基于大数据的便携式植物光合照度计的制作方法

本实用新型属于光辐射测量领域，具体涉及一种基于大数据的便携式植物光合照度计。

背景技术：

随着园艺照明、城市夜景照明以及植物照明的推广和发展，需要定量考虑植物需要多少人工照明、人工照明对植物生长有多大影响，这已成为园艺工作者及照明工程师需要考虑的问题。植物和人眼对光的响应不同，人眼对光的响应是基于人眼视见函数V (λ)的，而植物对光的响应则是植物光合敏感曲线P (λ)。目前，各种光源或灯具产品上标注的参数是基于人眼的光度学参数，难以满足植物照明评价的要求。植物照明涉及光度学、辐射度学、光量子学以及植物光度学四大计量系统，这四个系统相互联系，关系比较复杂，导致在光辐射测量方面缺乏统一的转换标准或者测量仪器，进而使得植物照明用灯的选用缺少依据。

专利CN 102012266 A介绍了一种光合辐射照度计及其测量方法，可根据光合辐射照度和光谱计算出被测光的绝对光谱功率，进一步得到其他系统下的光合辐射照度量值。这种光合辐射照度计测量精度较高，但价格昂贵，且不方便携带，无法满足用户现场测量的需求。

近年来，市场上逐渐出现了手持式光辐射度计，其携带方便、操作便利，可随时随地提供完整的光色度测量，已经受到了很大的关注。专利CN 203337259 U公开了一种手持式光辐射度计，它包括光度测量模块、光谱测量模块和触摸显示屏，在简单配置下即可实现大跨度动态范围内的高精度光色度测量，测量精确度高、操作方便，但仅测量光色度参数，有关植物光合度量的参数并未涉及，且价格昂贵。

综上所述，现有的植物光辐射测量的仪器还较为缺乏，且其价格较高、携带不便，无法满足当前植物照明中园艺工作者或照明工程师的需求。因此，迫切需要一种价格低廉、便于携带且测量精确度较高的植物光合照度计，方便园艺工作者或照明工程师随时随地测量，从而获得植物所接收的各种光合参数，合理设计植物照明。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本较低，使用方便的便携式植物光合照度计。

本实用新型提供的便携式植物光合照度计，是基于大数据云计算技术的，通过光敏探头、智能终端和云服务中心之间的无线通信和数据传输，来获取植物照明灯具的光照度、光量子密度、光合有效辐照度以及植物光合辐照度等参数。这种基于大数据的便携式植物光合照度计小巧轻便，价格低廉，方便使用，用户仅用一个探头便可远距离得到结果，便于农业工作者、园艺栽培师、照明工程师等进行实地测量和估算，给农业照明、园艺照明、景观照明等带来巨大的益处。

本实用新型提供的基于大数据的便携式植物光合照度计，包括一个用于检测光信号的光敏探头和一个或多个智能终端；智能终端基于大数据云服务，云服务中心存有各种植物照明灯具的特征参数，可实现数据的随时更新和植物各光度学参数的计算；所述光敏探头、智能终端、云服务中心之间通过无线通信方式进行数据传输；光敏探头将光信号转换成电信号并无线传送给智能终端；用户在智能终端的应用软件上接收到光敏探头的电信号后，选择灯具的类型和型号，并发送上行请求给云服务中心；经云服务中心分析计算后，下行发送结果给智能终端，在智能终端上显示光照度、光量子密度、光合有效辐照度、植物光合辐照度、光谱功率分布和色度学参数。

本实用新型中，所述光敏探头正面设置数字化光电转换模块，内部由可充电电池和无线传输模块组成，可将光信号转换成电信号并数字化，再将数字化的电信号无线传送给智能终端。

本实用新型中，所述智能终端为具有无线通信功能的手机、平板电脑、笔记本电脑等。

本实用新型中，所述云服务中心配有一台服务器；服务器中一方面存有各种植物照明灯具的特征参数，可随时进行数据的更新和程序的后写输入，另一方面还用于进行各种植物光度学参数的计算。

本实用新型中，所述植物照明灯具的特征参数包括不同灯具的光谱功率分布、色温、色坐标；所述植物光度学参数包括光度系统到光量子系统的转换系数K_PPF,v、光度系统到植物辐射度系统的转换系数K_PAR,v以及光度系统到植物光度系统的转换系数K_P,v。

本实用新型中，所述云服务中心配套有植物光合照度计云客户端APP，智能终端用户可下载该APP来选择相应灯具。

本实用新型提出的基于大数据的便携式植物光合照度计，可以克服目前植物照明测量用仪器设备价格昂贵、不方便携带等缺点，结构简单、成本较低，给植物照明测量带来了极大的便利。该植物光合照度计可作为植物照明中较为专业易用的光合照度计，操作者仅需携带一个光敏探头和一部手机，便能方便快速地测量出植物在灯具照射下获得的光量子密度、光合有效辐照度及植物光合辐照度，有助于农业种植者、园艺工作者和照明工程师正确选择植物用灯，评估植物照明中灯具使用的合理性。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于大数据的便携式植物光合照度计示意图。

图2为本实用新型的植物光合照度计云客户端APP的界面内容示意图。

图中标号：1—光敏探头；2—智能终端；3—云服务中心；4—数字化光电转换模块；5—可充电电池；6—无线传输模块。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型进一步说明。所描述的实施例仅为本实用新型的部分实施例。基于本实用新型中的实施例而未做出创造性成果的其他所有实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：图1为本实用新型的一种基于大数据的便携式植物光合照度计的一个实施例示意图，包括一个用于检测光信号的光敏探头1、一个智能终端2和云服务中心3。光敏探头1正面带有一个数字化光电转换模块4，内部包含可充电电池5和无线传输模块6；智能终端2为一部智能手机，也可替换成平板电脑、笔记本电脑等。图2为本实用新型的植物光合照度计云客户端APP的界面内容示意图。APP界面内容分为三个部分：第一部分包括光源类型、灯具型号，用户可在数据库中选择；第二部分包括色温、显色指数、色坐标、各种系统间转换系数及光源光谱功率分布，作为中间结果；第三部分包括光照度E_v、光量子密度PPFD、光合有效辐照度E_PAR、植物光合辐照度E_P的数值，作为显示的最终结果。用户只需在手机等智能终端下载使用此云客户端APP，便可随时随地进行远程植物照明测量。

使用该植物光合照度计时，首先，将光敏探头1放置在被测灯具下，探头1将光信号转换成电信号并数字化，再经无线传输模块6发送至手机2；其次，用户打开手机2里的植物光合照度计云客户端APP，如图2界面，选择被测灯具的光源类型和灯具型号，APP自动发送上行请求给云服务中心3；最后，云服务中心3进行数据分析计算，下行发送结果给手机2，APP界面上便可显示色温、显色指数、光度系统到光量子系统的转换系数K_PPF,v、光度系统到植物辐射度系统的转换系数K_PAR,v、光度系统到植物光度系统的转换系数K_P,v、光照度E_v、光量子密度PPFD、光合有效辐照度E_PAR、植物光合辐照度E_P的数值等。

这里，各个转换系数的计算公式分别为：

，

，

。

其中，PPFD为光合光子通量密度，也称光量子密度，单位μmol m⁻² s⁻¹；E_v为光照度，单位lx；E_e(λ )为光谱辐照度，单位W m⁻² nm⁻¹；K_m = 683 lm W⁻¹，为光谱光效率函数的最大值；V (λ )为光谱光效率函数，也称人眼视见函数；E_PAR为光合有效辐照度，单位W m⁻²；E_P为植物光合辐照度，单位W m⁻²或W_P m⁻²；P (λ )为植物光合敏感曲线。

实施例2：本实用新型以农用高压钠灯为例，采用农用高压钠灯照射植物，用光敏探头和一部手机进行实时实地测量。农用高压钠灯型号为GE Lucalox LU400W/PSL, 功率400 W。具体操作步骤如下：

（1） 将光敏探头放置在此农用高压钠灯下2 m处的正下方，检测光信号，通过信号转换及无线传输，电信号被传送至手机；

（2） 用户打开手机APP，选择光源类型为高压钠灯，灯具型号为GE Lucalox LU400W/PSL，并将此数据和光敏探头的电信号上传给云服务中心；

（3）云服务中心经分析计算，下行发送数据给APP，手机中便显示出此高压钠灯的色温、显色指数、光谱、色坐标、各系统间转换参数、光照度、光量子密度、光合有效辐照度、植物光合辐照度等。各转换系数显示的数值：K_PPF,v为11.45 μmol s⁻¹ klm⁻¹，K_PAR,v为2.33 W klm⁻¹，K_P,v为2.23 W klm⁻¹；显示的最终结果：灯下2m的E_v为3171 lx，PPFD为 36.31 μmol s⁻¹ m⁻²，E_PAR为7.39 W m⁻²，E_P为7.07 W m⁻²；

（4）将光敏探头放置在灯下2.5 m处的正下方，重复上述操作，也可得出灯下2.5 m的E_v为2212 lx， PPFD为 25.33 μmol s⁻¹ m⁻²，E_PAR为5.15 W m⁻²，E_P为4.93 W m⁻²。

在植物照明灯具的安装现场测试中，用户都希望有简易的测量设备。这种基于大数据的便携式植物光合照度计解决了这一问题，它将成为较为专业易用的植物光合测量装置。同时，该光合照度计小巧轻便、方便使用，可快速测量出人工光照下植物的光量子密度、光合有效辐照度、植物光合辐照度等参数，这对于植物照明的发展以及灯具的推广有很大的实用意义。