一种用于蓝藻培养的智能化光照设备及光谱调制方法

专利名称：一种用于蓝藻培养的智能化光照设备及光谱调制方法
技术领域：
本发明涉一种用于蓝藻培养的智能化光照设备及光谱调制方法。
背景技术：
随着近几年的蓝藻养殖产业的兴起，蓝藻的市场需求越来越大。现有的蓝藻养殖技术均是采用开放式跑道池，若需要对开放式跑道的培养技术进行改进或优化开放式跑道的培养条件，则必须通过采用光合生物反应器进行研究得到最优的培养参数。光是单细胞培养中影响其生长的最重要的因子之一。光照是影响蓝藻生长和生化成分的重要因素。光合生物反应器对蓝藻提供的培养参数之一是光照，而现有的光合生物反应器普遍采用太阳光、白炽灯或日光灯等作为光源，人工光源提供了一系列波长不等的光谱，从短波的蓝光到绿色和黄色，再到长波的红光，而蓝藻在不同的生长时间段只需要获得特定波长范围且特定光照强度的光即可，现有光源或人工光源的相当一部分光能不被吸收而被浪费，所以蓝藻对上述光源的能量利用率较低，光合作用效率低，从而影响蓝藻的生长速度。

发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于蓝藻培养的智能化光照设备及光谱调制方法，以克服现有技术中由于蓝藻对人工光源的光能利用效率较低，从而影响蓝藻的生长速度的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种用于蓝藻培养的智能化光照设备，包括记录有蓝藻生长参数的存储模块，所述蓝藻生长参数包括生长特性参数以及与所述生长特性参数对应的蓝绿光占空比和红光占空比；判断所述蓝藻的当前生长状态的判断模块；分别与所述判断模块以及所述存储模块相连，根据所述蓝藻的当前生长状态获得与其对应的生长特性参数，并根据所述生长特性参数得到所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的获取占空比模块；与所述获取占空比模块相连，根据所述蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据所述蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据所述红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据所述红光PWM信号生成相应光照强度的红光的光源模块。其中，所述生长特性参数包括蓝藻的生长阶段，所述蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量，所述获取占空比模块包括根据所述蓝藻的当前生物量获得所述蓝藻的当前生长阶段的阶段获取单元；与所述阶段获取单元相连，根据所述蓝藻的当前生长阶段得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。其中，所述生长特性参数包括蓝藻的生物量区间，所述蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量，所述获取占空比模块包括根据所述蓝藻的当前生物量获得对应的生物量区间的第一区间获取单元；与所述第一区间获取单元相连，根据所述蓝藻的生物量区间得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。其中，所述生长特性参数包括蓝藻的生长阶段以及与所述蓝藻的生长阶段对应的蓝藻的生物量区间，所述每一生长阶段至少与一个生物量区间相对应，所述蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量，所述获取占空比模块包括根据所述蓝藻的当前生物量获得所述蓝藻的当前生长阶段，并根据所述当前生物量以及所述当前生长阶段得到当前生物量区间的第二区间获取单元；与所述第二区间获取单元相连，根据所述蓝藻的生物量区间得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。其中，所述生长特性参数包括与所述生物量区间对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值、与所述蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值对应的蓝绿光驱动电流和红光驱动电流、以及与所述蓝绿光驱动电流对应的蓝绿光占空比以及与所述红光驱动电流对应的红光占空比，所述获取占空比模块包括根据所述蓝藻的当前生物量得到当前生物量对应的生物量区间，根据所述生物量区间获得对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值，根据获得的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值得到相应的蓝绿光驱动电流以及红光驱动电流的获取驱动电流单元；与所述获取驱动电流单元相连，根据所述蓝绿光驱动电流到相应的蓝绿光占空比以及根据所述红光驱动电流得到相`应的红光占空比的生成单元。其中，所述生成单元具体为根据生物量区间得出波长为420_495nm的第一发光峰的第一占空比、波长为500-590nm的第二发光峰的第二占空比、波长为610-640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645-680nm的第四发光峰的第四占空比的生成单元。其中，所述蓝绿光包括波长为420_495nm的第一发光峰对应的光照以及波长为500-590nm的第二发光峰对应的光照，所述红光包括波长为610_640nm的第三发光峰对应的光照以及波长为645-680nm的第四发光峰对应的光照。其中，所述光源模块为半导体光源模块，所述半导体光源模块包括按照预设规律排列的第一类二极管、第二类二极管、第三类二极管以及第四类二极管，以使所述半导体光源模块在其照射面上形成均匀的光强和光质，其中，所述第一类二极管发出与所述第一发光峰对应的光照，所述第二类二极管发出与所述第二发光峰对应的光照，所述第三类二极管发出与所述第三发光峰对应的光照，所述第四类二极管发出与所述第四发光峰对应的光照。其中，所述蓝藻生长参数还包括蓝藻的类别，所述蓝藻的类别包括蓝藻的种类和/或蓝藻的品种，所述生长特性参数与所述蓝藻的类别相对应，所述生长特性参数包括蓝藻的生长阶段和/或蓝藻的生物量区间，所述智能化光照设备还包括与所述获取占空比模块相连，采集外部输入的参数的参数采集单元，所述外部输入的参数包括蓝藻的类别；相应的，所述获取占空比模块具体为根据所述蓝藻的当前生长状态以及所述蓝藻类别获得对应的生长特性参数，并根据生长特性参数得出蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的获取占空比模块。其中，所述生长特性参数包括生物量区间和生长阶段，所述智能化光照设备还包括与所述光源模块相连，在判断出当前时间属于预设光照时间段时，控制所述光源模块进行光照的光照控制模块；与所述光照控制模块相连，在所述光照控制模块判断出当前时间属于预设光照时间段的情况下，判断所述当前生物量是否不属于当前生物量区间，如果是，则触发所述获取占空比模块根据所述蓝藻的当前生长状态获得对应的生长特性参数，根据所述生长特性参数得到所述蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的触发模块。—种用于蓝藻培养的光谱调制方法，包括判断蓝藻的当前生长状态；根据所述蓝藻的当前生长状态获得与其对应的生长特性参数,并根据所述生长特性参数得到所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比，所述蓝藻的生长状态与所述生长特性参数相对应，所述生长特性参数与所述蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比相对应；

根据所述蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据所述蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据所述红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据所述红光PWM信号生成相应光照强度的红光。其中，所述蓝绿光占空比包括波长为420_495nm的第一发光峰的第一占空比以及波长为500-590nm的第二发光峰的第二占空比，所述红光占空比包括波长为610_640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645-680nm的第四发光峰的第四占空比。经由上述的技术方案可知，采用本发明实施例提供的一种用于蓝藻培养的智能化光照设备，通过判断模块判断蓝藻的当前生长状态，通过获取占空比模块得到蓝藻此时所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比，光源模块根据蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据红光占空比生成相应的红光PWM信号，根据红光PWM信号生成相应光照强度的红光，由于占空比发生变化，蓝绿光和红光的光子密度会发生变化，所以蓝绿光和红光的光照强度以及光质发生变化，光源模块可以在蓝藻的不同生长状态发出与蓝藻的当前生长状态相应的波长、光照强度及光质的光从而提高蓝藻对光源的光能利用率，进而提高蓝藻的生长速度。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本发明实施例公开的一种用于蓝藻培养的智能化光照设备的结构示意图；图2为上述实施例中的获取占空比I旲块一种内部结构不意图3为本发明实施例提供的一种光源模块中四类二极管的排列顺序；图4为本发明实施例提供的一种用于蓝藻培养的智能化光照设备的结构示意图；图5为本发明实施例提供的一种用于蓝藻培养的光谱调制方法的流程图；图6为本发明实施例提供的第二种用于蓝藻培养的光谱调制方法的流程图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。光照是单细胞培养中影响其生长的最重要的因子之一。光照是影响蓝藻生长和生化成分的重要因素，光照包括 光质(即不同波长的光以不同比例的光子组成)、光照强度和光暗周期(对蓝藻进行光照的时间与不进行光照的时间之和为一光暗周期)。其中，对于同一波长的光的光照强度可以通过控制光子密度来改变光照强度，可以通过改变光源模块的工作电流来改变光子密度，可以通过改变获取占空比模块的获取的PWM信号的占空比改变光源模块的工作电流。现有技术中蓝藻培养体系不能充分利用太阳光或者光合生物反应器提供的光照，并且利用白炽灯或日光灯等人工光源作为光源，成本高、能耗高、养殖效率低。上述问题的存在，使蓝藻养殖的产业始终处于一个瓶颈的状态，究其原因，光照是迫切需要解决的问题。实施例一请参阅附图1，为本发明实施例公开的一种用于蓝藻培养的智能化光照设备的结构示意图，该智能化光照设备包括存储模块100、判断模块101、获取占空比模块102以及光源模块103，其中判断模块101与获取占空比模块102相连，获取占空比模块102分别与光源模块103以及存储模块100相连。存储模块100，用于记录蓝藻生长参数；蓝藻生长参数包括生长特性参数以及与生长特性参数对应的蓝绿光占空比和红光占空比。判断模块101，用于判断蓝藻的当前生长状态；判断模块101可以为液体浓度光学检测传感器或图像采集与处理装置。蓝藻的生长状态可以用蓝藻的生物量来体现，或者用培养蓝藻的水体中的有机物的浓度来体现。蓝藻的生长阶段大致可分三个阶段生长期、高峰期以及老化期，在生长期，蓝藻的生物量较少，培养蓝藻的水有些发浑、水体中有机质(有机质可以为次生代谢物)浓度高；在高峰期，蓝藻的生物量会急剧升多，蓝藻大量出现，由于蓝藻数量较多，所以水面会呈鲜亮的绿色，且蓝藻消耗有机物速度快，所以有机物浓度较低；在老化期，蓝藻整体处于新老交替时期，总体活性较弱，此时有机物的浓度最低，藻体表面的胶原或者是纤维素的保护能力也大大下降，所以水体的颜色发暗不再显现鲜亮的绿色。上述将蓝藻的生长阶段大致划分有三个阶段，本发明实施例中蓝藻的生长阶段不限定于三个阶段，不同类别的蓝藻的生长阶段可以不同，例如蓝藻的生长阶段可以分为延缓期、指数生长期、相对生长下降期、静止期与死亡期等五个阶段，其中，每个阶段的次生代谢物如油脂的含量和成分各不相同，且每个阶段都有相应的天数。从上述可知在不同的生长阶段，蓝藻的生物量不同，蓝藻的水体颜色不同，某些有机物的浓度不同，所以可以通过液体浓度光学检测传感器检测培养蓝藻的水体中某些有机物的浓度来判断蓝藻的当前生长状态。也可以通过图像采集与处理装置，对培养蓝藻的水体进行拍摄，并对拍摄的图像进行处理，根据水体的颜色获得蓝藻的当前生物量，从而得知蓝藻的当前生长状态。由于蓝藻的各个生长阶段都有相应的时间，例如，生长期为蓝藻生长的最初十天，高峰期为蓝藻生长的中间十天，老化期是蓝藻生长的最后十天，所以判断模块101还可以是计时模块，生长特性参数包括时间区间，生长特性参数与该时间区间相对应，此时蓝藻的生长状态是指判断模块101记录的时间。获取占空比模块102，用于根据当前生长状态获得对应的生长特性参数，并根据该生长特性参数得出蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比。光源模块103，用于根据蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据红光PWM信号生成相应光照强度的红光。本发明实施例，通过判断模块101判断蓝藻的当前生长状态，通过获取占空比模块102得到蓝藻此时所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比，光源模块103根据蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据红光占空比生成相应的红光PWM信号，根据红光PWM信号生成相应光照强度的红光，由于占空比发生变化，蓝绿光和红光的光子密度会发生变化，所以蓝绿光和红光的光照强度以及光质发生`变化，光源模块103可以在蓝藻的不同生长状态发出与蓝藻的当前生长状态相应的波长、光照强度及光质的光照从而提高蓝藻对光源的光能利用率，进而提高蓝藻的生长速度。实施例二请参阅图2,为上述实施例中的获取占空比I旲块的一种内部结构不意图，获取占空比模块102包括获取驱动电流单元201以及生成单元202，其中获取驱动电流单元201与生成单元202相连。由于蓝藻的生长状态不同，需要的蓝绿光和红光的光照强度阈值相应发生变化，所以生长特性参数可以包括蓝藻生物量区间与蓝绿光和红光的光照强度阈值的对应关系，由于蓝绿光和红光的光照强度阈值是由电流决定的，而电流是由占空比决定的，所以生长特性参数还可以包括蓝绿光与红光的占空比与生物量区间的对应关系，蓝绿光和红光的光照强度阈值与蓝绿光和红光的驱动电流的对应关系，以及蓝绿光和红光的驱动电流与蓝绿光和红光的占空比的对应关系。当然，生长特性参数还可以包括生物量区间与蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的对应关系，其中，不同的占空比对应的不同波长和不同强度的光。获取占空比模块102可以根据存储模块100中存储的对应关系得到蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比。根据上述的对应关系可知，生长特性参数包括与生物量区间对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值、与蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值对应的蓝绿光驱动电流和红光驱动电流、以及与蓝绿光驱动电流对应的蓝绿光占空比以及与红光驱动电流对应的红光占空比。获取驱动电流单元201，用于根据蓝藻的当前生物量得到当前生物量对应的生物量区间，根据生物量区间获得对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值，根据获得的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值得到相应的蓝绿光驱动电流以及红光驱动电流；生成单元202，用于根据蓝绿光驱动电流得出蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及根据红光驱动电流获得红光对应的红光占空比。由于蓝藻易吸收蓝绿光光区中波长为420_495nm的第一发光峰和波长为500-580nm的第二发光峰以及红光光区中波长为610_640nm的第三发光峰和波长为645-680nm的第四发光峰，所以优选的，获取驱动电流单元201，用于根据蓝藻的生物量区间获得蓝藻所需的第一发光峰对应的第一驱动电流、第二发光峰对应的第二驱动电流、第三发光峰对应的第三驱动电流以及第四发光峰对应的第四驱动电流。相应的生成单元202，用于根据第一驱动电流、第二驱动电流、第三驱动电流以及第四驱动电流得到第一占空比(与第一驱动电流对应)、第二占空比(与第二驱动电流对应)、第三占空比(与第三驱动电流对应)以及第四占空比(与第四驱动电流对应)。在不同的实际情况下，获取驱动电流单元201也可以只获取蓝绿光驱动电流(该电流可以为第一占空比对应的电流或者第二占空比对应的电流)以及红光驱动电流(该电流可以为第三占空比对应的电流或者第四占空比对应的电流)，相应的生成单元202根据蓝绿光驱动电流得到相应的蓝绿光占空比(第一占空比或者第二占空比)，根据红光驱动电流得到相应的红光占空比(第三占 空比或者第四占空比)。下面对获取占空比模块102的另一种内部结构进行说明。根据生长特性参数的不同，获取占空比模块102的功能就不同。当生长特性参数包括蓝藻的生长阶段，且蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量时，获取占空比模块102包括根据蓝藻的当前生物量获得蓝藻的当前生长阶段的阶段获取单元；与阶段获取单元相连，根据蓝藻的当前生长阶段得出蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。当生长特性参数包括蓝藻的生物量区间，且蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量时，获取占空比模块102包括根据蓝藻的当前生物量获得对应的生物量区间的第一区间获取单元；与所述第一区间获取单元相连，根据所述蓝藻的生物量区间得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。优选的，生长特性参数包括蓝藻的生物量区间以及蓝藻的生长阶段，一生长阶段至少与一个生物量区间相对应，此时，获取占空比模块102包括根据所述蓝藻的当前生物量获得所述蓝藻的当前生长阶段，并根据所述当前生物量以及所述当前生长阶段得到当前生物量区间的第二区间获取单元；与所述第二区间获取单元相连，根据所述蓝藻的生物量区间得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。优选的，上述获取占空比模块102中的生成单元具体用于根据生物量区间得出波长为420-495nm的第一发光峰的第一占空比、波长为500_580nm的第二发光峰的第二占空t匕、波长为610-640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645_680nm的第四发光峰的
第四占空比。在不同的实际情况下，生成单元202也可以根据生物量区间得出波长为420-495nm的第一发光峰的第一占空比(或波长为500_580nm的第二发光峰的第二占空比)和波长为610-640nm的第三发光峰的第三占空比(或波长为645_680nm的第四发光峰的第四占空比)。获取占空比模块102的功能可以为单片机或者为微控制单元(MCU)中的一部分功能，获取占空比模块102可以为单片机或者为微控制单元(MCU)中的一部分。下面对实施例一中的光源模块103进行详细说明。光源模块103可以为半导体光源模块，光源模块103可以包括二极管，优选的为发光二极管或激光二极管，其中发光二极管包括有机发光二极管和无机发光二极管。当蓝绿光占空比只包括第一占空比(或者第二占空比)，红光占空比只包括第三占空比(或第四占空比)，那么光源模块103可以生成波长为420-495nm的第一发光峰(或波长为500-580nm的第二发光峰)和波长为610_640nm的第三发光峰(或波长为645_680nm的第四发光峰)。当然对于第一占空比(或第二占空比)，可以使用两种不同种类的二极管，当对这两种二极管施加相同占空比的电压时，这两种二极管会输出不同波长的光，即蓝绿光包括波长为420-495nm的第一发光峰对应的光照以及波长为500_590nm的第二发光峰对应的光照，对于第三占空比(或第四占空比)，也可以使用两种不同种类的二极管，当对这两种二极管施加相同占空比的电压时，这两种二极管会输出不同波长的光，即红光包括波长为610-640nm的第三发光峰 对应的光照以及波长为645_680nm的第四发光峰对应的光照。

下面以光源模块103为二极管为例对光源模块103进行说明，优选的，光源模块103可以包括第一类二极管、第二类二极管、第三类二极管以及第四类二极管，其中，第一类二极管发出与第一占空比对应的光，第二类二极管发出与第二占空比对应的光，第三类二极管发出与第三占空比对应的光，第四类二极管发出与第四占空比对应的光。在不同的实际情况下，光源模块103可以包括第一类二极管(或第二类二极管)和第三类二极管(或第四类二极管)。优选的，光源模块103在其照射面上形成均匀的光强，这样有利于蓝藻对光源的光能利用率，进而提高蓝藻的生长速度，当然，根据不同的实际情况，光源模块103在其照射面上也可以不形成均匀的光强。光源模块103如果需要在其照射面上形成均匀的光强，那么各个种类二极管的排列顺序需按照预设规律进行排列，下面以光源模块103包括第一类二极管、第二类二极管、第三类二极管以及第四类二极管为例进行说明。请参阅图3，为本发明实施例提供的一种光源模块103中四类二极管的排列顺序，图中各个圆圈表示各个二极管，其中，标注“I”的圆圈表示第一类二极管，标注“2”的圆圈表示第二类二极管，标注“3”的圆圈表示第三类二极管，标注“4”的圆圈表示第四类二极管。图3中点划线所示1031表示光源模块103中的一阵列单元，光源模块103是由多个阵列单元构成，阵列单元1031中包括的第一类二极管、第二类二极管、第三类二极管以及第四类二极管的个数相同，且排列顺序如图3所示，但是图中只是以一具体的例子示出光源模块103中四种类型二极管的排列顺序，但并不限制于此，根据不同的实际情况阵列单元中各个类型二极管数目可以不同，且排列顺序也可以发生变化，例如第二类二极管也可以在第一类二极管所在位置，第三类二极管也可以在第四类二极管所在位置，第二类二极管可以在第三类二极管所在位置等等，只需要光源模块103在其照射面上形成均匀光强，四类二极管到底是如何排列的并不影响本发明实施例的实现，所以在此不作具体限定。实施例三请参阅图4，为本发明实施例提供的一种用于蓝藻培养的智能化光照设备的结构示意图，该智能化光照设备包括存储模块100、参数采集单元401、判断模块101、触发模块402、获取占空比模块102、光源模块103、光照控制模块403，其中获取占空比模块102分别与存储模块100、参数采集单元401、光源模块103、光照控制模块、判断模块101以及触发模块402相连，光照控制模块403与光源模块103相连。存储模块100，用于记录蓝藻生长参数；蓝藻生长参数包括生长特性参数以及与生长特性参数对应的蓝绿光占空比和红光占空比。生长特性参数包括生物量区间。存储模块100可以为存储器，存储模块100可以存储有生长特性参数与生长特性参数对应的蓝绿光占空比和红光占空比的关系曲线。生长特性参数与蓝绿光占空比和红光占空比的对应关系可以是通过该关系曲线得出的。当然，也可以直接存储各个参数。参数采集单元401，用于采集外部输入的参数；外部输入的参数包括蓝藻的类别。

蓝藻的类别可以包括蓝藻的种类和/或蓝藻的品种。蓝藻的种类包括蓝球藻(色球藻)、念珠藻(发菜)、颤藻、微囊藻、鱼腥藻、螺旋藻、拟项圈藻、腔球藻、尖头藻、裂面藻、胶鞘藻、节球藻、束毛藻等等。同一类别的蓝藻也有不同的品种(如螺旋藻包括钝顶螺旋藻、极大螺旋藻以及盐泽螺旋藻)，同一类别不同品种的蓝藻的在同一生长状态所需要的光照(光质、光强及光暗周期)可能不同。判断模块101，用于判断蓝藻的当前生长状态；蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量。光照控制模块403，用于判断当前时间是否属于预设光照时间段，如果是，则控制光源模块103进行光照。参数采集单元401以及判断模块101的功能可以为单片机或者为微控制单元(MCU)中的一部分功能，参数采集单元401以及判断模块101可以为单片机或者为微控制单元(MCU)中的一部分。触发模块402，用于在光照控制模块404判断出当前时间属于预设光照时间段的情况下，判断当前生物量是否属于当前生物量区间，如果否，则触发获取占空比模块102。光照控制模块403是优选的模块，也可以没有该模块，此时触发模块402用于判断当前生物量是否属于当前生物量区间，如果否，则触发获取占空比模块102根据蓝藻的当前生长状态获得所述蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比。当蓝藻的生物量落入当前的生物量区间时，说明只要光源模块103维持当前的光照即可，不需要改变，所以不用触发获取占空比模块102。具体的，触发模块402可以为触发器。获取占空比模块102，用于根据当前生物量以及蓝藻的类别获得对应的生长特性参数，并根据生长特性参数得出蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比；由于蓝藻类别很多，不同类别的蓝藻在同一生物量所需的蓝绿光和红光的光照强度阈值不同，所以需要通过参数采集单元401采集蓝藻的类别。如果只需培养同一类别的蓝藻，那么也可以没有参数采集单元401，此时获取占空比模块102，用于判断所述当前生物量对应的生物量区间，并根据生物量区间得出蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的获取占空比模块。一般的，微藻在不同的生长阶段中，PWM信号的占空比是需要发生变化的，相应的光的波长(光质)也会发生变化，即光照强度阈值发生变化，但是在同一种蓝藻的一个光暗周期中，光质和光强一般是不会发生变化的，即不同波长的光的比例和光照强度阈值不变。

蓝藻的生长特性参数还可以包括与生物量区间对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值、与所述蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值对应的蓝绿光驱动电流和红光驱动电流、以及与所述蓝绿光驱动电流对应的蓝绿光占空比以及与所述红光驱动电流对应的红光占空比。相应的，存储模块100中可以存储有生物量区间与蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值的关系曲线，蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值与蓝绿光驱动电流和红光驱动电流的关系曲线，蓝绿光驱动电流和红光驱动电流与蓝绿光占空比和红光占空比的关系曲线，各个参数间的对应关系可以是通过相应的曲线得到的，当然存储模块100中也可以直接存储各个参数的对应关系。光源模块103，用于根据蓝绿光占空比以及红光占空比生成相应波长的蓝绿光和相应波长的红光。上述实施例中，随着蓝藻生物量的增加，光源模块103的工作电流随之加大，此时光源模块103发出的光的光子总密度增加，并且在光子总密度增加的过程中，光谱中第三发光峰光照强度阈值增幅度较少，第一发光峰以及第二发光峰的光照强度阈值增加幅度较大，并且在总光照强度阈值中比例加大。光源模块103发出的光的光照强度阈值越大，需要的驱动电流就越大，同时基于占空比和驱动电流的正比关系，使获取占空比I旲块102输出相应的占空比，所需驱动电流越大对应的占空比越高，其中，占空比在0%-100%之间变化，即光源模块103可根据需要在第一发光峰至第四发光峰的光照强度阈值在零和到最大可输出光强间变化。上述本发明公开的实施例中详细描述了装置，对于本发明的装置可采用多种形式的方法实现，因此本发明还公开了几种方法，下面给出具体的实施例进行详细说明。实施例四请参阅图5，为本发明实施例提供的一种用于蓝藻培养的光谱调制方法的流程图，该方法可以包括步骤S501 :判断蓝藻的当前生长状态；步骤S502 :根据蓝藻的当前生长状态获得与其对应的生长特性参数,并根据生长特性参数得到蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比；由于蓝藻的生物量不同，需要的蓝绿光和红光的光照强度阈值不同，所以生长特性参数可以包括生物量区间以及与生物量区间对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值、与所述蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值对应的蓝绿光驱动电流和红光驱动电流、以及与所述蓝绿光驱动电流对应的蓝绿光占空比以及与所述红光驱动电流对应的红光占空比，其中，不同的占空比对应的相应的波长和不同强度的光。此时，根据所述生长特性参数得到所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比具体包括根据蓝藻的当前生物量得到当前生物量对应的生物量区间，根据生物量区间获得对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值，根据获得的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值得到相应的蓝绿光驱动电流以及红光驱动电流，根据蓝绿光驱动电流到相应的蓝绿光占空比以及根据红光驱动电流得到相应的红光占空比。蓝绿光占空比可以包括波长为420-495nm的第一发光峰的第一占空比以及波长为500-590nm的第二发光峰的第二占空比，红光占空比可以包括波长为610_640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645-680nm的第四发光峰的第四占空比。在不同的实际情况下，蓝绿光占空比可以只包括第一占空比(或第二占空比)，红光占空比只包括第三占空比(或第四占空比)。步骤S503 :根据蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据红光PWM信号生成相应光照强度的红光。优选的，蓝绿光占空比包括波长为420-495nm的第一发光峰的第一占空比以及波长为500-590nm的第二发光峰的第二占空比，红光占空比包括波长为610_640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645-680nm的第四发光峰的第四占空比。本发明实施例，通过判断蓝藻的当前生长状态，得到蓝藻此时所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占`空比的占空比，根据蓝绿光占空比以及红光占空比生成相应波长的蓝绿光和相应波长的红光，由于占空比发生变化，蓝绿光和红光的光子密度会发生变化，所以蓝绿光和红光的光照强度以及光质发生变化，综上，本发明实施例可以在蓝藻的不同生长状态发出与蓝藻的当前生长状态相应的波长、光照强度及光质的光，从而提高蓝藻对光源的利用率，进而提高蓝藻的生长速度。实施例五请参阅图6，为本发明实施例提供的第二种用于蓝藻培养的光谱调制方法的流程图，该方法可以包括步骤S601 :采集外部输入的参数；外部输入的参数包括蓝藻的类别。蓝藻的种类包括蓝球藻(色球藻)、念珠藻(发菜)、颤藻、微囊藻、鱼腥藻、螺旋藻、拟项圈藻、腔球藻、尖头藻、裂面藻、胶鞘藻、节球藻、束毛藻等等。同一类别的蓝藻也有不同的品种(如螺旋藻包括钝顶螺旋藻、极大螺旋藻以及盐泽螺旋藻)，同一类别不同品种的蓝藻的在同一生长状态所需要的光照(光质、光强及光暗周期)可能不同。步骤S602 :判断蓝藻的当前生长状态；步骤S601与步骤S602没有先后顺序,只是为了画图方便,所以才规定了先后顺序。步骤S603 :根据当前生物量以及蓝藻类别获得对应的生长特性参数；由于蓝藻类别很多，不同类别的蓝藻的在同一生物量所需的蓝绿光和红光的光照强度阈值不同，所以需要判断蓝藻的类别。如果只培养一种蓝藻，此时可以没有步骤S601，若没有步骤S601，那么步骤S603为判断所述当前生物量对应的生长特性参数。步骤S604 :判断当前时间是否属于预设光照时间段，如果是，则进入步骤S605，如果否，则不作处理。步骤S604中的“如果否，则不作处理”只是为了画图方便，并不一定是“不作处理”，还可以为其他，例如“如果否，则继续判断下一时间是否属于预设光照时间段”。本步骤为优选步骤，本发明实施例中可以没有该步骤，可以直接执行步骤S606。步骤S605 :判断当前生物量是否属于当前生物量区间，如果否，则进入步骤S606，如果是，则不作处理。步骤S605中的“如果否，则不作处理”只是为了画图方便，并不一定是“不作处理”，还可以为其他，例如“如果否，则继续判断下一时刻的生物量是否属于当前生物量区间”。本步骤为优选步骤，本发明实施例中可以没有该步骤，此时，步骤S604中修改为“如果是，则进入步骤S606”。步骤S604与步骤S605没有先后顺序，只是为了画图方便才规定了顺序。

步骤S606 :根据蓝藻的当前生长状态获得对应的生长特性参数,根据生长特性参数得到蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比；步骤S607 :根据蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据红光PWM信号生成相应光照强度的红光。优选地，具体为根据生物量区间得出波长为420_495nm的第一发光峰的第一占空t匕、波长为500-580nm的第二发光峰的第二占空比、波长为610-640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645-680nm的第四发光峰的第四占空比。优选的，所述蓝绿光和所述红光在其照射面上的形成均匀的光强。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种用于蓝藻培养的智能化光照设备，其特征在于，包括 记录有蓝藻生长参数的存储模块，所述蓝藻生长参数包括生长特性参数以及与所述生长特性参数对应的蓝绿光占空比和红光占空比； 判断所述蓝藻的当前生长状态的判断模块； 分别与所述判断模块以及所述存储模块相连，根据所述蓝藻的当前生长状态获得与其对应的生长特性参数，并根据所述生长特性参数得到所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的获取占空比模块； 与所述获取占空比模块相连，根据所述蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据所述蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据所述红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据所述红光PWM信号生成相应光照强度的红光的光源模块。
2.根据权利要求1所述智能化光照设备，其特征在于，所述生长特性参数包括蓝藻的生长阶段，所述蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量，所述获取占空比模块包括 根据所述蓝藻的当前生物量获得所述蓝藻的当前生长阶段的阶段获取单元； 与所述阶段获取单元相连，根据所述蓝藻的当前生长阶段得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。
3.根据权利要求1所述智能化光照设备，其特征在于，所述生长特性参数包括蓝藻的生物量区间，所述蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量，所述获取占空比模块包括 根据所述蓝藻的当前生物量获得对应的生物量区间的第一区间获取单元； 与所述第一区间获取单元相连，根据所述蓝藻的生物量区间得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。
4.根据权利要求1所述智能化光照设备，其特征在于，所述生长特性参数包括蓝藻的生长阶段以及与所述蓝藻的生长阶段对应的蓝藻的生物量区间，所述每一生长阶段至少与一个生物量区间相对应，所述蓝藻的生长状态包括蓝藻的生物量，所述获取占空比模块包括 根据所述蓝藻的当前生物量获得所述蓝藻的当前生长阶段，并根据所述当前生物量以及所述当前生长阶段得到当前生物量区间的第二区间获取单元； 与所述第二区间获取单元相连，根据所述蓝藻的生物量区间得出所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的生成单元。
5.根据权利要求3-4任一项所述智能化光照设备，其特征在于，所述生长特性参数包括与所述生物量区间对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值、与所述蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值对应的蓝绿光驱动电流和红光驱动电流、以及与所述蓝绿光驱动电流对应的蓝绿光占空比以及与所述红光驱动电流对应的红光占空t匕，所述获取占空比模块包括 根据所述蓝藻的当前生物量得到当前生物量对应的生物量区间，根据所述生物量区间获得对应的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值，根据获得的蓝绿光的光照强度阈值以及红光的光照强度阈值得到相应的蓝绿光驱动电流以及红光驱动电流的获取驱动电流单元； 与所述获取驱动电流单元相连，根据所述蓝绿光驱动电流到相应的蓝绿光占空比以及根据所述红光驱动电流得到相应的红光占空比的生成单元。
6.根据权利要求2-4任一项所述智能化光照设备，其特征在于，所述生成单元具体为根据生物量区间得出波长为420-495nm的第一发光峰的第一占空比、波长为500_590nm的第二发光峰的第二占空比、波长为610-640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645-680nm的第四发光峰的第四占空比的生成单元。
7.根据权利要求1或6任一项所述智能化光照设备，其特征在于，所述蓝绿光包括波长为420-495nm的第一发光峰对应的光照以及波长为500_590nm的第二发光峰对应的光照，所述红光包括波长为610-640nm的第三发光峰对应的光照以及波长为645_680nm的第四发光峰对应的光照。
8.根据权利要求7所述智能化光照设备，其特征在于，所述光源模块为半导体光源模块，所述半导体光源模块包括按照预设规律排列的第一类二极管、第二类二极管、第三类二极管以及第四类二极管，以使所述半导体光源模块在其照射面上形成均匀的光强和光质，其中，所述第一类二极管发出与所述第一发光峰对应的光照，所述第二类二极管发出与所述第二发光峰对应的光照，所述第三类二极管发出与所述第三发光峰对应的光照，所述第四类二极管发出与所述第四发光峰对应的光照。
9.根据权利要求1所述智能化光照设备，其特征在于，所述蓝藻生长参数还包括蓝藻的类别，所述蓝藻的类别包括蓝藻的种类和/或蓝藻的品种，所述生长特性参数与所述蓝藻的类别相对应，所述生长特性参数包括蓝藻的生长阶段和/或蓝藻的生物量区间，所述智能化光照设备还包括 与所述获取占空比模块相连，采集外部输入的参数的参数采集单元，所述外部输入的参数包括蓝藻的类别； 相应的，所述获取占空比模块具体为根据所述蓝藻的当前生长状态以及所述蓝藻类别获得对应的生长特性参数，并根据生长特性参数得出蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的获取占空比模块。
10.根据权利要求1所述智能化光照设备，其特征在于，所述生长特性参数包括生物量区间和生长阶段，所述智能化光照设备还包括 与所述光源模块相连，在判断出当前时间属于预设光照时间段时，控制所述光源模块进行光照的光照控制模块； 与所述光照控制模块相连，在所述光照控制模块判断出当前时间属于预设光照时间段的情况下，判断所述当前生物量是否不属于当前生物量区间，如果是，则触发所述获取占空比模块根据所述蓝藻的当前生长状态获得对应的生长特性参数，根据所述生长特性参数得到所述蓝藻所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的触发模块。
11.一种用于蓝藻培养的光谱调制方法,其特征在于,包括 判断蓝藻的当前生长状态； 根据所述蓝藻的当前生长状态获得与其对应的生长特性参数，并根据所述生长特性参数得到所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比，所述蓝藻的生长状态与所述生长特性参数相对应，所述生长特性参数与所述蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比相对应； 根据所述蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据所述蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据所述红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据所述红光PWM信号生成相应光照强度的红光。
12.根据权利要求11所述方法，其特征在于，所述蓝绿光占空比包括波长为420-495nm的第一发光峰的第一占空比以及波长为500-590nm的第二发光峰的第二占空比，所述红光占空比包括波长为610-640nm的第三发光峰的第三占空比以及波长为645_680nm的第四发光峰的第四占空比。
全文摘要
本发明实施例公开了一种用于蓝藻培养智能化光照设备及光谱调制方法，该智能化光照设备包括记录有蓝藻生长参数的存储模块；判断所述蓝藻的当前生长状态的判断模块；根据所述蓝藻的当前生长状态获得与其对应的生长特性参数，并根据所述生长特性参数得到所述蓝藻当前所需的蓝绿光对应的蓝绿光占空比以及红光对应的红光占空比的获取占空比模块；根据所述蓝绿光占空比生成相应的蓝绿光PWM信号，并根据所述蓝绿光PWM信号生成相应光照强度的蓝绿光以及根据所述红光占空比生成相应的红光PWM信号，并根据所述红光PWM信号生成相应光照强度的红光的光源模块。采用本发明实施例提供的设备和方法可以提高蓝藻对光源的光能利用效率，进而提高蓝藻的生长速度。
文档编号C12M1/00GK103060173SQ20121032636
公开日2013年4月24日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者李许可, 周泓, 方治国, 泮进明 申请人:杭州朗拓生物科技有限公司