室内植物补光系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种室内植物补光系统及方法，用于对室内植物进行补光，包括检测模块、控制模块、电源模块、补光模块、用户交互模块和降温模块，所述电源模块通过电源线分别连接至所述检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块和降温模块的电源接口，所述控制模块通过总线分别连接至所述检测模块、补光模块、用户交互模块和降温模块。本发明室内植物补光系统，稳定性好、自动化程度高、精确度好，大大提高了室内植物的产量及品质，且耗能低。
【专利说明】室内植物补光系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种室内植物补光领域，特别涉及一种室内植物补光系统及方法。
【背景技术】
[0002]在农作物生长过程中，光照条件对农作物的生产速度、产量及品质都具有重要影响。现阶段我国大部分设施农业仍然依靠白炽灯、卤钨灯、高压水银灯、高压钠灯等作为光源对植物进行补光，这些传统的补光技术存在光谱匹配不合理、光能利用率低、未考虑温度等其他因素的影响，其耗能过高导致难以在实际生产中投入。且传统的补光技术未考虑不同植物及植物不同生产阶段需光量的差异，造成不光不足或补光过度，能源浪费严重。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种可对不同植物和植物不同的生产阶段有针对性地进行红蓝补光的室内植物补光系统及方法。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种室内植物补光系统，用于对室内植物进行补光，包括检测模块、控制模块、电源模块、补光模块、用户交互模块和降温模块，所述电源模块通过电源线分别连接至所述检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块和降温模块的电源接口，所述控制模块通过总线分别连接至所述检测模块、补光模块、用户交互模块和降温模块。
[0007]进一步的，还包括报警模块，所述报警模块通过电源线与所述电源模块连接，并通过总线连接至所述控制模块。
[0008]进一步的，所述检测模块包括红光检测器、蓝光检测器和温度检测器，所述红光检测器和蓝光检测器均为ISL29010光照传感器，所述温度传感器为18B20温度传感器，所述ISL29010光照传感器通过电源线连接所述电源模块，并通过总线连接至所述控制模块，所述温度传感器通过电源线连接至所述电源模块，并通过总线连接至所述控制模块。
[0009]进一步的，所述报警模块包括报警灯和蜂鸣器，所述报警器和蜂鸣器分别通过电源线连接至所述电源模块，并通过总线连接至所述控制模块。
[0010]进一步的,所述补光模块包括红光补光灯组和蓝光补光灯组,所述红光补光灯组为多组包括至少10个中心波长为660nm的窄带红光LED阵列和外部驱动电路，所述蓝光补光灯组为多组包括至少10个中心波长为450nm的窄带蓝光LED阵列和外部驱动电路。
[0011]进一步的，所述电池模块包括市电、蓄电池及与所述蓄电池电连接的太阳能电池。
[0012]进一步的，所述控制模块为STC12C5A60S2单片机，所述降温模块为抽风机。
[0013]一种室内植物补光方法，包括以下步骤:
[0014]a、设定阀值:根据不同植物种类及植物的不同生长阶段设定红、蓝光阀值，温度阀值及检测时间间隔值；[0015]b、检测室内温度:通过温度检测器检测室内温度并判断其是否在预置范围内，如温度高于预置温度，则启动报警模块，同时启动抽风机进行抽风降温，并切断补光模块电源；如温度低于预置温度，则进入下一步骤；
[0016]C、红蓝光光照强度检测:通过光照传感器检测当前红蓝光光照度，并判断是否在设定阀值范围内，如大于设定阀值，则切断补光模块电源；如低于设定阀值，则进入下一步骤；
[0017]d、进行补光:判断补光类型并计算补光量，补光量为红、蓝光的设定阀值光照度与红、蓝光实时检测光照度的差值，并通过调节PWM信号占空比实现红、蓝的精确补光；
[0018]e、重复步骤 b、c、d。
[0019](三)有益效果
[0020]本发明室内植物补光系统，根据温度及光照传感器的检测结果，通过单片机利用PWM信号，控制特定波长的红蓝光两路LED灯组驱动电流，从而控制光量度，解决传统技术中补光不足或补光过量的不足，提高了能源利用率，减少了能源浪费，且智能化程度高、补光精确。本发明室内植物补光系统，稳定性好、自动化程度高、精确度好，大大提高了室内植物的产量及品质，且耗能低。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明室内植物补光系统原理示意图；
[0022]图2为本发明室内植物补光系统工作流程图；
[0023]图3为本发明室内植物补光系统控制模块接线图。
【具体实施方式】
[0024]参阅图1~图3，本发明提供一种室内植物补光系统，用于对室内植物进行补光，包括检测模块、控制模块、电源模块、补光模块、用户交互模块和降温模块，电源模块通过电源线分别连接至检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块和降温模块的电源接口，控制模块通过总线分别连接至检测模块、补光模块、用户交互模块和降温模块；进一步的，本发明还包括报警模块，该报警模块通过电源线与所述电源模块连接，并通过总线连接至控制模块检测模块包括红光检测器、蓝光检测器和温度检测器，红光检测器和蓝光检测器均为ISL29010光照传感器，温度传感器为18B20温度传感器，ISL29010光照传感器通过电源线连接电源模块，并通过总线连接至控制模块，温度传感器通过电源线连接至电源模块，并通过总线连接至控制模块。报警模块包括报警灯和蜂鸣器，报警器和蜂鸣器分别通过电源线连接至电源模块，并通过总线连接至控制模块。补光模块包括红光补光灯组和蓝光补光灯组，红光补光灯组为多组包括至少10个中心波长为660nm的窄带红光LED阵列和外部驱动电路，蓝光补光灯组为多组包括至少10个中心波长为450nm的窄带蓝光LED阵列和外部驱动电路。而电池模块包括市电、蓄电池及与蓄电池电连接的太阳能电池。控制模块为STC12C5A60S2单片机，所述降温模块为抽风机。
[0025]以下对各个模块进行详细说明:
[0026]电源模块:
[0027]电源模块采用太阳能电池、220V的市电及蓄电池，提高了太阳能利用率，避免因为市区停电而造成本发明无法工作，其中LED灯组采用市电供电，市电或太阳能电池对蓄电池进行充电；控制电路的输入端与太阳能电池，利用稳压变压模块对12V蓄电池进行充电，稳压电源再通过变压模块及其他外围电路产生3V稳压电源，从而可提供12V和3V稳压电源，其中，单片机、温度检测器、报警模块和用户交互模块为5V供电，红光检测和蓝光检测由3V电源供电。
[0028]控制模块:
[0029]该控制模块为采用5V供电的STC12C5A60S2单片机，具有8路10位A/D接口、2路PWM输出口、4个16位定时器、56KFlash存储空间、静态存储内存为1280B，能满足数据采集、阀值设定、数据存储等工作。其中PO接口连接用户交互模块中的液晶屏的8路数据接口 ；P1 口连接采集信号；P1.0连接继电器信号；P1.1输出报警信号；P1.5接温度检测信号；P1.4、Pl.3分别接红、蓝光检测信号，从而完成对传感器的数据采集；P2 口连接用户交互模块中的键盘；P3.0、P3.1负责单片机与串口之间的数据读写，P3.2-P3.7与液晶控制端连接；P4.2与P4.3为PWM信号输出端。
[0030]检测模块:
[0031]检测模块能实时检测温度及红蓝光的光照度，并将采集的洗好进行处理后传送至单片机。本实施例中，温度传感器为18B20温度传感器，红光检测器和蓝光检测器均为ISL29010光照传感器。由于植物的光合作用主要吸收波长范围在400-500nm的蓝光及波长范围在600-700nm的红光，因此对上述波段光照度的检测可评价光合作用的有效光照度。温度传感器与单片机的Pl.5 口连接，光照传感器连接至单片机的Pl.3 口和Pl.4 口。
[0032]补光模块:
[0033]补光模块包括多组LED灯组及驱动电路，该LED灯组包括多组中心波长为660nm的窄带红光LED阵列和中心波长为450nm的窄带蓝光LED阵列，红光LED阵列和蓝光LED阵列独立工作，其分别由单片机的2路PWM信号实现控制。由于PWM占空比成正比输出电流，而输出电流正比LED输出能量，即两者成正比，故可通过PWM占空比有效控制输出亮度。
[0034]报警模块:
[0035]报警模块包括报警灯和蜂鸣器，当检测超出阀值时，由单片机的Pl.1 口输出报警信号，控制蜂鸣器和报警灯。
[0036]降温模块:
[0037]该降温模块包括抽风机，当检测温度过高时，启动抽风机进行抽风实现室内降温，从而达到更好的光合作用效果；由单片机Pl.2 口输出信号。
[0038]一种室内植物补光方法，包括以下步骤:
[0039]a、设定阀值:根据不同植物种类及植物的不同生长阶段设定红、蓝光阀值，温度阀值及检测时间间隔值；
[0040]b、检测室内温度:通过温度检测器检测室内温度并判断其是否在预置范围内，如温度高于预置温度，则启动报警模块，同时启动抽风机进行抽风降温，并切断补光模块电源，其通过切断补光灯组的继电器实现切断功能；如温度低于预置温度，则进入下一步骤；
[0041]C、红蓝光光照强度检测:通过光照传感器检测当前红蓝光光照度，并判断是否在设定阀值范围内，如大于设定阀值，则切断补光模块电源；如低于设定阀值，则进入下一步骤；[0042]d、进行补光:判断补光类型并计算补光量，补光量为红、蓝光的设定阀值光照度与红、蓝光实时检测光照度的差值，并通过调节PWM信号占空比实现红、蓝的精确补光；
[0043]e、重复步骤 b、c、d。
[0044]本发明室内植物补光系统，根据温度及光照传感器的检测结果，通过单片机利用PWM信号，控制特定波长的红蓝光两路LED灯组驱动电流，从而控制光量度，解决传统技术中补光不足或补光过量的不足，提高了能源利用率，减少了能源浪费，且智能化程度高、补光精确。本发明室内植物补光系统，稳定性好、自动化程度高、精确度好，大大提高了室内植物的产量及品质，且耗能低。
[0045]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种室内植物补光系统，用于对室内植物进行补光，其特征在于:包括检测模块、控制模块、电源模块、补光模块、用户交互模块和降温模块，所述电源模块通过电源线分别连接至所述检测模块、控制模块、补光模块、用户交互模块和降温模块的电源接口，所述控制模块通过总线分别连接至所述检测模块、补光模块、用户交互模块和降温模块。
2.如权利要求1所述的室内植物补光系统，其特征在于:还包括报警模块，所述报警模块通过电源线与所述电源模块连接，并通过总线连接至所述控制模块。
3.如权利要求1所述的室内植物补光系统，其特征在于:所述检测模块包括红光检测器、蓝光检测器和温度检测器，所述红光检测器和蓝光检测器均为ISL29010光照传感器，所述温度传感器为18B20温度传感器，所述ISL29010光照传感器通过电源线连接所述电源模块，并通过总线连接至所述控制模块，所述温度传感器通过电源线连接至所述电源模块，并通过总线连接至所述控制模块。
4.如权利要求2所述的室内植物补光系统，其特征在于:所述报警模块包括报警灯和蜂鸣器，所述报警器和蜂鸣器分别通过电源线连接至所述电源模块，并通过总线连接至所述控制模块。
5.如权利要求1所述的室内植物补光系统，其特征在于:所述补光模块包括红光补光灯组和蓝光补光灯组，所述红光补光灯组为多组包括至少10个中心波长为660nm的窄带红光LED阵列和外部驱动电路，所述蓝光补光灯组为多组包括至少10个中心波长为450nm的窄带蓝光LED阵列和外部驱动电路。
6.如权利要求1所述的室内植物补光系统，其特征在于:所述电池模块包括市电、蓄电池及与所述蓄电池电连接的太阳能电池。
7.如权利要求1至6任一项所述的室内植物补光系统,其特征在于:所述控制模块为STC12C5A60S2单片机，所述降温模块为抽风机。
8.—种室内植物补光方法，其特征在于，包括以下步骤: a、设定阀值:根据不同植物种类及植物的不同生长阶段设定红、蓝光阀值，温度阀值及检测时间间隔值； b、检测室内温度:通过温度检测器检测室内温度并判断其是否在预置范围内，如温度高于预置温度，则启动报警模块，同时启动抽风机进行抽风降温，并切断补光模块电源；如温度低于预置温度，则进入下一步骤； C、红蓝光光照强度检测:通过光照传感器检测当前红蓝光光照度，并判断是否在设定阀值范围内，如大于设定阀值，则切断补光模块电源；如低于设定阀值，则进入下一步骤； d、进行补光:判断补光类型并计算补光量，补光量为红、蓝光的设定阀值光照度与红、蓝光实时检测光照度的差值，并通过调节PWM信号占空比实现红、蓝的精确补光； e、重复步骤b、c、d。
【文档编号】A01G9/20GK103461033SQ201310410244
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】康瑛石 申请人:浙江工商职业技术学院