CN115553068A

CN115553068A - 光周期操纵

Info

Publication number: CN115553068A
Application number: CN202180028600.7A
Authority: CN
Inventors: 马修·特拉维斯·希金博坦; 蒂莫西·克瑙尔
Original assignee: Magic Bioengineering
Current assignee: Magic Bioengineering
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-12-30
Also published as: EP4136940A1; US20230148482A1; EP4136940A4; JP2023521873A; WO2021211276A1

Abstract

本文公开的***和方法包括装置，该装置包括：被配置为接收用户输入的用户界面；以及光周期控制器，该光周期控制器被配置为基于用户输入来计算一个或多个植物的光周期调度，并且生成调节至少一个照明器的光输出以实施该光周期调度的控制信号。

Description

光周期操纵

相关申请的交叉引用

本申请是2020年4月14日提交且名称为"光周期操控"的美国专利申请号63/009，520的国际申请，本申请主张该美国专利申请的优先权，该美国专利申请通过引用的方式整体地并入本文。

技术领域

本公开的主题总体上涉及照明，并且更具体地涉及用于园艺的照明***。

背景技术

发射适于在植物中进行光合作用的光的照明器和人造光源是已知的。它们有时被称为生长灯，因为它们可以但并不必须产生具有太阳那样的特征光谱的光。生长灯可以基于各种技术，包括但不限于白炽灯，荧光灯和LED（发光二极管）典型的实施方式可以包括计时器，该计时器每天按设定的时间自动地打开和关闭生长灯，以控制植物对所生成的光的日常暴露的小时数。

光周期是指在生物体每天接收光或不接收光的时间段。光周期性是植物对白天（亮周期）的持续时间以及夜间（暗周期）的持续时间的响应。这种现象影响不同的植物响应，例如发育阶段、繁殖（开花）阶段、营养生长阶段和休眠阶段。这一发现导致通过植物对日长的持续时间的响应来创建植物的光周期类别。光周期类别包括短日植物，长日植物，日长中性植物，中间日长植物和双诱导植物。这些类别是最多被研究和商业化生产的。

植物的光周期响应不仅取决于一年的时间（自然日长），而且取决于其生长阶段。例如，长日植物（即当具有长日之后的短日时，开始开花的植物）在长日下保持营养（16-18小时的日长以及6-8小时的黑暗）。这可以被注释为18/6或16/8。当长日植物转变到生长的开花阶段时，亮周期或者暗周期改变为12小时，并且亮周期则也是12小时。因此，该植物在特定时间段内已经接收到“长日”，然后在特定时间段内被赋予“短日”。随着时间推移的各个照明持续时间的这种组合导致植物开始以长日植物的方式开花和繁殖。大多数植物类型是光周期依赖性的。在光周期依赖性植物中，暴露于光时序的非常特定的时间段是触发各种植物进入其生命周期阶段的因素。植物品种通常被培育成需要非常特定的光周期持续时间，以便在特定的季节性生长窗口期间产生丰厚的收获。一些植物在它们处于非常年轻的（幼年）阶段时不响应光周期，这是因为在该阶段，植物仍具有适当感知日长的能力。这样的植物仅基于它们的年龄而不是光暴露来开花，并且这些植物被称为日中性植物。

重要的是，每个植物基于其光周期类别而暴露于足够的照明，但不暴露于过度的照明。例如，长日植物需要比它们的临界日长更长的天日，以防止繁殖。，当较短的日长之前为长日（短的暗周期）时，短日植物将在该较短的日长（较长的暗周期）期间开花。在室内农业环境中，由于缺乏自然的白天/夜间循环，植物的光周期必须重新创建。因此光周期是人工的。通常，这已被手动地完成。然而，这需要种植者大量的工作，以便确保每个植物基于其光周期类别和生长阶段每天接收足够的日光。因此，本领域中需要的是：在室内耕作环境中施加和操纵光周期以有效地最大化生产的更有效的方法。

发明内容

本文档中提到的所有示例，方面和特征可以以任何技术上可能的方式组合。本文描述的各种实施方式包括[TBD]。

通过阅读以下详细描述，一并结合本文描述的附图，将更好地理解这些和其他特征。附图不试图按比例绘制。在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以由相同的数字表示。为了清楚起见，并非每个部件都可以在每个图中标记。

附图说明

图1是根据各种实施方式的用于光周期操纵的照明***的框图。

图2示出了根据各种实施方式的光周期调度。

图3示出了根据各种实施方式的用于光周期操纵的过程。

通过阅读以下详细描述，连同本文描述的附图，将更好地理解本实施方式的这些和其他特征。附图不试图按比例绘制。为了清楚起见，并非每个部件都可以在每个附图中进行标记。

具体实施方式

图1是根据各种实施方式的用于光周期操纵的照明***的框图。该照明***可以包括光周期控制器100，用户界面102，通信网关104，收发器106₁至106_n，照明器108₁至108_n以及一个或多个传感器118。光周期控制器100可以包括具有处理器，易失性存储器和非易失性存储器的各种各样的计算设备中的任何一种。在一些实施方式中，光周期控制器100包括已经被加固并且适于在湿润和潮湿环境中使用的PLC（可编程逻辑控制器）。用户界面102可以包括触摸屏，键盘，鼠标和显示器中的一个或多个，以用于与在光周期控制器100上运行的光周期控制程序成界面连接。连接到光周期控制器的通信网关104可以包括各种各样的网络设备，包括但不限于交换机，路由器和无线接入点。收发器106₁至106_n可以包括各种各样的网络设备，包括但不限于交换机，路由器和WLAN（无线局域网）接口卡和设备。通信网关和收发器可以是通信网络的一部分。无线或有线通信链路被保持在通信网关104和收发器106₁至106_n之间。照明器108₁至108_n中的每一个连接到对应的收发器，且发射适合于在植物中进行光合作用的光。照明器可配置为响应于来自光周期控制器100的信号以多个不同的可选择的光输出水平（例如，光强度，光波长，辐照度）发射光。

响应于经由用户界面102提供的用户输入114，光周期控制器100可以计算并实施植物112的光周期调度，光周期调度可以例如是植物112在植物112的多个时间段（例如，各周）和/或生长阶段的每日照明持续时间。光周期调度还可以包括每个时间段内的光输出水平（例如，光强度，光波长，辐照度）的调度。例如，光周期调度可以包括多个时间段（例如，各周）和/或生长阶段，以及每个时间段/生长阶段的光周期持续时间（例如，每天12小时照明），如关于图2进一步描述的那样。用户输入114可以包括作物ID（标识符）116，其指示生长的植物的属、种、变种和品种中的一个或多个。光周期调度可以特定于植物，并且因此通过选择作物ID，光周期控制器100可以将适当的光周期调度链接到与所选择的作物ID相关联的植物112。在一些实施方式中，作物ID是从在用户界面102上呈现的菜单中选择的。用户输入114还可以包括气候参数，生长阶段的持续时间，光周期循环的持续时间，以及具有对应的辐照度增量的一个或多个时间段。光周期控制器100基于作物ID 116计算植物112的光周期调度，并且基于另外的用户输入（如果有的话）调整光周期调度。光周期控制器100然后在一段时间内（例如天或周），通过经由通信网关104和收发器106₁至106_n发送控制信号以调整照明器108₁至108_n的光输出110以实施光周期调度，来控制照明器108₁至108_n的光输出。

光周期控制器100还可以从一个或多个传感器118接收输入。传感器118可以包括例如湿度传感器，环境光传感器，太阳辐射传感器，温度传感器，压力传感器，水质传感器（例如，pH传感器），图像或光学传感器，激光扫描仪，光谱传感器，近红外传感器，飞行时间传感器，深度测距传感器，空气质量传感器，声学传感器，空气组成传感器，土壤或矿物传感器以及任何其他类型的环境传感器。光周期控制器100可以基于传感器输入来调整光周期调度。这可以在最初计算光周期调度时完成，并且还可以在正在实施光周期调度时完成，使得存在对光周期调度的实时动态调整。例如，光传感器可以检测从室内耕作环境中的窗户进入并照射植物的太阳辐射。光周期控制器100可以调节照明器的光输出以考虑太阳辐射，使得植物以与原始光周期调度一致的方式被照射。光周期控制器100还可以基于在光周期调度的实施期间接收到的用户输入来调整光周期调度。

在一些实施方式中，光周期控制器100可以经由通信网关104与服务器120通信，例如，服务器120可以是通过广域网（例如，因特网）或局域网连接到光周期控制器100的云服务器。在一些实施方式中，光周期控制器100可以将用户和传感器输入发送到服务器120，并且服务器120计算并调整光周期调度。然后，服务器120可以将光周期调度发送回光周期控制器100，该光周期控制器100生成控制信号以实施光周期调度并且将控制信号发送到照明器108。

图2示出了根据各种实施方式的光周期调度200。所示的光周期调度是人类可读形式。可以以任何合适的数据结构来创建光周期调度的对应的计算机可读形式。作物循环包括生长阶段202，诸如克隆，营养，驯化到开花和花成熟。光周期调度还包括多个时间段206，其在图2的示例中为数周。每一周与生长阶段202相关联，例如，如图2所示，克隆阶段与第1-2周相关联，营养阶段与第3-5周相关联，驯化到开花阶段与第6-11周相关联，并且开花阶段与第12-14周相关联。

每个时间段206还与每日的光周期时间204相关联，例如，第1-5周（即，克隆和营养阶段）与18小时/天的光周期相关联，而第6周-14周（即，驯化至开花和开花阶段）与12小时/天的光周期相关联。因此，光周期调度200指定了贯穿其各个生长阶段的特定作物的每日光周期持续时间。

光周期调度200也可以指定每个时间段206的辐照度。在一些实施方式中，光周期调度200可以与光驯化调度组合，该光驯化调度改变时间段206上的辐照度，以便允许植物适应新的辐照目标。用于植物的光能或辐射可以用PAR（光合活性辐射）来测量，其中落入到植物表面上的光以PPFD（光合光子通量密度）来测量，该PPDF以μmol/m²/s为单位。

再次参考图1，每个照明器108₁至108_n可以由光周期控制器100单独控制。例如，照明器108₁可以与通道1（ch.1）相关联）且照明器106₂可以与独立控制的通道2（ch.2）相关联。在一些实施方式中，不同的通道用于实施不同类型的植物（例如具有不同作物ID的植物）的不同光周期调度。在一些实施方式中，不同的通道用于实施具有相同作物ID但处于作物循环的不同阶段的植物的相同光周期调度。例如，通道1可以处于营养生长阶段，而通道2处于开花阶段。

图3示出了根据各种实施方式的用于光周期操纵的过程。一些或所有步骤可以由在光周期控制器和/或连接到光周期控制器的服务器上运行的光周期程序部分地或全部地实施。步骤300包括接收作物ID作为用户输入。作物ID指示要生长的植物的属、种、变种和品种中的一种或多种。步骤302包括基于作物ID计算光周期调度。步骤304包括接收用户输入和/或传感器输入。输入可以包括传感器数据，气候参数，生长阶段的持续时间，作物循环的持续时间以及具有对应的辐照增量的一个或多个时间段。步骤306包括基于所接收的用户和/或传感器输入来调整光周期调度。在一些实施方式中，可以不存在任何附加的用户或传感器输入，并且因此可以跳过步骤304和306。

步骤308包括：根据光周期调度，通过控制照明器以发射处于某些水平的光输出来实施光周期调度。例如，光周期可以经由通信网关向照明器发送控制信号，并且照明器可以根据光周期调度来调整其相应的光输出水平。然后，该方法可以返回到步骤304，其中光周期控制器可以在光周期调度的实施期间接收用户和/或传感器输入。光周期控制器可以基于用户和/或传感器输入来调整光周期调度，并且实施调整的光周期调度。这允许基于实时事件（例如，生长环境的变化，用户干预）动态调整的光周期***。

本文描述的方法和***不限于任何硬件或软件配置，而是可以适用于许多计算或处理环境中。所述方法和***可以用硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。所述方法和***可以在一个或多个计算机程序中实施，其中计算机程序可以被理解为包括一个或多个处理器可执行的指令。（一个或多个）计算机程序可以在一个或多个可编程处理器上执行，并且可以存储在由处理器、一个或多个输入设备和/或一个或多个输出设备可读的一个或多个存储介质（包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件）上。因此，处理器可以访问一个或多个输入设备以获得输入数据，并且可以访问一个或多个输出设备以传送输出数据。输入和/或输出设备可以包括以下中的一个或多个：SSD（固态驱动器），HDD（硬盘驱动器），RAM（随机存取存储器），RAID（独立磁盘冗余阵列），软盘驱动器，CD（CD光盘），DVD（数字视盘），磁盘，内部硬盘驱动器，外部硬盘驱动器，记忆棒或能够由如本文提供的处理器访问的其他存储设备，其中这些前述示例不是穷尽的而是为了说明而非限制。

（一个或多个）计算机程序可以使用一个或多个高级过程编程语言或面向对象的编程语言来实现，以与计算机***通信；然而，如果需要，程序可以以汇编语言或机器语言来实现。语言可以被编译或解释。

如本文所提供的，因此处理器可以被嵌入在可以在联网环境中独立运行或一起运行的一个或多个设备中，其中网络可以例如包括局域网（LAN），广域网（WAN）和/或可以包括内联网和/或互联网和/或其他网络。网络可以是有线网络或无线网络或二者的组合，并且可以使用一个或多个通信协议来促进不同处理器之间的通信。处理器可以被配置以用于分布式处理，并且在一些实施方式中根据需要可以利用客户端-服务器模型。因此，方法和***可以利用多个处理器和/或处理器设备，并且处理器指令可以在这样的单个或多个处理器/设备之间进行划分。

与处理器集成的设备或计算机***可以例如包括个人计算机，工作站（例如，Sun，HP），个人数字助理（PDA），诸如蜂窝电话或智能手机的手持设备，膝上型计算机，手持计算机，或能够与可如本文所提供的那样运行的一个或多个处理器集成的另一设备。因此，本文提供的设备不是穷举性的，而是出于说明而非限制性的目的被提供。

对"一个微处理器"和"一个处理器"，或"该微处理器"和"该处理器"的引述可以被理解为包括可以在独立和/或分布式环境中通信的一个或多个微处理器，并且因此可以被配置为通过有线通信或无线通信方式与其他处理器进行通信，其中这样的一个或多个处理器可以被配置为在一个或多个处理器控制的设备（可以是相似或不同的设备）上运行。因此，使用此类"微处理器"或"处理器"术语还可被理解为包括中央处理单元，算术逻辑单元，专用集成电路（IC）和/或任务引擎，其中这些示例被提供以用于说明而非限制。

此外，除非另有具体说明，对存储器的引述可以包括一个或多个处理器可读且可访问的存储器元件和/或部件，其可以处于处理器控制的设备的内部、外部，和/或可以使用各种通信协议通过有线或无线网络来访问，并且除非另有具体说明，可以被布置为包括外部和内部存储器设备的组合，基于应用，这种存储器可以是连续的和/或被分割的。因此，对数据库的引述可以被理解为包括一个或多个存储器联合体，其中这样的引述可以包括商业上可用的数据库产品（例如，SQL，Informix，Oracle）且还可以包括专有数据库，并且还可以包括用于关联存储器（诸如链接，队列，图，树）的其他结构，这些结构被提供以用于说明而非限制。

除非另有说明，对网络的引述可以包括一个或多个内联网和/或互联网。根据上述内容，本文中对微处理器指令或微处理器可执行指令的引述可以被理解为包括可编程硬件。

除非另有说明，否则词语"基本上"的使用可以被解释为包括如本领域普通技术人员所理解的精确的关系、条件，布置，取向和/或其他特性及其偏差，以使得这样的偏差程度不会实质上影响所公开的方法和***。

贯穿本公开的全部内容，除非另有具体说明，使用冠词"一"和/或"一个"和/或"该"来修改名词可以被理解为用于方便，并且包括一个或多于一个修饰名词。术语"包括"，"包含"和"具有"旨在是包含性的，并且意味着可以存在除所列出的元件之外的另外的元件。

除非本文另有规定，通过附图方式进行描述和/或以其他方式进行描绘以与其他事物进行通信和/或与其他事物相关联和/或基于其他事物的元件、组件、模块和/或其部分可以被理解为如此以直接和/或间接的方式进行通信、相关联和/或一者基于另一者。

本文描述的一些方面，特征和实施方式可以包括诸如计算机，电子部件，光学部件的机器和过程（诸如计算机实施的步骤）。对于本领域普通技术人员将显而易见的是，计算机实施的步骤可以作为计算机可执行指令存储在非暂时性计算机可读介质上。此外，本领域普通技术人员将理解，计算机可执行指令可以在各种有形处理器设备上执行。为了便于说明，本文描述了可以是计算机或数据存储***的一部分的每个步骤，设备或部件。鉴于本公开的教导和本领域普通技术人员通常可用的知识，本领域普通技术人员将知晓这些步骤，设备和部件。因此，相应的机器和过程可被启用并且落入本公开的范围内。

已经描述了若干特征、方面、示例和实施方式。然而，应当理解，在不脱离本文描述的发明构思的范围的情况下，可以进行各种各样的修改和组合。因此，这些修改和组合处在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种装置，包括：

用户界面，所述用户界面被配置为接收用户输入；以及

光周期控制器，其被配置为：

基于所述用户输入来计算用于一个或多个植物的光周期调度；以及

生成控制信号，所述控制信号调整至少一个照明器的光输出以实施所述光周期调度。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述用户输入包括所述一个或多个植物的属、种、变种和品种中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光周期控制器还被配置为基于来自用户和传感器中的至少一个的进一步输入来调整所述光周期调度。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述光周期控制器进一步配置成基于所述进一步输入在所述光周期调度的实施期间动态地调整所述光周期调度。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光周期调度包括多个时间段和与所述多个时间段中的每个时间段相关联的光周期时间。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述多个时间段中的每一个与所述一个或多个植物的生长阶段相关联。

7.根据权利要求5所述的装置，其中所述光周期调度进一步包括所述多个时间段中的每一个的PPFD（光合光子通量密度）值。

8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述光周期控制器还被配置为：

将所述用户输入发送到服务器；以及

接收来自所述服务器的光周期调度，其中所述服务器计算所述光周期调度。

9.一种方法，包括：

经由控制器的用户界面接收用户输入，以用于生成用于一个或多个植物的光周期调度；

基于所述用户输入来计算所述光周期调度；以及

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述用户输入包括所述一个或多个植物的属、种、变种和品种中的至少一个。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

基于来自用户和传感器中的至少一个的进一步输入来调整所述光周期调度。

12.根据权利要求11所述的方法，其中调整所述光周期调度包括基于所述进一步输入在所述光周期调度的实施期间动态地调整所述光周期调度。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述光周期调度包括多个时间段和与所述多个时间段中的每个时间段相关联的光周期时间。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述多个时间段中的每一个与所述一个或多个植物的生长阶段相关联。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述光周期调度进一步包括所述多个时间段中的每一个的PPFD（光合光子通量密度）值。

16.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将所述控制信号传输到所述至少一个照明器；以及

由所述至少一个照明器根据所述光周期调度来调整所述至少一个照明器的光输出。

17.根据权利要求9所述的方法，其中：

所述控制器将所述用户输入发送到服务器；

所述服务器计算所述光周期调度并将所述光周期调度发送到所述控制器；以及

所述控制器基于所述光周期调度生成所述控制信号。

18.一种***，包括：

光周期控制器，所述光周期控制器被配置为基于光周期调度生成控制信号；

用户界面，所述用户界面被配置为接收到所述光周期控制器的用户输入，所述光周期调度基于所述用户输入；

多个照明器，所述多个照明器被配置为以多个不同的可选择的光输出水平发射适合于在植物中进行光合作用的光；以及

通信网络，经由所述通信网络，所述控制信号被提供给所述多个照明器，所述照明器响应于所述控制信号而调整所述光输出。

19.根据权利要求18所述的***，其中，所述光周期控制器还被配置为基于来自用户和传感器中的至少一个的进一步输入来调整所述光周期调度。

20.根据权利要求18所述的***，还包括经由所述通信网络通信地耦合到所述光周期控制器的服务器，其中：

所述控制器还被配置为将所述用户输入发送到所述服务器并且从所述服务器接收所述光周期调度；以及

所述服务器被配置为基于所述用户输入来计算所述光周期调度。

21.根据权利要求20所述的***，其中所述服务器进一步配置成基于来自用户及传感器中的至少一者的进一步输入来调整所述光周期调度。