CN109566383A - 改变光照强度的种植设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一些实施例涉及一种改变光照强度的种植设备和方法。该种植设备包括：用于容纳所述植物的容纳装置，和具有多个发光单元的光照装置。发光单元能够发射植物敏感波长的光照，并且可单独地调节发射强度。光照装置和容纳装置相对于彼此至少部分地做旋转运动。另外，多个发光单元随旋转运动而改变发射强度。

Description

改变光照强度的种植设备和方法

技术领域

本发明涉及影响植物生长的方法和植物生长设备或***。

背景技术

在现有技术的影响植物生长的方法中，使用由具有多个LED(发光二极管) 灯的光照装置，这些LED发射植物敏感波长的范围内的光照。另外，现有技术也公开了对应的植物生长装置。例如，在DE202011102688U1中描述了这样的方法和装置。通过引用的方式，本发明将DE202011102688U1的公开结合到本申请中。

虽然人造光源对植物生长有积极的影响，但在植物生长过程中人造光源会造成的大量能源消耗。因此，在改进的技术方案中，当植物被光照时，光照装置和植物相对于彼此至少部分地做旋转运动。这样，在光照装置上只需要设置较少量的发光单元就能够对植物种植的整个范围内进行光照。然而，虽然这种改进方案能够降低能耗，但这种方式也和自然环境下的光照区别较大。尤其是，自然环境下各区域间在同一时间的光照是不均匀的，并且在同一区域在不同时间段的光照也是不均匀的。

因此，存在着需求以进一步改进现有技术的影响植物生长的方法和装置，以改善具有相对旋转的光照装置的种植设备的光照情况，尤其是在节约能耗的同时使得旋转光照装置产生的光照更接近于自然环境中的光照。

发明内容

为了解决现有技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种植物的种植设备。该种植设备包括：容纳装置，其用于容纳所述植物；光照装置，其具有多个发光单元。发光单元能够发射植物敏感波长的光照，并且发光单元可单独地调节发射强度。光照装置和容纳装置相对于彼此至少部分地做旋转运动，并且多个发光单元中的至少一个随旋转运动而改变发射强度。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而随机地改变发射强度。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动而周期地改变发射强度。在一个周期内，光照装置能够转动一圈或多圈。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动的角速度大小而改变发射强度。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动的已转过角度的大小而改变发射强度。

根据本发明的一个实施例，光照装置绕旋转轴转动，并且从旋转轴看去，多个发光单元设置在径向上。

根据本发明的一个实施例，所述光照装置具有至少一个径向部分，并且多个发光单元设置在该至少一个径向部分上。

根据本发明的一个实施例，还包括空气流通装置，用于引起所述植物的摆动。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动时外界环境光的强度而改变发射强度。

根据本发明的另一方面，提供了一种植物的种植方法。该方法包括：使用容纳装置来容纳植物；使用光照装置来为植物提供光照，该光照装置包括多个发光单元，并且多个发光单元能够发射植物敏感波长的光照且可单独地调节发射强度；使得光照装置和容纳装置相对于彼此至少部分地做旋转运动。另外，使得光照装置的多个发光单元中的至少一个随旋转运动而改变发射强度。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动而随机地改变发射强度。或者，多个发光单元中的至少一个随旋转运动而周期地改变发射强度。并且，在一个周期内，光照装置能够转动一圈或多圈。

根据本发明的一个实施例，在植物被照亮时，光照装置和植物相对于彼此至少部分地运动。这意味着，光照装置和/或植物相对于彼此做相对运动，包括旋转运动。光照装置优选在植物上方进行完全的旋转运动。

根据一个实施例，至少部分的旋转运动可以是旋转运动与一个或多个平移运动的叠加。优选地，所述至少部分旋转运动是纯粹的或基本上纯粹的旋转运动。

根据一个优选实施例，所述光照装置具有第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分并不在同一直线上，并且设置在所述第一部分上的发光单元的发射方向不同于设置在所述第二部分上的发光单元的发射方向。

根据一个优选实施例，所述光照装置具有呈直线状延伸的形状，且设置在呈直线状延伸的所述光照装置上的所述多个发光单元具有不同的发射方向。

根据一个优选实施例，所述光照装置绕旋转轴转动，并且从所述旋转轴看去，所述多个发光单元设置在径向上。通过围绕旋转轴线旋转光照装置来进行至少部分的旋转运动。从旋转轴线开始，光照装置具有径向布置的LED灯。优选地，LED 灯沿着多个径向轴径向布置。如果这些径向轴中的两个共线地布置，则是有利的。

根据一个优选实施例，多个发光单元的发射波长的选择取决于所要照射的植物的生长阶段，并且若植物的生长阶段越高，则蓝光的照射量越大，若植物的生长阶段越低，则红光的照射量越大。根据本发明，植物敏感发射波长范围优选为蓝色，绿色，橙色，黄色，红色，红外和/或紫外波长范围。所有这些发射波长范围都能够以不同方式影响植物。光强度可以在0到100％之间变化，也就是说， LED灯可以在完全失效和完全激活之间的范围内调整到任何发射强度。

根据一个优选实施例，种植设备还包括至少一个传感器，光照装置的旋转可以根据传感器的测量值而调整，并且所述至少一个传感器可以是选自如下：温度传感器、湿度传感器、超声传感器、摄像机。

根据一个优选实施例，光照装置在光照周期中照射所植物，并且光照周期包括第一阶段和第二阶段。尤其是，光照在第一阶段逐渐变强，光照在第二阶段逐渐变弱。

本发明的一个实施例涉及在具有第一阶段(开始时段)和第二阶段(结束时段)的照明时段期间照射植物的步骤，其中发射强度在开始时段期间逐步地增加，并且在结束时段期间逐渐地减小。优选地，除了照明时段之外，该方法还包括黑暗时段。在黑暗时期，植物通常不被光照装置照射。然而，取决于植物种类和不断增长的目标，可能会出现黑暗时期的取消。该方法还包括在黑暗时期开始时停用所有LED灯。光照装置的至少部分旋转运动可以在黑暗时段继续。这种运动引起气流。

优选地，发光时段和黑暗时段以交替的顺序设置。例如，根据需要，发光时段可以设置为12至20小时以及黑暗时段4至12小时。

在一个优选实施例中，光照装置以0.25至5.0转/分钟的转速移动。这种转速对于积极影响植物生长是有效的。

当通过不同类型的LED实现不同的发射波长范围时，取决于所需的发射波长范围，不同类型的LED可以单独安装和拆卸。LED可以调整到所需的发射波长范围。优选地，LED灯的发射波长范围根据待照射的相应植物的生长阶段来选择。

在优选实施例中，光束的不同发射波长范围从蓝光，红光，绿光，远红光和/或紫外光的波长范围中选择。例如,蓝色波长可以位于400和499nm的范围内，而红色波长位于600至700nm的范围内。优选地，无论植物生长阶段如何，所有植物都可以用红光发射波长进行照射。优选地，在植物生长的较高阶段被提高计量的蓝色光照射。

在一个优选实施例中，该方法包括使用气流装置来吹拂需要照射的植物。优选地，旋转的光照装置可以是该气流装置的一部分。因此，能源消耗和成本可以进一步降低。或者，也可以使用独立的气流装置。

与没有光照装置和植物至少部分的相对旋转相比，相对旋转能够减少能量消耗。尤其是，与在植物照射期间必须覆盖所有种植区域的静态照明***的LED 灯的数量相比，可以减少LED灯的数量。更进一步地，本发明使得各发光单元的光照强度能够随光照装置的旋转而改变，以此能够在减少能耗的同时使得产生的人造光更接近于自然光。通常认为，自然光更有利于生产出来的植物的品质。

由此，本发明改善具有相对旋转的光照装置的种植设备的性能，即，在减少能耗的同时改善旋转光照装置的光照环境。

附图说明

通过以下结合附图对本发明具体实施方式的描述，可以进一步理解本发明的优点、特点和特征。附图包括：

图1示出了根据本发明一个实施例的植物种植设备；

图2示出了根据本发明一个实施例的植物种植设备；

图3是现有技术的植物种植设备的俯视图；

图4是植物种植设备的侧视图；

图5是光照装置的其中一个发光单元的示意图；及

图6示出了植物种植设备的示意图。

具体实施方式

附图中仅示出了本发明的一些实施例。并且，本领域技术人员应该理解，实现本发明并不要求附图中的所有这些组件，并且可以在不偏离本发明的精神和范围下对这些组件的类型和布置做出改变。

以下将参考附图中所示的实施例来详细描述本发明。为了透彻地描述本发明，以下描述了许多具体的细节。但是，本领域技术人员可以理解的是，在缺少部分或全部这些具体细节的情况下也可以实现本发明。在其他情况下，为了不使本发明的描述过余冗长，没有具体描述公知的内容，包括背景技术提及的现有技术中已经详细说明的步骤和/或结构。另外，尽管结合特定的实施例对本发明进行描述，但应该理解的是，该描述并不旨在将本发明限制于所描述的实施例。相反，该描述旨在覆盖由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的替换、改进和等同方案等。

图3示出了一个实施例的植物种植设备的示意图。更具体地说是，植物种植设备的平面图。植物种植设备包括植物容纳装置1和光照装置2。光照装置2包括多个发光单元21,如LED(发光二极管)灯，其适于发射植物敏感波长的范围内的光照，并且多个发光单元中的每个都具有可单独调节的发射强度。作为一个例子，光照装置具有10个发光单元21。然而，发光单元的数量可以是不同的。光照装置2可围绕旋转轴线A移动，发光单元21围绕旋转轴线A以线性方式径向布置，从而旋转轴线A是线性布置的发光单元21的中心。

植物容纳装置1是盘形的或其它适当形状的。光照装置2和植物容纳装置的形状和尺寸可以是相互适配。光照装置2被布置并且适于在植物容纳装置1的顶部上进行旋转运动。植物(未示出)由植物容纳装置1保持。在操作中，光照装置2在操作期间照射植物(未示出)，并且操作期间具有开始时段和结束时段的发光时段，发光时段使用发光单元发射植物敏感波长的光束LB(未示出)。发光单元21在被激活时发射并且具有可单独调节的发射强度。此外，光照装置2在照明时段期间做旋转运动。

图4是根据一个实施例的植物种植设备的侧视图。植物种植设备包括植物容纳装置1和光照装置2。光照装置2对应于图1的光照装置2。植物容纳装置1 包括多个植物保持元件11。此外，植物容纳装置具有布置在植物容纳装置1的中心的另一旋转轴线A1。光照装置2被布置并适于在植物容纳装置1的顶部上进行旋转运动。或者，植物容纳装置可以绕轴线A1相对于光照装置做旋转运动。可以理解的是，图2中显示的只是便于理解的例子，其它不脱离本发明构思的植物种植设备也在本发明的范围之内。

在操作中，照明设备2(或光照装置2)在具有第一阶段(开始时段)和第二阶段(结束时段)的照明时段期间使用LED灯21发射植物敏感的发射波长范围的光束(未示出)。此外，光照装置2在照明时段期间做旋转运动。在开始阶段期间，LED灯21的发射强度逐渐地增加，并且在结束阶段期间逐渐地减小。

根据本发明的一个优选实施例，光照装置具有至少一个径向部分，多个发光单元设置在至少一个径向部分上。如图2所示的实施例中，包括4个径向部分，其中以4个径向部分中的、水平方向在一直线上的2个径向部分为例，它们的侧视图可以如图3或任何其它适当的形式。另外，可以理解的是，在其它实施例中可以包括更少数目或更多数目的径向部分。设置在这些径向部分上的发光单元照射的光照具有不同的方向。

图5是照明设备(或光照装置)的其中一个发光单元的示意图。光照装置2 的发光单元21(如LED灯)例如具有以例如4×4排布置的十六个LED 211。根据一个实施例，各LED211各自适于发射分别从蓝色、红色、绿色和远红色发射波长中选择的预定发射波长。根据另一实施例，各LED 211具有可调节的波长，例如，可以调节成发射蓝色、红色、绿色或其它波长的光照。

图6是另一个植物种植设备的示意图。特别是，是植物种植设备的侧视图。图6中所示的植物种植设备对应于图4中所示的植物种植设备，但包括布置在植物容纳装置1下方的附加容器3，其适于容纳植物P的植物根部。容器3由植物种植设备控制并且适于向植物根提供植物营养素(未示出)和/或水(未示出)。从而提供了一种(例如)水培植物种植设备。在操作中，照明设备2的LED灯 21发射光束LB，如示意性地照射在植物P上。植物P布置在植物保持设备1的植物保持元件11中。

植物保持元件11是可移动的。相应地，若是需要的话，可以使得植物P在其生长期间从植物容纳装置的中心移动到植物容纳装置1的外边缘12。

图6中还示例性的示出了气流装置4。气流装置4产生空气流动，以吹拂植物。这使得植物种植设备中的小环境更加类似于自然环境。从光照的角度来看，空气的流动也可以避免一个区域的植物长时间地被遮挡的情形。

图6所示出的种植设备还可以包括至少一个传感器23，光照装置的旋转可以根据所述传感器的测量值而调整，并且所述至少一个传感器可以是选自如下：温度传感器、湿度传感器、超声传感器、摄像机。例如，在外界光照较强的情况下，可以使得光照装置的放置速度变小。

根据本发明的一些实施例，通过使得光照装置相对于容纳装置做旋转，从而能够在使得各种植区域都能得到充分光照的情况下减小能耗。典型地，在光照装置相对旋转时，各发光单元的发射强度并不发生变化,这能够为不同种植区域在不同时间段提供比较恒定的光照。然而，这种方式产生的光照也和自然环境下的光照区别较大。尤其是，自然环境下各区域间在同一时间的光照是不均匀的，并且同一区域在不同时间段的光照也是不均匀的。当然，相对旋转的光照装置的不变发射强度也存在着一些其它的缺陷。为此，本发明进行了进一步的改进。

根据本发明的一个实施例的一种植物的种植设备，包括：容纳装置，其用于容纳所述植物；光照装置，其具有多个发光单元，能够发射植物敏感波长的光照并可单独地调节发射强度。光照装置和容纳装置相对于彼此至少部分地做旋转运动，并且多个发光单元随旋转运动而改变发射强度。

根据一个实施例，可以使用如图5的发光单元。光照装置2的发光单元21 (如LED灯)例如具有以例如4×4(或M×N)排布置的4×4(或M×N)个LED 211。光照装置上具有多个这样的发光单元。在光照装置和容纳装置相对于彼此做旋转运动时，至少部分发光单元上的至少部分的LED 211会改变其发射强度。

根据一个实施例，发光单元随旋转运动而改变发射强度的具体方式可以是在生产种植设备时预先设置的。或者，也可以在使用中按照不同的特定场景而进行后期调整。可以使用现有技术中本领域所熟知的方式来预先设置或后期调整改变发射强度的具体方式。

例如，在光照装置上提供控制器，并且通过对控制器来对光照装置的发射强度改变进行控制，例如，通过设置不同的参数。可以理解的是，具体的设置方式 (例如，通过不同的硬件、软件)不对本发明的范围产生限定。

图1示出了根据本发明的一个实施例的种植物设备。该种植设备包括控制器 50以用于在光照装置旋转时控制至少一个发光单元的发射强调随旋转而改变。例如，通过控制器能够将光照装置的发射强度设置成随依据不同的转动参数或其它因素(如角速度、线速度、转过角度、外界环境光等)而改变。可以理解的是，多个发光单元的发射强度的改变可以不是同步的。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个发光单元随旋转运动而随机地改变发射强度。发光单元的发射强度的改变意味着发光单元的至少一个 LED 211发生了改变。如果需要的话，可以为这种发射强度的随机变化设定一个范围，例如，最大发射强度的0％-100％，10％-90％，50-75％等。这种随机变化的范围可以按照具体应用而设定。另外，也可选择不同的随机函数来实现发射强度的随机变化。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动而周期地改变发射强度。这个周期可以与光照装置的旋转周期相同或不同。例如，发光单元的发射强度改变的周期可以等光照装置转动一圈的时间，或多于转动一圈的时间。然而，这里的发射强度改变的周期并不是指一个长时间段，例如，不是指足以区分植物的不同生长阶段的时间段。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动的角速度大小而改变发射强度。角速度或线速度是衡量光照装置旋转的一个重要参数。发光单元的发射强度随角速度的大小而改变，例如，角速度越大发射强度越小，或者相反，即，角速度越大发射强度越大。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动的已转过角度的大小而改变发射强度。需要注意的是，这里转过的角度可以大于360度。例如，随着转动角度的增加，发光单元的发射强度逐步地增加，或者逐步地减少。或者，多个发光单元的发射强度改变不是同步的，即，部分发光单元增加发射强度，而另一部分则减少发光强度。

根据本发明的一个实施例，光照装置绕旋转轴转动，并且从旋转轴看去，多个发光单元设置在径向上。可以理解的是径向上可以设置多排i和多列j的发光单元。例如，共设置i*j个发光单元。

根据本发明的一个实施例，光照装置具有至少一个径向部分，发光单元设置在至少一个径向部分上。然而，设置较多的径向部分使得光照装置的旋转速度可以降低。相反，较少的径向部分可能意味着较大的旋转速度。

根据本发明的一个实施例，至少部分的旋转运动是纯粹的旋转运动或旋转运动与一个或多个平移运动的叠加。这就意味着，光照装置在进行旋转的同时还可以进行前后、左右或其它方向的平移。

根据本发明的一个实施例，种植设备还包括空气流通装置。空气流通装置可以模拟自然界中的风吹，从而用于引起植物的摆动。这可以进一步使得种植的小环境更类似于自然界中的大环境。

根据本发明的一个实施例，多个发光单元中的至少一个随旋转运动时外界环境光的强度而改变发射强度。例如，如果外界环境光比较强，则光照装置的发射强度可以降低；并且，在外界环境光比较弱时，则可以增加光照装置的发射强度。

虽然已详细描述了各种概念，但本领域技术人员可以理解，对于那些概念的各种修改和替代在本发明公开的整体教导的精神下也是可以实现的。

Claims (9)

1.一种植物的种植设备，包括：

容纳装置，其用于容纳所述植物；

光照装置，其具有多个发光单元，所述多个发光单元能够发射植物敏感波长的光照，所述多个发光单元可单独地调节发射强度；

其中，所述光照装置和所述容纳装置相对于彼此至少部分地做旋转运动；及

其中，相对于所述容纳设备至少部分地旋转运动的所述光照装置的所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而改变发射强度。

2.如权利要求1所述的种植设备，其中，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而随机地改变发射强度；或者，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而周期地改变发射强度，并且所述周期内所述光照装置能够转动一圈或多圈。

3.如权利要求1所述的种植设备，其中，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动的角速度大小而改变发射强度；或者，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动的已转过角度的大小而改变发射强度。

4.如权利要求1所述的种植设备，其中，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动时外界环境光的强度而改变发射强度。

5.如权利要求1所述的种植设备，其中，所述光照装置绕旋转轴转动，并且从所述旋转轴看去，所述多个发光单元设置在径向上。

6.如权利要求1所述的种植设备，其中，所述光照装置绕旋转轴转动，并且从所述旋转轴看去，所述多个发光单元设置在径向上，并且所述光照装置包括一个或多个的径向部分，所述多个发光单元设置在所述一个或多个的径向部分上。

7.如权利要求1所述的种植设备，其中，所述至少部分的旋转运动是纯粹的旋转运动或旋转运动与一个或多个平移运动的叠加，和/或所述种植设备所述还包括空气流通装置，用于引起所述植物的摆动。

8.一种植物的种植方法，包括：

使用容纳装置来容纳所述植物；

使用光照装置来为所述植物提供光照，所述光照装置包括多个发光单元，所述多个发光单元能够发射植物敏感波长的光照，所述多个发光单元可单独地调节发射强度；

使得所述光照装置和所述容纳装置相对于彼此至少部分地做旋转运动；及

使得相对于所述容纳设备至少部分地旋转运动的所述光照装置的所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而改变发射强度。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而随机地改变发射强度；或者，所述多个发光单元中的至少一个随所述旋转运动而周期地改变发射强度，并且所述周期内所述光照装置能够转动一圈或多圈。