一種植物生長動態補光控制系統的製作方法
2023-07-29 18:27:06
一種植物生長動態補光控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種植物生長動態補光控制系統，包含電源模塊、控制模塊、人機互動模塊、用於檢測植物生長環境參數的檢測模塊、用於補充植物正常生長所需光的補光模塊；所述檢測模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機互動模塊，所述補光模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊，所述電源模塊為整個系統提供所需電源。STM32單片機溫室環境因子監控系統和可攜式調製螢光檢測儀分別測量記錄環境信息和螢光參數信息，從這些信息分析計算出LED組合光源的亮度和最佳紅藍光比例，最後上位機控制可編程恆流源驅動LED組合光源，最後達到動態補光的目的。
【專利說明】一種植物生長動態補光控制系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種植物生長動態補光控制系統。
【背景技術】
[0002] 光合作用是是生物界所有物質代謝和能量的物質基礎，植物在光合作用的原初反 映，將吸收光能是以較大的螢光方式釋放的，因此葉綠素螢光與光合作用有著十分密切的 關係。近30年來，LED人工光源在設施園藝、植物設施栽培、太空農業中的研究已經在全世 界範圍內引起廣泛關注。通過不同光質對草莓、蘭花等植物的研究結果表明，紅光對植物形 態、調節株高具有重要的影響，對葉片的生長過程會有促進作用，植物的葉、莖與葉柄會伸 長，但葉綠素含量較低，生長指標和乾物質積累也會降低。藍光對光合作用的調控作用主要 集中在氣孔的開啟、葉綠體的分化以及調節光合作用酶的活性等。
[0003] 植物都需要陽光的照射才能生長的更加茂盛。光對植物生長的作用是促進植物葉 綠素吸收二氧化碳和水等養份，合成碳水化合物。但現代科學可以讓植物在沒有太陽的地 方更好地生長，人們掌握了植物對太陽需要的內在原理，就是葉片的光合作用，在葉片光合 作用時需要外界光子的激發才可完成整個光合過程，太陽光線就是光子激發的一過供能過 程。人為的創造光源也同樣可以讓植物完成光合過程，現代園藝或者植物工廠內都結合了 補光技術或者完全的人工光技術。科學家發現不同波長的光線對於植物光合作用的影響是 不同的，植物光合作用需要的光線，波長在400-700nm左右。400-500nm (藍色)的光線以及 610_720nm (紅色）對於光合作用貢獻最大。藍色（470nm)和紅色（630nm)的LED,剛好可 以提供植物所需的光線，因此，LED植物燈，比較理想的選擇就是使用這兩種顏色組合。在 視覺效果上，紅藍組合的植物燈呈現粉紅色。藍色光能促進綠葉生長；紅色光有助於開花結 果和延長花期。
[0004] LED光源又稱半導體光源，這種光源波長比較窄，能控制光的顏色。用它對植物進 行單獨照射，就能能使植物達到很好的補光效果。採用LED冷光源作為補光燈光源的方案 也已被提出，可在一定程度解決上述補光光源的問題。但由於大部分研發方案和產品仍採 用定光強、定光質的補光方式，未考慮不同植物不同階段需光量的差異，造成補光不足和補 光過度並存的現象，仍未能真正意義上解決低能耗精準化補光的問題。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足提供了一種結構簡單，且能夠 智能精確補光的植物生長動態補光控制系統。
[0006] 本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案 一種植物生長動態補光控制系統，包含電源模塊、控制模塊、人機互動模塊、用於檢測 植物生長環境參數的檢測模塊、用於補充植物正常生長所需光的補光模塊； 所述檢測模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機交 互模塊，所述補光模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊，所述電源模塊為整個系統提供 所需電源。
[0007] 優選的，所述補光模塊為紅藍LED組合陣列，所述紅、藍LED個數比為1 :1，LED間 隔均勻排列，相鄰LED間距為10mm。
[0008] 優選的，所述電源模塊為JBP-7510型可編程型恆流源。
[0009] 優選的，所述控制模塊為STM32單片機。
[0010] 優選的，所述人機互動模塊為PC機。
[0011] 優選的，所述檢測模塊為MINIPAM調製螢光檢測儀。
[0012] 本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果： 1、 結構簡單、易於實現且功耗低； 2、 能夠根據植物生長實際情況進行智能精確地補光。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發明的結構原理框圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明： 如圖1所示，一種植物生長動態補光控制系統，包含電源模塊、控制模塊、人機互動模 塊、用於檢測植物生長環境參數的檢測模塊、用於補充植物正常生長所需光的補光模塊； 所述檢測模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機互動模 塊，所述補光模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊，所述電源模塊為整個系統提供所需 電源。所述補光模塊為紅藍LED組合陣列，所述紅、藍LED個數比為1 :1，LED間隔均勻排 列，相鄰LED間距為10mm。所述控制模塊為STM32單片機。所述人機互動模塊為PC機。所 述檢測模塊為MINIPAM調製螢光檢測儀。
[0015] 所述電源模塊為JBP-7510型可編程型恆流源，額定工作狀態下，能輸出穩定的期 望電流，為了精準的控制LED組合光源驅動電流，達到控制光源光照條件的目的，選擇一款 穩定性很高的電流源是非常重要的。可編程恆流源恆定輸出電流，所以電流不受負載的影 響，驅動電流值的大小直接控制著LED燈珠亮度，所以電流源能準確的控制LED組合光源 的光強。可編程恆流源電壓輸出最大為75V，電壓精度為0.05%+37. 5mV，電流輸出最大為 10A，電流精度為0. 1%+lOmA.根據螢光參數上位機計算出合適的補光電流值，通過串行通 信發送指令給電源，最後可編程恆流源提供的穩定的輸出電流來驅動LED組合光源。
[0016] JBP-7510型可編程控制恆流電源在室溫25攝氏度下，驅動LED補光光源的情況 下，測試控制電流和實際電流，從數據結果分析得到，電流精度均優於±0. 2%，JBP-7510型 制恆流電源電流完全可以滿足需求。
[0017] 動態補光是基於上位機的信息收集與存儲，數據分析，下發命令來實現的，動態循 環過程由環境因子監控系統，可攜式調製螢光儀和恆流源協調完成。工作流程如下：利用 基於STM32單片機的環境因子監控模塊實時監測植物的生長環境，利用基於STM32單片 機的環境因子監控模塊實時監測植物生長環境，把傳感器得到的環境因子傳送給上位機， 當溫室內光照不足時，上位機啟動MINIPAM並得到螢光參數返回值，計算需要補光的光強 和合適的紅、藍LED組合比例，分別下達LED組合光源工作電流值命令給與C0M1通信的 JBP-7510型可編程恆流源，下達紅、藍LED比例命令給STM32單片機。紅、藍LED組合光 源通過驅動電流調節自己的亮度，STM32F單片機控制每個LED的電流來達到控制比例。單 片機繼續監測光照條件，循環對比動態補光，直到螢光參數維持在預定值。MINI-PAM定時將 採集到的植物螢光參數通過上位機的COM2 口傳送並存儲在上位機上，上位機判定螢光參 數是否高於或低於預定值，進而決策控制單片機及執行機構和可編程控制電流源，實時調 整溫室環境，保證最佳LED組合光源紅、藍光組合比例和亮度，使溫室環境因子控制模型成 為最佳的植物生長模型。
【權利要求】
1. 一種植物生長動態補光控制系統，其特徵在於：包含電源模塊、控制模塊、人機互動 模塊、用於檢測植物生長環境參數的檢測模塊、用於補充植物正常生長所需光的補光模塊； 所述檢測模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊的輸入端，所述控制模塊連接人機互動模 塊，所述補光模塊分別連接控制模塊和人機互動模塊，所述電源模塊為整個系統提供所需 電源。
2. 根據權利要求1所述植物生長動態補光控制系統，其特徵在於：所述補光模塊為紅 藍LED組合陣列，所述紅、藍LED個數比為1 :1，LED間隔均勻排列，相鄰LED間距為10mm。
3. 根據權利要求1所述植物生長動態補光控制系統，其特徵在於：所述電源模塊為 JBP-7510JBP-7510型可編程型恆流源。
4. 根據權利要求1所述植物生長動態補光控制系統，其特徵在於：所述控制模塊為 STM32單片機。
5. 根據權利要求1所述植物生長動態補光控制系統，其特徵在於：所述人機互動模塊 為PC機。
6. 根據權利要求1所述植物生長動態補光控制系統，其特徵在於：所述檢測模塊為 MINIPAM調製螢光檢測儀。
【文檔編號】F21S10/02GK104054539SQ201410284941
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】章隆泉, 過俊宏, 顧肖紅 申請人:無錫市崇安區科技創業服務中心