一种智能LED组培系统及控制方法与流程

本发明涉及植物组培的技术领域，更具体地，涉及一种智能led组培系统及控制方法。

背景技术：

众所周知，光是植物进行光合作用的能量来源，它作为一种物理因子影响离体培养物的脱分化、器官发生及幼苗形态建成，是影响种苗生长的内在因素；而在太阳光的有效辐射范围中，620～700nm的红光和430～490nm的蓝光被认为是影响植物光合作用和形态建成的主要光谱。

目前，多数向阳型植物需要光照时间在12-16小时，组培室洁净度要求高，一般采用人工光源补光，但是有如下劣势之处：（1）传统人工光源由于发光效率低，发热量大，以致提高了整体耗电成本，光能消耗约占整个培养费用的20%-40%，高能耗提高生产成本，减少了组培厂的利润，限制香蕉组培苗的规模化推广；（2）传统人工光源以有线的方式连接，并将开关集成到组培架一端，由于组培室内培养架众多，每一层均需要光源，导致整个组培室布线繁多，组合不灵活，控制复杂，不易管理；（3）植物对光有选择性吸收作用，研究表明植物光合作用主要利用波长为620-700nm的红光和波长为430-490nm的蓝光，黄光和蓝绿光吸收较少，传统人工光源的红光和蓝光所占比例较小，导致植物有机物积累少，生长缓慢，延长了培育周期。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能led组培系统及控制方法，根据植物在不同生长阶段、不同时间和不同环境下对光的需求在全光谱范围内对led光质进行调控，解决植物组培过程中出现的高能耗、周期长、管理复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种智能led组培系统，包括用于将用户指令转化为机器语言的上位机、光强光质光周期可调的led补光模块、用于采集培养层照度值的光质检测模块、用于接收光质检测模块采集的信号及向led补光模块发送指令的终端控制器以及用于将指令发送给对应终端控制器的主协调器，所述光质检测模块连接于终端控制器的输入端，led补光模块连接于终端控制器的输出端，若干终端控制器与主协调器连接，所述主协调器与上位机连接；所述led补光模块包括波长调节范围为590nm～680nm的红光led灯以及波长调节范围为465nm~468nm蓝光led灯，所述红光led灯和蓝光led灯相间分布。

本发明的智能led组培系统，终端控制器接收主协调器的信息，可控制每组led补光模块的工作状态；而光质检测模块实时检测培养层的照度值，并反馈给终端控制器；终端控制器分析设定的照度值以及实时检测到的照度值，调整相应的红光led灯和蓝光led灯开启从而将实际的照度值调整到设定的范围内，而设定的范围可根据植物在不同生长阶段、不同时间和不同环境下对光的需求确定，能够提升组培植物的光合效率，解决植物组培过程中出现的高耗能、周期长、管理复杂的问题。

进一步地，所述终端控制器包括mcu处理器和第一zigbee模块，所述mcu处理器与第一zigbee模块连接；所述主协调器连接有第二zigbee模块，所述上位机设有usb串口，所述usb串口与主协调器中的第二zigbee模块通信，所述第一zigbee模块与第二zigbee模块通信。在usb串口驱动下通过虚拟串口与主协调器中的第二zigbee模块通信，终端控制器上电后自动与主协调器组网并分配到唯一的通道，接收主协调器发送的指令，终端控制器的第二zigbee模块将指令传送至mcu处理器处理后驱动led补光模块工作。

进一步地，所述红光led灯与蓝光led灯均安装于灯座上。将红光led灯与蓝光led灯安装在灯座上，便于安装与控制，具有较好的实用性。

进一步地，所述灯座为向一侧凸起的圆形底座，所述红光led灯和蓝光led灯在圆形底座上呈环形阵列分布；每个环上的红光led灯与蓝光led灯的数目为偶数，且每个环上的红光led灯与蓝光led灯相间分布。确保每个环上相间分布的红光led灯与蓝光led灯的数目相等，均匀排列的分布，能够使植物受光均匀。

进一步地，每个环上的红光led灯与相邻设置的蓝光led灯之间的距离相等。红光led灯与蓝光led灯均匀分布，能够增加植物受光的均匀性。

进一步地，各个环上的红光led灯与相邻设置的蓝光led灯之间的距离均相等。各环上红光led灯与蓝光led灯均匀分布，能够进一步增加植物受光的均匀性，能够提升组培植物的光合效率。

进一步地，所述红光led灯和蓝光led灯的数目比为3:1~10:1，多个红光led灯环绕形成正多边形，蓝光led灯位于所述正多边形的中心。环绕成正多边形的红光led灯以及位于正多边形中心的蓝光led灯组成一组，实现红光与蓝光比例在3:1到10:1范围内可调。

进一步地，所述灯座设有导热系数为220w/m·k~230w/m·k的铝合金外壳。铝合金外壳散热性好，无需散热模块，能够让光源与植物的距离更近，从而增加空间利用率。

本发明还提供了一种智能led组培系统的控制方法，包括以下步骤：

s10.用户通过上位机的人机交互界面输入红光与蓝光光子数比值r0/b0；

s20.终端控制器接收主协调器发送的指令并产生pwm波信号，经信号放大电路进入led补光模块的驱动电路驱动红光led灯和蓝光led灯工作；

s30.光质检测模块检测当前组培养层的r/b，经模数转换后反馈给终端控制器；

s40.根据步骤s10中设定的r0/b0与步骤s30中检测得到的r/b的差值，调整步骤s20中pwm波信号的占空比大小，使得r/b与r0/b0的差值在设定的误差范围内。

本发明的智能led组培系统的控制方法，可根据组培植物不同发育阶段对红蓝光比例不同的需求，调整红光与蓝光光子数比值以获得均匀的光照系统；相比传统的光源能够起到减少耗电量、电路操控灵活、加快组培植物生长的作用。

优选地，步骤s10还包括用户通过上位机的人机交互界面输入光照时间t0；在步骤s40后，检测实际光照时间t是否达到设定的光照时间t0，若达到，则控制红光led灯和蓝光led灯熄灭。在改善组培植物的光合效率的同时，节约能源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明根据植物在不同的生长阶段、不同时间和不同环境下对光的需求调整红光与蓝光的照度比，能够提升组培植物的光合效率，解决植物组培过程中出现的高耗能、周期长、管理复杂的问题；

（2）本发明的红光led灯与蓝光led灯均匀排列的分布，改善植物受光的均匀性，能够提升组培植物的光合效率；且本系统无需设置散热模块，能够让光源与植物的距离更近，从而增加空间利用率；

（3）本发明的控制方法可根据组培植物不同发育阶段对红蓝光比例不同的需求，调整红光与蓝光光子数比值以获得均匀的光照系统；相比传统的光源能够起到减少耗电量、电路操控灵活、加快组培植物生长的作用。

附图说明

图1为本发明的智能led组培系统的结构示意图。

图2为本发明的智能led组培系统的灯座的仰视图。

图3为本发明的智能led组培系统的灯座的侧视图。

图4为本发明的智能led组培系统的控制方法的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例一

如图1至图3所示为本发明的智能led组培系统的第一实施例，包括用于将用户指令转化为机器语言的上位机、光强光质光周期可调的led补光模块、用于采集培养层照度值的光质检测模块、用于接收光质检测模块采集的信号及向led补光模块发送指令的终端控制器以及用于将指令发送给对应终端控制器的主协调器，所述光质检测模块连接于终端控制器的输入端，led补光模块连接于终端控制器的输出端，若干终端控制器与主协调器连接，所述主协调器与上位机连接；所述led补光模块包括波长调节范围为590nm～680nm的红光led灯以及波长调节范围为465nm~468nm蓝光led灯，所述红光led灯和蓝光led灯相间分布。本实施例实施时，终端控制器接收主协调器的信息，可控制每组led补光模块的工作状态；而光质检测模块实时检测培养层的照度值，并反馈给终端控制器；终端控制器分析设定的照度值以及实时检测到的照度值，调整相应的红光led灯和蓝光led灯相应开启从而将实际的照度值调整到设定的范围内。

其中，所述终端控制器包括mcu处理器和第一zigbee模块，所述mcu处理器与第一zigbee模块连接；所述主协调器连接有第二zigbee模块，所述上位机设有usb串口，所述usb串口与主协调器中的第二zigbee模块通信，所述第一zigbee模块与第二zigbee模块通信。在usb串口驱动下通过虚拟串口与主协调器中的第二zigbee模块通信，终端控制器上电后自动与主协调器组网并分配到唯一的通道，接收主协调器发送的指令，终端控制器的第二zigbee模块将指令传送至mcu处理器处理后驱动led补光模块工作。

如图2至图3所示，所述红光led灯与蓝光led灯均安装于灯座上，将红光led灯与蓝光led灯安装在灯座上，便于安装与控制，实用性强。其中，所述灯座为向一侧凸起的圆形底座，所述红光led灯和蓝光led灯在圆形底座上呈环形阵列分布；每个环上的红光led灯与蓝光led灯的数目为偶数，且每个环上的红光led灯与蓝光led灯相间分布，确保每个环上相间分布的红光led灯与蓝光led灯的数目相等；每个环上的红光led灯与相邻设置的蓝光led灯之间的距离相等，且各个环上的红光led灯与相邻设置的蓝光led灯之间的距离均相等，各环上红光led灯与蓝光led灯均匀分布，能够进一步增加植物受光的均匀性，能够提升组培植物的光合效率。本实施例以下例说明红光led灯与蓝光led灯的分布，但并不限于以下方案：在直径为210mm的灯具底座上，将其半径平均分为五个阵列，从内向外分别是半径为20mm、40mm、60mm、80mm、100mm的同心圆，并假若最内侧环上红光led灯与蓝光led灯的数目总数为8个，则从里到外每个环上的红光led灯与蓝光led灯的数目总数分别为8、16、24、32、40，一共120颗led灯；通过计算可知，相邻环的相邻led灯之间的间距为20.4mm，各个环上相邻led灯之间的距离都是7.7mm，如此均匀排列的分布，能够使植物受光更加均匀。

本实施例中，所述灯座设有导热系数为220w/m·k~230w/m·k的铝合金外壳，散热性好，无需散热模块，能够让光源与植物的距离更近，从而增加空间利用率。

实施例二

本实施例为本发明的智能led组培系统的第二实施例，本实施例与实施例一相同，所不同之处在于，红光led灯和蓝光led灯的数目比为3:1~10:1，多个红光led灯环绕形成正多边形，蓝光led灯位于所述正多边形的中心；环绕成正多边形的红光led灯以及位于正多边形中心的蓝光led灯组成一组，实现红光与蓝光比例在3:1到10:1范围内可调。

实施例三

如图4所示为本发明的智能led组培系统的控制方法的实施例，包括以下步骤：

s10.用户通过上位机的人机交互界面输入红光与蓝光光子数比值r0/b0；

s20.终端控制器接收主协调器发送的指令并产生pwm波信号，经信号放大电路进入led补光模块的驱动电路驱动红光led灯和蓝光led灯工作；

s30.光质检测模块检测当前组培养层的r/b，经模数转换后反馈给终端控制器；

s40.根据步骤s10中设定的r0/b0与步骤s30中检测得到的r/b的差值，调整步骤s20中pwm波信号的占空比大小，使得r/b与r0/b0的差值在设定的误差范围内。

其中，步骤s10还包括用户通过上位机的人机交互界面输入光照时间t0；在步骤s40后，检测实际光照时间t是否达到设定的光照时间t0，若达到，则控制红光led灯和蓝光led灯熄灭。

其中设定的光照时间t0为最佳光照时间，最佳光照时间可通过改变led等光照时间来改变光周期，分析植物培苗形态指标和生理指标的变化来确定。

经过以上步骤，可根据组培植物不同发育阶段对红蓝光比例不同的需求，调整红光与蓝光光子数比值以获得均匀的光照系统；相比传统的光源能够起到减少耗电量、电路操控灵活、加快组培植物生长的作用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。