CN113507758A - 一种适用于温室的led植物照明*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于温室的LED植物照明***，包括多光谱照明灯箱、智能灯箱组管理控制器、自动日光感应器和无线控制智能管理平台。本发明替代了传统的高强度放电HID照明***，提高了植物的光合有效辐射范围，改善了HID照明***光谱曲线方面存在局限性；其照射光谱集中于600‑700nm的红色和400‑500nm的蓝色光谱范围，提高了B叶绿素吸收峰面积，照明灯箱内还配备有色温5500k的LED灯珠，其照射光谱集中于500nm‑600nm的绿色光谱范围，加强了其他植物色素感受器的光合作用，全面促进了温室花卉植物的生长，其无线和高精度的控制平台，高效而节能的管理温室的整个照明***，配合日光感应器，照明***可智能感知应变环境光线变化，最终实现每天自动化的理想化的照明条件。
Description
技术领域
本发明涉及植物照明技术领域，尤其涉及一种适用于温室的LED植物照明***。
背景技术
近十年来，随着科技兴农的推广发展，植物生长的光环境控制照明技术已经引起重视。植物照明技术主要应用于两个方面：
一、在无法提供充足日照的环境中作为植物光合作用的补充照明，以创造植物生长的最佳照明环境，使植物生长最优化；
二、控制光谱光周期和强度，光形态的构建，确保植物响应和根系发育。
由于传统的高强度放电(HID)照明***，包括高压钠和金属卤化物照明***，在为植物的光合有效辐射(PAR)区域提供理想的光谱曲线方面存在局限性。LED植物灯开始大行其道，通过对传统的HID照明***的光谱研究，开发出混合光谱的LED植物照明，光源一般为620-630nm和640-660nm的红光波段，450-460nm和460-470nm的蓝光波段。这些光源都是让植物产生最佳的光合作用，植物得到最佳的生长状态，实验和实际应用都表明，除了给植物在缺光时间里得到补光外，还让植物在生长过程中促进多发侧枝和芽的分化，加快根茎叶生长，加快植物碳水化合物的合成和维生素的合成，缩短了生长周期。
在全球有机食物需求快速增加的情况下，大力发展有机种植是越来越多生产者的机遇，目前的LED植物光照灯虽然给温室生产创造了最佳的光照环境，使得生产最大化。但是还可以从以下几个方面进行优化：对植物生长所需的蓝光和红光的比例精确调整，以达到对植物的高度，形状，大小，颜色，味道和营养；智能无线网络管理满足节能减排的环保生产，网络平台根据所需要的质量和产量，回顾历史数据进行电力分析，通过无线网络管理温室照明***，不断优化电力成本；配置环境感应器测量温室的日光环境，实现整的***的自动调整。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种适用于温室的LED植物照明***。
具体方案如下：
一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：包括多光谱照明灯箱、智能灯箱组管理控制器、自动日光感应器和无线控制智能管理平台。
作为本发明的进一步改进，所述多光谱照明灯箱为长方形条状金属箱体，其内部模块化安装有用于保证运行稳定的铝合金散热翅片，其中，灯组供电电压为5v DC，最大输入功率小于1000W，工作频率为50-60Hz，热功率因素>0.9，热功率<0.7Kw每小时，可防止过高散热造成温室环境温度波动，工业防护等级为IP67，所述多光谱照明灯箱全重不10kg，对整个安装使用环境适应度高，且光照指标满足DLC指标,5-7年无故障运行周期。所述多光谱照明灯箱包含散热底板，所述散热底板为水平设置的矩形板状结构，其顶面配合安装有铝合金散热翅片，顶面前端配合安装有5V直流供电接口，底面依次安装有LED灯光板和透光板，所述LED灯光板和透光板外分别套设有灯板框和透光板固定框，左右两侧对称设置左灯箱罩和右灯箱罩，所述5V直流供电接口的下端配合安装有接口紧固件。
作为本发明的进一步改进，所述多光谱照明灯箱内配备有色温3000k和5000k的双灯区组，分别对应600-700nm的红色PAR和400-500nm的蓝色PAR光谱范围。
作为本发明的进一步改进，所述多光谱照明灯箱内配备有色温5500k的LED灯珠，作为其他植物色素感受器(如紫色，红色)的光合刺激，达到阳光中的全光谱的模拟，驱动温室植物达到最佳的光合生长，在LED照明指标上，每个灯箱的光子通量(PPF)>800umol/s,光合光子效率>2.5umol/J。
作为本发明的进一步改进，所述智能灯箱组管理控制器可直接接入120-240V AC或277-480V AC,并转换为5VDC驱动多个连接灯箱，同时支持USB调试，ETH链接，和Bluetooth接入。配合后台程序实现精准快速，轻松便捷的照明环境的部署和切换。所述智能灯箱组管理控制器包括控制器主体，所述控制器主体的上部设有灯箱挂杆，前侧伸出有220V交流接入插头、5V直流输出插头和ETH网口，后端伸出有5V直流输出插头和Mini USB插头。
作为本发明的进一步改进，所述自动日光感应器即时感应周边环境的温度和日光强度，并配合智能灯箱控制器对光环境的改变对多光谱照明灯箱中的照明做出调整，使整个温室可以自动化的设定作物的理想照明条件。所述自动日光感应器包括两左右对称设置的光感外壳，两光感外壳之间从前往后依次设有透光板、光线透镜和光感底座，所述光线透镜配合安装在带USB通讯口的电路板上。
作为本发明的进一步改进，所述无线控制智能管理平台可直接安装于智能手机、PAD或者电脑，其通过智能灯箱组控制器，使得对精密长时间的照明管理变得可能，快速设置照明区域，实现照明自动化，控制光强、光谱和光周期。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：替代了传统的高强度放电(HID)照明***，提高了植物的光合有效辐射(PAR)范围，改善了HID照明***光谱曲线方面存在局限性；其照射光谱集中于600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的蓝色(PAR)光谱范围，提高了B叶绿素吸收峰面积，促进了温室花卉植物的生长，其无线和高精度的控制平台，高效而节能的管理温室的整个照明***，配合日光感应器，照明***可智能感知应变环境光线变化，最终实现每天自动化的理想化的照明条件。
附图说明
图1为本发明中多光谱照明灯箱的结构示意图。
图2为图1的正视图。
图3为图1中LED灯光板的仰视图。
图4为本发明中智能灯箱组管理控制器的结构示意图。
图5为图4的左视图。
图6为图4的右视图。
图7为本发明中自动日光感应器的中轴线装配图。
图8为本发明的混合植物灯光谱图。
图9为常规植物灯光谱图。
图10为实施例中平均花期对比图。
附图标记列表：
1-5V直流供电接口，3-接口紧固件，2-铝合金散热翅片，4-散热底板，5-右灯箱罩，6-左灯箱罩，7-LED灯光板，8-灯板框，9-透光板，10-透光板固定框，12-控制器主体，13-5V直流输出插头，14-220V交流接入插头，15-Mini USB插头，16-ETH网口，17-光感底座，18-光线透镜，19-带USB通讯口的电路板，20-透光板，21-光感外壳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1～图7所示，一种适用于温室的LED植物照明***，包括多光谱照明灯箱、智能灯箱组管理控制器、自动日光感应器和无线控制智能管理平台，LED灯箱图1产生温室照明的光线，智能灯箱组控制器图4与多光谱照明灯箱连接，光照感受器图7与智能灯箱组管理控制器连接，替代了传统的高强度放电(HID)照明***，提高了植物的光合有效辐射(PAR)范围，改善了HID照明***光谱曲线方面存在局限性；其照射光谱集中于600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的蓝色(PAR)光谱范围，提高了B叶绿素吸收峰面积，促进了温室花卉植物的生长，其无线和高精度的控制平台，高效而节能的管理温室的整个照明***，配合日光感应器，照明***可智能感知应变环境光线变化，最终实现每天自动化的理想化的照明条件。
在本发明中，多光谱照明灯箱为长方形条状金属箱体，其内部模块化安装有用于保证运行稳定的铝合金散热翅片，其中，灯组供电电压为5v DC，最大输入功率小于1000W，工作频率为50-60Hz，热功率因素>0.9，热功率<0.7Kw每小时，可防止过高散热造成温室环境温度波动，工业防护等级为IP67，多光谱LED灯箱全重不到10kg，对整个安装使用环境适应度高，且光照指标满足DLC指标,5-7年无故障运行周期。多光谱照明灯箱配置散热底板4，散热底板4为水平设置的矩形板状结构，其顶面配合安装有铝合金散热翅片2，顶面前端配合安装有5V直流供电接口1，底面依次安装有LED灯光板7和透光板9，LED灯光板7和透光板9外分别套设有灯板框8和透光板固定框10，左右两侧对称设置左灯箱罩6和右灯箱罩5，5V直流供电接口1的下端配合安装有接口紧固件3。
在本发明中，多光谱照明灯箱内配备有色温3000k和5000k的双灯区组，分别对应600-700nm的红色PAR和400-500nm的蓝色PAR光谱范围。
在本发明中，多光谱照明灯箱内配备有色温5500k的LED灯珠，作为其他植物色素感受器(如紫色，红色)的光合刺激，达到阳光中的全光谱的模拟，驱动温室植物达到最佳的光合生长，在LED照明指标上，每个灯箱的光子通量(PPF)>800umol/s,光合光子效率>2.5umol/J。
在本发明中，智能灯箱组管理控制器可直接接入120-240V AC或277-480V AC,并转换为5VDC驱动多个连接灯箱，同时支持USB调试，ETH链接，和Bluetooth接入。配合后台程序实现精准快速，轻松便捷的照明环境的部署和切换。智能灯箱组管理控制器包括控制器主体12，控制器主体12的上部设有灯箱挂杆11，前侧伸出有220V交流接入插头14、5V直流输出插头13和ETH网口16，后端伸出有5V直流输出插头13和Mini USB插头15。
在本发明中，自动日光感应器即时感应周边环境的温度和日光强度，并配合智能灯箱控制器对光环境的改变对多光谱照明灯箱中的照明做出调整，使整个温室可以自动化的设定作物的理想照明条件。自动日光感应器包括两左右对称设置的光感外壳21，两光感外壳21之间从前往后依次设有透光板20、光线透镜18和光感底座17，光线透镜18配合安装在带USB通讯口的电路板19上。
在本发明中，无线控制智能管理平台可直接安装于智能手机、PAD或者电脑，其通过智能灯箱组控制器，使得对精密长时间的照明管理变得可能，快速设置照明区域，实现照明自动化，控制光强、光谱和光周期。
实施例：
花卉植物生长主要分以下几个阶段：春花阶段，光照阶段，光谱阶段。尤其是光谱阶段。植物生长至一定阶段后，光谱成分开始对植物的发育成长起主要作用，在此阶段光谱对植物生长的作用如下：植物对不同光谱的吸收也不同，吸收最多的是600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的蓝色(PAR)光谱范围橙红色光，其次是波长300-400nm的紫色光及紫外线，而对波长500-600nm绿黄色光吸收较少，温室照明植物灯通常为两种光谱形态：连续光谱和非连续光谱。从事了根据多年的园艺照明研究表明为了达到最佳的照射效果，本发明采用非连续光谱的独立LED光源，将LED光的大部分能量集中在红色(600-700nm)和蓝色(400-500nm)PAR范围内可以促进强劲的光合生长，同时在动态调整光谱时可以显著控制生物化学和生物物理过程。此外还在室内应用中加入了足够的绿色光(500nm-600nm)作为辅助色素和光感受器，在温室应用中，充分模拟了阳光这一光谱，使led能够驱动最佳的光合生长，提供强大和多功能的照明解决方案。
经研究发现温室花卉照明***的精确的灯光管理可以让植物在更短的时间内得到充分的发展，但传统的人工机械控制不但效率低下而且成本高昂。如何智能便捷的管理整个温室的照明***控制光谱、光周期和强度，确保植物响应和根系发育健康，是实现整个植物照明***的重要环节。
为了达到对整个温室的有效照明输出，本发明的温室植物光照***还配置了物联网管理模块，其具备ETH、WIFI、Bluetooth的无线通讯接口，可以将日光感应器的数据上传至云端服务器，后台程序会结合收集到的数据完全自动控制温室全部区域光线的所有特性，包括光谱、光周期和强度。这种高精度照明输出使您能够根据作物类型和生长阶段实现特定的照明要求，从而产生您所需要的质量和产量。同时回顾你的电力分析，不断优化你的电力成本。调整蓝光与红光的比例，以影响植物的高度、形状、大小、颜色、味道和营养。后台程序也可作为APP***移动智能终端(任何智能手机,平板电脑,或者笔记本电脑)作为手动现场控制光谱,光周期,和强度对后台程序的调整做局部优化。让您创造最佳的照明环境，使生产最大化。
本实施例应用的花卉植物照明***，其配置的照明灯箱为多灯区的LED灯组，对应光谱为600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的蓝色(PAR)。开启后的光线为粉红色，测量的光谱分布图如图8(常规的植物光谱图参见图9)，由图8所示的光谱图所示，富集了600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的蓝色(PAR)光谱范围，提高了Chi a和Chi B叶绿素吸收峰面积。同时也配置色温5500k波长500-600nm的LED灯珠，与600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的绿色(PAR)的LED灯组可模拟日光的混合光谱，光线为暖白色，为其他植物色素感受器进行补光。以达到阳光中的全光谱的模拟，驱动温室植物达到最佳的光合生长。
本实例提供的花卉植物温室照明***，依托大数据的云端处理服务器，各个灯箱终端模块提供ETH，WIFI，Bluetooth的无线通讯接入，配合灯箱终端的日光感受器，可在后台对整个温室的照明环境全天候监控和对补光进行精确控制，也可为APP***移动智能终端(任何智能手机,平板电脑,或者笔记本电脑)作为手动现场控制光谱,构成一个生态物联网。其中，本实施例选取了喜阴的凤仙花，对整个***后台控制调节照明***已达到理想的光照效果进行了如下实验。
主要实验材料和设计：选择凤仙花作为实验对象，育苗和定植于温室后开始进行由LED生长灯***进行光照管理。所配置LED灯箱富集了7200K的600-700nm的红色(PAR)和400-500nm的蓝色(PAR)LED灯珠。同时也配置色温5500k波长500-600nm的LED灯珠。通过智能日光感受器对环境感知，配合平台对LED灯箱进行控制，达到对温室光照的调整设定。育苗和定植后的载体采用相同的基质。首先分成4个对照组，每组5个样本进行不同LDI的光照补充，直至全部生长期结束，进入花期。随后对相近时间收集的花期样本进行不同波长的灯光配比，和不进行补光组进行对照。固定植株跟踪，移栽后每天观察记录植株生长状况，跟踪每个阶段的周期。根据生长状况定期等量施肥浇水。
实验结果和分析：
依照设定DLI指标对温室内的凤鲜花各个对照组进行补光照射，各对照组的生长周期如下表所示，各组数据经过统计分析，均为有效。和参照实验组的生长周期比较，4-11mol/m-2/d-1平均生长周期为14.8天，比1-4mol/m-2/d-1的平均生长周期29.4天缩短了一半，在大于11mol/m-2/d-1的参照实验组平均生长周期并无明显缩短，还出现了枯萎。说明喜阴的凤仙花最适宜的DLI为4-11mol/m-2/d-1。
| 1-4mol/m-2/d-1 | 4-11mol/m-2/d-1 | 12-18mol/m-2/d-1 | 19-25mol/m-2/d-1 | |
| 生长周期(天) | 29 | 14 | 13 | 枯萎 |
| 生长周期(天) | 30 | 15 | 枯萎 | 13 |
| 生长周期(天) | 29 | 15 | 14 | 枯萎 |
| 生长周期(天) | 31 | 16 | 15 | 14 |
| 生长周期(天) | 29 | 14 | 枯萎 | 枯萎 |
| 标准差 | 0.8 | 0.7 | 1 | 0.71 |
将收集到的生长期结束且进入花期的植株，分别置于日光环境，红蓝LED照射，红蓝绿LED照射。三种不同的光环境下，红蓝绿光的花期相对较长。说明花朵色素感受器对能量富集的绿光较为敏感，对提高花卉的价值十分显著，如下表和图9所示。
| 日光照射 | 红蓝LED照射 | 红蓝绿LED照射 | |
| 花期(天) | 80 | 92 | 112 |
| 花期(天) | 77 | 95 | 115 |
| 花期(天) | 80 | 95 | 112 |
| 花期(天) | 78 | 94 | 113 |
| 标准差 | 1.5 | 1.4 | 1.5 |
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：包括多光谱照明灯箱、智能灯箱组管理控制器、自动日光感应器和无线控制智能管理平台。
2.根据权利要求1所述的一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：所述多光谱照明灯箱为长方形条状金属箱体，其内部模块化安装有用于保证运行稳定的铝合金散热翅片，其中，灯组供电电压为5v DC，最大输入功率小于1000W，工作频率为50-60Hz，热功率因素>0.9，热功率<0.7Kw每小时，工业防护等级为IP67，所述多光谱照明灯箱全重不到10kg，且光照指标满足DLC指标, 5-7年无故障运行周期。
3.根据权利要求2所述的一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：所述多光谱照明灯箱内配备有色温3000k和5000k的双灯区组，分别对应600-700nm的红色PAR和400-500nm的蓝色PAR光谱范围。
4.根据权利要求2所述的一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：所述多光谱照明灯箱内配备有色温5500k的LED灯珠，在LED照明指标上，每个灯箱的光子通量 (PPF)>800umol/s, 光合光子效率 >2.5umol/J。
5.根据权利要求1所述的一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：所述智能灯箱组管理控制器可直接接入120-240V AC 或277-480V AC , 并转换为5VDC驱动多个连接灯箱，同时支持USB调试、ETH链接和Bluetooth接入。
6.根据权利要求1所述的一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：所述自动日光感应器即时感应周边环境的温度和日光强度，并配合智能灯箱控制器对光环境的改变对多光谱照明灯箱中的照明做出调整。
7.根据权利要求1所述的一种适用于温室的LED植物照明***，其特征在于：所述无线控制智能管理平台可直接安装于智能手机、PAD或者电脑，其通过智能灯箱组控制器快速设置照明区域，控制光强、光谱和光周期。
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