压供电设备,因此在***中可以不用POE交换机。植物补光主要包括三个方面:1、光照强度;可通过LED灯的调节进而调照度本身;还可以调整照射距离。2、光照时间:本发明可以随时控制。3、光照波长:可以用红、蓝、绿自由组合控制。
附图说明
图1是本发明优选实施例第一优选实施例的结构图;
图2是本发明优选实施例第二优选实施例的结构图;
图3是本发明优选实施例第三优选实施例的结构图;
图4是本发明优选实施例第四优选实施例的结构图。
图5是本发明优选实施例中升降机构的结构图。
其中:1、支撑架;2、固定杆;3、盆栽植物;4、LED灯;5、转向滑轮;6、固定滑轮。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效,兹例举以下实施例,并配合附图详细说明如下:
请参阅图1,一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,包括:
位于植物上方的多盏LED灯;所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;
用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;
用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内;
本优选实施例的工作原理为:首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离,一般情况下,LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右;随后根据植物对光照的需求,开启特定光谱的LED灯,进而对植物进行补光。
请参阅图2,一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,包括:
位于植物上方的多盏LED灯;所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;
用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;
用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接;一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内;
用于检测光照强度的光强传感器;所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接。
为了进一步提高光谱的利用率:在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。
所述带通滤光片包括:光波长度范围是640~780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm~505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm~570nm的绿光带通滤光片;所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器;所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处,所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处;所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。
本优选实施例的工作原理为:首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离,一般情况下,LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右;随后根据第一光强传感器和第二光强传感器的检测数据,结合不同植物对光谱的需求,开启特定光谱的LED灯,进而对植物进行补光。
请参阅图3,一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,包括:
位于植物上方的多盏LED灯;所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;
用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;
用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接;一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内;
用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器;所述距离传感器安装在LED灯上;
本优选实施例的工作原理为:首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离,一般情况下,LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右;随后根据第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器的检测数据,结合不同植物对光谱的需求,开启特定光谱的LED灯,进而对植物进行补光。植物在生长的过程中,LED灯与植物上表面之间的距离不断减少,此时距离传感器将检测信息发送给控制器,当检测距离缩小至安全距离以内时,则通知工作人员及时启动升降机构,进而对LED灯的高度进行调节。
一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***的补光方法,包括如下步骤:
步骤101、通过距离传感器采集LED灯与植物上表面之间的距离,当检测距离位于正常范围时,则执行步骤102,否则通过升降机构调整LED灯的高度;
步骤102、通过第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器对植物生长环境中的光照强度进行采集,并将采集的光强信息发送给控制器,控制器将接收到的光强信息与参考信息进行比较,当检测光强处于正常范围内时,则保持LED灯的工作状态,当检测光强高于阈值范围,则关闭或者是降低相应颜色的LED灯光照强度;当检测光强低于阈值范围,则打开或者是增加相应颜色的LED灯光照强度。
请参阅图4,一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,包括:
位于植物上方的多盏LED灯;所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;
用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;
用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接;一般POE低压恒压供电设备可以安装于大棚外或者是监控室内;
用于检测光照强度的光强传感器;所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接;
用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器;所述距离传感器安装在LED灯上;
为了进一步提高光谱的利用率:在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。
所述带通滤光片包括:光波长度范围是640~780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm~505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm~570nm的绿光带通滤光片;所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器;所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处,所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处;所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。
本优选实施例的工作原理为:首先通过升降机构调整LED与植物表面之间的距离,一般情况下,LED灯与植物上表面之间的距离保持在15cm左右;随后根据第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器的检测数据,结合不同植物对光谱的需求,开启特定光谱的LED灯,进而对植物进行补光。当检测距离缩小至安全距离以内时,则通知工作人员及时启动升降机构,进而对LED灯的高度进行调节;或者是控制器直接驱动升降机构进行升降动作。
请参阅图5,上述每个优选实施例中的升降机构的实现方式比较多,本优选实施例根据具体的种植环境而设计下列结构:
本优选实施例的植物为盆栽植物,这类盆栽植物3位于层状结构的支撑架1上,该升降机构包括:用于悬挂LED灯4的固定杆2;所述固定杆2位于每层支持板的下方;在所述固定杆2上固定有转向滑轮5,在所述转向滑轮5上设置有绳索,所述绳索的一端与LED灯固定连接;所述绳索的另一端与绕绳轮连接;所述绕绳轮安装于电机的输出轴上。在上述基础上,为了防止绳索缠绕,在每个固定杆2的端部还设置有固定滑轮6,绳索依次经过转向滑轮5、固定滑轮6后与绕绳轮连接。这种控制LED灯升降的方式与控制支撑板升降的方式相比较,能够很好地保证盆栽植物的稳定性,防止盆栽植物掉落。
为了满足植物的正常生长需求,植物的光照需求也不能够过多,因此在上述每个实施例的基础上,在所述POE低压恒压供电设备与LED灯之间还设置有时控开关。这样根据植物不同生长阶段对植物的补光时常进行智能化的控制。保证植物的健康茁壮成长。
在上述多个优选实施例中,POE低压恒压供电设备与多盏LED灯之间组成一个星型网络,这样即可通过POE低压恒压供电设备对每盏LED灯的工作状态进行准确的控制和监控,保证每盏灯均时刻处于正确的工作状态。
以上对本发明的实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:至少包括:
位于植物上方的多盏LED灯;所述LED灯包括红光LED灯、蓝光LED灯、绿光LED以及自然光LED灯;
用于控制LED灯与植物之间距离的升降机构;
用于控制LED灯工作状态的POE低压恒压供电设备;所述POE低压恒压供电设备通过网线与每盏LED灯连接。
2.根据权利要求1所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:还包括用于检测光照强度的光强传感器;所述光强传感器的信号输出端子通过控制器与POE低压恒压供电设备电连接。
3.根据权利要求2所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:在所述光强传感器的感光元件处设置有带通滤光片。
4.根据权利要求3所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:所述带通滤光片包括:光波长度范围是640~780nm的红光带通滤光片、光波长度范围是470nm~505nm的蓝光带通滤光片、光波长度范围是505nm~570nm的绿光带通滤光片;所述光强传感器包括第一光强传感器、第二光强传感器和第三光强传感器;所述红光带通滤光片位于第一光强传感器的感光元件处,所述蓝光带通滤光片位于第二光强传感器的感光元件处;所述绿光带通滤光片位于第三光强传感器的感光元件处。
5.根据权利要求1-4任一项所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:还包括用于检测LED灯与植物之间距离的距离传感器;所述距离传感器安装在LED灯上。
6.根据权利要求5所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:所述升降机构包括:用于悬挂LED灯的固定杆(2);在所述固定杆(2)上固定有转向滑轮(5),在所述转向滑轮(5)上设置有绳索,所述绳索的一端与LED灯固定连接;所述绳索的另一端与绕绳轮连接;所述绕绳轮安装于电机的输出轴上。
7.根据权利要求2所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***,其特征在于:在所述POE低压恒压供电设备与LED灯之间还设置有时控开关。
8.一种基于权利要求4所述基于低压恒压供电的植物补光智能控制***的补光方法,其特征在于:至少包括如下步骤:
步骤101、通过距离传感器采集LED灯与植物上表面之间的距离,当检测距离位于正常范围时,则执行步骤102,否则通过升降机构调整LED灯的高度;
步骤102、通过第一光强传感器、第二光强传感器、第三光强传感器对植物生长环境中的光照强度进行采集,并将采集的光强信息发送给控制器,控制器将接收到的光强信息与参考信息进行比较,当检测光强处于正常范围内时,则保持LED灯的工作状态,当检测光强高于阈值范围,则关闭或者是降低相应颜色的LED灯光照强度;当检测光强低于阈值范围,则打开或者是增加相应颜色的LED灯光照强度。
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