一種用於綠藻培養的智能化光照設備及光譜調製方法
2023-04-29 06:11:36
專利名稱：一種用於綠藻培養的智能化光照設備及光譜調製方法
技術領域：
本發明涉及智能化光照技術領域，更具體地說，涉及一種用於綠藻培養的智能化光照設備，還涉及一種光譜調製方法。
背景技術：
隨著近幾年的綠藻養殖產業的興起，綠藻的市場需求越來越大。現有的綠藻養殖技術均是採用開放式跑道池，若需要對開放式跑道的培養技術進行改進或優化開放式跑道的培養條件，則必須通過採用光合生物反應器進行研究得到最優的培養參數。光照是影響綠藻生長和生化成分的重要因素。光合生物反應器對綠藻提供的培養參數之一是光照，而現有的光合生物反應器普遍採用太陽光、白熾燈或日光燈等作為光源，人工光源提供了一系列波長不等的光譜，從短波的藍光到綠色和黃色，再到長波的紅光，而綠藻在不同的生長時間段只需要獲得特定波長範圍且特定光照強度的光即可，所以綠藻對上述光源的能量利用率較低，光合作用效率低，從而影響綠藻的生長速度。
發明內容
有鑑於此，本發明提供了一種用於綠藻培養的智能化光照設備及光譜調製方法，以克服現有技術中由於綠藻對人工光源的光能利用效率較低，從而影響綠藻的生長速度的問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案—種用於綠藻培養的智能化光照設備，包括
`
記錄有綠藻生長參數的存儲模塊，所述綠藻生長參數包括生長特性參數以及與所述生長特性參數對應的藍光佔空比和紅光佔空比；判斷所述綠藻的當前生長狀態的判斷模塊；分別與所述判斷模塊以及所述存儲模塊相連，根據所述綠藻的當前生長狀態獲得與其對應的生長特性參數，並根據所述生長特性參數得到所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的獲取佔空比模塊；與所述獲取佔空比模塊相連，根據所述藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據所述藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光以及根據所述紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號,並根據所述紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光的光源模塊。優選的，上述智能化光照設備中，所述生長特性參數包括綠藻的生長階段，所述綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量，所述獲取佔空比模塊包括根據所述綠藻的當前生物量獲得所述綠藻的當前生長階段的階段獲取單元；與所述階段獲取單元相連，根據所述綠藻的當前生長階段得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。優選的，上述智能化光照設備中，所述生長特性參數包括綠藻的生物量區間，所述綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量，所述獲取佔空比模塊包括
根據所述綠藻的當前生物量獲得對應的生物量區間的第一區間獲取單元；與所述第一區間獲取單元相連，根據所述綠藻的生物量區間得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。優選的，上述智能化光照設備中，所述生長特性參數包括綠藻的生長階段以及與所述綠藻的生長階段對應的綠藻的生物量區間，所述每一生長階段至少與一個生物量區間相對應，所述綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量，所述獲取佔空比模塊包括根據所述綠藻的當前生物量獲得所述綠藻的當前生長階段，並根據所述當前生物量以及所述當前生長階段得到當前生物量區間的第二區間獲取單元；與所述第二區間獲取單元相連，根據所述綠藻的生物量區間得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。優選的，上述智能化光照設備中，所述生長特性參數包括與所述生物量區間對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值、與所述藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值對應的藍光碟機動電流和紅光碟機動電流、以及與所述藍光碟機動電流對應的藍光佔空比和與所述紅光碟機動電流對應的紅光佔空比，所述獲取佔空比I旲塊包括根據所述綠藻的當前生物量得到當前生物量對應的生物量區間，根據所述生物量區間獲得對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值，根據獲得的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值得到相應的藍光碟機動電流以及紅光碟機動電流的獲取驅動電流單元；與所述獲取驅動電流單元相連，根據所述藍光碟機動電流到相應的藍光佔空比以及根據所述紅光碟機動電流得到相應的紅光佔空比的生成單元。優選的，上述智能化光照設備中，所述生成單元具體為根據生物量區間得出波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比、波長為445nm_480nm的第二發光峰的第二佔空比、波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645nm_680nm的第四發光峰的第四佔空比的生成單元。優選的，上述智能化光照設備中，所述藍光包括波長為410nm_440nm的第一發光峰對應的光照以及波長為445nm-480nm的第二發光峰對應的光照，所述紅光包括波長為610nm-640nm的第三發光峰對應的光照以及波長為645nm_680nm的第四發光峰對應的光照。優選的，上述智能化光照設備中，所述光源模塊為半導體光源模塊，所述半導體光源模塊包括按照預設規律排列的第一類二極體、第二類二極體、第三類二極體以及第四類二極體，以使所述半導體光源模塊在其照射面上形成均勻的光強和光質，其中，所述第一類二極體發出與所述第一發光峰對應的光照，所述第二類二極體發出與所述第二發光峰對應的光照，所述第三類二極體發出與所述第三發光峰對應的光照，所述第四類二極體發出與所述第四發光峰對應的光照。優選的，上述智能化光照設備中，所述綠藻生長參數還包括綠藻的類別，所述綠藻的類別包括綠藻的種類和/或綠藻的品種，所述生長特性參數與所述綠藻的類別相對應，所述生長特性參數包括綠藻的生長階段和 /或綠藻的生物量區間，所述智能化光照設備還包括與所述獲取佔空比模塊相連，採集外部輸入的參數的參數採集單元，所述外部輸入的參數包括綠藻的類別；相應的，所述獲取佔空比模塊具體為根據所述綠藻的當前生長狀態以及所述綠藻類別獲得對應的生長特性參數，並根據生長特性參數得出藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的獲取佔空比模塊。優選的，上述智能化光照設備中，所述生長特性參數包括生物量區間和生長階段，所述智能化光照設備還包括與所述光源模塊相連，在判斷出當前時間屬於預設光照時間段時，控制所述光源模塊進行光照的光照控制模塊；與所述光照控制模塊相連，在所述光照控制模塊判斷出當前時間屬於預設光照時間段的情況下，判斷所述當前生物量是否不屬於當前生物量區間，如果是，則觸發所述獲取佔空比模塊根據所述綠藻的當前生長狀態獲得對應的生長特性參數，根據所述生長特性參數得到所述綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的觸發模塊。一種用於綠藻培養的光譜調製方法，包括判斷綠藻的當前生長狀態；根據所述綠藻的當前生長狀態獲得與其對應的生長特性參數，並根據所述生長特性參數得到所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比，所述綠藻的生長狀態與所述生長特性參數相對應，所述生長特性參數與所述藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比相對應；根據所述藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據所述藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光，以及根 據所述紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據所述紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光。優選的，上述光譜調製方法中，所述藍光佔空比包括波長為410nm_440nm的第一發光峰的第一佔空比以及波長為445nm-480nm的第二發光峰的第二佔空比，所述紅光佔空比包括波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645nm_680nm的第四發光峰的第四佔空比。經由上述的技術方案可知，採用本發明提供的用於綠藻培養的智能化光照設備時，通過判斷模塊判斷綠藻的當前生長狀態，通過獲取佔空比模塊得到綠藻此時所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比，光源模塊根據藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光以及根據紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，根據紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光，由於佔空比發生變化，藍光和紅光的光子密度會發生變化，所以藍光和紅光的光照強度以及光質發生變化，光源模塊可以在綠藻的不同生長狀態發出與綠藻的當前生長狀態相應的波長、光照強度及光質的光從而提高綠藻對光源的光能利用率，進而提高綠藻的生長速度。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例公開的一種用於綠藻培養的智能化光照設備的結構示意圖；圖2為上述實施例中的獲取佔空比I旲塊一種內部結構不意圖；圖3為本發明實施例提供的一種光源模塊中四類二極體的排列順序；圖4為本發明實施例提供的一種用於綠藻培養的智能化光照設備的結構示意圖；圖5為本發明實施例提供的一種用於綠藻培養的光譜調製方法的流程圖；圖6為本發明實施例提供的第二種用於綠藻培養的光譜調製方法的流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。光照是影響綠藻生長和生化成分的重要因素，光照包括光質(即不同波長的光以不同比例的光子組成)、光照強度和光暗周期(對綠藻進行光照的時間與不進行光照的時間之和為一光暗周期)。其中，對於同一波長的光的光照強度可以通過控制光子密度來改變光照強度，可以通過改變光源模塊的工作電流來改變光子密度，可以通過改變獲取佔空比模塊的獲取的PWM信號的佔空比改變 光源模塊的工作電流。現有技術中綠藻培養體系不能充分利用太陽光或者光合生物反應器提供的光照，並且利用白熾燈或日光燈等人工光源作為光源，成本高、能耗高、養殖效率低。上述問題的存在，使綠藻養殖的產業始終處於一個瓶頸的狀態，究其原因，光照是迫切需要解決的問題。實施例一請參閱附圖1，為本發明實施例公開的一種用於綠藻培養的智能化光照設備的結構示意圖，該智能化光照設備包括存儲模塊100、判斷模塊101、獲取佔空比模塊102以及光源模塊103，其中判斷模塊101與獲取佔空比模塊102相連，獲取佔空比模塊102分別與光源模塊103以及存儲模塊100相連。存儲模塊100，用於記錄綠藻生長參數；綠藻生長參數包括生長特性參數以及與生長特性參數對應的藍光佔空比和紅光佔空比。判斷模塊101，用於判斷綠藻的當前生長狀態；判斷模塊101可以為液體濃度光學檢測傳感器或圖像採集與處理裝置。綠藻的生長狀態可以用綠藻的生物量來體現，或者用培養綠藻的水體中的有機物的濃度來體現。綠藻的生長階段大致可分三個階段生長期、高峰期以及老化期，在生長期，綠藻的生物量較少，培養綠藻的水有些發渾、水體中有機質(有機質可以為次生代謝物)濃度高；在高峰期，綠藻的生物量會急劇升多，綠藻大量出現，由於綠藻數量較多，所以水面會呈鮮亮的綠色，且綠藻消耗有機物速度快，所以有機物濃度較低；在老化期，綠藻整體處於新老交替時期，總體活性較弱，此時有機物的濃度最低，藻體表面的膠原或者是纖維素的保護能力也大大下降，所以水體的顏色發暗不再顯現鮮亮的綠色。上述將綠藻的生長階段大致劃分有三個階段，本發明實施例中綠藻的生長階段不限定於三個階段，不同類別的綠藻的生長階段可以不同，例如綠藻的生長階段可以分為延緩期、指數生長期、相對生長下降期、靜止期與死亡期等五個階段，其中，每個階段的次生代謝物如油脂的含量和成分各不相同，且每個階段都有相應的天數。從上述可知在不同的生長階段，綠藻的生物量不同，綠藻的水體顏色不同，某些有機物的濃度不同，所以可以通過液體濃度光學檢測傳感器檢測培養綠藻的水體中某些有機物的濃度來判斷綠藻的當前生長狀態。也可以通過圖像採集與處理裝置，對培養綠藻的水體進行拍攝，並對拍攝的圖像進行處理，根據水體的顏色獲得綠藻的當前生物量，從而得知綠藻的當前生長狀態。由於綠藻的各個生長階段都有相應的時間，例如，生長期為綠藻生長的最初十天，高峰期為綠藻生長的中間十天，老化期是綠藻生長的最後十天，所以判斷模塊101還可以是計時模塊，生長特性參數包括時間區間，生長特性參數與該時間區間相對應，此時綠藻的生長狀態是指判斷模塊101記錄的時間。獲取佔空比模塊102，用於根據當前生長狀態獲得對應的生長特性參數，並根據該生長特性參數得出綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比。光源模塊103，用於根據藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光以及根據紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光。本發明實施例，通過判斷模塊101判斷綠藻的當前生長狀態，通過獲取佔空比模塊102得到綠藻此時所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比，光源模塊103根據藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光，以及根據紅光佔空比生成相應的`紅光PWM信號，根據紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光，由於佔空比發生變化，藍光和紅光的光子密度會發生變化，所以藍光和紅光的光照強度以及光質發生變化，光源模塊103可以在綠藻的不同生長狀態發出與綠藻的當前生長狀態相應的波長、光照強度及光質的光照從而提高綠藻對光源的光能利用率，進而提高綠藻的生長速度。實施例二請參閱圖2,為上述實施例中的獲取佔空比I旲塊的一種內部結構不意圖，獲取佔空比模塊102包括獲取驅動電流單元201以及生成單元202，其中獲取驅動電流單元201與生成單元202相連。由於綠藻的生長狀態不同，需要的藍光和紅光的光照強度閾值相應發生變化，所以生長特性參數可以包括綠藻生物量區間與藍光和紅光的光照強度閾值的對應關係，由於藍光和紅光的光照強度閾值是由電流決定的，而電流是由佔空比決定的，所以生長特性參數還可以包括藍光與紅光的佔空比與生物量區間的對應關係，藍光和紅光的光照強度閾值與藍光和紅光的驅動電流的對應關係，以及藍光和紅光的驅動電流與藍光和紅光的佔空比的對應關係。當然，生長特性參數還可以包括生物量區間與綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的對應關係，其中，不同的佔空比對應的不同波長和不同強度的光。獲取佔空比模塊102可以根據存儲模塊100中存儲的對應關係得到綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比。根據上述的對應關係可知，生長特性參數包括與生物量區間對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值、分別與藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值對應的藍光碟機動電流和紅光碟機動電流、以及與藍光碟機動電流對應的藍光佔空比和與紅光碟機動電流對應的紅光佔空比。獲取驅動電流單元201，用於根據綠藻的當前生物量得到當前生物量對應的生物量區間，根據生物量區間獲得對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值，根據獲得的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值得到相應的藍光碟機動電流以及紅光碟機動電流；生成單元202，用於根據藍光碟機動電流得出綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及根據紅光碟機動電流獲得紅光對應的紅光佔空比。由於綠藻易吸收藍光光區中波長為410nm-440nm的第一發光峰和波長為445nm-480nm的第二發光峰，以及紅光光區中波長為610nm_640nm的第三發光峰和波長為645nm-680nm的第四發光峰對應的光照，所以優選的，獲取驅動電流單元201，用於根據綠藻的生物量區間獲得綠藻所需的第一發光峰對應的第一驅動電流、第二發光峰對應的第二驅動電流、第三發光峰對應的第三驅動電流以及第四發光峰對應的第四驅動電流。相應的生成單元202，用於根據第一驅動電流、第二驅動電流、第三驅動電流以及第四驅動電流得至IJ第一佔空比(與第一驅動電流對應)、第二佔空比(與第二驅動電流對應)、第三佔空比(與第三驅動電流對應)以及第四佔空比(與第四驅動電流對應)。在不同的實際情況下，獲取驅動電流單元201也可以只獲取藍光碟機動電流(該電流可以為第一佔空比對應的電流或者第二佔空比對應的電流)以及紅光碟機動電流(該電流可以為第三佔空比對應的電流或者第四佔空比對應的電流)，相應的生成單元202根據藍光碟機動電流得到相應的藍光佔 空比(第一佔空比或者第二佔空比)，根據紅光碟機動電流得到相應的紅光佔空比(第三佔空比或者第四佔空比)。下面對獲取佔空比模塊102的另一種內部結構進行說明。根據生長特性參數的不同，獲取佔空比模塊102的功能就不同。當生長特性參數包括綠藻的生長階段，且綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量時，獲取佔空比模塊102包括根據綠藻的當前生物量獲得綠藻的當前生長階段的階段獲取單元；與階段獲取單元相連，根據綠藻的當前生長階段得出綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單兀。當生長特性參數包括綠藻的生物量區間，且綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量時，獲取佔空比模塊102包括根據綠藻的當前生物量獲得對應的生物量區間的第一區間獲取單元；與所述第一區間獲取單元相連，根據所述綠藻的生物量區間得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。優選的，生長特性參數包括綠藻的生物量區間以及綠藻的生長階段，一個生長階段至少與一個生物量區間相對應，此時，獲取佔空比模塊102包括根據所述綠藻的當前生物量獲得所述綠藻的當前生長階段，並根據所述當前生物量以及所述當前生長階段得到當前生物量區間的第二區間獲取單元；與所述第二區間獲取單元相連，根據所述綠藻的生物量區間得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。優選的，上述獲取佔空比模塊102中的生成單元具體用於根據生物量區間得出波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比、波長為445nm_480nm的第二發光峰的第二佔空比、波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645nm_680nm的第四發光峰的第四佔空比。在不同的實際情況下，生成單元202也可以根據生物量區間得出波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比(或波長為445nm_480nm的第二發光峰的第二佔空比)和波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比(或波長為645nm_680nm的第四發光峰的第四佔空比)。獲取佔空比模塊102的功能可以為單片機或者為微控制單元(MCU)中的一部分功能，獲取佔空比模塊102可以為單片機或者為微控制單元(MCU)中的一部分。下面對實施例一中的光源模塊103進行詳細說明。光源模塊103可以為半導體光源模塊，光源模塊103可以包括二極體，優選的為發光二極體或雷射二極體，其中發光二極體包括有機發光二極體和無機發光二極體。當藍光佔空比只包括第一佔空比(或者第二佔空比)，紅光佔空比只包括第三佔空比(或第四佔空比)，那麼光源模塊103可以生成波長為410nm-440nm的第一發光峰(或波長為445nm-480nm的第二發光峰)和波長為610nm-640nm的第三發光峰(或波長為645nm-680nm的第四發光峰)。當然對於第一佔空比(或第二佔空比)，可以使用兩種不同種類的二極體，當對這兩種二極體施加相同佔空比的電壓時，這兩種二極體會輸出不同波長的光，即藍光包括波長為 410nm-440nm的第一發光峰對應的光照以及波長為445nm_480nm的第二發光峰對應的光照，對於第三佔空比(或第四佔空比)，也可以使用兩種不同種類的二極體，當對這兩種二極體施加相同佔空比的電壓時，這兩種二極體會輸出不同波長的光，即紅光包括波長為610nm-640nm的第三發光峰對應的光照以及波長為645nm_680nm的第四發光峰對應的光照。優選的，光源模塊103生成的第一發光峰或第二發光峰、第三發光峰或第四發光峰中，每個發光峰均具有30nm或更小的半峰寬。下面以光源模塊103為二極體為例對光源模塊103進行說明，優選的，光源模塊103可以包括第一類二極體、第二類二極體、第三類二極體以及第四類二極體，其中，第一類二極體發出與第一佔空比對應的光，第二類二極體發出與第二佔空比對應的光，第三類二極體發出與第三佔空比對應的光，第四類二極體發出與第四佔空比對應的光。在不同的實際情況下，光源模塊103可以包括第一類二極體(或第二類二極體)和第三類二極體(或第四類二極體)。優選的，光源模塊103在其照射面上形成均勻的光強，這樣有利於綠藻對光源的光能利用率，進而提高綠藻的生長速度，當然，根據不同的實際情況，光源模塊103在其照射面上也可以不形成均勻的光強。光源模塊103如果需要在其照射面上形成均勻的光強，那麼各個種類二極體的排列順序需按照預設規律進行排列，下面以光源模塊103包括第一類二極體、第二類二極體、第三類二極體以及第四類二極體為例進行說明請參閱圖3，為本發明實施例提供的一種光源模塊103中四類二極體的排列順序，圖中各個圓圈表示各個二極體，其中，標註「I」的圓圈表示第一類二極體，標註「2」的圓圈表示第二類二極體，標註「3」的圓圈表示第三類二極體，標註「4」的圓圈表示第四類二極體。圖3中點劃線所示1031表示光源模塊103中的一陣列單元，光源模塊103是由多個陣列單元構成，陣列單元1031中包括的第一類二極體、第二類二極體、第三類二極體以及第四類二極體的個數相同，且排列順序如圖3所示。其中，圖3隻是以一具體的例子示出光源模塊103中四種類型二極體的排列順序，但並不限制於此，根據不同的實際情況陣列單元中各個類型二極體數目可以不同，且排列順序也可以發生變化，例如第二類二極體也可以在第一類二極體所在位置，第三類二極體也可以在第四類二極體所在位置，第二類二極體可以在第三類二極體所在位置等等，只需要光源模塊103在其照射面上形成均勻光強，四類二極體到底是如何排列的並不影響本發明實施例的實現，所以在此不作具體限定。實施例三請參閱圖4，為本發明實施例提供的一種用於綠藻培養的智能化光照設備的結構示意圖，該智能化光照設備包括存儲模塊100、參數採集單元401、判斷模塊101、觸發模塊402、獲取佔空比模塊102、光源模塊103、光照控制模塊403，其中獲取佔空比模塊102分別與存儲模塊100、參數採集單元401、光源模塊103、觸發模塊402和光照控制模塊403相連，光照控制模塊403與光源模塊103相連。存儲模塊100，用於記錄綠藻生長參數；綠藻生長參數包括生長特性參數以及與生長特性參數對應的藍光佔空比和紅光佔空比。生長特性參數包括生物量區間。存儲模塊100可 以為存儲器，存儲模塊100可以存儲有生長特性參數、與生長特性參數對應的藍光佔空比和紅光佔空比的關係曲線，生長特性參數與藍光佔空比和紅光佔空比的對應關係可以是通過該關係曲線得出的。當然，也可以直接存儲各個參數。參數採集單元401，用於採集外部輸入的參數；外部輸入的參數包括綠藻的類別。綠藻的類別可以包括綠藻的種類和/或綠藻的品種。綠藻的種類包括單細胞藻、群體藻、團藻、絲狀和管狀藻、蕨藻等。同一類別的綠藻也有不同的品種(如單細胞藻包括衣藻、鼓藻)，同一類別不同種類的綠藻的在同一生長狀態所需要的光照(光質、光強及光暗周期)可能不同。判斷模塊101，用於判斷綠藻的當前生長狀態；綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量。光照控制模塊403，用於判斷當前時間是否屬於預設光照時間段，如果是，則控制光源模塊103進行光照。參數採集單元401以及判斷模塊101的功能可以為單片機或者為微控制單元(MCU)中的一部分功能，參數採集單元401以及判斷模塊101可以為單片機或者為微控制單元(MCU)中的一部分。觸發模塊402，用於在光照控制模塊404判斷出當前時間屬於預設光照時間段的情況下，判斷當前生物量是否屬於當前生物量區間，如果否，則觸發獲取佔空比模塊102。光照控制模塊403是優選的模塊，也可以沒有該模塊，此時觸發模塊402用於判斷當前生物量是否屬於當前生物量區間，如果否，則觸發獲取佔空比模塊102根據綠藻的當前生長狀態獲得所述綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比。當綠藻的生物量落入當前的生物量區間時，說明只要光源模塊103維持當前的光照即可，不需要改變，所以不用觸發獲取佔空比模塊102。具體的，觸發模塊402可以為觸發器。獲取佔空比模塊102，用於根據當前生物量以及綠藻的類別獲得對應的生長特性參數，並根據生長特性參數得出藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比；由於綠藻類別很多，不同類別的綠藻在同一生物量所需的藍光和紅光的光照強度閾值不同，所以需要通過參數採集單元401採集綠藻的類別。如果只需培養同一類別的綠藻，那麼也可以沒有參數採集單元401，此時獲取佔空比模塊102，用於判斷所述當前生物量對應的生物量區間，並根據生物量區間得出藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的獲取佔空比|旲塊。一般的，綠藻在不同的生長階段中，PWM信號的佔空比是需要發生變化的，相應的光的波長(光質)也會發生變化，即光照強度閾值發生變化，但是在同一種綠藻的一個光暗周期中，波長一般是不會發生變化的，即光照強度閾值不變。綠藻的生長特性參數還可以包括與生物量區間對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值、與所述藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值對應的藍光碟機動電流和紅光碟機動電流、以及與所述藍光碟機動電流對應的藍光佔空比以及與所述紅光碟機動電流對應的紅光佔空比。相應的，存儲模塊100中可以存儲有生物量區間與藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值的關係曲線，藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值與藍光碟機動電流和紅光碟機動電流的關係曲線，藍光碟機動電流和紅光碟機動電流與藍光佔空比和紅光佔空比的關係曲線，各個參數間的對應關係可以是通過相應的曲線得到的，當然存儲模塊100中也可以直接存儲各個參數的對應關係。光源模塊103，用於根據藍光佔空比以及紅光佔空比生成相應波長的藍光和相應波長的紅光。上述實施例中，隨著綠藻生物量的增加,光源模塊103的工作電流隨之加大，此時光源模塊103發出的光的光子總密度增加，並且在光子總密度增加的過程中，光譜中第三發光峰光照強度閾值增幅較小，第一發光峰以及第二發光峰的光照強度閾值增加幅度較大，並且在總光照強度閾值中比例加大。光源模塊103發出的光的光照強度閾值越大，需要的驅動電流就越大，同時基於佔空比和驅動電流的正比關係，使獲取佔空比I旲塊102輸出相應的佔空比，所需驅動電流越大對應的佔空比越高，其中，佔空比在0%-100%之間變化，即光源模塊103可根據需要在第一發光峰至第四發光峰的光照強度閾值在零和到最大可輸出光強間變化。上述本發明公開的實施例中詳細描述了裝置，對於本發明的裝置可採用多種形式的方法實現，因此本發明還公開了幾種方法，下面給出具體的實施例進行詳細說明。實施例四請參閱圖5，為本發明實施例提供的一種用於綠藻培養的光譜調製方法的流程圖，該方法可以包括
步驟S501 :判斷綠藻的當前生長狀態；步驟S502 :根據綠藻的當前生長狀態獲得與其對應的生長特性參數，並根據生長特性參數得到綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比；由於綠藻的生物量不同，需要的藍光和紅光的光照強度閾值不同，所以生長特性參數可以包括生物量區間以及與生物量區間對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值、與藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值對應的藍光碟機動電流和紅光碟機動電流、以及與上述藍光碟機動電流對應的藍光佔空比以及與上述紅光碟機動電流對應的紅光佔空比，其中，不同的佔空比對應的相應的波長和不同強度的光。此時，根據生長特性參數得到所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比具體包括根據綠藻的當前生物量得到當前生物量對應的生物量區間，根據生物量區間獲得對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值，根據獲得的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值得到相應的藍光碟機動電流以及紅光碟機動電流，根據藍光碟機動電流到相應的藍光佔空比以及根據紅光碟機動電流得到相應的紅光佔空比。藍光佔空比可以包括波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比以及波長為445nm_480nm的第二發光峰的第二佔空比，紅光佔空比可以包括波長為610nm_640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645nm-680nm的第四發光峰的第四佔空比。在不同的實際情況下，藍光佔空比可以只包括第一佔空比(或第二佔空比)，紅光佔空比只包括第三佔空比(或第四佔空比)。步驟S503 :根據藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光，以及根據紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光。優選的，藍光佔空比包括波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比以及波長為445nm-480nm的第二發光峰的第二佔空比，紅光佔空比包括波長為610nm_640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645-680nm的第四發光峰的第四佔空比。本發明實施例，通過判斷`綠藻的當前生長狀態，得到綠藻此時所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的佔空比，根據藍光佔空比以及紅光佔空比生成相應波長的藍光和相應波長的紅光，由於佔空比發生變化，藍光和紅光的光子密度會發生變化，所以藍光和紅光的光照強度以及光質發生變化，綜上，本發明實施例可以在綠藻的不同生長狀態發出與綠藻的當前生長狀態相應的波長、光照強度及光質的光，從而提高綠藻對光源的利用率，進而提高綠藻的生長速度。實施例五請參閱圖6，為本發明實施例提供的第二種用於綠藻培養的光譜調製方法的流程圖，該方法可以包括步驟S601 :採集外部輸入的參數；外部輸入的參數包括綠藻的類別。綠藻的種類包括單細胞藻、群體藻、團藻、絲狀和管狀藻、蕨藻等。同一類別的綠藻也有不同的品種(如單細胞藻包括衣藻、鼓藻)，同一類別不同種類的綠藻的在同一生長狀態所需要的光照(光質、光強及光暗周期)可能不同。步驟S602 :判斷綠藻的當前生長狀態；步驟S601與步驟S602沒有先後順序,只是為了畫圖方便,所以才規定了先後順序。
步驟S603 :根據當前生物量以及綠藻類別獲得對應的生長特性參數；由於綠藻類別很多，不同類別的綠藻的在同一生物量所需的藍光和紅光的光照強度閾值不同，所以需要判斷綠藻的類別。如果只培養一種綠藻，此時可以沒有步驟S601，若沒有步驟S601，那麼步驟S603為判斷所述當前生物量對應的生長特性參數。步驟S604 :判斷當前時間是否屬於預設光照時間段，如果是，則進入步驟S605，如果否，則不作處理。步驟S604中的「如果否，則不作處理」只是為了畫圖方便，並不一定是「不作處理」，還可以為其他，例如「如果否，則繼續判斷下一時間是否屬於預設光照時間段」。本步驟為優選步驟，本發明實施例中可以沒有該步驟，可以直接執行步驟S605。步驟S605 :判斷當前生物量是否屬於當前生物量區間，如果否，則進入步驟S606，如果是，則不作處理。步驟S605中的「如果否，則不作處理」只是為了畫圖方便，並不一定是「不作處理」，還可以為其他，例如「如果否，則繼續判斷下一時刻的生物量是否屬於當前生物量區間」。本步驟為優選步驟，本發明實施例中可以沒有該步驟，此時，步驟S604中修改為「如果是，則進入步驟S606」。步驟S604與步驟S605沒有先後順序，只是為了畫圖方便才規定了順序。步驟S606 :根據綠藻的當前生長狀態獲得對應的生長特性參數，根據生長特性參數得到綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比；步驟S607 :根據藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光以及 根據紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光。優選地，具體為根據生物量區間得出波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比、波長為445nm-480nm的第二發光峰的第二佔空比、波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645nm-680nm的第四發光峰的第四佔空比。優選的，所述藍光和所述紅光在其照射面上的形成均勻的光強。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的方法而言，由於其與實施例公開的裝置相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見裝置部分說明即可。還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原 理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種用於綠藻培養的智能化光照設備，其特徵在於，包括 記錄有綠藻生長參數的存儲模塊，所述綠藻生長參數包括生長特性參數以及與所述生長特性參數對應的藍光佔空比和紅光佔空比； 判斷所述綠藻的當前生長狀態的判斷模塊； 分別與所述判斷模塊以及所述存儲模塊相連，根據所述綠藻的當前生長狀態獲得與其對應的生長特性參數，並根據所述生長特性參數得到所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的獲取佔空比模塊； 與所述獲取佔空比模塊相連，根據所述藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據所述藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光以及根據所述紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據所述紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光的光源模塊。
2.根據權利要求1所述智能化光照設備，其特徵在於，所述生長特性參數包括綠藻的生長階段，所述綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量，所述獲取佔空比模塊包括 根據所述綠藻的當前生物量獲得所述綠藻的當前生長階段的階段獲取單元； 與所述階段獲取單元相連，根據所述綠藻的當前生長階段得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。
3.根據權利要求1所述智能化光照設備，其特徵在於，所述生長特性參數包括綠藻的生物量區間，所述綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量，所述獲取佔空比模塊包括 根據所述綠藻的當前生物量獲得對應的生物量區間的第一區間獲取單元； 與所述第一區間獲取單元相連，根據所述綠藻的生物量區間得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。
4.根據權利要求1所述智能化光照設備，其特徵在於，所述生長特性參數包括綠藻的生長階段以及與所述綠藻的生長階段對應的綠藻的生物量區間，所述每一生長階段至少與一個生物量區間相對應，所述綠藻的生長狀態包括綠藻的生物量，所述獲取佔空比模塊包括 根據所述綠藻的當前生物量獲得所述綠藻的當前生長階段，並根據所述當前生物量以及所述當前生長階段得到當前生物量區間的第二區間獲取單元； 與所述第二區間獲取單元相連，根據所述綠藻的生物量區間得出所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的生成單元。
5.根據權利要求3-4任一項所述智能化光照設備，其特徵在於，所述生長特性參數包括與所述生物量區間對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值、與所述藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值對應的藍光碟機動電流和紅光碟機動電流、以及與所述藍光碟機動電流對應的藍光佔空比和與所述紅光碟機動電流對應的紅光佔空比，所述獲取佔空比模塊包括 根據所述綠藻的當前生物量得到當前生物量對應的生物量區間，根據所述生物量區間獲得對應的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值，根據獲得的藍光的光照強度閾值以及紅光的光照強度閾值得到相應的藍光碟機動電流以及紅光碟機動電流的獲取驅動電流單元； 與所述獲取驅動電流單元相連，根據所述藍光碟機動電流到相應的藍光佔空比以及根據所述紅光碟機動電流得到相應的紅光佔空比的生成單元。
6.根據權利要求2-4任一項所述智能化光照設備，其特徵在於，所述生成單元具體為根據生物量區間得出波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比、波長為445nm-480nm的第二發光峰的第二佔空比、波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645-680nm的第四發光峰的第四佔空比的生成單元。
7.根據權利要求1或6任一項所述智能化光照設備，其特徵在於，所述藍光包括波長為410nm-440nm的第一發光峰對應的光照以及波長為445nm-480nm的第二發光峰對應的光照，所述紅光包括波長為610nm-640nm的第三發光峰對應的光照以及波長為645nm_680nm的第四發光峰對應的光照。
8.根據權利要求7所述智能化光照設備，其特徵在於，所述光源模塊為半導體光源模塊，所述半導體光源模塊包括按照預設規律排列的第一類二極體、第二類二極體、第三類二極體以及第四類二極體，以使所述半導體光源模塊在其照射面上形成均勻的光強和光質，其中，所述第一類二極體發出與所述第一發光峰對應的光照，所述第二類二極體發出與所述第二發光峰對應的光照，所述第三類二極體發出與所述第三發光峰對應的光照，所述第四類二極體發出與所述第四發光峰對應的光照。
9.根據權利要求1所述智能化光照設備，其特徵在於，所述綠藻生長參數還包括綠藻的類別，所述綠藻的類別包括綠藻的種類和/或綠藻的品種，所述生長特性參數與所述綠藻的類別相對應，所述生長特性參數包括綠藻的生長階段和/或綠藻的生物量區間，所述智能化光照設備還包括 與所述獲取佔空比模塊相連，採集外部輸入的參數的參數採集單元，所述外部輸入的參數包括綠藻的類別； 相應的，所述獲取佔空比模塊具體為根據所述綠藻的當前生長狀態以及所述綠藻類別獲得對應的生長特性參數，並根據生長特性參數得出藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的獲取佔空比模塊。
10.根據權利要求1所述智能化光照設備，其特徵在於，所述生長特性參數包括生物量區間和生長階段，所述智能化光照設備還包括 與所述光源模塊相連，在判斷出當前時間屬於預設光照時間段時，控制所述光源模塊進行光照的光照控制模塊； 與所述光照控制模塊相連，在所述光照控制模塊判斷出當前時間屬於預設光照時間段的情況下，判斷所述當前生物量是否不屬於當前生物量區間，如果是，則觸發所述獲取佔空比模塊根據所述綠藻的當前生長狀態獲得對應的生長特性參數，根據所述生長特性參數得到所述綠藻所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的觸發模塊。
11.一種用於綠藻培養的光譜調製方法，其特徵在於，包括 判斷綠藻的當前生長狀態； 根據所述綠藻的當前生長狀態獲得與其對應的生長特性參數，並根據所述生長特性參數得到所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比，所述綠藻的生長狀態與所述生長特性參數相對應，所述生長特性參數與所述藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比相對應； 根據所述藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據所述藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光，以及根據所述紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據所述紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光。
12.根據權利要求11所述的光譜調製方法，其特徵在於，所述藍光佔空比包括波長為410nm-440nm的第一發光峰的第一佔空比以及波長為445nm_480nm的第二發光峰的第二佔空比，所述紅光佔空比包括波長為610nm-640nm的第三發光峰的第三佔空比以及波長為645nm-680nm的第四發光峰的第四佔空比。
全文摘要
本發明公開了一種用於綠藻培養智能化光照設備，包括記錄有綠藻生長參數的存儲模塊；判斷所述綠藻的當前生長狀態的判斷模塊；根據所述綠藻的當前生長狀態獲得與其對應的生長特性參數，並根據所述生長特性參數得到所述綠藻當前所需的藍光對應的藍光佔空比以及紅光對應的紅光佔空比的獲取佔空比模塊；根據所述藍光佔空比生成相應的藍光PWM信號，並根據所述藍光PWM信號生成相應光照強度的藍光以及根據所述紅光佔空比生成相應的紅光PWM信號，並根據所述紅光PWM信號生成相應光照強度的紅光的光源模塊。本發明還公開一種與上述設備對應的光譜調製方法。採用本發明提供的設備和方法可以提高綠藻對光源的光能利用效率，進而提高綠藻的生長速度。
文檔編號C12M1/00GK103060171SQ20121032630
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者李許可, 周泓, 方治國, 泮進明 申請人:杭州朗拓生物科技有限公司