一种led植物光照系统的制作方法

一种led植物光照系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种LED植物光照系统，包括基座（1）、灯具主体（2）以及与所述灯具主体相连接的外框架（3），其特征在于：所述外框架为弓形，所述灯具主体悬挂于外框架上，灯具主体可沿着外框架移动；所述灯具主体由悬杆（21）以及所述悬杆下端的LED光源（22）组成。与现有技术相比，本发明具有如下优点：一、高仿真植物生长环境，即便是在室内环境中，植物也能正常生长。二、对植物的生长环境进行智能控制，可根据用户需要，无论是在冬季还是夏季均可令其处于最适宜生长的环境。三、可连接至互联网，进行时间同步，有效避免因掉电等原因造成的内外时间不对称。
【专利说明】一种LED植物光照系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及LED照明领域，具体地说是一种LED植物光照系统。

【背景技术】
[0002] 随着生活水平的不断提高和技术的进步，人们对新鲜蔬菜植物的需求也不断增 力口。利用大棚种植技术可以缩短植物的生产周期和生产出反季节的时令蔬菜，以满足人们 的需求。适宜的光照和温度是植物生产的必要条件，采用大棚种植的蔬菜，往往光照度不 足，特别是在冬季寒冷季节也很难达到植物生产适宜的温度，因此可以采用人工补光和加 温辅助的措施，创造植物适宜的生长条件。
[0003] 我国在21世纪前十年已逐步将LED灯应用于现代农业生产领域中，由于它具有能 耗低、寿命长、而且还能根据作物的需要调节光质、光量，促进作物生产发育，显著提高了产 量与品质，因此，正越来越受到人们的关注。
[0004] LED技术凭着节能环保的优点被广泛应用于灯具【技术领域】。由于LED灯具可以发 出特定波长的光线，被开发成用于模拟太阳光的LED植物光照系统。
[0005] 光照环境对动植物的生长有着良好的促进作用。特别是在不同频率的复合光谱环 境下，生长效率和质量更好。并且，有研究表明，在不同的时期以不同的光照时间和强度合 理变化的情况下，动植物的生长情况会更理想。有资料记载，不同波长的光线对于植物光 合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在380?780纳米之间；而波长在 380?520纳米之间的蓝紫光以及波长在610?780纳米之间的红橙光对于光合作用贡献 最大。
[0006] 蓝色LED发出的波长通常在450纳米左右的蓝光以及红色LED发出的波长在660 纳米左右的红光，刚好可以提供植物所需的光线。因此，用于促进植物生长的所谓植物光照 系统，比较理想的选择就是使用这两种颜色组合，蓝色光能促进绿叶生长，红色光有助于开 花结果。所以，对不同植物，以及其生长周期中去调节红色和蓝色光的比例，能达到最佳生 长效果。
[0007] 但是，传统LED植物光照系统均固定设置，长时间以单一地角度照射生长的植物， 使不同位置的植物乃至同一株植物的不同部位产生发育不均衡的问题；而固定不变的光照 强度和光照类型、光照时间难以适应不同时期植物的生长需求。同时，LED光源长时间工作 容易导致产生大量热能，如果热量没有及时散发出去会导致温度升高，是光衰上升、光照强 度减弱、使用寿命缩短，影响植物的生长。而LED植物光照系统产生的热量更会改变植物的 生长环境。另一方面，传统LED植物光照系统仅单纯地模仿自然环境中的光照的强度，而忽 视环境的温度、相对湿度及悬浮颗粒物会影响光照乃至植物的生理情况，例如相对湿度较 高时，悬浮的水雾将阻挡波长较短的光波(如蓝光、绿光、紫外光等)，而植物光合作用所能 转化的光能恰恰是波长较短的光，因此相对湿度过高会抑制植物的光合作用。但这种情况 有利于植物中的淀粉分解成单糖、双糖，有利于改善植物的口感。因此，如何模仿最适合植 物生长的光照环境，是现代农业技术中的热门研究主题。


【发明内容】

[0008] 针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种可高效促进植物生长的 LED植物光照系统。
[0009] 为了解决上述问题，本发明的LED植物光照系统，包括基座、灯具主体以及与所述 灯具主体相连接的外框架，所述外框架为弓形，所述灯具主体悬挂于外框架上，灯具主体可 沿着外框架移动；所述灯具主体由悬杆以及所述悬杆下端的LED光源组成。
[0010] 作为一种优选的实施方式，所述LED光源的灯板上设置有红光LED芯片、蓝光LED 芯片、紫外LED芯片以及波长为780- 900nm的红外LED芯片，四种发光二极管交错排列在 灯板上。
[0011] 所述红外LED芯片产生的红外线其波长可优选为750nm附近。所属LED芯片即可 选用产生单色光的LED芯片，也可选用产生连续波长的LED芯片。
[0012] 作为本发明的一种可实现的方式，所述四种LED芯片可以包括具有凹槽的支架、 第一芯片、第二芯片、焊盘以及金线，焊盘对角上设有电源输入端焊点和输出端焊点，焊盘 位于支架中的凹槽的底部，支架中的凹槽的底部设计主要使芯片发出的光线能够充分反 射，芯片上具有正负两个电极，第一芯片和第二芯片错位焊接在焊盘的中间。将芯片焊接在 焊盘上时，焊盘上的输入端焊点与第一芯片的正负电极在一条直线上，输出端焊点与第二 芯片的正负电极在另一条直线上且两直线平行，第一芯片的负极与第二芯片的正极连线垂 直于两直线，且两直线平行与支架中的凹槽底端的一条边沿平行，与支架中的凹槽底端另 一条边沿垂直。
[0013] 焊盘输入端焊点使用金线与第一芯片的正极连接，第一芯片的负极与第二芯片的 正极使用金线串联，第二芯片的负极使用金线与焊盘输出端焊点连接，使用金线连接时，芯 片和焊盘连接的两根金线垂直于两个芯片串联的金线，这样可以避免金线遮住芯片，而造 成遮光的问题。
[0014] 作为一种优选的实施方式，所述外框架内侧设有与之形状匹配的滑轨，所述悬杆 通过滑块安装在滑轨上；所述滑块通过一机械臂与一气缸的推杆连接，气缸驱动滑块带动 灯具主体沿滑轨往复滑动。所述机械臂与所述推杆通过一转轴连接，另一端通过转轴与滑 轨连接。所述滑轨及滑块均为市售产品。所述LED光源可采用任一种市售的LED光源实现， 对于不同植物品种，可以采用产生各种波长的LED芯片拼装组成。
[0015] 在本发明中，除了弓形以外所述外框架可设计为水平的直线形。在种植区域中，可 架设多个上述的植物光照系统，其灯具主体在滑轨上往复运动，便可从不同的角度给不同 区域的植物予均匀的光照，有效解决现有技术光照角度单一、光照不均匀的问题。而可运动 的LED光源具有更加广的单位照射面积，有利于降低单位种植面积中LED光源的安装量。
[0016] 优选的，所述悬杆内设置有控制电路，在所述外框架底部中心位置设置有一信号 发射单元（4)，所述控制电路中设置有信号接收单元；所述控制电路还包括与LED光源依次 电连接的微处理器和检测模块，与微处理器相连的信号输出模块、信号接收单元；所述检测 模块内设置有亮度检测单元、温度检测单元、湿度检测单元以及电子指南针；所述信号输出 模块内设置有亮度调节单元、温度调节单元、湿度调节单元以及报警单元。
[0017] 优选的，所述亮度检测单元内设置有光敏传感器；温度检测单元内设置有热敏传 感器；湿度检测单元内设置有湿度传感器；电子指南针单元内设置有磁场传感器。
[0018] 优选的，所述亮度调节单元包含两个及以上个串联在不同电源正极与负极之间的 开关元件，所述开关元件的控制端与微处理器的A/D转换单元输出端口相连。
[0019] 优选的，所述温度调节单元包含两个开关元件、风机以及加热器，其中，所述风机 和加热器分别通过两个开关元件与微处理器的A/D转换单元输出端口相连。
[0020] 优选的，所述湿度调节单元内置有一储水容器，所述储水容器通过一电磁阀与出 水口相连，所述电磁阀的控制端与微处理器的A/D转换单元输出端口相连，所述出水口为 一水雾喷射体。
[0021] 优选的，还包括一与所述微处理器相连的定时电路模块。
[0022] 优选的，还包括内置于控制电路的GSM通信模块，所述GSM通信模块与外界互联网 无线连接，并与所述定时电路通过同步电路连接。所述GSM通信模块可选用任一种现有的 GSM通信模块实现。
[0023] 优选的，所述开关元件为市售的继电器或三极管或M0S管。
[0024] 优选的，所述磁场传感器为市售的二维磁场传感器，其型号为KMZ52。
[0025] 本发明还提供一种利用所述系统培育烟草幼苗的方法，包括如下工序： a. 选取颗粒饱满的烟草种子植于苗床中，每lkg种子喷洒100mL催芽液后，每隔6小时 依次用波长为790-810nm的红外光照射5min、用波长为200-315nm的紫外光照射30s，再 用650- 670nm的红光照射30min后遮光放置； b. 种子出芽后，遮光培育至幼苗长度为4一6cm或长出3片真叶； c. 每5株幼苗喷洒50mL生根液，每隔12小时依次采用452- 459nm的蓝光照射2小 时、830nm的红外光照射3小时，直至幼苗长出超过5片真叶； d. 将幼苗移植至固体基质中，每20cm2固体基质移植5棵幼苗； e. 每隔20小时依次用446- 450nm的蓝光从一侧照射幼苗130min、800- 850nm的红 外光从另一侧照射幼苗200min、680-700nm的红光从顶部照射幼苗600min ;采用红外光照 射使，同时向每棵幼苗的根部喷洒育苗液10mL。
[0026] 设计人在研究中发现，在种子、幼苗生长发育的不同时期，周期性地利用不同波长 的光线照射处理，能够促进上述发育进程的进行。而不同生长时期的种子/幼苗对不同波 长的光线敏感度不同。经设计人设计，对于种子应当每隔6小时依次用波长为790- 810nm 的红外光照射5min、用波长为200-315nm的紫外光照射30s，再用650-670nm的红光照射 30min后遮光，可以大幅缩短烟草种子的休眠，促进其在短时间内发芽。而经过这一处理的 烟草种子形成的幼苗，其代谢强度、抗寒能力均明显优于未经处理的幼苗。同时，设计人还 发现在采用红外光处理种子时，如向种子含有金纳米棒的催芽液，可以进一步提升上述效 果。催芽液可以使用金纳米棒加去离子水制成，也可采用向现有的催芽营养液中添加金纳 米棒制成。种子出芽后遮光培育至幼苗长度为4一6cm或长出3片真叶，这一过程可以消耗 种子内储存的物质，使之充分运输至幼苗的各处，有利于后续幼苗根部的发育。而在幼苗生 根的过程中，每隔12小时依次采用452- 459nm的蓝光照射2小时、830nm的红外光照射3 小时，可以刺激侧根的萌发和生长，在短时间内使幼苗形成旺盛的根系。旺盛的根系有利于 幼苗在移栽后的成活及缩短幼苗的发，提高其生长速度，具体表现为经上述处理的幼苗生 物量增长速度高于未经处理的幼苗。同时发育良好的根系也有利于增强幼苗抗旱、抗病等 抗逆特性。幼苗移栽后，周期性地从不同的角度、采用不同波长的光线照射幼苗，可以使幼 苗成为新陈代谢旺盛、生物量积累高、抗逆性强的壮苗，有利于后续的幼苗种植。
[0027] 进一步的，所述催芽液包含有0. 01mg/L的金纳米棒、2g/L的硫代硫酸钠；所述生 根液包含有〇. 5mg/L的金纳米棒、lg/L的磷酸二氢钾、lg/L的五氧化二磷以及10g/L的 烟草根系提取物；所述烟草根系提取物是指采用1重量份的烟草根，粉碎为粒径在〇. 2- 0. 5mm的粉碎物后，经研磨加上5重量份的无菌水混合成的悬液；所述育苗液含有0. 02mg/ 升的金纳米棒。
[0028] 在幼苗生根过程中，向其施加含有金纳米棒的生根液，可以进一步提高红外光照 射的效果，促进根系的发育。而金纳米棒不具有生物毒性，微量金纳米棒的存在对植物生长 并无影响，也不会污染环境。本发明特别向生根的幼苗施加烟草根系提取物，该提取物为将 烟草根系粉碎、研磨后制成的悬液。上述烟草根系提取物可以明显提高根系生长速度，还具 有增强烟草幼苗的抗病性，尤其是对青枯病的抗性，在后续烟草的种植培育中，不易感染青 枯病。本发明的粉碎、研磨操作均可采用现有技术十年。本发明的金纳米棒、硫代硫酸钠等 试剂均可采用现有技术实现。在育苗过程中，本发明未提及的其他操作均可采用现有技术 实现。
[0029] 与现有技术相比，本发明具有如下优点： 一、高仿真植物生长环境，即便是在无光的环境下，植物也能正常生长。
[0030] 二、对植物的生长环境进行智能控制，可根据植物生长需要，提供最适宜生长的环 境。
[0031] 三、可连接至互联网，进行时间同步，有效避免因掉电等原因造成的内外时间不对 称。

【专利附图】

【附图说明】
[0032] 图1是本发明的结构示意图。
[0033] 图2是本发明控制电路系统框图。
[0034] 图3是本发明亮度调节单元内部电路图。
[0035] 图4是本发明温度调节单元内部电路图。
[0036] 图5是本发明湿度调节单元内部电路图。
[0037] 图6是本发明滑块局部放大图。
[0038] 图7是本发明滑块的纵向剖面图。
[0039] 图8是本发明LED光源的仰视图。

【具体实施方式】
[0040] 为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明 作进一步阐述。
[0041] 实施例1 本实施例如图1所示，一种LED植物光照系统，包括基座1、灯具主体2以及与所述灯具 主体2相连接的外框架3,所述外框架3为弓形，所述灯具主体2悬挂于外框架3上，灯具主 体2可沿着外框架3移动；所述灯具主体2由内置控制电路的悬杆21以及所述悬杆21下 端的LED光源22组成，在所述外框架3底部中心位置设置有一信号发射单元4,所述控制电 路中设置有信号接收单元5。信号发射单元4与信号接收单元5无线通信连接。
[0042] 作为优选方案，如图8所示，本实施例中所述LED光源22的灯板7上设置有红光 LED芯片和蓝光LED芯片以及紫外LED芯片，三种发光二极管8交错排列在灯板7上。
[0043] 作为优选方案，如图6和图7所示，本实施例中所述外框架3内侧设有与之形状匹 配的滑轨31，所述悬杆21通过滑块32安装在滑轨31上；所述滑块32通过一机械臂33与 一气缸34的推杆341连接；所述机械臂与所述推杆通过一转轴342连接，另一端通过转轴 与滑轨连接。
[0044] 如图2所示，所述控制电路包括与LED光源依次电连接的微处理器61和检测模块 62,与微处理器61相连的信号输出模块63、信号接收单元；所述检测模块62内设置有亮度 检测单元621、温度检测单元622、湿度检测单元623以及电子指南针624 ;所述信号输出模 块63内设置有亮度调节单元631、温度调节单元632、湿度调节单元633以及报警单元634。
[0045] 当放置好植物光照系统后，微处理器61读取电子指南针624反馈的信号，判断磁 场方向与悬梁杆的相对位置是否为垂直关系，若不是垂直关系，则向报警单元634输出电 信号。通过信号发射单元与信号接收单元的相对位置，判断灯具主体与植物之间形成的角 度关系，并将这种角度关系与时间相关联，从而实现对太阳东升西落这一自然现象的仿真， 以提高植物光照的均匀度。
[0046] 亮度检测单元621内设置有光敏传感器；温度检测单元622内设置有热敏传感器； 湿度检测单元623内设置有湿度传感器；电子指南针624单元内设置有磁场传感器。
[0047] 磁场传感器为二维磁场传感器，其型号为KMZ52。
[0048] 亮度调节单元631包含两个及以上个串联在不同电源正极与负极之间的开关元 件，开关元件的控制端与微处理器61的A/D转换单元输出端口相连，具体如图3所示。 [0049] 当光敏传感器检测到外界的不同光线强度时，会表现出不同的阻值，告知微处理 器61对对应不同的输出端口输出电信号，从而闭合相应的开关元件，实现对光照强度的调 整。
[0050] 温度调节单元632包含两个开关元件、风机以及加热器，其中，风机和加热器分别 通过两个开关元件与微处理器61的A/D转换单元输出端口相连，具体如图4所示。
[0051] 当热敏传感器到外界的不同温度时，会表现出不同的阻值，告知微处理器61对对 应不同的输出端口输出电信号，从而闭合相应的开关元件，实现对温度的调整。当温度过高 时，开启风机，使得环境得以降温；当温度过低时，开启加热器，使得环境得以升温。
[0052] 湿度调节单元633内置有一储水容器，所述储水容器通过一电磁阀与出水口相 连，电磁阀的控制端与微处理器61的A/D转换单元输出端口相连，出水口为一水雾喷射体， 具体如图5所示。
[0053] 当湿度传感器到外界的不同温度时，会表现出不同的阻值，告知微处理器61对对 应不同的输出端口输出电信号，从而闭合相应的开关元件，实现对湿度的调整。当湿度过低 时，开启电磁阀，使得储水容器可以通过出水口将水雾喷出。
[0054] 开关元件为继电器或三极管或M0S管，在本实施例中，开关元件为继电器，继电器 的线圈控制端与微处理器61的A/D转换单元输出端口相连。需要说明的是，本领域技术人 员根据现有技术与其自身的经验可实现继电器与三极管或M0S管的置换，在此不再赘述。
[0055] 还包括一与微处理器61相连的定时电路64,以及内置于控制电路的GSM通信模块 65, GSM通信模块65与外界互联网无线连接，并与定时电路64通过同步电路66连接。需 要说明的是，此处所指的GSM通信模块65、同步电路66以及定时电路64均为本领域技术人 员根据现有技术或其自身经验便可实现。
[0056] 所述定时电路64可选用任一种现有的定时电路64实现。
[0057] LED植物光照系统的工作原理如下： S1.通过电脑连接至微处理器进预设自然模式和智能模式的相关参数。
[0058] 其中，自然模式包括，春夏秋冬四种子模式，以一年为周期变换。
[0059] 在自然模式下，不同子模式之间的区别仅在于LED灯源与植物之间形成角度与时 间的对应关系以及温度、湿度的设置。
[0060] 角度的定义：LED光源直射到植物的光线与水平面的夹角。其中，角度的计算参数 通过信号发射单元与信号接收单元来获取。
[0061] 表一自然模式下各参数的设置

【权利要求】
1. 一种LED植物光照系统，包括基座（1)、灯具主体（2)以及与所述灯具主体相连接的 外框架（3)，其特征在于：所述外框架为弓形，所述灯具主体悬挂于外框架上，灯具主体可 沿着外框架移动；所述灯具主体由悬杆（21)以及所述悬杆下端的LED光源（22)组成。
2. 根据权利要求1所述的LED植物光照系统，其特征在于：所述LED光源（22)的灯板 (7)上设置有红光LED芯片、蓝光LED芯片、紫外LED芯片以及波长为780- 900nm的红外 LED芯片，四种发光二极管（8)交错排列在灯板（7)上。
3. 根据权利要求1或2所述的LED植物光照系统，其特征在于：所述外框架（3)内侧设 有与之形状匹配的滑轨（31)，所述悬杆（21)通过滑块（32)安装在滑轨（31)上；所述滑块 (32)通过一机械臂（33)与一气缸（34)的推杆（341)连接；所述机械臂与所述推杆通过一 转轴（342)连接，另一端通过转轴与滑轨连接。
4. 根据权利要求3所述的LED植物光照系统，其特征在于：所述悬杆内设置有控制电 路，在所述外框架底部中心位置设置有一信号发射单元（4)，所述控制电路中设置有信号接 收单元（5);所述控制电路还包括与LED光源依次电连接的微处理器（61)和检测模块（62)， 与微处理器相连的信号输出模块（63);所述检测模块内设置有亮度检测单元（621)、温度检 测单元（622)、湿度检测单元（623)以及电子指南针（624);所述信号输出模块内设置有亮 度调节单元（631)、温度调节单元（632)、湿度调节单元（633)以及报警单元（634)。
5. 根据权利要求3所述的LED植物光照系统，其特征在于，所述亮度检测单元内设置有 光敏传感器；温度检测单元内设置有热敏传感器；湿度检测单元内设置有湿度传感器；电 子指南针单元内设置有磁场传感器；所述亮度调节单元包含两个及以上个串联在不同电源 正极与负极之间的开关元件，所述开关元件的控制端与微处理器的A/D转换单元输出端口 相连。
6. 根据权利要求4所述的LED植物光照系统，其特征在于，所述温度调节单元包含两个 开关元件、风机以及加热器，其中，所述风机和加热器分别通过两个开关元件与微处理器的 A/D转换单元输出端口相连。
7. 根据权利要求5所述的LED植物光照系统，其特征在于，所述湿度调节单元内置有 一储水容器，所述储水容器通过一电磁阀与出水口相连，所述电磁阀的控制端与微处理器 的A/D转换单元输出端口相连，所述出水口为一水雾喷射体；还包括一与所述微处理器相 连的定时电路（64)以及内置于控制电路的GSM通信模块（65 )，所述GSM通信模块与外界互 联网无线连接，并与所述定时电路模块通过同步电路（66)连接；根据权利要求7所述的LED 植物光照系统，其特征在于，所述开关元件为继电器或三极管或MOS管；根据权利要求8所 述的LED植物光照系统，其特征在于，所述磁场传感器为二维磁场传感器，其型号为KMZ52。
8. -种利用权利要求1 一7任一项系统培育烟草幼苗的方法，包括如下工序： a. 选取颗粒饱满的烟草种子植于苗床中，每lkg种子喷洒100mL催芽液后，每隔6小时 依次用波长为790-810nm的红外光照射5min、用波长为200-315nm的紫外光照射30s，再 用650- 670nm的红光照射30min后遮光放置； b. 种子出芽后，遮光培育至幼苗长度为4一6cm或长出3片真叶； c. 每5株幼苗喷洒50mL生根液，每隔12小时依次采用452- 459nm的蓝光照射2小 时、830nm的红外光照射3小时，直至幼苗长出超过5片真叶； d. 将幼苗移植至固体基质中，每20cm2固体基质移植5棵幼苗； e.每隔20小时依次用446- 450nm的蓝光从一侧照射幼苗130min、800- 850nm的红 外光从另一侧照射幼苗200min、680-700nm的红光从顶部照射幼苗600min ;采用红外光照 射时，同时向每棵幼苗的根部喷洒育苗液10mL。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述催芽液包含有0. 01mg/L的金纳米 棒、2g/L的硫代硫酸钠；所述生根液包含有0.5mg/L的金纳米棒、lg/L的磷酸二氢钾、lg/L 的五氧化二磷以及l〇g/L的烟草根系提取物；所述烟草根系提取物是指采用1重量份的烟 草根，粉碎为粒径在0. 2-0. 5_的粉碎物后，经研磨加上5重量份的无菌水混合成的悬液； 所述育苗液含有〇. 〇2mg/升的金纳米棒。
【文档编号】F21S8/00GK104296011SQ201410576998
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】冯海涛, 施光典 申请人:深圳莱特光电有限公司